TWI660209B - Non-coaxial light mixing device - Google Patents

Abstract

一種非同軸混光裝置，具有一發光單元與至少一混光元件，其中發光單元具有基板與複數個發光二極體，混光元件為多邊形柱狀導光體且具有一入光面，透過入光面的中心點可以定義出與發光二極體發光方向平行的一X軸，而且該等發光二極體的發光面均偏離X軸與基板的交會點。藉此，發光二極體發光面的中心均未對應混光元件入光面的中心點，使得發光二極體所發射的所有光線都不會有沿著X軸射向入光面中心點的情形，因而具有較佳的混光效果。

Description

非同軸混光裝置

本發明涉及一種混光裝置，具體而言是指一種利用多色發光二極體作為光源，並搭配多邊形導光柱進行混光的混光裝置，提供均勻的混光及彩色照明效果。

發光二極體具有省電與壽命長的優點，但不同類型發光二極體所發射光線的波長範圍與照度有其限制，因此當使用發光二極體作為光源時，會使用多數個不同色彩的發光二極體構成發光二極體陣列，並使用混光單元對前述發光二極體陣列所發射光線進行混光，以產生高照度且均勻的照明效果。

中國第CN101515423A號發明專利揭露一種二極體顯示裝置，具有發光二極體陣列、混光元件及光路修正元件，但是其發光二極體陣列與混光元件均未進行最佳化設計，混光效果仍然不夠好，亟待改進。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種非同軸混光裝置，具有較佳的混光效果。

本發明所提供一種非同軸混光裝置，包含有：一發光單元，具有基板與設置在基板的複數個發光二極體，發光二極體具有一發光面； 以及至少一混光元件為多邊形柱狀導光體，具有一入光面靠近發光二極體的發光面，以及相對入光面的一出光面，該入光面的中心點可以定義出與發光二極體發光方向平行的一X軸；其中，該等發光二極體的發光面均偏離該X軸與該基板的一交會點。

藉此，該等發光二極體發光面的中心均未對應混光元件入光面中心點的位置，使得發光二極體所發射的所有光線都不會有沿著X軸射向入光面中心點的情形，進而讓發光二極體所發射的所有光線都能夠在混光元件內充分進行混光。因此具有較佳的混光效果。

10‧‧‧非同軸混光裝置

20‧‧‧發光單元

21‧‧‧基板

22‧‧‧發光二極體

30‧‧‧混光元件

31‧‧‧入光面

32‧‧‧出光面

33‧‧‧反射鍍膜

40‧‧‧第一透鏡單元

41‧‧‧單凸透鏡

42‧‧‧雙凸透鏡

50‧‧‧第二透鏡單元

51‧‧‧單凸透鏡

52‧‧‧雙凸透鏡

53‧‧‧單凸透鏡

X‧‧‧X軸方向

Y‧‧‧Y軸方向

Z‧‧‧Z軸方向

第1圖為本發明所提供第一實施例的示意圖。

第2A圖為本發明所提供第一實施例中發光二極體發光面的示意圖。

第2B圖為本發明所提供第一實施例的局部放大圖。

第3圖為本發明所提供第一實施例的光路示意圖。

第4圖為本發明所提供第二實施例的示意圖。

第5圖為本發明所提供第三實施例的示意圖。

為具體說明本發明的結構特徵與功效，提供以下數個實施例並配合圖式進行詳細說明。本發明提供第一實施例的非同軸混光裝置10，請參閱第1至3圖，非同軸混光裝置10包含有一發光單元20，一混光元件30與一第一透鏡單元40。其中，所述發光單元20是由基板21與複數個設置在基板21上的發光二極體22所構成，該等發光二極體22具有一發光面，以下 說明是以發光面的出光方向為前方而進行描述，以符合本領域技術人員的通常理解。

如第1圖所示，混光元件30為一矩形柱狀導光體，具有位於發光二極體22發光面前方的入光面31，以及相對該入光面31的出光面32，入光面31中心點配合發光二極體的發光方向可以定義出沿著混光元件30縱向延伸的X軸，進而定義出與X軸均相交且相互垂直的Y軸與Z軸(亦即構成一直角坐標系)。在本實施例當中，混光元件30為實心結構且其橫斷面為正方形，因此混光元件30具有分別平行X軸、Y軸與Z軸的邊長，前述各邊長的距離即為混光元件30的長度、寬度與高度。在本實施例中，前述長度與寬度的比例為5至14為較佳，可提供較佳的混光效果。其次，本領域工程人員亦可將混光元件30橫斷面改為長方形，此時寬度與高度的比例為1.3以下較佳。當然，本領域工程人員亦可將混光元件30橫斷面改為其他的多邊形，例如六邊形或八邊形。

請參閱第2A與2B圖，發光單元20之基板21設有四個發光二極體22分別發射紅光、綠光、藍光與白光，其發光方向平行於混光元件30的X軸，而且基板21可以利用混光元件30的Y軸與Z軸沿著X軸方向的投影而區分為四個象限，前述發光二極體22為兩兩等間隔排列而且分別分布在四個象限。因此，前述發光二極體22的發光面不會與混光元件30X軸的延伸線相交。換言之，該等發光二極體22的發光面均偏離該X軸與該基板的交會點，這也表示該等發光二極體22發光面的中心均未對應混光元件30入光面31中心點的位置。如此一來，發光二極體22所發射的光線將不會有部分沿著X軸方向射向入光面31的中心點，進而讓發 光二極體22所發射的所有光線都能夠在混光元件30內傳播擴散的過程當中充分進行混光。

補充說明的是，在本實施例中，該等發光二極體22的發光面與混光元件30入光面31的間距約應小於混光元件30的高度，以確保發光二極體22所發射的光線都能夠射入混光元件30。

除了前述實施例的態樣之外，本領域技術人員可以視需要調整發光二極體22的數量與設置位置，例如改設置三個發光二極體22分別發射紅光、綠光與藍光，而且以混光元件30的X軸為中心而呈等角度環狀排列(亦即位於一虛擬正三角形的三角點)。無論如何變化，只要讓所有發光二極體22發光面的中心點維持偏離入光面31中心點的位置即可，使得發光二極體22所發射的光線不會有少部分沿著X軸方向射向入光面31中心點的情形。

請參閱第3圖，第一透鏡單元40設置於靠近混光元件30出光面32的位置，具有前凸的一單凸透鏡41與一雙凸透鏡42，用來提供光路修正與聚光效果，已得到所需要的光形與光通量。

請參閱第4圖為本發明所提供第二實施例，其主要結構大致與前述第一實施例相同，主要差異點在於：混光元件30為空心結構，且混光元件30內部設有反射鍍膜33。此時，混光元件30的寬度與高度是以混光元件30的內部空間邊界而言。

再請參閱第5圖為本發明所提供第三實施例，其主要結構大致與前述第一實施例相同，主要差異點在於：混光元件30與發光單元20之間增設有第二透鏡單元50，是由後向前依序排列的前凸的單凸透鏡51、雙 凸透鏡52與後凸的單凸透鏡53所構成，同樣是用來提供光路修正與聚光效果。

對本領域技術人員來說，透鏡單元的透鏡組合可以視需要調整，並可選擇性的放置於混光元件30的前側或後側，都可以提供良好的光路修正效果。值得補充說明的是，在特定的情況下，也可以不設置透鏡單元，此外，混光元件30還可能搭配另一混光元件使用，前述另一混光元件可以是其他構型或種類的混光元件。

藉由前述結構，本發明發光二極體22所發射的所有光線都不會有沿著X軸方向射向入光面31中心點，所以會產生較現有技術更佳混光果。

Claims (10)

1. 一種非同軸混光裝置，包含有：一發光單元，具有一基板與設置在該基板的複數個發光二極體，各該發光二極體具有一發光面，該等發光二極體所發射的光線包含有至少二種發光波長顏色；至少一混光元件，為多邊形柱狀導光體，具有一入光面靠近該等發光二極體的發光面，以及相對該入光面的一出光面，該入光面的中心點可以定義出與該等發光二極體發光方向平行的一X軸；其中，該等發光二極體的發光面均偏離該X軸與該基板的一交會點；以及至少一聚光透鏡單元，設置於該發光單元與該混光元件的該入光面之間進行混光，並將混光後的光線射向該至少一混光元件。
2. 如請求項1所述的非同軸混光裝置，其中該混光元件沿其長軸向之剖面形狀為均一的四邊形、六邊形或八邊形。
3. 如請求項1所述的非同軸混光裝置，其中該混光元件之剖面形狀為矩形，且前述矩形的邊長比例介於1至1.3之間。
4. 如請求項3所述的非同軸混光裝置，其中該混光元件之縱向長度為前述矩形邊長的5至14倍。
5. 如請求項3所述的非同軸混光裝置，其中該等發光二極體的發光面與該混光元件的入光面之間的間距小於該混光元件的高度。
6. 如請求項1至5其中任一項所述的非同軸混光裝置，其中該混光元件為實心結構。
7. 如請求項1至5其中任一項所述的非同軸混光裝置，其中該混光元件為空心結構，且該混光元件內部設有一反射鍍膜。
8. 如請求項1所述的非同軸混光裝置，其中該混光元件定義有與該X軸相交且相互垂直的一Y軸與一Z軸，該基板可以利用該Y軸與該Z軸沿著該X軸的投影而區分為四個象限，該等發光二極體的數量為四個，並且兩兩等間隔排列分布在該等象限。
9. 如請求項1所述的非同軸混光裝置，其中該等發光二極體是以該X軸為中心而呈等角度環狀排列。
10. 如請求項1所述的非同軸混光裝置，其更包含有至少一透鏡單元設置於靠近該混光元件的該出光面。