CN109841722A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

一种混光装置包括入光区、反射区及出光区。所述入光区经配置以接收具两种波长以上的光线。所述反射区经配置以使所接收的光线至少进行一次反射。所述出光区使经反射的光线射出所述混光装置。

Description

光学装置

技术领域

本揭露涉及光学装置，且更确切地说，涉及具有混光功能之光学装置。

背景技术

发光二极管(LED)或雷射二极管广泛地用于各种应用中。半导体发光装置可包括LED芯片，其具有一或多个半导体层。当所述半导体层受激发时，其可发射同调及/或非同调之光线。为了形成不同颜色的光，可使用三元色LED(RGB LED)。RGB LED使用多颗LED，每颗发出不同波长的光，利用不同波长的光混合出不同颜色。RGB LED与观看者的距离较远时(如室外大型LED广告牌)，观看者的眼睛无法识别RGB三种颜色，故可看到均匀混合的颜色。然而，当RGB LED与观看者的距离较近时(如使用LED之穿戴装置或手持装置)，则观看者的眼睛可轻易识别RGB三种颜色，故无法看到均匀混合的颜色。

发明内容

根据本揭露的部分实施例，一种混光装置包括入光区、反射区及出光区。所述入光区经配置以接收具两种波长以上的光线。所述反射区经配置以使所接收的光线至少进行一次反射。所述出光区使经反射的光线射出所述混光装置。

根据本揭露的部分实施例，一种光学装置包括发光装置及混光装置。所述发光装置具有一发光面，以发射具两种波长以上的光线。所述混光装置配置于所述发光装置的发光面上方。所述混光装置包括入光区、反射区及出光区。所述入光区经配置以接收由所述发光装置发射的光线。所述反射区经配置以使所接收的光线至少进行一次反射。所述出光区使经反射的光线射出所述混光装置。

附图说明

图1说明根据本揭露的部分实施例的发光装置的示意图。

图2说明根据本揭露的部分实施例的光学装置的示意图。

图3A说明根据本揭露的部分实施例的混光装置的示意图。

图3B说明根据本揭露的部分实施例的混光装置的侧视图。

图4A说明根据本揭露的部分实施例的混光装置的示意图。

图4B说明根据本揭露的部分实施例的混光装置的侧视图。

图5A说明根据本揭露的部分实施例的混光装置的示意图。

图5B说明根据本揭露的部分实施例的混光装置的侧视图。

具体实施方式

图1说明发光装置10的示意图。根据部分实施例，所述发光装置10可为RGB LED或可發出兩種以上波長之單顆LED。所述发光装置10包括红光LED 10a、绿光LED 10b及蓝光LED 10c。如上所述，当发光装置与观看者的距离较近时，则观看者的眼睛可轻易识别RGB三种颜色(即由红光LED 10a、绿光LED 10b及蓝光LED 10c所发出之颜色)，故无法看到均匀混合的颜色。解决方法之一为增加红光LED 10a、绿光LED 10b及蓝光LED 10c之间的距离，然而此方法会增加整个发光装置10之体积，并不利于发光装置之微小化。另一解决方法为缩小红光LED 10a、绿光LED 10b及蓝光LED 10c之尺寸，然受限于目前制程限制，LED的缩小程度有限。此外，使用先进的制程制造LED以缩小LED的尺寸将大幅增加制造成本。

图2说明根据本揭露的部分实施例的光学装置2的示意图。所述光学装置2包括发光装置20及混光装置25。发光装置20可为发光管芯或其他光学管芯。例如，所述发光装置20可具有LED、雷射二极管或其他包括一或多层半导体层的装置。所述等半导体层可包括硅、碳化硅、氮化镓或其他任何半导体材料。根据本揭露的部分实施例，所述发光装置20为RGBLED，其包括红光LED 20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c。红光LED 20a经组态以发出具红光波长之光束、绿光LED 20b经组态以发出具红光波长之光束且蓝光LED 20c经组态以发出具蓝光波长之光束。

混光装置25放置于所述发光装置20之发光区上方，以接收所述发光装置20的红光LED 20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c所发射的光线。所述红光LED20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c所发射的光线在混光装置25进行至少一次反射后即射出混光装置25。根据本揭露的部分实施例，可藉由改变混光装置25的摆设位置、尺寸或材质而任意改变入射光束的反射次数(如2次以上)。由于所述红光LED 20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c所发射的光线经反射后可获得较均匀之混合，故观看者可看到均匀混合的颜色。根据图2的实施例，藉由配置混光装置25于发光装置20之发光区上方，使发光装置20所发射的光束可在混光装置25内进行均匀混合，如此可在不需增加红光LED 20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c之间的距离或缩小红光LED 20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c的尺寸下获得均匀混合的光线。换言之，本揭露图2的实施例可在不需增加发光装置的面积或制造成本的情况下获得均匀混合的光线。

图3A说明根据本揭露的部分实施例的混光装置25的示意图，图3B说明根据本揭露的部分实施例的混光装置25的侧视图。如图3A及3B所示，混光装置25可包括入光区25a(或入光面)、反射区25b1、25b2、25b3(或反射面)及出光区25c(或出光面)。根据本揭露部分实施例，混光装置25的入光区25a及出光区25c为透明材质(如压克力)所制成，而混光装置25的反射区25b1、25b2、25b3由高反射且高漫射的材质(如白色压克力)所组成。根据本揭露部分实施例，可于反射区25b1、25b2、25b3的外表面加上增加一层遮光片，以防止光线外漏。

根据本揭露部分实施例，入光区25a配置于发光装置20的出光区，以接收发光装置20所发出的光线。混光装置25的入光区25a与发光装置20的出光区间格一距离d。根据本揭露部分实施例，所述距离d可依设计需求而调整。例如：所述距离d可为0.1毫米或其他合适的距离。混光装置25的入光区25a的面积大于或等于发光装置20的出光区的面积。例如：混光装置25的入光区25a具有一宽度L1，其大于或等于发光装置20的出光区的宽度。根据本揭露部分实施例，入光区25c的形状可为方形、圆形、三角形或其他任何形状。

由发光装置20发射的光线射入混光装置装置25后，于反射区25b1、25b2及/或25b3进行反射。根据不同的实施例或设计，光线可于反射区25b1、25b2及/或25b3进行N次以上反射(N为大于等于1的整数)。根据本揭露部分实施例，反射区25b2具有一宽度L2，其定义为入光区25a最右端处A与出光区25c最左端处B在与入光区25a共平面处之投影点之间的距离，或者可定义为为入光区25a最右端处A在与出光区25c共平面处之投影点与出光区25c最左端处B之间的距离。反射区25b2的宽度L2需经设计以避免光线直接自入光区25a射至出光区25c。换言之，反射区25b2的宽度L2需经设计以使射入混光装置25的光线可于反射区25b1、25b2及/或25b3进行至少一次以上的反射。

根据本揭露部分实施例，当发光装置20的发光区与混光装置25的入光区25a之间的距离为d，则发光装置20所发射光线至混光装置25的入光区25a的最大入射角θi为：

为避免光线直接自入光区25a射至出光区25c，则反射区25b2的宽度L2需符合以下条件(其中T为混光装置25的厚度且θr为光线射入混光装置25的折射角)：

L2＞T×tanθr 方程式(2)

根据斯涅尔定律(Snell′s Law)，发光装置20与混光装置25之间的介质的折射率n₀与混光装置折射率n₁需符合以下条件：

n₀×sinθi＝n₁×sinθr 方程式(3)

将上述方程式(1)至(3)结合，即可推得反射区25b2的宽度L2的范围：

根据本揭露部分实施例，假设d为0.1毫米、T为1毫米、L1为1.5毫米、n₁为1.49，则可推得L2需大于0.9毫米，以使射入混光装置25的光线可于反射区25b1、25b2及/或25b3进行至少一次以上的反射。根据不同的实施例或设计，可藉由调整L2的长度或反射区25b1与反射区25b2的夹角来改变光线于混光装置25内的反射次数，进而在不需增加图2的红光LED20a、绿光LED 20b及蓝光LED 20c之间的距离或缩小红光LED 20a、绿光LED 20b及蓝光LED20c的尺寸下获得均匀混合的光线。

光线于混光装置25内的反射区25b1、25b2及25b3进行反射，以使均匀光线均匀混合后，自出光区25c出射混光装置25。根据本揭露部分实施例，出光区25c与入光区25a实质上平行。根据本揭露部分实施例，出光区25c的宽度L3可依设计需求而调整。例如，根据不同的实施例，出光区25c的宽度L3可大于、等于或小于入光区25a的宽度L1。根据本揭露部分实施例，出光区25c的形状可为方形、圆形、三角形或其他任何形状。根据本揭露部分实施例，出光区25c的形状可与入光区25a具有相同的形状。根据本揭露另一实施例，出光区25c的形状与入光区25a的形状不同。

图4A说明根据本揭露的部分实施例的混光装置25’的示意图，图4B说明根据本揭露的部分实施例的混光装置25’的侧视图。混光装置25’与图3A及3B的混光装置25相似，其差异处在于混光装置25’中，位于入光区25a与反射区25b2之间的反射区25b1’及位于出光区25c与反射区25b3之间的反射区25b4’为弧状。如此可增加反射区25b1’及25b4’的漫射效果，进一步增加光线混合的均匀度。

图5A说明根据本揭露的部分实施例的混光装置25”的示意图，图5B说明根据本揭露的部分实施例的混光装置25”的侧视图。混光装置25”与图3A及3B的混光装置25相似，其差异处在于混光装置25”中，位于入光区25a与出光区25c之间的反射区25b1”及25b3”皆为为弧状。如此可增加反射区25b1”及25b3”的漫射效果，进一步增加光线混合的均匀度。

如本文中所使用，术语「实质上」、「实质的」、「大约」及「约」用以描述及考虑小变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可以指其中事件或情形明确发生的情况以及其中事件或情形极近似于发生的情况。举例而言，所述术语可以指小于或等于±10％，诸如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。术语「实质上共平面」可指两表面沿着同一平面具有微米以内的差异，如40μm内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm内。当术语「实质上」、「大约」、「约」用于一事件或情况时，其可指所述事件或所述情况准确地发生，亦可指所述事件或所述情况接近一近似值。

在部分实施例的叙述中，一组件位于另一组件之「上」可包括所述组件直接位于另一组件之上(如实体接触)，亦可指所述组件与另一组件之间具有其他组件。

另外，有时在本文中按范围格式呈现量、比率及其他数值。应理解，此范围格式系出于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包括明确地指定为范围限制的数值，而且包括涵盖于彼范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

虽然已参考本发明的特定实施例描述及说明本发明，但这些描述及说明并不限制本发明。熟习此项技术者应理解，在不脱离如由所附权利要求书界定的本发明的真实精神及范畴的情况下，可作出各种改变且可取代等效物。所述说明可未必按比例绘制。归因于制造制程及容限，本发明中的艺术再现与实际设备之间可存在区别。可存在并未特定说明的本发明的其他实施例。应将本说明书及图式视为说明性的而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或制程适应于本发明的目标、精神及范畴。所有此等修改意欲在所附权利要求书的范畴内。虽然本文中所揭示的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序及分组并非本发明的限制。

Claims (14)

1.一种混光装置，其包括：

入光区，其经配置以接收具两种波长以上的光线；

反射区，其经配置以使所接收的光线至少进行一次反射；及

出光区，其使经反射的光线射出所述混光装置。

2.如据权利要求1所述的混光装置，其中所述入光区用以接收具有两种波长以上的光线的发光装置所发出的光线，且所述入光区的宽度实质上大于或等于所述发光装置的发光面的宽度。

3.如据权利要求2所述的混光装置，其中所述反射区具有一表面，其与所述入光区的表面或所述出光区的表面实质上平行，所述反射区的表面具有一宽度L2，其符合以下条件：

其中T为所述混光装置的厚度、L1为所述入光区的宽度、d为所述入光区与所述发光装置之间的距离、n₀为所述发光装置与所述混光装置之间的介质的折射率且为n₁所述混光装置折射率。

4.如据权利要求1所述的混光装置，其中所述入光区及所述出光区由透明材质所制成，且所述反射区由高反射且高漫射的材质所组成。

5.如据权利要求1所述的混光装置，其中所述反射区位于所述入光区与所述出光区之间，且所述反射区的表面的至少一部分为弧形。

6.如据权利要求1所述的混光装置，其中所述反射区位于所述入光区与所述出光区之间，所述反射区的表面为弧形。

7.如据权利要求1所述的混光装置，其中所述入光区的表面与所述出光区的表面实质上平行。

8.一种光学装置，其包括：

发光装置，其具有一发光面，所述发光装置可发射具两种波长以上的光线；及

混光装置，其配置于所述发光装置的发光面上方，所述混光装置包括：

入光区，其经配置以接收由所述发光装置发射的光线；

反射区，其经配置以使所接收的光线至少进行一次反射；及

出光区，其使经反射的光线射出所述混光装置。

9.如据权利要求8所述的光学装置，其中所述入光区的宽度实质上大于或等于所述发光装置的发光面的宽度。

10.如据权利要求8所述的光学装置，其中所述反射区具有一表面，其与所述入光区的表面或所述出光区的表面实质上平行，所述反射区的表面具有一宽度L2，其符合以下条件：

其中T为所述混光装置的厚度、L1为所述入光区的宽度、d为所述入光区与所述发光装置之间的距离、n₀为所述发光装置与所述混光装置之间的介质的折射率且为n₁所述混光装置折射率。

11.如据权利要求8所述的光学装置，其中所述入光区及所述出光区由透明材质所制成，且所述反射区由高反射且高漫射的材质所组成。

12.如据权利要求8所述的光学装置，其中所述反射区位于所述入光区与所述出光区之间，所述反射区的表面的至少一部分为弧形。

13.如据权利要求8所述的光学装置，其中所述反射区位于所述入光区与所述出光区之间，所述反射区的表面为弧形。

14.如据权利要求8所述的光学装置，其中所述入光区的表面与所述出光区的表面实质上平行。