TW201332132A - 集光單元、光電裝置及發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種集光單元包含一入光面、一反射斜面以及一出光面。入光面具有一入光微結構。出光面具有一出光微結構，一光線由入光面進入集光單元，並經過反射斜面而由出光面射出集光單元。

Description

集光單元、光電裝置及發光裝置

本發明係關於一種集光單元，特別關於一種集光單元及其應用之光電裝置及發光裝置。

近幾年來世界面臨能源短缺的問題，使得綠色能源的應用大幅升高。其中太陽與我們生活息息相關，太陽產生的能量近乎無限，取之不盡，用之不竭；相較於風力、地熱等能源的取得，太陽光的取得顯得較為容易。

太陽光的能量包含光能和熱能，其中光能的利用，可藉由光導引的方式以作為照明、或是藉由太陽能電池將光能轉換成電力。太陽能電池的特性是會隨著太陽光線強度越大，其輸出功率也會隨之放大。故為了增加太陽能電池接收的光強度，可以藉由一集光單元將光線集中，以增加太陽能電池的輸出功率或是照明效率。因此，集光單元之結構就顯得相當重要。

因此，如何提供一種集光單元，能提升光線集中的效能，進而改善光電裝置及發光裝置之效率，實為當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠提升光線集中的效能，進而改善光電裝置及發光裝置之效率之集光單元。

為達上述目的，依據本發明之一種集光單元包含一入光面、一反射斜面以及一出光面。入光面具有一入光微結構。出光面具有一出光微結構，一光線由入光面進入集光單元，並經過反射斜面而由出光面射出集光單元。

在一實施例中，出光面之面積小於入光面之面積。

在一實施例中，入光面為一導光板之一表面，反射斜面為導光板之另一表面，出光面連接入光面及反射斜面。

在一實施例中，入光面為一第一導光板之一表面，反射斜面為一第二導光板之一表面，出光面為第二導光板之另一表面，第一導光板與第二導光板係相互疊置。

在一實施例中，集光單元更包含一黏合膠，其設置於第一導光板與第二導光板之間。

在一實施例中，入光面與反射斜面分別為一第一導光板之一表面，出光面為一第二導光板之一表面，第一導光板鄰設於第二導光板。

在一實施例中，集光單元更包含一反射元件。第一導光板導引光線至反射元件，反射元件反射光線至第二導光板。

在一實施例中，入光微結構或出光微結構包含網點、V溝、R溝之至其中少之一。

在一實施例中，入光微結構或出光微結構為凸狀及凹狀之至少其中之一。

為達上述目的，依據本發明之一種光電裝置包含如上所述之集光單元以及一光電元件。光電元件設置於從集光單元所射出之光線通過之光路徑上。

在一實施例中，光電元件為一太陽能電池或一光感測器。

在一實施例中，光電元件設置於出光面。

為達上述目的，依據本發明之一種發光裝置包含如上所述之集光單元、一儲能單元以及一發光單元。儲能單元設置於從集光單元所射出之光線通過之光路徑上。發光單元與儲能單元電性連接並發光。

在一實施例中，儲能單元包含一太陽能電池。

在一實施例中，儲能單元設置於出光面。

在一實施例中，發光單元包含至少一發光二極體元件。

在一實施例中，集光單元更包含一光感測器，其鄰設於發光單元，發光單元之發光強度依據光感測器之一感測值而改變。

承上所述，在本發明之集光單元、光電裝置及發光裝置中，入光面與出光面分別具有一入光微結構及一出光微結構，藉由微結構可大幅提升光線集中的效能。此外，反射斜面可改變光線的行進方向，藉此，出光面可不必與入光面同樣大小，而可設計為面積比入光面更小，進而能進一步提升光線集中效能。如此，應用本發明之集光單元之光電裝置及發光裝置可分別增加發電效率及照明效率。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種集光單元、光電裝置及發光裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為本發明第一實施例之一種光電裝置1的示意圖。光電裝置1包含一集光單元10以及一光電元件P。需注意者，集光單元10於此係以與光電元件P搭配為例，但在其他實施例中，集光單元10可單獨存在或與其他元件搭配使用。

集光單元10包含一入光面101、一反射斜面102以及一出光面103。於此，集光單元10係以包含一導光板104為例，而入光面101為導光板104之一表面，反射斜面102為導光板104相對於入光面101之另一表面，且反射斜面102與入光面101係相對且不平行，而使得導光板104為一楔形導光板。出光面103連接入光面101及反射斜面102。入光面101具有一入光微結構105，出光面103具有一出光微結構106。入光微結構105或出光微結構106可例如包含網點、V溝、R溝之至少其中之一，並可為為凸狀及凹狀之至少其中之一；於此，入光微結構105係以複數凸狀V溝為例，出光微結構106係以複數凸狀網點為例，凸狀V溝可藉由射出成型導光板時一併形成，而凸狀網點可藉由印刷而設置於出光面103。光線係由入光面101進入集光單元10，並經過與入光面101相對且不平行的反射斜面102將光線反射至出光面103的方向，而由出光面103射出集光單元10。

當光線經由入光微結構105進入集光單元10並藉由出光微結構106射出集光單元10時，光線之集中效能得到大幅提升。此外，反射斜面102可改變光行進方向，使得出光面103能設計為面積較入光面更小，於此，出光面103之面積小於入光面101之面積，藉此可更提升光線集中效能。

光電元件P設置於從集光單元10所射出之光線通過之光路徑上，於此，光電元件P係以設置於集光單元10之一側，並鄰設於出光面103為例，其中，光電元件P可與出光面103接觸或不接觸。光電元件P可例如為一太陽能電池或一光感測器，於此，光電元件P係以太陽能電池為例。由於光線藉由微結構105、106集中，而由面積較小的出光面103射出，而使得光強度增加，以致光電元件P之產電功率得到提升。

從集光單元10射出之光線除了可用於光電元件P之外，更可用於照明或其他方面。

圖2為本發明第二實施例之一種光電裝置2的示意圖。光電裝置2包含一集光單元20以及一光電元件P。需注意者，集光單元20於此係以與光電元件P搭配為例，但在其他實施例中，集光單元20可單獨存在或與其他元件搭配使用。

集光單元20包含一入光面201、一反射斜面202以及一出光面203。於此，集光單元20係以包含一第一導光板204及一第二導光板207為例，第一導光板204與第二導光板207係相互併排疊置。其中，入光面201為第一導光板204之一表面，反射斜面202為第二導光板207之一表面，出光面203為第二導光板207之另一表面並連結於第二導光板207之反射斜面202。

入光面201具有一入光微結構205，出光面203具有一出光微結構206。此外，第一導光板204與入光面201相對之一表面亦具有一微結構208。上述微結構205、206、208可例如包含網點(可為透明)、V溝、R溝之至少之一，並可為凸狀及凹狀之至少之一；於此，微結構205、206、208皆以凸狀網點為例。光線係由入光面201進入集光單元20，並穿過微結構208而入射第二導光板207，再經過反射斜面202反射而由出光面103射出集光單元20。

集光單元20更包含一黏合膠209，其設置於第一導光板204與第二導光板207之間，用以黏合兩導光板204、207(圖式為分解示意圖)。黏合膠209之折射率可介於第一導光板204與第二導光板207之間，例如黏合膠209之折射率大於第一導光板204之折射率，並小於第二導光板207之折射率，藉此可避免光線從第一導光板204至第二導光板207之間的全反射現象，進而提升光線使用效能。

光電元件P設置於從集光單元20所射出之光線通過之光路徑上，於此，光電元件P係以設置於集光單元20之外，並鄰設於出光面203為例。光電元件P可例如為一太陽能電池或一光感測器，於此，光電元件P係以太陽能電池為例。由於光線藉由微結構205、206、208集中而使光強度增加，以致光電元件P之輸出功率得到提升。

從集光單元20射出之光線除了可用於光電元件P之外，更可用於照明或其他方面。例如當光電元件P為一光感測器時，則可確認由出光面203所射出的出光量是否足夠。

圖3A為本發明第三實施例之一種發光裝置(亦可稱為一光電裝置)3a的示意圖。發光裝置3a包含一集光單元30a以及一光電元件P。需注意者，集光單元30a於此係以與光電元件P1搭配為例，但在其他實施例中，集光單元30a可單獨存在或與其他元件搭配使用。

集光單元30a包含一入光面301、一反射斜面302以及一出光面303。於此，集光單元30a係以包含一第一導光板304及一第二導光板307為例，第一導光板304係鄰設於第二導光板307，例如兩導光板304、307例如係夾設一角度設置，於此係以兩導光板304、307實質垂直設置。入光面301為第一導光板304之一表面，反射斜面302為第一導光板304之另一表面，且入光面301與反射斜面302相對設置。出光面303為第二導光板307之另一表面。

入光面301具有一入光微結構305，出光面303可以是第二導光板307與第一導光板302相鄰表面以外的任一表面，且具有一出光微結構306。上述微結構305、306可例如包含網點、V溝、R溝之至少之一，並可為凸狀及凹狀之至少之一；於此，微結構305、306皆以凸狀網點為例。

另外，集光單元30a更可包含一反射元件309。第一導光板304導引光線至反射元件309，反射元件309反射光線至第二導光板307。於此，反射元件309設置於第一導光板304及第二導光板307之間，並位於第一導光板304與第二導光板307的交界處，以導引光線由第一導光板304射至第二導光板307。光線經由入光面301及入光微結構305進入集光單元30a，再經由反射斜面302反射至反射元件309。反射元件309將光線反射至第二導光板307，而第二導光板307之微結構308可反射光線(提升光線使用效能)，最後光線經由出光面303及出光微結構306而射出集光單元30a。

光電元件P1於此係以一發光單元為例，其可包含至少一發光二極體元件、有機發光元件、螢光燈或其他種類之發光元件。於此，光電元件P1係設置於一燈罩C上並發出光線。

在本實施例中，藉由微結構305、306，光線之集中效能與使用效能可大幅提升。並且可將室外的光線集中導引至室內，並輔以光電元件P1發光。故當使用者覺得經由集光單元集光後，室內光線仍不足時，則可開啟發光單元，進而增加室內光線強度。

圖3B為本發明第三實施例之另一種發光裝置(亦可稱為一光電裝置)3b的示意圖。發光裝置3b包含一集光單元30b、一光電元件P2以及一發光單元L。需注意者，集光單元30b於此係以與光電元件P2及發光單元L搭配為例，但在其他實施例中，集光單元30b可單獨存在或與其他元件搭配使用。

集光單元30b包含一入光面301、一反射斜面302以及一出光面303。於此，集光單元30b係以包含一第一導光板304及一第二導光板307為例，第一導光板304係鄰設於第二導光板307，例如兩導光板304、307例如係夾設一角度設置，於此係以兩導光板304、307實質垂直設置。入光面301為第一導光板304之一表面，反射斜面302為第一導光板304之另一表面，且入光面301與反射斜面302相對設置。出光面303為第二導光板307之另一表面。

入光面301具有一入光微結構305，出光面303可以是第二導光板307與第一導光板302相鄰表面以外的任一表面，且具有一出光微結構306。上述微結構305、306可例如包含網點、V溝、R溝之至少之一，並可為凸狀及凹狀之至少之一；於此，微結構305、306皆以凸狀網點為例。

光電元件P2設置於光線所通過之光路徑上；於此，光電元件P2係以設置於第一導光板304及第二導光板307之間，並鄰設於第一導光板304為例。光電元件P2可例如為一儲能單元(例如太陽能電池)或一光感測器。若光電元件P2為儲能單元，則光電元件P2可吸收部分光線以產生電力，並讓另一部分光線通過，並且光電元件P2可與設置於第二導光板307一側的發光單元L電性連接(圖未顯示)，使光電元件P2供應電力至發光單元L以使其發光；若光電元件P2為光感測器，則光電元件P2可與發光單元L電性連接，並可感測周遭光線強度，使得發光單元L依據光電元件P2之一感測值來控制，例如第二導光板307的出光面303係朝向室內，作為室內照明，當光電元件P2感測第二導光板307的出光面303之光強度，發現光強度不足(小於一預設值時)，光電元件P2即可發出控制訊號以開啟發光單元L，進而調整室內的光強度。

另外，集光單元30b更可包含一反射元件309。第一導光板304導引光線至反射元件309，反射元件309反射光線至第二導光板307。於此，反射元件309設置於第一導光板304及第二導光板307之間，並位於第一導光板304與第二導光板307的交界處，以導引光線由第一導光板304射至第二導光板307。光線經由入光面301及入光微結構305進入集光單元30，再經由反射斜面302反射至光電元件P2及反射元件309。其中，光電元件P2可具有透光部或是光電元件P2之面積較小，不會遮住全部的光線，使得至少一部分光線能到達反射元件309。反射元件309將光線反射至第二導光板307，而第二導光板307之微結構308可反射光線(提升光線使用效能)，最後光線經由出光面303及出光微結構306而射出集光單元30b。

發光單元L可包含至少一發光二極體元件、有機發光元件、螢光燈或其他種類之發光元件。於此，發光單元L係設置於一燈罩C上並發出光線。

在本實施例中，藉由微結構305、306，光線之集中效能與使用效能可大幅提升。並且可將室外的光線集中導引至室內，並輔以發光單元L發光。除了用以照明之外，更可供光電元件P2發電。此外，若光線強度不足，光電元件P2可感測周遭光強度，以調整發光單元L之驅動訊號而提升發光強度進行亮度補償。

圖4為本發明第四實施例之一種發光裝置(亦可稱為一光電裝置)4的示意圖。發光裝置4包含一集光單元40、二光電元件P3、P4以及一發光單元L。需注意者，集光單元40於此係以與光電元件P3、P4及發光單元L搭配為例，但在其他實施例中，集光單元40可單獨存在或與其他元件搭配使用。

與第三實施例主要不同在於，發光裝置4包含二光電元件P3、P4，且光電元件P3、P4之位置與第三實施例之光電元件P1、P2之位置不相同。此外，第二導光板307與出光面303相對之一表面亦具有一微結構308，而使得第二導光板307可以二面出光。而發光單元L係以設置於出光面303為例，當然，發光裝置4也可以具有二發光單元L，分別設置於微結構308所設置的表面，以及出光面303。

在本實施例中，光電元件P3係為儲能單元，例如為一太陽能電池。光電元件P3可連結出光面303或鄰設於出光面303；於此係以光電元件P3鄰設於出光面303為例，且光電元件P3設置於一燈罩C上。光電元件P4為光感測器，其係鄰設於發光單元L，用以感測周遭光線強度，使得發光單元L依據光電元件P4之一感測值來控制，進而調整發光強度。當發光單元L的電力不足時，光電元件P3可協助供電給發光單元L。

綜上所述，在本發明之集光單元、光電裝置及發光裝置中，入光面與出光面分別具有一入光微結構及一出光微結構，藉由微結構可大幅提升光線集中的效能。此外，反射斜面可改變光線的行進方向，藉此，出光面可不必與入光面同樣大小，而可設計為面積比入光面更小，進而能進一步提升光線集中效能。如此，應用本發明之集光單元之光電裝置及發光裝置可分別增加發電效率及照明效率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1、2．．．光電裝置

10、20、30a、30b、40．．．集光單元

101、201、301．．．入光面

102、202、302．．．反射斜面

103、203、303．．．出光面

104、204、207、304、307．．．導光板

105、205、305．．．入光微結構

106、206、306．．．出光微結構

208、308．．．微結構

209．．．黏合膠

309．．．反射元件

3a、3b、4．．．發光裝置

C．．．燈罩

L．．．發光單元

P、P1～P4．．．光電元件

圖1為本發明第一實施例之一種光電裝置的示意圖；

圖2為本發明第二實施例之一種光電裝置的示意圖；

圖3A及圖3B為本發明第三實施例之一種發光裝置的示意圖；以及

圖4為本發明第四實施例之一種發光裝置的示意圖。

1．．．光電裝置

10．．．集光單元

101．．．入光面

102．．．反射斜面

103．．．出光面

104．．．導光板

105．．．入光微結構

106．．．出光微結構

P．．．光電元件

Claims (17)

1. 一種集光單元，包含：一入光面，具有一入光微結構；一反射斜面；以及一出光面，具有一出光微結構，一光線由該入光面進入該集光單元，並經過該反射斜面而由該出光面射出該集光單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之集光單元，其中該出光面之面積小於該入光面之面積。
3. 如申請專利範圍第1項所述之集光單元，其中該入光面為一導光板之一表面，該反射斜面為該導光板之另一表面，該出光面連接該入光面及該反射斜面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之集光單元，其中該入光面為一第一導光板之一表面，該反射斜面為一第二導光板之一表面，該出光面為該第二導光板之另一表面，該第一導光板與該第二導光板係相互疊置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之集光單元，更包含：一黏合膠，設置於該第一導光板與該第二導光板之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之集光單元，其中該入光面與該反射斜面分別為一第一導光板之一表面，該出光面為一第二導光板之一表面，該第一導光板鄰設於該第二導光板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之集光單元，更包含：一反射元件，該第一導光板導引該光線至該反射元件，該反射元件反射該光線至該第二導光板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之集光單元，其中該入光微結構或該出光微結構包含網點、V溝、R溝之至少其中之一。
9. 如申請專利範圍第8項所述之集光單元，其中該入光微結構或該出光微結構為凸狀及凹狀之至少其中之一。
10. 一種光電裝置，包含：如申請專利範圍第1項第9項之任一項所述之集光單元；以及一光電元件，設置於該光線所通過之光路徑上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光電裝置，其中該光電元件為一太陽能電池、一光感測器、或一發光單元。
12. 如申請專利範圍第10項所述之光電裝置，其中該光電元件設置於出光面。
13. 一種發光裝置，包含：如申請專利範圍第1項第8項之任一項所述之集光單元；一儲能單元，設置於光線所通過之光路徑上；以及一發光單元，與該儲能單元電性連接並發光。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該儲能單元包含一太陽能電池。
15. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該儲能單元設置於出光面。
16. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該發光單元包含至少一發光二極體元件。
17. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，更包含：一光感測器，鄰設於該發光單元，該發光單元之發光強度依據該光感測器之一感測值而改變。