TWI402547B - 導光板與光源裝置 - Google Patents

Description

導光板與光源裝置

本發明是有關於一種光學元件與光源裝置，且特別是有關於一種導光板及採用導光板的光源裝置。

側邊入光式光源模組通常包括一導光板，導光板之作用在於引導光源產生之光束的散射方向，並確保出光面亮度的均勻性，以將光源模組中的點光源或線光源轉換成面光源。一般而言，導光板通常包括複數個微結構，以破壞全反射使導光板於出光面能提供一均勻的平面光源，因此透過微結構的設計，可使導光板均勻發光。

由於大部分導光板的出光光型尚無法被有效地控制，且多半為泛光型出光，故在燈具的應用上會造成眩光，讓使用者感到不適。另外，少部份具有控光效果的導光板也僅能控制光源於兩個方向的出射角度，並無法完全控制光源的出射角度。

中華民國專利第M243656號揭露了一種導光板，其中導光板的出光面上配置同心圓溝槽陣列。中華民國專利第I241441號揭露了一種導光板，其中導光板的底面包括複數個V型溝槽，且V型溝槽頂部之高度隨V型溝槽與入光面之距離的增加而增加。

美國專利第7025482號揭露一種照明裝置，其導光元件的表面具有同心圓的溝槽。中華民國專利第509605號揭露一種微成型刀具，適於一被加工物上切削出一同心圓的立體結構。美國專利申請第20060050200號揭露一種稜鏡片，其表面具有由同心圓溝槽所組成的環形稜鏡。美國專利第4105293號揭露一種導光的光源基座，其包括出光面為圓形的導光板與複數個環繞導光板四周的光源。

本發明提供一種導光板，具有良好的聚光效果。

本發明提供一種光源裝置，能夠提供聚光效果良好的照明。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為連上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種導光板，包括一第一表面、一第二表面以及複數個入光面。第二表面相對於第一表面，其中第一表面為出光面。複數個入光面連接第一表面與第二表面。第二表面具有複數個環狀凹槽。上述環狀凹槽之深度由靠近導光板之中心處往靠近這些入光面處遞減。每一環狀凹槽具有一第一環狀側壁面以及一第二環狀側壁面。第二環狀側壁面與第一環狀側壁面相對。第二環狀側壁面位於環狀凹槽之幾何中心與第一環狀側壁面之間。第一環狀側壁面為一傾斜表面，且第一環狀側壁面之法向量與第一表面之法向量的夾角大於90度。

在本發明之一實施例中，上述之第二表面更具有一凹陷。凹陷被每一環狀凹槽所環繞，且凹陷具有一環狀側壁面。環狀側壁面為一傾斜表面，且環狀側壁面之法向量與第一表面之法向量的夾角大於90度。

在本發明之一實施例中，上述之每一環狀凹槽的幾何中心與凹陷的幾何中心於第一表面上的正投影彼此互相重合。上述凹陷更可具有一底面，其中底面位於每一環狀凹槽的幾何中心處，且連接環狀側壁面。另外，凹陷可為一內徑由凹陷的底面往凹陷的頂部遞增之柱狀凹陷。

在本發明之一實施例中，上述之環狀凹槽更具有一環狀底面。環狀底面連接第一環狀側壁面與第二環狀側壁面。第二環狀側壁面之法向量與第一表面之法向量的夾角可大於90度，且第二環狀側壁面的法向量與第一環狀側壁面的法向量之夾角可大於0度且小於180度。另外，上述環狀凹槽例如為一圓環或一多邊形環。

在本發明之一實施例中，第一環狀側壁面之法向量與第一表面之法向量的夾角由靠近入光面處往靠近導光板處之中心處遞減，其中第一環狀側壁面之法向量與第一表面之法向量的夾角範圍為大於等於130度且小於等於140度。另外，相鄰二環狀凹槽間可具有一間距。

除此之外，本發明之一實施例還提出一種光源裝置，包括上述之導光板與複數個發光單元。發光單元分別配置於入光面旁，其中每一發光單元適於發出一光束。光束適於分別經由入光面進入導光板中，且適於經由第一表面傳遞至光源裝置外。

在本發明之一實施例中，光源模組更包括一反射片。反射片配置於第二表面上。

本發明之實施例可達到下列優點或功效之至少其一。在本發明之實施例中，由於導光板具有多個入光面與環狀凹槽，故能有效控制光束的出射角度，以提供良好的聚光效果。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

在本說明書中，一物體之一表面的法向量定義為垂直該表面且由該物體內部指向該物體外部的向量。

第一實施例

圖1A繪示為本發明第一實施例之光源裝置100的剖面示意圖，而圖1B繪示為圖1A之光源裝置100在移除反射片後的俯視示意圖。詳細來說，圖1A為圖1B沿I-I線的剖面示意圖。請同時參照圖1A與圖1B，光源裝置100包括導光板110以及複數個發光單元120。導光板110包括第一表面S1、第二表面S2以及複數個入光面S3。第二表面S2相對於第一表面S1，其中第一表面S1為出光面。入光面S3連接第一表面S1與第二表面S2。

發光單元120分別配置於入光面S3旁，其中每一發光單元120適於發出一光束L1。光束L1適於經由入光面S3進入導光板110中，且適於經由第一表面S1傳遞至光源裝置100外。發光單元120例如包括複數個發光二極體(light emitting diode,LED) 122。如圖1B所示，本實施例之導光板110的形狀例如為六邊形，以提供六個入光面S3。然而在其他實施例中，導光板110亦可以為圓形或其他大於或等於三邊的任意多邊形。

請同時參照圖1A與1B，第二表面S2具有複數個環狀凹槽112。而這些環狀凹槽112之深度d1由靠近導光板110之中心處往靠近入光面S3處遞減，其分別例如為5公釐(mm)、3公釐、2公釐、1.5公釐以及1公釐。除此之外，每一環狀凹槽112具有一第一環狀側壁面112a與一第二環狀側壁面112b，且第二環狀側壁面112b與第一環狀側壁面112a相對。第二環狀側壁面112b位於環狀凹槽112之幾何中心C與第一環狀側壁面112a之間。藉由環狀凹槽112之深度d1由靠近導光板110之中心處往靠近入光面S3處遞減，有助於光束L1自入光面S3往導光板110中心的傳遞，亦即部分光束L1會先碰到深度較淺的環形凹槽112的第一環狀側壁面112a而被反射至第一表面S1出光，其餘部分光束L1則持續往前行進直到碰到下一個深度較深的環形凹槽112的第一環狀側壁面112a而被反射出光，以減少光束L1打到斜面而直接出光的情況，進而能夠提升光束L1於靠近導光板110中心處的出光亮度。

如圖1A所示，第一環狀側壁面112a為一傾斜表面，且第一環狀側壁面112a之法向量N1與第一表面S1之法向量N3的夾角θ1大於90度。如此一來，發光單元120所提供之光束L1便適於被第一環狀側壁面112a反射，並傳遞至導光板110外。另外，本實施例之發光裝置100還包括一反射片130。反射片130配置於第二表面S2上，且適於反射光束L1，而使光束L1傳遞至導光板110外。

另一方面，本實施例之第二環狀側壁面112b之法向量N2與第一表面S1之法向量N3的夾角θ2雖是大於90度，然而在其他實施例中，夾角θ2亦可為90度。除此之外，本實施例之第二環狀側壁面112b的法向量N2與第一環狀側壁面112a的法向量N1之夾角大於0度且小於180度。亦即，在本實施例中，第一環狀側壁面112a與第二環狀側壁面112b彼此不平行。另外，環狀凹槽112更具有一環狀底面112c，其中環狀底面112c連接第一環狀側壁面112a與第二環狀側壁面112b。如圖1A所示，環狀凹槽112例如橫截面為梯形之凹槽。其中環狀底面112c有助於光束L1的往前傳遞，以減少光束L1打到斜面而直接出光的情況，進而能夠提升光束L1於靠近導光板110中心處的出光亮度。另外，本實施例之環狀凹槽112為一圓環，且相鄰的環狀凹槽112間具有一間距d2，例如分別為0.5公釐。間距d2可增加光束L1的傳遞距離並使光束L1較容易在導光板110內發生全反射。而在其他實施例中，相鄰的環狀凹槽112間亦可彼此緊臨，亦即間距d2等於0。

另外，第二表面S2還具有一凹陷114。凹陷114被每一環狀凹槽112所環繞，且凹陷114具有一環狀側壁面114a。環狀側壁面114a為一傾斜表面。如圖1A所示，環狀側壁面114a之法向量N4與第一表面S1之法向量N3的夾角θ3大於90度。同樣地，法向量N4定義為垂直環狀側壁面114a，且由導光板110內部指向導光板110外部的方向。另外，凹陷114還可具有一底面114b。底面114b位於每一環狀凹槽112的幾何中心處C，且連接環狀側壁面114a。每一環狀凹槽112的幾何中心C與凹陷114的幾何中心D於第一表面S1上的正投影E彼此互相重合。在本實施例中，凹陷114例如為一柱狀凹陷，且凹陷114之內徑d3由凹陷114之底面114b往凹陷之頂部114c遞增。

請繼續參照圖1B與圖1A，在本實施例中，除了環狀凹槽112之深度d1由靠近入光面S3處往靠近導光板110之中心處遞增外，第一環狀側壁面112a之法向量N1與第一表面S1之法向量N3的夾角θ1亦由靠近入光面S3處往靠近導光板110之中心處遞減。在本實施例中，夾角θ1由左至右例如分別為140度、135度與130度等，而法向量N4與N3之夾角θ3例如是等於或小於130度。藉由深度d1往導光板110之中心方向的遞增以及夾角θ1往導光板110之中心方向的遞減，能提升導光板110的聚光效果，亦可降低光束L1在入光面S3所造成的亮區。另外，由於光源裝置100是採用多側入光，且環狀凹槽112是以同心圓的方式排列，故能使導光板110的聚光效果達到近乎360度的聚光效果，有別於傳統的雙方向聚光。

圖2繪示為導光板100在X方向與Y方向的歸一化照度圖，而圖3繪示為導光板100的光源角度圖，其中圖3的徑向座標代表光強度，而單位為任意單位。在本實施例中，由於導光板110的環狀凹槽112是在離入光面S3一段距離(例如約20公釐)的位置後才開始製作，故光束L1在導光板110行進中的全反射現象要到20釐米後才會被破壞而得以被輸出。因此，如圖2所示，導光板110之出光強度會隨出光面S1與入光面S3之距離的增加而增加，而使靠近導光板100中心處具有較高的出光強度。另外，如圖3所示，藉由上述的結構設計，本實施例之導光板110亦能將光束L1的出光角度控制在約30度內，以提供聚光型的半面光源，突破了傳統之導光板只能在兩個維度收光的限制。

第二實施例

圖4繪示為本發明第二實施例之光源裝置200的俯視示意圖。光源裝置200與圖1B之光源裝置100類似，惟二者主要差異之處在於：光源裝置200之環狀凹槽212為一多邊形環，例如為五邊形環。另外，導光板210之形狀亦搭配環狀凹槽212之形狀而設計為五邊形。其餘相關於光源裝置200的敘述與變化可參閱第一實施例，在此不加贅述。

第三實施例

圖5繪示為本發明第三實施例之光源裝置300的剖面示意圖。光源裝置300與圖1A之光源裝置100類似，惟二者主要差異之處在於：光源裝置300之環狀凹槽312為一橫截面為三角形之凹槽，且凹陷314為一三角錐凹陷。在其他實施例中，凹陷314亦可以是圓錐凹陷。其餘相關於光源裝置300的敘述與變化可參閱第一實施例，在此不加贅述。

綜上所述，本發明之實施例包括以下優點或功效之至少其中之一。在本發明之實施例中，由於導光板具有多個入光面與環狀凹槽，故能有效控制光束的出射角度，以提供良好的聚光效果。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100、200、300．．．光源裝置

110、210、310．．．導光板

112、212、312．．．環狀凹槽

112a、212a、312a．．．第一環狀側壁面

112b、212b、312b．．．第二環狀側壁面

112c、212c．．．環狀底面

114、214、314．．．凹陷

114a、214a、314a．．．環狀側壁面

114b、214b．．．底面

114c、214c、314c．．．頂部

120、220、320．．．發光單元

122、222、322．．．發光二極體

C、D．．．幾何中心

E．．．正投影

L1．．．光束

N1~N4．．．法向量

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

S3．．．入光面

θ1~θ3．．．夾角

d1．．．深度

d2．．．間距

d3．．．內徑

圖1A繪示為本發明第一實施例之光源裝置的剖面示意圖。

圖1B繪示為圖1A之光源裝置在移除反射片後的俯視示意圖。

圖2繪示為導光板在X方向與Y方向的歸一化照度圖。

圖3繪示為導光板的光源角度圖。

圖4繪示為本發明第二實施例之光源裝置的俯視示意圖。

圖5繪示為本發明第三實施例之光源裝置的剖面示意圖。

100．．．光源裝置

110．．．導光板

112．．．環狀凹槽

112a．．．第一環狀側壁面

112b．．．第二環狀側壁面

112c．．．環狀底面

114．．．凹陷

114a．．．環狀側壁面

114b．．．底面

114c．．．頂部

120．．．發光單元

122．．．發光二極體

130．．．反射片

C、D．．．幾何中心

E．．．正投影

L1．．．光束

N1~N4．．．法向量

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

S3．．．入光面

θ1~θ3．．．夾角

d1．．．深度

d2．．．間距

d3．．．內徑

Claims (21)

1. 一種導光板，包括：一第一表面；一第二表面，相對於該第一表面，其中該第一表面為出光面；以及複數個入光面，連接該第一表面與該第二表面，其中，該第二表面具有複數個環狀凹槽，該些環狀凹槽之深度由靠近該導光板之中心處往靠近該些入光面處遞減，且每一環狀凹槽具有：一第一環狀側壁面；以及一第二環狀側壁面，與該第一環狀側壁面相對，該第二環狀側壁面位於該環狀凹槽之幾何中心與該第一環狀側壁面之間，其中該第一環狀側壁面為一傾斜表面，且該第一環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角大於90度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第二表面更具有一凹陷，該凹陷被每一該環狀凹槽所環繞，且該凹陷具有一環狀側壁面，該環狀側壁面為一傾斜表面，且該環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角大於90度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之導光板，其中每一該環狀凹槽的幾何中心與該凹陷的幾何中心於該第一表面上的正投影彼此互相重合。
4. 如申請專利範圍第2項所述之導光板，其中該凹陷更具有一底面，位於每一該環狀凹槽的幾何中心處，且連接該環狀側壁面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之導光板，其中該凹陷為一內徑由該凹陷的底面往該凹陷的頂部遞增之柱狀凹陷。
6. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該環狀凹槽更具有一環狀底面，連接該第一環狀側壁面與該第二環狀側壁面。
7. 如申請專利範圍第3項所述之導光板，其中該第二環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角大於90度，且該第二環狀側壁面的法向量與該第一環狀側壁面的法向量之夾角大於0度且小於180度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該環狀凹槽為一圓環或一多邊形環。
9. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第一環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角由靠近該些入光面處往靠近該導光板處之中心處遞減。
10. 如申請專利範圍第9項所述之導光板，其中該第一環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角範圍為大於等於130度且小於等於140度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中相鄰二該環狀凹槽間具有一間距。
12. 一種光源裝置，包括：一導光板，包括：一第一表面；一第二表面，相對於該第一表面，其中該第一表面為出光面；以及複數個入光面，連接該第一表面與該第二表面，其中，該第二表面具有複數個環狀凹槽，該些環狀凹槽之深度由靠近該導光板之中心處往靠近該些入光面處遞減，且每一環狀凹槽具有：一第一環狀側壁面；以及一第二環狀側壁面，與該第一環狀側壁面相對，該第二環狀側壁面位於該環狀凹槽之幾何中心與該第一環狀側壁面之間，其中該第一環狀側壁面為一傾斜表面，且該第一環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角大於90度；以及複數個發光單元，分別配置於該些入光面旁，其中每一該發光單元適於發出一光束，該些光束適於分別經由該些入光面進入該導光板中，且適於經由該第一表面傳遞至該光源裝置外。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光源裝置，其中該第二表面更具有一凹陷，該凹陷被每一該環狀凹槽所環繞，且該凹陷具有一環狀側壁面，該環狀側壁面為一傾斜表面，且該環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角大於90度。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光源裝置，其中每一該環狀凹槽的幾何中心與該凹陷的幾何中心於該第一表面上的正投影彼此互相重合。
15. 如申請專利範圍第13項所述之光源裝置，其中該凹陷更具有一底面，位於每一該環狀凹槽的幾何中心處，且連接該環狀側壁面。
16. 如申請專利範圍第12項所述之光源裝置，其中該環狀凹槽更具有一環狀底面，連接該第一環狀側壁面與該第二環狀側壁面。
17. 如申請專利範圍第14項所述之光源裝置，其中該第二環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角大於90度，且該第二環狀側壁面之法向量與該第一環狀側壁面之法向量的夾角大於0度且小於180度。
18. 申請專利範圍第12項所述之光源裝置，其中該環狀凹槽為一圓環或一多邊形環。
19. 如申請專利範圍第12項所述之光源裝置，其中該第一環狀側壁面之法向量與該第一表面之法向量的夾角由靠近該些入光面處往靠近該導光板處之中心處遞減。
20. 如申請專利範圍第12項所述之光源裝置，其中相鄰二該環狀凹槽間具有一間距。
21. 如申請專利範圍第12項所述之光源裝置，其中該光源裝置更包括一反射片，配置於該第二表面上。