TWI680333B - 光源裝置及光源系統 - Google Patents
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Abstract
一種光源裝置，包含一透鏡及一光源，該透鏡具有一光發射頂面，且該光源用以產生光線並設置於該透鏡下方。當來自該光源的該光線投射到平行於該光發射頂面之一平面表面時，該透鏡折射來自該光源的該光線以產生一光形分布。一光源系統包括一複數光源設備以矩陣方式設置。經由該光源裝置與該光源系統的透鏡製造出的光形分布，可製造高對比效果且實質地取代習知光形分布。
Description
本發明一般係關於一種光源裝置及光源系統，具體而言，本發明係關於一種能產生高對比光形分布的光源裝置及光源系統。
在各種技術領域中，尤其是在顯示技術及照射設備領域，光源設計一直是光源的重要面向。習知光源通常使用燈泡或白熾燈管作為光源。隨著發光二極體(LED)技術的成熟以及發光二極體具有體積小及節能環保的優點，發光二極體逐漸成為市場的主流。
然而，當多個光源配置在一起時，顯示器的光源通常設計成以較寬的角度導引光線，使得聚集的光輸出較為均勻。雖然這樣的設置容許較均勻的光輸出，但是不能有效控制光源之間的對比度，而不能達到區域調光效果。
本發明之一目的在於提供一種光源裝置及光源系統，用以產生區域調光效果。
本發明的一個方面提供了一種光源裝置。該光源裝置包括一透鏡及一光源。該透鏡具有一光發射頂面；以及該光源用以產生光線並設置於該透鏡下方，該透鏡折射來自該光源的該光線以產生一光形分布，當
投射到平行於該光發射頂面之一平面表面時呈現：沿通過一中心軸的該平面表面的一截面，從該中心軸至該截面的一第一光轉折點具有一最大或實質最大光照射度，且沿著該截面的一相同方向，在距離該中心軸10mm的位置與該第一光轉折點之間，每增加1mm光輝度等級的降低率小於0.015mm-1，其中該中心軸垂直於該平面表面並通過該光源的中心，該第一光轉折點為距離該中心軸至該第一光轉折點10mm外的點，且在該第一光轉折點上光輝度等級的減少加速率變化大於0.003mm-2。
本發明的另一個方面提供了一種光源裝置。該光源裝置包括一透鏡及一光源。該透鏡具有一光發射頂面；以及該光源用以產生光線並設置於該透鏡下方，該透鏡折射來自該光源的該光線以產生一光形分布，當投射到平行於該光發射頂面之一平面表面時呈現：在沿該平面表面距一中心軸的一第一距離的一第一光轉折點處具有一最大或實質最大光照射度，且沿著該截面的一相同方向，在距離該中心軸10mm的位置與該第一光轉折點之間，每增加1mm光輝度等級的降低率小於0.015mm-1，其中該中心軸垂直於該平面表面並通過該光源的中心，該第一光轉折點為距離該中心軸至該第一光轉折點10mm外的點，且在該第一光轉折點上一光輝度等級的減少加速率變化大於0.003mm-2。
本發明的另一個方面提供一光源系統包括一複數光源裝置，其中該複數光源裝置以矩陣方式設置。
100‧‧‧透鏡
110‧‧‧光發射頂面
120‧‧‧外壁面
130‧‧‧底面
150‧‧‧孔洞
151‧‧‧內壁面
153‧‧‧內頂面
155‧‧‧開口
300‧‧‧光源
310‧‧‧發光區
A‧‧‧第一光轉折點
B‧‧‧第二光轉折點
D-D‧‧‧截面
F‧‧‧光形分布
P‧‧‧平面表面
Z‧‧‧中心軸
圖1為本發明一實施例之光源裝置的爆炸圖；
圖2為光源裝置所產生的光形分布的光輝度等級實施例；圖3A為多個習知光源裝置所產生的光形分布；以及圖3B為本發明之多個光源裝置之間所產生的對比實施例。
本發明實施例提供一種具有區域調光效果的光源裝置。在以下說明中，可搭配參考圖式，並且藉由圖式顯示具體實施例或示例。這些實施例僅僅是對本發明範圍的說明，不應被解釋為對本發明的限制。參照圖式，其中相同的標號在若干圖式中表示相同的元件，以下將進行本發明的各方面和例示性操作環境的描述。
本發明提供一種光源裝置。在一實施例中，光源裝置為發光二極體(light-emitted diode，LED)光源裝置。然而，在其他實施例中，光源裝置亦可使用其他具有照明區域的光源。
圖1為本發明一實施例的光源裝置。光源裝置包含透鏡100及光源300。透鏡100具有光發射頂面110、相對於光發射頂面110的底面130、以及自底面130延伸且連接到光發射頂面110的外壁面120。於本實施例中，光發射頂面110及底面130為圓形。然而，於其他實施例中，光發射頂面110及底面130可為任何其他合宜形狀。光發射頂面110可為圓形，而底面130可為不同形狀(或底面130可為圓形，而光發射頂面110可為不同形狀)。在一實施例中，光發射頂面110小於底面130。在一實施例中，外壁面120形成凸面曲率，使得透鏡100的整個結構實質為外凸結構。在一實施例中，透鏡100由透明材料形成，例如透明塑膠或玻璃。然而，在其他實施例中，透鏡100可由具有透光性質的材料製成，其中可包含不同類型的粒子。
如圖1所示，朝光發射頂面110凹陷的孔洞150於底面130上形成。在一實施例中，孔洞150為子彈形狀。孔洞150由內壁面151及內頂面153的周圍形成。內頂面153連接內壁面151的頂部。換言之，內頂面153在孔洞150相對較接近光發射頂面110的部分連接內壁面151。被內壁面151包圍的孔洞150在底面130形成開口155。在一實施例中，內頂面153及開口155為圓形。然而，在其他不同實施例中，內頂面153及開口155可為任何其他合宜形狀。
在一實施例中，如圖1所示，內頂面153為平面，且對應於自內頂面153發射到光發射頂面110的光的投射區域、或內頂面153在光發射頂面110上的投射區域為平面。換言之，內頂面153與對應於自內頂面153發射到光發射頂面110的光投射區域為共平面表面。然而，在其他不同實施例中，也可不具有內頂面153。換言之，內壁面151可為頂部沒有內頂面153的子彈形狀。
如圖1所示，光源300設置於透鏡100的底面130下方並對應孔洞150。於一實施例，光源300設置於孔洞150的開口155下方。光源300具有朝向孔洞150的發光區310。
於本實施例中，光源300為發光二極體(LED)。然而，在其他不同實施例中，光源300可為任何其他種類的具方向性或具部分方向性的發光裝置。孔洞150的開口155覆蓋自發光區310發射的光到底面130的投射區域。透過此種設計，從發光區310發出的光可完全地或實質地通過開口155發射進入到孔洞150中。
如圖1所示，由光源300產生且自發光區310發出的光通過開
口155發射進入孔洞150。然後光通過內壁面151及內頂面153進入透鏡100。
在本實施例中，從內頂面153進入透鏡100的主要光線的方向實質垂直於內頂面153(即進入角度實質為0度)。因此，從內頂面153發射的光能成功地通過內頂面153到達光發射頂面110的對應投射區域，然後離開光發射頂面110。如此可減少全反射的機會，而避免在中心產生暗點，同時減少在暗點外側形成強光環，而有效增加光平滑度。
如圖1所示，當光自光源裝置發射出並投射到平面表面P時產生光形分布F。於本實施例中，平面表面P與透鏡100的光發射頂面110為共平面，其中光發射頂面110為平面或實質上為平面。於本實施例中，光形分布F為圓形，其對應透鏡100的圓形形狀(從透鏡100的俯視角度觀之)。然而，在其他不同實施例中，光形分布F可為對應不同形狀透鏡100的其他不同形狀。
於本實施例中，當從透鏡100射出的光線投射到平面表面P時，通過光源300及透鏡100中心的中心軸Z係垂直於平面表面P。再者，由於平面表面P與透鏡100的光發射頂面110為共平面，因此中心軸Z通過光形布F的中心(或實質中心)。
圖2為從圖1的截面D-D觀看的光形分布F的光輝度圖。如圖1及圖2所示，光形分布F在中心軸Z附近具有最大或實質最大的光輝度等級。沿著截面D-D，從中心軸Z到第一光轉折點A之間，光輝度等級持續為高。在本實施例中，沿著中心軸Z，透鏡100與平面表面P相隔2mm至40mm的距離。在一實施例中，圖2所示的光輝度圖對應於光形分布F之光輝度標準化後的結果。
於一實施例，沿著截面D-D，在平面表面P上，在距離中心軸Z 10mm遠的點至第一光轉折點A之間，沿著截面D-D上由距離中心軸Z 10mm遠的點至第一光轉折點A的相同方向，每增加1mm在平面表面P的光輝度等級的降低率小於0.015mm-1。換言之，沿著截面D-D上由距離中心軸Z 10mm遠的點至第一光轉折點A的相同方向，在距離中心軸Z 10mm遠的點至第一光轉折點A之間，每增加1mm在平面表面P的光輝度等級的降低率顯著的低。以此方式，於平面表面P上的中心軸Z到第一轉折點A的距離所涵蓋的區域可維持最大或實質最大的光輝度。
於本實施例中，在平面表面P上，位在第一光轉折點A的光輝度等級的減少加速率變化大於0.003mm-2。換言之，於圖1的截面D-D中，光輝度等級於第一光轉折點A明顯下降，也於圖2的光輝度圖所示。
如圖1及圖2所示，在第一光轉折點A之後，光輝度等級下降直到到達第二光轉折點B，而第二光轉折點B之光輝度等級為0.2。於此實施例中，沿著截面D-D，從中心軸Z經過第二光轉折點B至光輝度等級為0.01的一點，每1mm光輝度等級的平均總和大於0.04。換言之，在第二轉折點B之後，光輝度等級的減少加速率下降。以此方式，當多個光源一同配置時，當所有光源裝置開啟在相同輸出功率時，從光源裝置的第一光轉折點A至第二光轉折點B的光線與其他光源裝置重疊而產生相對均勻的光。
於此實施例中，從第一光轉折點A至第二光轉折點B，每增加1mm，光輝度等級的減少加速率變化小於0.01mm-2。
圖3A顯示當多個習知光源一同排列配置下的光形分布。如圖3A所示，由於光輝度等級並沒有明顯下降，因此每一習知光源裝置在排
列配置下具低對比度。
與圖3A的光形分布做對比，當本發明的多個或複數個光源裝置一同排列配置形成光源系統時(如圖3B所示)，由於每個光源裝置的光形分布的光的輝度等級保持相對較高(從每個光源裝置的中心軸至第一光轉折點A所量測)，因此多個光源裝置配置方式間的對比度增加。如圖3B所示，增加對比度的主要優點是，在多個光源裝置排列配置下，可藉由調整單一或群組的光源設備達到區域調光效果。此區域調光效果無法在一般環境下利用習知光源達到，由於習知光源裝置間的對比度是明顯的低，而習知顯示器也無法觀察到明顯的調光效果。於本實施例中，複數的光源裝置可被排列配置或是以矩陣方式設置。然而，在其他不同實施例中，複數光源裝置可被排列配置成其他合宜設置以適合各種設計需求。
雖然本文已經描述了本發明的實施例，但上面的描述僅僅是說明性的。本領域技術人員將可能對在此揭露的本發明的進一步修改，並且所有這些修改都被認為是在由所附權利要求限定的本發明的範圍內。
Claims (19)
- 一種光源裝置，包含：一透鏡，具有一光發射頂面；以及一光源，用以產生一光線並設置於該透鏡下方，其中該透鏡折射來自該光源的該光線以產生一光形分布，當投射到平行於該光發射頂面之一平面表面時呈現：沿通過一中心軸的該平面表面的一截面，從該中心軸至該截面的一第一光轉折點具有一最大或實質最大光照射度，且沿著該截面的一相同方向，在距離該中心軸10mm的位置與該第一光轉折點之間，每增加1mm光輝度等級的降低率小於0.015mm-1，其中該中心軸垂直於該平面表面並通過該光源的中心，該第一光轉折點為距離該中心軸至該第一光轉折點10mm外的點，且在該第一光轉折點上光輝度等級的減少加速率變化大於0.003mm-2。
- 如請求項1所述之光源裝置，其中沿著該中心軸，該光發射頂面距離該平面表面2mm至40mm。
- 如請求項1所述之光源裝置，其中沿著該截面上的一第二光轉折點的位置比該第一光轉折點的位置離該中心軸距離更遠。
- 如請求項3所述之光源裝置，其中該第二光轉折點的光輝度等級為0.2。
- 如請求項4所述之光源裝置，其中沿著該截面，從該中心軸經過該第二光轉折點至光輝度等級為0.01的一點，每1mm光輝度等級的平均總和大於0.04。
- 如請求項5所述之光源裝置，其中從該第一光轉折點至該第二光轉折點，每增加1mm，光輝度等級的減少加速率變化小於0.01mm-2。
- 如請求項1所述之光源裝置，其中沿該截面，從該中心軸經過距離該中心軸10mm的一點至該第一光轉折點，每增加1mm光輝度等級的降低率小於0.015mm-1。
- 如請求項1所述之光源裝置，其中該光發射頂面為平面且該透鏡具有相對於該光發射頂面之一底面，其中該底面朝著該光發射頂面凹陷而形成一孔洞，且該底面有圍繞該孔洞的一鑿部，其朝向該孔洞的邊緣傾斜，且該光源相應於該孔洞設置於該底面下方。
- 一種光源裝置，包含：一透鏡，具有一光發射頂面；以及一光源，用以產生一光線並設置於該透鏡下方，其中該透鏡折射來自該光源的該光線以產生一光形分布，當投射到平行於該光發射頂面之一平面表面時呈現：在沿該平面表面距一中心軸的一第一距離的一第一光轉折點處具有一最大或實質最大光照射度，且沿著該截面的一相同方向，在距離該中心軸10mm的位置與該第一光轉折點之間，每增加1mm光輝度等級的降低率小於0.015mm-1，其中該中心軸垂直於該平面表面並通過該光源的中心，該第一光轉折點為距離該中心軸至該第一光轉折點10mm外的點，且在該第一光轉折點上光輝度等級的減少加速率變化大於0.003mm-2。
- 如請求項9所述之光源裝置，其中沿著該中心軸，該光發射頂面距離該平面表面2mm至40mm。
- 如請求項9所述之光源裝置，其中沿著該平面表面一相同方向，一第二光轉折點的位置比該第一光轉折點的位置離該中心軸距離更遠。
- 如請求項11所述之光源裝置，其中該第二光轉折點的光輝度等級為0.2。
- 如請求項12所述之光源裝置，其中沿著該截面，從該中心軸經過該第二光轉折點至光輝度等級為0.01的一點，每1mm光輝度等級的平均總和大於0.04。
- 如請求項9所述之光源裝置，其中沿該平面表面，從該中心軸經過距離該中心軸10mm的一點至該第一光轉折點，每增加1mm光輝度等級的降低率小於0.015mm-1。
- 如請求項9所述之光源裝置，其中該光發射頂面為平面且該透鏡具有相對於該光發射頂面之一底面，其中該底面朝著該光發射頂面凹陷而形成一孔洞，且該底面有圍繞該孔洞的一鑿部，其朝向該孔洞的邊緣傾斜，且該光源相應於該孔洞設置於該底面下方。
- 如請求項15所述的光源裝置，其中該鑿部在距離該孔洞較遠一端帶有曲度。
- 如請求項15所述的光源裝置，其中該孔洞係由一第一內壁面及一第二內壁面的周圍形成，並且在該底表面具有一開口。
- 如請求項17所述的光源裝置，其中該第一內壁面及該第二內壁面形成一子彈形結構。
- 一種光源系統，包含複數個如請求項1所述的光源裝置，其中該複數個光源裝置以矩陣方式設置。
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