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TWI298095B - Light emitting device - Google Patents

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TWI298095B
TWI298095B TW095124289A TW95124289A TWI298095B TW I298095 B TWI298095 B TW I298095B TW 095124289 A TW095124289 A TW 095124289A TW 95124289 A TW95124289 A TW 95124289A TW I298095 B TWI298095 B TW I298095B
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Wei Jen Chou
Wei Chih Wang
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Coretronic Corp
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B5/045—Prism arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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Description

129809^68 19099twf.doc/e 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 " 本發明疋有關於一種發光裝置（light emitting • ’且特別是有關於-種出光強度分佈較為均勻的發 光裝置。 【先前技術】 ，圖1A疋習知發光裝置的上視圖，圖1B是沿圖1A中 A A線的^面不意圖’而圖2是圖1A中透鏡陣列的立體 圖。明參照® 1A、圖1B與圖2，習知發光裝置1〇〇包括 土板 〇 夕個發光一極體(light-emitting diode，LED)晶 片120與一透鏡陣歹130。發光二極體晶>1 120是配置於 基板11〇上，且排列成一 2χ2陣列。透鏡陣列13〇是配置 於，板11〇上，且包覆發光二極體晶片12〇。透鏡陣列13〇 可區分為多個透鏡132，其中各透鏡132是對應一個發光 二極體晶片120,且各透鏡132的出光面133是四角錐狀 的凹陷的表面。 ’ _ 承上述，透鏡陣咧130是用以增加發光二極體晶片120 的出光量，以避免發光二極體晶片12〇所發出的光線在發 光一極體晶片120内部發生全反射而無法出射。此外，上 述多個發光二極體晶片120包括一顆紅光發光二極體晶片 121、一顆藍光發光二極體晶片122與兩顆綠光發光二極體 晶片123。這些發光顏色不同的發光二極體晶片12〇所發 出的紅光、綠光與藍光混光後可形成白光。 然而，就圖1Β由言，由於紅光發光二極體晶片121 129809^^8 19099twf.doc/e 左邊有一個包覆綠光發光二極體晶片123的透鏡13()，而 右邊則沒有透鏡’以致於紅光發光二極體晶片121所發出 " 的光線124之出光光型不對稱。同理，在不同剖面中，亦 • 會有出光光型不對稱的問題。在實際測量中可發現此出光 光型不對稱的現象非常明顯，請參照以下說明。 圖3A至圖3D分別為從圖1A中觀察面S1至S4所測 付的紅光發光一極體晶片之出光光型（racjiati〇n pattern) 圖。請參照圖3A至圖3D，從圖3A至圖3c中顯示出在 觀察面S1至S3 (請參圖1A)所測量到的紅光發光二極體 晶片121之出光光型較不對稱。換言之，發光裝置1〇〇之 紅光的出光強度分佈不對稱。同理，發光裝置1〇〇之藍光 與綠光的出光強度分佈亦會有不對稱的情形，如此將會產 生混光不均的問題，以致於在特定的角度所觀察到的光會 有偏藍、偏綠或偏紅的現象。 【發明内容】 本發明之目的是提供一種發光裝置，其出光強度分佈 車父為均句。 為達上述或是其他目的，本發明提出一種發光裝置， 其包括一基板、多個光源以及一透鏡陣列。其中，光源與 透鏡陣列是配置於基板上，且光源是沿一多邊形執跡排 列。透鏡陣列包括多個第一透鏡與多個第二透鏡，第一透 鏡是覆蓋光源，且分別對應這些光源其中之一，而第二透 鏡是圍繞第一透鏡。 在本發明之一實施例中，上述這些光源是沿一四邊形 129809568 19099twf.doc/e 軌跡排列。 • 在本發明之一實施例中，上述光源排列成一 NxN陣 ' 列，而透鏡陣列是一 ηχη陣列，且N及η均為正整數並滿 足Ν小於η。 在本發明之一實施例中，上述這些光源是沿一六邊形 執跡排列。 ^ % 在本發明之一實施例中，上述透鏡陣列是一 4 χ 4陣列。 在本發明之一實施例中，上述這些第一透鏡與第二透 籲 鏡的出光面是凹陷表面或凸出表面。 在本發明之一實施例中，上述這些第一透鏡與第二透 鏡的出光面是圓弧狀的凹陷表面或角錐狀的凹陷表面。 在本弩明之一實施例中，上述這些第一透鏡與第二透 鏡的出光面是圓弧狀的凸出表面或角錐狀的凸出表面。 在本發明之一實施例中，上述之透鏡陣列更包括多個 第三透鏡，圍繞第二透鏡。 在本發明之一實施例中，上述透鏡陣列是一 6x6陣列。 參 在本發明之一實施例中，上述這些第一透鏡、第二透 鏡與第三透鏡的出光面之形狀相同。 在本發明之一實施例中，上述這些光源包括多個發光 二極體晶片。 在本發明之一實施例中，上述這些光源的發光顏色不 同。 在本發明之一實施例中，上述這些光源的發光顏色包 括紅色、藍色與綠色。 7 129809568 19099twf.doc/e 在本發明之-實施例中，上述之發光裝置更包括圍繞 第三透鏡的多個第四透鏡。 在本發明之一實施例中，上述之透鏡陣列是一 8χ8陣 列。 在本發明中，由於透鏡陣列具有多個第二透鏡圍繞對 應光源的第一透鏡，其可使各光源自透鏡陣列出射後的出 光光型較為對稱，因此本發明之發光裝置之出光強度分佈 較為均勻。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 圖4Α是本發明一實施例之發光裝置的上視圖，圖4Β 是沿圖4Α中Β-Β，線的剖面示意圖，而圖5是圖4Α中透 鏡陣列的立體圖。請參照圖4Α、圖4Β與圖5，本實施例 之發光裝置200包括一基板210、多個光源220以及一透 鏡陣列230。其中，-光源220與透鏡陣列230是配置於基 板210上，且光源220是沿一多邊形執跡排列成一 ΝχΝ陣 列，Ν為正整數。透鏡陣列230包括多個第一透鏡232與 多個第二透鏡234,第一透鏡232是覆蓋光源220,且分別 對應這些光源220其中之一，而第二透鏡234是圍繞第一 透鏡232，透鏡陣列230為一 ηχη陣列，且η為正整數並 滿足Ν小於η。 在本實施例中，光源220的數量例如為四個，其沿一 8 I2980ftSs 19099twf.doc/e 四邊形軌跡30排列成2x2陣列於基板210上。此外，光源 220例如為發光二極體晶片，且這些光源22〇的發光顏色 可不相同。具體而言，這些光源22G包括-個紅光光源 22卜一個藍光光源222與兩個綠光光源223。另外，透鏡 ，列230是一 4x4的陣列，且透鏡陣列23〇可為一體成型。 ，一透鏡232是沿四邊形執跡3〇排列，第二透鏡234例如 疋沿一四邊形軌跡32排列。第一透鏡232與第二透鏡234 的出光面233例如是凹陷表面。 上述之發光裝置2〇〇中，透鏡陣列230之第一透鏡232 可用以增加光源220的出光量，以避免光源220所發出的 光線在光源220内部發生全反射而無法出射。此外，第一 透鏡232以及圍繞第一透鏡232的第二透鏡234可用以修 正各光源220所發出之光線自透鏡陣列23〇出射後的光 型。舉例來說，從圖4B中可看出，紅光光源221除了左 邊有一個覆蓋綠光光源223的第一透鏡232與一個第二透 鏡234外，右邊還有一個第二透鏡234，相較於圖iB之紅 光發光二極體晶片Π1右邊沒有任何透鏡，本實施例之紅 光光源221所提供的光線224自透鏡陣列230出射後的光 型較為對稱，亦即紅光光源221所提供的光線224之出光 強度分佈較為對稱。 在圖6A至圖6D中所繪示的出光光型圖是分別從圖 4A中觀察面S1至S4所測得的紅光光源之出光光型圖。 相較於從圖1A中觀察面si至S3所測量到的出光光型圖 (即圖3A至圖3C)，圖6A至圖6C所顯示出的出光光型圖 9 1298096^8 19099twf.doc/e 較為對稱，所以本實施例之發光裝置2〇〇的紅光光源22i 之出光強度分佈較為對稱。同理，發光裝置2〇〇的藍光光 源222與綠光光源223之出光強度分佈也較為對稱，如此 可使發光裝置200具有較佳的混光效果，所以在特定的角 度所觀察到的光不會有明顯偏藍、偏綠或偏紅的現象。 值得注意的是，本實施例之各光源22〇的顏色亦可相 同，且在此情況下發光裝置200具有出光強度分佈較為對 稱的優點。 此外，本實施例中第一透鏡232與第二透鏡234的出 光面233是角錐狀的凹陷表面，但本發明並不限定出光面 233的形狀。本發明係透過改變透鏡之出光面的形狀可以 使透鏡具有聚焦或擴散的效果，因此可根據所需要的出光 光型來設計出對應的出光面。以下將再舉出三種第一透鏡 232與第二透鏡234之出光面233的形狀，熟悉此項技藝 者在參照本發明後當可對其外形作適當的更動，但仍應屬 本發明之範疇。 圖7A至圖7C是本發明另一實施例之三種透鏡陣列與 光源的剖面示意圖。請參照圖7A至圖7C，本實施例之透 鏡陣列230a與圖4B中所繪示之透鏡陣列230相似，差別 處在於透鏡陣列230a的第一透鏡232與第二透鏡234之出 光面233為圓弧狀的凹陷表面。此外，如圖7B與圖7C所 示’第一透鏡232與第二透鏡234的出光面233亦可為凸 出表面，其中透鏡陣列23〇b的第一透鏡232與第二透鏡 234的出光面233例如是角椎狀的凸出表面，而透鏡陣列 1298094s 19099twf.doc/e 230c的第一透鏡232與第二透鏡234的出光面233例如是 圓弧狀的凸出表面。 圖8A是本發明又一實施例之發光裝置的上視圖，圖 8B是沿圖8A中C-C’線的剖面示意圖，而圖9是圖8a中 透鏡陣列的立體圖。睛參照圖8A、圖8B與圖9，本實施 例之發光裝置20(Τ與圖4A中所繪示之發光裝置2〇|相 似，不同處在於透鏡陣列230d是一 6χό的陣列。更詳細地 說，發光裝置200,除了包括第一透鏡232與 鏡 外:更包括多個圍繞第二透鏡234的第三透=鏡： 些第二透鏡236例如是沿一四邊形軌跡34排列，且第一透 鏡232、第二透鏡234與第三透鏡236的出光面233之形 同Ϊ。這些第三透鏡236可以進一步提升發光 ΐί 士 ί效果。具體而言’在圖8B中紅光光源221 邊有-個覆盍綠光光源223的第-透鏡232、—個第二 透鏡234與-個第三透鏡236，而紅光光源221右邊有一 ΓΛ二透鏡234與一個第三透鏡236。相較於《犯，在圖 紅光光源221左右兩邊的透鏡數量較為對稱，如此可 =絲源221所提供的光線224自透鏡陣列23 的光型更為對稱。 傻 在”0A至圖10D中所緣示的出光光型圖是分別從 :h察面S1至S4所測得的紅光光源之出光光型 4A中觀察面S1至S3所測量到的出光光 圖6C)，圖1〇A至圖i〇c所顯示出的出光 =更柄稱，亦即树侧之發域置簾,的紅光 /'、之出光強度分佈更為對稱。同理，發光裝置細，的 11 1298祖 19099twf.doc/e 藍光光源222與綠光光源223之出光強度分佈也較為對 稱’如此可使發光裝置200,具有更佳的混光效果。 值得注意的是，本發明之透鏡陣列亦可為8x8的陣 列，亦即可增設圍繞在第三透鏡236外的多個第四透鏡(未 緣示），以更進一步地提升發光裝置的混光效果。此外，熟 悉此項技藝者在參照本發明後當可在第四透鏡外增設更多 層的透鏡，然其仍應屬本發明之範疇。 圖11是本發明再一實施例之發光裝置的示意圖。請 參照圖11，本實施例之發光裝置3〇〇包括一基板31〇、多 個光源320與一透鏡陣列330，其中光源320與透鏡陣列 330是配置於基板31〇上，且光源32〇的數量為六個，其 例如是沿一六邊形轨跡4〇排列。透鏡陣列330包括多個第 一透鏡332與多個第二透鏡334，第一透鏡332是覆蓋光 源320，且分別對應這些光源32〇其中之一，而第二透鏡 334例如是沿一六邊形軌跡42排列，以圍繞第一透鏡332。 此透鏡陣列330可為一體成型。 上述之發光装置，〇〇中，各光源320可分別為一發光 二極體晶片，且這些光源320的發光顏色可不相同，其例 如包括兩個紅光光源321、兩個藍光光源322與兩個綠光 光源323。此外，第一透鏡332與第二透鏡334的出光面 之形狀可視所需的出光光型而定。具體而言，第一透鏡332 與第二透鏡334的出光面可為凹陷表面(如角錐狀的凹陷 表面或圓弧狀的凹陷表面）或是凸出表面（如角錐狀的凸出 表面或凸出狀的凹陷表面）。 由於本實施例之透鏡陣列330之第一透鏡332與第二 12 12980&§8 19099twf.doc/e 透鏡334排列的輪廓較為接近圓形，其對稱性較佳，故可 使各光源32G的出光強度分佈更為對稱，以提升發光裝置 300的混光效果。此外，為了進—步增加各光源3X2〇的出 光強度分佈之對稱性，透鏡陣列33〇更可包括多個圍繞第 二透鏡334的第三透鏡(未繪示）。當然，透鏡陣列33〇更 可包括更多層圍繞在第三透鏡外的多個透鏡。 綜上所述，本實施例之發光裝置至少具有下列優點： 1. 由於透鏡陣列具有多個第二透鏡圍繞對應光源的第 一透鏡，其可使各光源出光強度分佈較為對稱。 2. 由於各光源出光強度分佈較為對稱，故在光源之顏 色不同的情況下，本發明之發光裝置具有較佳的混光效果。 3. 透鏡陣列中增設圍繞第二透鏡的多個第三透鏡可進 一步提升各光源出光強度分佈的對稱性。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請-專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1A是習知發光裝置的上視圖。 圖1B是沿圖1A中A-A’線的剖面示意圖。 圖2是圖1A中透鏡陣列的立體圖。 圖3A至圖3D分別為從圖1A中觀察面S1至S4所測 得的紅光發光二極體晶片之出光光型圖。 ' 圖4A是本發明一實施例之發光裝置的上視圖。 13 I2980&& 19099twf.doc/e 圖4B是沿圖4A中B-B’線的剖面示意圖。 圖5是圖4A中透鏡陣列的立體圖。 圖6A至圖6D中是分別從圖4A中觀察面S1至S4所 測得的紅光光源之出光光型圖。 圖7A至圖7C是本發明另一實施例之三種透鏡陣列與 光源的剖面示意圖。 圖8A是本發明又一實施例之發光裝置的上視圖。 圖8B是沿圖8A中C-C’線的剖面示意圖。 圖9是圖8A中透鏡陣列的立體圖。 圖10A至圖10D是分別從圖8A中觀察面S1至S4所 測得的紅光光源之出光光型圖。 圖11是本發明再一實施例之發光裝置的示意圖。 【主要元件符號說明】 30、32、34 :四邊形軌跡 40、42 :六邊形軌跡 100、200、200’、300 :發光裝置 110、210、310 :基板 120 :發光二極體晶片 121 :紅光發光二極體晶片 122 :藍光發光二極體晶片 123 :綠光發光二極體晶片 124、224 :光線 130、230、230a〜230d、330 :透鏡陣列 132 :透鏡 14 12980齡s 19099twf.doc/e 133、233 :出光面 • 220、320 :光源 : 221、321 :紅光光源 222、322 :藍光光源 ’ 223、323 :綠光光源 232 :第一透鏡 234 :第二透鏡 236 ··第三透鏡 • S1〜S4 ··觀察面
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Claims (1)

  1. I2980&& 19099twf.doc/( 十、申請專利範圍： _ i·一種發光裝置，包括： : 一基板； 夕個光源，配置於該基板上，且該些光源是沿一多邊 - 形軌跡排列； 一透鏡陣列，配置於該基板上，該透鏡陣列包括： 多個第一透鏡，覆蓋該些光源，且每一第一透鏡 分別對應該些光源其中之一；以及 φ 多個第二透鏡，圍繞該些第一透鏡。 ,2·如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該些 光源是沿一四邊形軌跡排列。 3·如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該些 光源排列成一 NxN陣列，該透鏡陣列是一 ηχη陣列，且N 及η均為正整數並滿足n小於n。 4·如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該些 光源是沿一六邊形軌跡排列。 卜5·如申請專利範®第1項所述之發光裝置，其中該些 鲁 第一透鏡與該些第二透鏡的出光面是凹陷表面或凸出表 面。 6·如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該些 弟透鏡與$亥些苐一透鏡的出光面是圓弧狀的凹陷表面或 角錐狀的凹陷表面。 7.如申請專利範圍第丨項所述之發光裝置，其中該些 第一透鏡與該些第二透鏡的出光面是圓弧狀的凸出表面或 角錐狀的凸出表面。 16 19099twf.doc/e 8·如申請專利範圍第丨項所述之發光裝置，其中該 鏡陣列更包括多個第三透鏡，圍繞該些第二透鏡。Λ 9·如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該 鏡陣列是一 6x6陣列。 ^ 10·如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該此 第一透鏡、該些第二透鏡與該些第三透鏡的出光面之形& 相同。 11.如申請專利範圍第丨項所述之發光裝置，其中該些 光源包括多個發光二極體晶片。 — 12·如申請專利範圍第丨項所述之發光裝置，其中該些 光源的發光顏色不同。 一 13·如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該些 光源的發光顏色包括紅色、藍色與綠色。 14·士〇/申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括多 個第四透鏡，圍繞該些第三透鏡。 15·如申請專利範圍第14項所述之發光裝置，其中該 透鏡陣列是一 8x8陣>】。 17
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