人造光源的制作方法
【专利摘要】本发明的实施例揭露一种人造光源，包含有发光板、混光管、及出光板。其中，发光板构成中空柱状体的顶板，混光管构成中空柱状体的柱身，出光板构成中空柱状体的底板，且出光板包含有准直用光学膜片。此人造光源有很好的能源效率，且其输出光有很好的均匀度及准直性。
【专利说明】人造光源
【技术领域】
[0001]本发明相关于光源，尤指ー种可使用于测试系统中的人造光源。
【背景技术】
[0002]ー些测试系统需要使用人造光源。举例来说，这些测试系统可能需使用人造光源来模拟定义为AML 5G的太阳光，以测试太阳能电池(solar cell)的转换效率(conversionefficiency)。
[0003]然而，目前市面上常见的人造光源可能会面临以下的一或多个问题:能源效率较低、输出光的均匀度较低、及输出光的准直性(collimation)较低。这些问题除了可能导致测试成本増加、还可能会降低测试的准确度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一，在于提供ー种人造光源，以提升能源效率，并提升输出光的均匀度及准直性。
[0005]本发明的实施例揭露ー种人造光源,包含有发光板、混光管、及出光板。其中，发光板构成中空柱状体的顶板，混光管构成中空柱状体的柱身，出光板构成中空柱状体的底板，且出光板包含有准直用光学膜片。
[0006]上述实施例的人造光源有很好的能源效率，且其输出光有很好的均匀度及准直性。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]此处所说明的附图用来提供对本发明的进ー步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0008]图1为本发明的人造光源一实施例的立体图；
[0009]图2的表格列举了图1的出光板上可包含的多种LED的规格；
[0010]图3为本发明的人造光源另ー实施例的立体图。
[0011]【主要元件符号说明】
[0012]100、100’:人造光源
[0013]120:发光板
[0014]140:混光管
[0015]160:出光板
[0016]180:导光管
[0017]18a、18b、18c、18d、18e、18f:凹 ロ【具体实施方式】
[0018]图1为本发明的人造光源一实施例的立体图。本实施例的人造光源100包含有一发光板120、一混光管140、及一出光板160。如图1所不,发光板120、混光管140、及出光板 160构成一中空柱状体(hollow pillar)，其中，发光板120构成中空柱状体的顶板、混光管 140构成中空柱状体的柱身、而出光板160构成中空柱状体的底板，这三个元件所围绕出的 内部空间是一个能让不同光谱的光线充分混和的混光腔(light-blending cavity)。
[0019]受测装置(未绘示)可放置于中空柱状体的下方，受测装置受人造光源100的输 出光照射到的受光面可以平行于出光板160且与其间隔一段距离，例如7?10公分的距离， 这样的距离可以让探针或其他测试用元件伸到人造光源100的出光板160与受测装置的受 光面之间，以量测受测装置受输出光照射时的响应。
[0020]举例来说，前述的受测装置可以是太阳能电池(solar cell)，若其受光面为15.6 公分X 15.6公分的矩形,则前述中空柱状体可以是一长方体，由发光板120及出光板160 分别构成的顶板及底板可以是20公分X 20公分的矩形，中空柱状体的高度至少是20公 分，例如可为40公分高。而在其他实施例中，中空柱状体亦可以是中空圆柱(column)或其 他形状的中空柱状体。若中空柱状体是圆柱，则发光板120及出光板160的表面将会是圆 形，而非如图1所示的矩形。
[0021]发光板120在面向出光板160的一面交错地设置有N种不同的发光二极体(LED), 用来将N种不同光谱的光经由混光管140射向出光板160。
[0022]举例来说，前述N种不同光谱的LED可包含有一或多种萤光粉转换白光 LED (phosphor converted LED)、一或多种红光LED、一或多种绿光LED、及一或多种蓝光 LED，此时，N的值至少为4。若人造光源100需产生具有高连续光谱的输出光，以精准地模 拟定义为AM1.5G的太阳光，则前述N种不同光谱的LED可包含有十种以上不同光谱的LED， 例如图2的表格所列举的各种LED，此时，N的值大于10。
[0023]人造光源100可使用N个不同的驱动讯号来控制发光板120上N种不同光谱的 LED。藉由调整N个驱动讯号中的至少之一，人造光源100可改变前述N种不同光谱的光的 能量在人造光源100的输出光的总能量中所占的比例，以让输出光的光谱尽量接近欲模拟 的光谱。
[0024]混光管140是个中空的管体，其内表面可以有反射率(reflectance)很高的镀膜 (coating)或反射片(reflective plates)。为了减少能量耗损，混光管140内表面的反射 率至少应大于80%，举例来说，对于波长介于350奈米(nm)与1100奈米间的任意光线而言， 混光管140内表面的反射率、穿透率(transmittance)、及吸收率(absorptance)可以分别 为97%、0%、及3%。由于混光管140的高度至少20公分，发光板120所射出的任一光线在抵 达出光板160前，可能会先经过混光管140的内表面反射不定次数，因此混光管140可让经 过它而抵达出光板160的光有更好的均匀度。
[0025]出光板160可以包含有一或多片相互平行的光学膜片(optical film)，这一或多 片光学膜片可以平行于发光板120。此处列举出光板160的四个例子。在第一个例子中，出 光板160包含有一准直用光学膜片(collimating optical film)。在第二个例子中，出光 板160包含有一准直用光学膜片及一分光镜(beam splitter)，其中分光镜设置于准直用 光学膜片面向发光板120的一侧。在第三个例子中，出光板160包含有一准直用光学膜片 及一扩散片(diffuser)，其中扩散片设置于准直用光学膜片面向发光板120的一侧。在第 四个例子中，出光板160包含有一准直用光学膜片、一扩散片、及一分光镜，其中扩散片设置于准直用光学膜片面向发光板120的ー侧，分光镜设置于扩散片面向发光板120的ー侧，换句话说，扩散片设置于准直用光学膜片与分光镜之间。
[0026]前述任一例子的分光镜的穿透率可小于80%，它可将部分经过混光管140而抵达出光板160的光线再次反射回混光管140中，增加这些光线的反射次数，以确保最終穿过出光板160的输出光的均匀度。举例来说，对于波长介于350奈米与1100奈米间的任意光线而言，前述任一例子的分光镜的反射率、穿透率、及吸收率可以分别为21%、75%、及4%。
[0027]前述任一例子的扩散片可以让穿透它的光具有漫射型散射(Lambertiandiffusion)的特性，它可增加光线穿透扩散片而入射至准直用光学膜片时入射角的分布范围，以避免过多的光线受准直用光学膜片反射回反射管140中，换句话说，扩散片可增加光线穿过出光板160的机会。举例来说，对于波长介于350奈米与1100奈米间的任意光线而言，前述任一例子的扩散片的反射率、穿透率、及吸收率可以分别为19%、72.5%、及8.5%。
[0028]前述任一例子的准直用光学膜片可让输出光有更好的准直性(collimation)，举例来说，任一光线自出光板160射出时会有一出光角(亦即射出光线与出光板160的垂直方向间的夹角)，而准直用光学膜片可让输出光几乎只包含有出光角小于30度的光线，而几乎不含有出光角大于40度的光线。若受测装置是一片平行于出光板160的太阳能电池，一光线自出光板160射出时的出光角应会等于其抵达太阳能电池的入射角。而由于输出光具有良好的准直性，输出光中绝大多数的光线在抵达太阳能电池时的入射角都会小于30度，而这些入射角间的差异并不会对太阳能电池的电流响应产生大大的影响。换句话说，输出光良好的准直性将可提升对太阳能电池的测试准确度。
[0029]为了让准直用光学膜片具有前段所述的特性，准直用光学膜片上可以具有ー维度或二维度的微结构，例如菱形、矩形、圆形、或长条形…的微结构。
[0030]图3为本发明的人造光源另ー实施例的立体图。本实施例的人造光源100'大致相同于图1的人造光源100，不同处仅在于人造光源100'另包含有一导光管(light-guiding pipe) 180。如图3所示，导光管180构成混光管140的一延伸段(extension)，且出光板160介于混光管140与导光管180之间。
[0031]类似于混光管140，导光管180可以是中空的管体，其内表面可以有反射率很高的镀膜或反射片。为了減少能量耗损，导光管180内表面的反射率至少应大于80%，举例来说，对于波长介于350奈米与11 00奈米间的任意光线而言，导光管180内表面的反射率、穿透率、及吸收率可以分别为97%、0%、及3%。导光管180可提升人造光源100'的输出光抵达受测装置时的能量均匀度，例如提升至98%或以上，因此，导光管180可降低输出光抵达受测装置时的渐晕效应(vignetting effect),而更加提升测试的准确度。
[0032]为了确保能降低渐晕效应，受测装置的受光面与导光管180离出光板160较远的底缘(bottom rim)间的垂直距离应避免过大。如前文所述，不论有没有导光管180，受测装置的受光面可以平行于出光板160且与出光板160间隔一段距离，例如7~10公分的距离。而由于导光管180的高度可以介于6~7公分，故受测装置的受光面与导光管180底缘间的垂直距离可以介于(T4公分之间。
[0033]导光管180的底缘可具有至少ー凹ロ(indention)，例如图3所绘示的凹ロ 18a、18b、18c、18d、18e、及18f、及在导光管180两个未绘示的侧面的其他凹ロ。举例来说，任一凹ロ可以是矩形的开ロ(opening),它可自导光管180的底缘朝向出光板160的方向凹入至少1.5公分，让探针或其他测试用元件可伸到受测装置的受光面上，以量测受测装置受输 出光照射时的响应。为了确保探针或其他测试用元件可以通过，任一凹口的高度可为2.5 公分，宽度则可为0.6公分。
[0034]以上实施例的人造光源100/100'具有很多优点，在此仅举例其中的三个优 点。第一，由于而LED的发光效率相当好，且混光管140内表面的反射率相当高，故人造 光源100/100'会有很好的能源效率。第二，由于混光管140具有足够的高度，人造光源 100/100'的输出光的均匀度也会相当好。第三，由于出光板160包含有准直用光学膜片， 故人造光源100/100'的输出光会有相当好的准直性。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种人造光源，包含有一发光板、一混光管、及一出光板，其特征在于:该发光板构成一中空柱状体的一顶板，该混光管构成该中空柱状体的一柱身，该出光 板构成该中空柱状体的一底板，且该出光板包含有一准直用光学膜片。
2.如权利要求1所述的人造光源，其特征在于:该出光板另包含有一扩散片，设置于该准直用光学膜片面向该发光板的一侧。
3.如权利要求1所述的人造光源，其特征在于:该出光板另包含有一分光镜，设置于该准直用光学膜片面向该发光板的一侧。
4.如权利要求1所述的人造光源，其特征在于:该出光板另包含有一扩散片及一分光镜，该扩散片设置于该准直用光学膜片面向该发 光板的一侧，该分光镜设置于该扩散片面向该发光板的一侧。
5.如权利要求3或4所述的人造光源，其特征在于:该分光镜的穿透率小于80%。
6.如权利要求1、2、3、或4所述的人造光源，其特征在于:该混光管一内表面的反射率大于80%。
7.如权利要求1、2、3、或4所述的人造光源，其特征在于:该中空柱状体至少20公分高。
8.如权利要求1、2、3、或4所述的人造光源，其特征在于:该发光板在面向该出光板的一面上设置有十种以上具有不同光谱的发光二极体。
9.如权利要求1、2、3、或4所述的人造光源，其特征在于:该人造光源另包含一导光管，该导光管构成该混光管的一延伸段，该出光板介于该导 光管及该混光管之间，且该导光管的一底缘具有至少一凹口。
10.如权利要求9所述的人造光源，其特征在于:该至少一凹口自该底缘朝向该出光板凹入至少1.5公分。
【文档编号】F21Y101/02GK103591478SQ201210292100
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】杨兰昇, 王遵义, 范辰玮 申请人:致茂电子(苏州)有限公司