CN102865464A - 发光二极管灯源 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管灯源，包括散热块、灯源板、光反射支架及二次光学元件。灯源板包括位于散热块上的电路板及位于电路板上的发光元件。光反射支架设置于灯源板上并包括平板部及光反射柱体。平板部具有多个暴露出发光元件的开口。光反射柱***于平板部上并实体连接平板部。二次光学元件罩覆灯源板与光反射支架并实体连接散热块。二次光学元件具有第一光学表面与第二光学表面。第一光学表面连接散热块与第二光学表面。第一光学表面上任一点的切线的斜率绝对值实质上为固定。第二光学表面上任一点的切线的斜率绝对值在往远离散热块的方向上逐渐变小。

Description

发光二极管灯源

技术领域

本发明涉及一种灯源，且尤其涉及一种光均匀较佳的发光二极管灯源。

背景技术

由于发光二极管(LED)的发展已广泛地使用于灯泡，以减少耗电量而符合环保的趋势。然而由于LED具有点光源、高亮度、窄光束的光源输出特性，且其机械特性与产品可靠度的考量也与传统灯具产品不同。目前各国开始针对固态照明领域，包含道路照明、户外照明、室内照明等应用，发展相关检测标准。

目前市场上发光二极管灯泡球符合能源之星(Energy Star)规范的产品并不多见，其主要原因是由于发光二极管本身所提供的光线的指向性强，亦即发光二极管发光具有方向性。再者，发光二极管摆放于灯泡球内的位置会受到内部驱动电路及散热块的影响而有所限制。一般来说，目前照明用高功率发光二极管的出光角度多为120度角设计，而如何在结构与光学设计上达到在出光角度广的情况下仍有均匀且光强度足够的发光二极管灯泡球实为各家厂商所努力的目标。

图1A为现有的发光二极管灯源的示意图，而图1B则为图1A的发光二极管灯源所提供的光场分布的示意图。请同时参考图1A与图1B，现有的发光二极管灯源100的灯罩110通常为半球形，因此位于灯源100内的发光二极管(未显示)所提供的光线在通过灯罩而出射于灯源100时，其光场强度分布仍会过度集中于中央，而使得均匀度及出光角度的表现不佳。

发明内容

本发明提出一种发光二极管灯源，其具有较佳的散热结构，并同时可提供更均匀化且角度更大的照明范围。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭示的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种发光二极管灯源，其包括散热块、灯源板、光反射支架以及二次光学元件。灯源板位于散热块上，且灯源板包括电路板以及多个发光元件。电路板位于散热块上，而发光元件设置于电路板上。光反射支架设置于灯源板上。光反射支架包括平板部以及光反射柱体。平板部配置于电路板上并具有多个开口，以暴露出这些发光元件。光反射柱***于平板部上并实体连接平板部。二次光学元件罩覆灯源板与光反射支架并实体连接散热块。二次光学元件掺有多个扩散粒子并具有第一光学表面与第二光学表面。第一光学表面连接散热块与第二光学表面，其中第一光学表面上任一点的切线相对散热块的斜率绝对值实质上为固定，且第二光学表面相对散热块上任一点的切线的斜率绝对值在往远离散热块的方向上逐渐变小。

在本发明一实施例中，散热块具有多个第一散热鳍片，这些第一散热鳍片覆盖部分第一光学表面。

在本发明一实施例中，每一这些发光元件适于提供光束。部分光束适于直接地传递至光反射支架并被光反射柱体反射至二次光学元件而出射于发光二极管灯源。部分光束则适于直接地传递至二次光学元件而出射于发光二极管灯源。

在本发明一实施例中，光反射支架的材质为导热材质。

在本发明一实施例中，发光二极管灯源还包括散热元件，其中散热元件配置于二次光学元件上。散热元件具有锁固开孔以及多个第二散热鳍片，且这些第二散热鳍片覆盖部分第二光学表面。

在本发明一实施例中，发光二极管灯源还包括锁固元件，其中锁固元件穿设散热元件的锁固开孔而锁固于光反射柱体的螺纹开孔内，以使散热元件锁固于二次光学元件上。

在本发明一实施例中，发光二极管灯源还包括顶盖，其中顶盖配置于散热元件的锁固开孔上，以覆盖锁固元件。

在本发明一实施例中，光反射柱体为中空柱体。

在本发明一实施例中，发光二极管灯源还包括导热元件，其中导热元件设置于光反射柱体内。

在本发明一实施例中，第一光学表面上任一点的切线与散热块之间的夹角实质上大于90度小于180度。在本发明一实施例中，夹角实质上落在116度与146度之间。

在本发明一实施例中，二次光学元件还具有平面，其中平面相对散热块的斜率为零，且平面位于电路板的正上方并连接第二光学表面。

在本发明一实施例中，二次光学元件还包括多个卡扣部，且这些卡扣部适于与散热块卡扣，以使二次光学元件固定于散热块上。

在本发明一实施例中，二次光学元件可由多个子光学元件卡合而成。

在本发明一实施例中，发光二极管灯源还包括驱动元件支架，其中驱动元件支架连接于散热块的底部。驱动元件支架内适于装设有驱动电路，其中驱动电路电连接灯源板。

在本发明一实施例中，发光二极管灯源还包括螺旋灯头，其中驱动元件支架的一部分卡合于螺旋灯头内，且驱动电路电连接螺旋灯头。

在本发明一实施例中，驱动电路为交流转直流的驱动电路。

本发明的一实施例另提供一种发光二极管灯源，其包括散热块、灯源板、光反射支架以及二次光学元件。灯源板位于散热块上，且灯源板包括电路板以及多个发光元件。电路板位于散热块上，而发光元件设置于电路板上。光反射支架设置于灯源板上，且光反射支架包括平板部以及光反射柱体。平板部配置于电路板上并具有多个开口，以暴露出这些发光元件。光反射柱***于平板部上并实体连接平板部。二次光学元件罩覆灯源板与光反射支架并实体连接散热块。二次光学元件掺有多个扩散粒子并具有第一光学表面与第二光学表面。第一光学表面连接散热块与第二光学表面，其中第一光学表面上任一点的切线相对散热块的斜率绝对值实质上为固定，且第二光学表面上任一点的切线相对散热块的斜率绝对值在往远离散热块的方向上逐渐变大后又逐渐变小。

基于上述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。发光二极管灯源可通过使用二次光学元件而可达到大角度的全周光照明，其中二次光学元件的第一光学表面相对散热块在往远离散热块的方向上的斜率绝对值实质上为固定，且第二光学表面相对散热块在往远离散热块的方向上的斜率绝对值逐渐变小。另外，由于二次光学元件掺有多个扩散粒子，因此，光束除了可通过折射的方式出射于发光二极管灯源外，亦可通过扩散/散射的方式而出射于发光二极管灯源外，而可提供更均匀化且角度更大的照明范围。再者，由于位于发光元件旁的光反射柱体亦会协助将部分光束反射至二次光学元件，因此亦可使发光二极管灯源还进一步地提供更均匀化且角度更大的照明范围。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A为现有的发光二极管灯源的示意图。

图1B则为图1A的发光二极管灯源所提供的光场分布的示意图。

图2A为本发明一实施例的发光二极管灯源的立体示意图。

图2B为图2A的发光二极管灯源的分解示意图。

图3A为图2A的发光二极管灯源的光束行进的局部剖面示意图。

图3B则为图2A的发光二极管灯源所提供的光场分布的示意图。

图4A与图4B为夹角分别为116度与146度时的发光二极管灯源的剖示示意图。

图5A～图5C所显示的二次光学元件不同实施状态的示意图。

图6显示二次光学元件的子光学元件的示意图。

图7为本发明另一实施例的发光二极管灯源的剖面示意图。

附图标记：

200：发光二极管灯源

210：散热块

212：第一散热鳍片

220：灯源板

222：电路板

224：发光元件

230：光反射支架

232：平板部

234：光反射柱体

232a：开口

240：二次光学元件

242：卡扣部

244：扩散粒子

250：散热元件

252：锁固开孔

254：第二散热鳍片

260：锁固元件

270：顶盖

280：驱动元件支架

290：螺旋灯头

S1：第一光学表面

S2：第二光学表面

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

图2A为本发明一实施例的发光二极管灯源的立体示意图，图2B为图2A的发光二极管灯源的分解示意图，图3A为图2A的发光二极管灯源的光束行进的局部剖面示意图，而图3B则为图2A的发光二极管灯源所提供的光场分布的示意图。请同时参考图2A、图2B、图3A与图3B，本实施例的发光二极管灯源200包括一散热块210、一灯源板220、一光反射支架230以及一二次光学元件240。灯源板220位于散热块210上，且灯源板220包括一电路板222以及多个发光元件224，其中电路板222位于散热块210上，而发光元件224设置于电路板222上。在本实施例中，散热块210可采用导热系数高的散热材质，如此一来，灯源板220被驱动所产生的热能便可被散热块210有效地传递至外部去，以进行散热。其中为了提高发光二极管灯源200的散热效果，本实施例的散热块210还可具有多个第一散热鳍片212，其中这些第一散热鳍片212会覆盖部分二次光学元件240。

具体而言，由于散热块210具有多个第一散热鳍片212，因此散热块210的整体散热面积便可大幅地增加，从而可使灯源板220所产生的热能通过传导的方式而有效地被排除于发光二极管灯源200的外部，如此，灯源板220便可较容易地处于正常的工作温度下而具有较高的使用寿命。换言之，本实施例可通过第一散热鳍片212的使用而有效地提升发光二极管灯源200的散热效果。再者，为了可进一步地提高发光二极管灯源200的整体散热效果，灯源板220的电路板222的材质可以是选择导热性较佳的导热性基板，意即电路板222可选用金属芯印刷电路板(metal core printed circuit board，MCPCB)、陶瓷基板或是其他适当导热系数佳的电路板，此部分为举例说明，但不限于此。在本实施例中，发光元件224例如是发光二极管元件，且每一发光元件224适于提供一光束L1。

请继续参考图2A、图2B与图3A，光反射支架230设置于灯源板220上，其中光反射支架230包括一平板部232以及一光反射柱体234。具体来说，平板部232设置于电路板222上并具有多个开口232a，其中开口232a会暴露出这些发光元件224，如图2B与3A所示。另外，光反射柱体234位于平板部232上并实体连接平板部232。在本实施例中，由于发光元件224所提供的光束L1的指向性强，因此，发光二极管灯源200便可通过位于发光元件224旁的光反射柱体234将部分光束L1反射，从而使光束L1在出射于发光二极管灯源200时可呈现较佳的光均匀性。另外，光反射支架230除了可反射光束L1外，若适当地选用光反射支架亦可有效地提升发光二极管灯源200的散热效果。在本实施例中，光反射柱体234为一中空柱体。

在发光二极管灯源200中，由于光反射支架230的平板部232可通过前述的开口232a而固定灯源板220并同时与灯源板220直接地接触，因此若光反射支架230的材质是选用导热系数较高的导热材质，则灯源板220所产生的热能除了可通过前述导热块210进行散热外，其所产生的热能亦可传递至平板部232与光反射柱体234而进行散热。类似地，为了可有效地将传递至平板部232与光反射柱体234的热能传导至发光二极管灯源的外部，以提升散热效果。因此，发光二极管灯源200还可包括一散热元件250与一锁固元件260，其中散热元件250配置于二次光学元件240上并具有一锁固开孔252以及多个第二散热鳍片254，而锁固元件260穿设散热元件250的锁固开孔252而连接至光反射柱体234，如图2B与图3A所示。

具体而言，锁固元件260穿设散热元件250的锁固开孔252而锁固于光反射柱体234的螺纹开孔234a内，而可使散热元件250被锁固于二次光学元件240上并与光反射柱体234接触，其中若锁固元件260采用为一导热性较佳的材质时，除了可有效地固定散热元件250于二次光学元件240外，亦可协助将传递至平板部232与光反射柱体234的热能有效地传导至散热元件250，从而通过第二散热鳍片254进行散热，而这些第二散热鳍片254覆盖部分二次光学元件240，如图2A、图2B与图3A所示。在本实施例中，第一散热鳍片212与第二散热鳍片254可接触在一起，而形成一散热循环***，如图2A所示。然而，于其他实施例中，第一散热鳍片212与第二散热鳍片254亦可不接触，上述仅为举例说明，但不限于此。

请继续参考图2A、图2B与图3A，二次光学元件240罩覆灯源板220与光反射支架230并实体连接散热块210。具体来说，二次光学元件240具有一第一光学表面S1与一第二光学表面S2，其中第一光学表面S1连接散热块210与第二光学表面S2。特别的是，由于第一光学表面S1上任一点的切线相对散热块210的斜率绝对值实质上为固定，且第二光学表面S2上任一点的切线相对散热块210的斜率绝对值在往远离散热块210的方向上逐渐变小，因此，来自发光元件224的部分光束L1在传递至第一光学表面S1与第二光学表面S2时便可有效地被折射而出射于发光二极管灯源200外，而使发光二极管灯源200可提供大角度的均匀光场分布。

在发光二极管灯源200中，本实施例的二次光学元件240掺有多个扩散粒子244，如此一来，光束L1除了可通过折射的方式出射于发光二极管灯源200外，亦可通过扩散/散射的方式而出射于发光二极管灯源200外，如图3A所示，进而可更进一步提供角度更大的照明范围，意即可呈现全周光的照明，如图3B所显示的光场分布。由图3B可知，本实施例的发光二极管灯源200可藉由光反射支架230与二次光学元件改变光束L1的传递路径，从而可使发光二极管灯源200可达到全周光的照明，例如：本实施例的发光二极管灯源200的照明角度可达309度，且于此照明角度内光均匀度皆是落在0.78～0.8。换言之，相较于传统发光二极管灯泡/灯源的照明角度仅能落在286度且光均匀度仅在0.4～0.6，本实施例的发光二极管灯源200确实是具有角度较大的照明范围外，同时亦可具有亮度较均匀的光场分布。

在图2A与图3A的发光二极管灯源200中，第一光学表面S1上任一点的切线与散热块210之间的一夹角θ1实质上大于90度小于180度，较佳地，夹角θ1实质上可落在116度与146度之间，如图4A与图4B所显示，其中图4A与图4B为夹角分别为116度与146度时的发光二极管灯源的剖示示意图。于本实施例中，夹角θ1若可落在116度与146度之间，则发光二极管灯源200便可呈现如图3B所显示的光场分布图，意即可呈现角度较大的照明范围及亮度较均匀的光场分布。

另外，上述的二次光学元件240可采用如图5A～图5C所显示的二次光学元件240’、240”、240”’的实施状态，但不限于此。详细而言，于图5A中，二次光学元件240’可具有一平面S3，其中平面S3相对散热块210的斜率为零，意即平面S3是平行于散热块210，且平面S3位于电路板222的正上方并连接第二光学表面S2，如图5A所示；于图5B中，二次光学元件240”除了可具有前述的平面S3外，且第二光学表面S2上任一点的切线相对散热块210的斜率绝对值在往远离散热块210的方向上逐渐变大后又逐渐变小；于图5C中，二次光学元件240”’采用光学元件240”的实施方式，但二者不同的是，二次光学元件240”’的第一光学表面S1上任一点的切线与散热块210之间的夹角大于二次光学元件240”的第一光学表面S1上任一点的切线与散热块210之间的夹角，如图5B与图5C所示。需要说明的是，上述仅是举例说明二次光学元件240可实施的状态，但不限于此。

此外，二次光学元件240、240’、240”、240”’亦可由多个如图6所示的子光学元件240a所卡合而成，或者是可为一体成型的构造。详细来说，二次光学元件240、240’、240”、240”’可以是由二个、三个、四个或其他整数个子光学元件240a进行卡合，而构成如图2B、图5A～图5C所显示的实施状态。于另一实施例中，二次光学元件240、240’、240”、240”’可以是一体成型，意即二次光学元件可通过冲压、压模、铸模之类的方式形成。

请再继续参考图2A、图2B与图3A，上述的二次光学元件240可包括多个卡扣部242，其中这些卡扣部242适于与散热块210卡扣，以使二次光学元件240固定于散热块210上。另外，发光二极管灯源200可包括一驱动元件支架280，其中驱动元件支架280连接于散热块210的一底部B1，且驱动元件支架280内适于装设有一驱动电路(未显示)，其中驱动电路适于电连接灯源板220。在本实施例中，发光二极管灯源200可包括一螺旋灯头290，其中驱动元件支架280的一部分卡合于螺旋灯头290内，且驱动电路282电连接螺旋灯头290，如图2A、图2B与图3A所示。在本实施例中，驱动电路主要是可用来将施加于螺旋灯头290上的交流电信号转换成可供灯源板220可使用的直流电信号。

另外，发光二极管灯源200亦可包括一顶盖270，其中顶盖270配置于散热元件250的锁固开孔252上，以覆盖锁固元件260，如此除了具有美观的效果外，并具有保护锁固元件260以避免锁固元件260暴露于外部而易于锈化。

图7为本发明另一实施例的发光二极管灯源的剖面示意图。请参考图7，本实施例的发光二极管灯源300与前述的发光二极管灯源200采用相同的概念，二者不同处在于，发光二极管灯源300可包括一导热元件310，其中导热元件310是设置于光反射柱体234内，如图7所示。一般来说，固体的热传导效率大于液体与气体的传导效率，因此通过将导热元件310设置于光反射柱体234内，将可进一步地将来自灯源板220所产生的热能更为快速地传导至发光二极管灯源300的外部，以提升散热效率。

综上所述，本发明的发光二极管灯源至少具有以下优点。首先，发光二极管灯源可通过使用二次光学元件而可达到大角度的全周光照明，其中二次光学元件的第一光学表面上任一点的切线相对散热块的斜率绝对值实质上为固定，且第二光学表面上任一点的切线的斜率绝对值相对散热块在往远离散热块的方向上逐渐变小。另外，由于二次光学元件掺有多个扩散粒子，因此，光束除了可通过折射的方式出射于发光二极管灯源外，亦可通过扩散/散射的方式而出射于发光二极管灯源外，而可提供更均匀化且角度更大的照明范围。再者，由于位于发光元件旁的光反射柱体亦会协助将部分光束反射至二次光学元件，因此亦可使发光二极管灯源更进一步地提供更均匀化且角度更大的照明范围。此外，由于散热块具有多个第一散热鳍片，且散热元件具有第二散热鳍片，因此可使发光二极管灯体具有较大的散热面积，从而可使灯源板所产生的热能通过传导的方式而更有效率地被排除于发光二极管灯源外部，如此，灯源板便可具有较高的使用寿命。换言之，本实施例可通过第一散热鳍片与第二散热鳍片的使用而可有效地提升发光二极管灯源的散热效果。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (16)

1.一种发光二极管灯源，其特征在于，包括：

散热块；

灯源板，位于所述散热块上，且所述灯源板包括：

电路板，位于所述散热块上；

多个发光元件，设置于所述电路板上；

光反射支架，设置于所述灯源板上，所述光反射支架包括：

平板部，配置于所述电路板上并具有多个开口，以暴露出所述发光元件；

光反射柱体，位于所述平板部上并实体连接所述平板部；以及

二次光学元件，罩覆所述灯源板与所述光反射支架并实体连接所述散热块，所述二次光学元件掺有多个扩散粒子并具有第一光学表面与第二光学表面，所述第一光学表面连接所述散热块与所述第二光学表面，其中所述第一光学表面上任一点的切线相对所述散热块的斜率绝对值实质上为固定，所述第二光学表面上任一点的切线相对所述散热块的斜率绝对值在往远离所述散热块的方向上逐渐变小。

2.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述散热块具有多个第一散热鳍片，所述第一散热鳍片覆盖部分所述第一光学表面。

3.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，每一所述发光元件适于提供光束，部分所述光束适于直接地传递至所述光反射支架并被所述光反射柱体反射至所述二次光学元件而从所述发光二极管灯源出射，部分所述光束则适于直接地传递至所述二次光学元件而从所述发光二极管灯源出射。

4.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述光反射支架的材质为导热材质。

5.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，还包括散热元件，配置于所述二次光学元件上，其中所述散热元件具有锁固开孔以及多个第二散热鳍片，且所述第二散热鳍片覆盖部分所述第二光学表面。

6.根据权利要求5所述的发光二极管灯源，其特征在于，还包括锁固元件，穿设所述散热元件的所述锁固开孔而锁固于所述光反射柱体的螺纹开孔内，以使所述散热元件锁固于所述二次光学元件上。

7.根据权利要求6所述的发光二极管灯源，其特征在于，还包括顶盖，配置于所述散热元件的所述锁固开孔上，以覆盖所述锁固元件。

8.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述光反射柱体为中空柱体。

9.根据权利要求8所述的发光二极管灯源，其特征在于，还包括导热元件，设置于所述光反射柱体内。

10.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述第一光学表面上任一点的切线与所述散热块之间的夹角实质上大于90度小于180度。

11.根据权利要求10所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述夹角实质上落在116度与146度之间。

12.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述二次光学元件还具有平面，所述平面相对所述散热块的斜率为零，且所述平面位于所述电路板的正上方并连接所述第二光学表面。

13.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述二次光学元件还包括多个卡扣部，且所述卡扣部适于与所述散热块卡扣，以使所述二次光学元件固定于所述散热块上。

14.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，所述二次光学元件可由多个子光学元件卡合而成。

15.根据权利要求1所述的发光二极管灯源，其特征在于，还包括驱动元件支架，连接于所述散热块的底部，且所述驱动元件支架内适于装设有驱动电路，其中所述驱动电路电连接所述灯源板。

16.一种发光二极管灯源，其特征在于，包括：

散热块；

灯源板，位于所述散热块上，且所述灯源板包括：

电路板，位于所述散热块上；

多个发光元件，设置于所述电路板上；

光反射支架，设置于所述灯源板上，所述光反射支架包括：

平板部，配置于所述电路板上并具有多个开口，以暴露出所述发光元件；

光反射柱体，位于所述平板部上并实体连接所述平板部；以及

二次光学元件，罩覆所述灯源板与所述光反射支架并实体连接所述散热块，所述二次光学元件掺有多个扩散粒子并具有第一光学表面与第二光学表面，所述第一光学表面连接所述散热块与所述第二光学表面，其中所述第一光学表面上任一点的切线相对所述散热块的斜率绝对值实质上为固定，所述第二光学表面上任一点的切线相对所述散热块的斜率绝对值在往远离所述散热块的方向上逐渐变大后又逐渐变小。

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