TWI414727B

TWI414727B - 發光裝置

Info

Publication number: TWI414727B
Application number: TW100119685A
Authority: TW
Inventors: Yen Chun Chou
Original assignee: Aether Systems Inc
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2013-11-11
Also published as: JP2012252994A; TW201250167A; CN102809118A

Description

發光裝置

本發明係關於一種發光裝置及其複合透鏡，特別關於一種以發光二極體作為光源的發光裝置及其複合透鏡。

近年來，由於發光二極體(Light Emitting Diode,LED)在製程與材料方面的不斷改良，使得發光二極體的發光效率大幅提升。不同於一般的日光燈或省電燈泡，發光二極體具有低耗電量、使用壽命長、安全性高、發光響應時間短及體積小等特性，因此，發光二極體已經廣泛地運用至許多種類的電子產品中。其中之一的應用是以發光二極體作為發光燈泡，以取代傳統的日光燈管及日光燈泡。

請參照圖1所示，習知的發光二極體燈具1具有一發光二極體11及一電路板12。發光二極體11設置於電路板12上，當發光二極體11被驅動後將發亮。然而，由於發光二極體11所發出之光線具有方向性，且需要安裝於基座以利散熱，因而使得發光二極體燈具1的光線照射區域約略為180度，而無法達到傳統燈泡近乎360度的配光角度。此外，隨著美國的能源之星(Energy Star)對於發光二極體燈泡的規範公佈之後，愈來愈多的發光二極體燈泡製造商已經將原本所重視的光效率轉移至光品質。換句話說，就是對於發光二極體燈泡的配光角度更加重視。

因此，如何提供一種發光裝置及其複合透鏡，使其能夠提升出光角度，以達到高角度配光，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠提升出光角度，以達到高角度配光的發光裝置及其複合透鏡。

為達上述目的，依據本發明之一種發光裝置包含一發光模組及一複合透鏡。複合透鏡設置於發光模組上方。複合透鏡包含一第一透鏡部、一第二透鏡部、一第三透鏡部及一第四透鏡部。第二透鏡部圍繞且連接第一透鏡部。第三透鏡部圍繞且連接第二透鏡部。第四透鏡部圍繞設置於第三透鏡部的下方。第一透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第一群光線由第一透鏡部射出。第二透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第二群光線穿過第三透鏡部並由第四透鏡部射出。第三透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第三群光線由第四透鏡部射出。第四透鏡部將發光模組所發出之一第四群光線由第四透鏡部射出。

在本發明之一實施例中，第一透鏡部、第二透鏡部、第三透鏡部與第四透鏡部形成有一環形容置空間。

在本發明之一實施例中，發光模組更包含一基板、三個以上的發光二極體及一驅動電路。發光二極體排列於基板上並設置在環形容置空間中。驅動電路電性連接發光二極體，並點亮發光二極體。

在本發明之一實施例中，發光裝置更包括一燈罩、一底座及一燈頭。燈罩具有一容置空間，以容置發光模組及複合透鏡。底座與燈罩接合，並承載發光模組及複合透鏡。燈頭與底座接合。其中底座具有一散熱結構。

在本發明之一實施例中，複合透鏡之至少一表面具有一微結構。

在本發明之一實施例中，第一透鏡部、第二透鏡部、第三透鏡部及第四透鏡部一體成型。

在本發明之一實施例中，第一透鏡部的配光角度為0至45度及315至360度，第二透鏡部的配光角度為0至90度及270至360度，第三透鏡部的配光角度為90至150度及210至270度，第四透鏡部的配光角度為0至90度及270至360度。

在本發明之一實施例中，第一群光線經由第一透鏡部之一第一表面折射，第一透鏡部之一第二表面全反射及第一透鏡部之一第三表面折射而射出。

在本發明之一實施例中，第二群光線經由第二透鏡部之一第一表面折射，第二透鏡部之一第二表面全反射，穿過第三透鏡部並由第四透鏡部之一第一表面折射而射出。

在本發明之一實施例中，第三群光線經由第三透鏡部之一第一表面折射，第三透鏡部之一第二表面全反射及第四透鏡部之第一表面折射而射出。

在本發明之一實施例中，第四群光線經由第四透鏡部之一第二表面折射及第四透鏡部之第一表面折射而射出。

為達上述目的，依據本發明之一種複合透鏡包含一第一透鏡部、一第二透鏡部、一第三透鏡部及一第四透鏡部。第二透鏡部圍繞且連接第一透鏡部。第三透鏡部圍繞且連接第二透鏡部。第四透鏡部圍繞設置於第三透鏡部的下方。

承上所述，本發明之一種發光裝置及其複合透鏡是藉由第一透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第一群光線由第一透鏡部射出；藉由第二透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第二群光線由第四透鏡部射出；藉由第三透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第三群光線由第四透鏡部射出以及藉由第四透鏡部將發光模組所發出之一第四群光線由第四透鏡部射出，從而實現提升出光角度，以達到高角度配光的發光裝置。

以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之發光裝置及其複合透鏡，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

首先，請參照圖2A及圖2B，其係分別為本發明較佳實施例之一種發光裝置2的示意圖及剖面圖。發光裝置2包括一發光模組21及一複合透鏡22。

在本實施例中，發光模組21具有一基板211、八個發光二極體212及一驅動電路213。在此，基板211可為一電路板，且發光二極體212以環狀設置的方式安裝於基板211之一表面2111上。在應用上，為了減小發光模組21之體積，發光二極體212可為晶片式發光二極體，當然，發光二極體212亦可以是插腳式(DIP)發光二極體。另外，驅動電路213設置於基板211並電性連接發光二極體212，較佳地是設置於與發光二極體212相對之另一表面2112，藉由基板211上的佈線，驅動電路213將控制發光二極體212點亮與否。

需特別注意的是，在本實施例中，是以發光模組21具有八個發光二極體212為例進行說明，然而，在實際運用時，係可依據產品的需求及設計的考量，使用不同數量之發光二極體。一般而言，本實施例適用於數量為三個以上的發光二極體。此外，本發明亦不限制發光模組之發光二極體之間的連接方式。

再者，複合透鏡22設置於發光模組21上方，並包覆發光二極體212。其中，複合透鏡22之材質可以為一透光高分子物質，例如是聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethly Methacrylate,PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯(Methly-methacrylate-Styrene,MS)或聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)等等。

再請參照圖2B，於本實施例中，複合透鏡22包含一第一透鏡部221、一第二透鏡部222、一第三透鏡部223及一第四透鏡部224。第一透鏡部221位於複合透鏡22之中央部分，第二透鏡部222圍繞且連接於第一透鏡部221，第三透鏡部223圍繞且連接第二透鏡部222，而第四透鏡部224圍繞設置於第三透鏡部223的下方。其中，第一透鏡部221、第二透鏡部222、第三透鏡部223與第四透鏡部224形成有一環形容置空間225，發光二極體212是設置在此環形容置空間225中。此外，第一透鏡部221、第二透鏡部222、第三透鏡部223及第四透鏡部224可以為一體成型。

在本實施例中，第一透鏡部221透過至少一次全反射(total internal reflection,TIR)的方式，將發光模組21之發光二極體212所發出之一第一群光線由第一透鏡部221射出。第二透鏡部222以至少一次全反射的方式，將發光模組21所發出之一第二群光線，穿過第三透鏡部223並由第四透鏡部224射出。第三透鏡部223以至少一次全反射方式，將發光模組21所發出之一第三群光線由第四透鏡部224射出。第四透鏡部224將發光模組所21發出之一第四群光線由第四透鏡部224射出。

此外，值得一提的是，在實際運用時，發光模組21之發光二極體212係可以依據產品的需求或設計的考量而有不同的設置方式，以下請參照圖3A至圖3C所示，舉例說明發光模組21的三種實施架構。

如圖3A所示，發光模組21具有三個發光二極體212。其中，發光二極體212是設置於基板211上，且三個發光二極體212之間的距離並不相等。其次，如圖3B所示，發光模組21是具有十六個發光二極體212，且前述之發光二極體212係透過錯位設置的方式而形成雙環排列。再如圖3C所示，發光模組21亦具有十六個發光二極體212，而與圖3B不同之處在於，雙環排列的發光二極體212是以相同徑向的方式進行排列。

於本實施例中，發光模組21之發光二極體212除了以等間距排列方式、不規則排列方式及雙環排列的方式設置於基板211之外，更可以三環或三環以上的排列方式安裝於基板211。

接著，請參照圖4A至圖4D，以進一步說明複合透鏡22之第一透鏡部221、第二透鏡部222、第三透鏡部223及第四透鏡部224與第一群光線L₁₁ ～L₁₄ 、第二群光線L₂₁ ～L₂₄ 、第三群光線L₃₁ ～L₃₄ 及第四群光線L₄₁ ～L₄₄ 之間的關係。其中，以下所述之角度，係以Y軸作為基準。

如圖4A所示，本實施例之第一透鏡部221具有一第一表面S₁ 、一第二表面S₂ 及一第三表面S₃ 。發光模組21之發光二極體212所發出之第一群光線L₁₁ ～L₁₄ 經過第一表面S₁ 折射，並由第二表面S₂ 進行全反射，再透過第三表面S₃ 折射而射出。因此，由第三表面S₃ 所射出之第一群光線所L₁₁ ～L₁₄ 可以涵蓋90度的範圍。換句話說，第一透鏡部221的配光角度為0至45度及315至360度。

如圖4B所示，第二透鏡部222具有一第一表面S₄ 及一第二表面S₅ 。發光二極體222所發出之第二群光線L₂₁ ～L₂₄ 經過第二透鏡部222之第一表面S₄ 的折射，並由第二透鏡部222之第二表面S₅ 全反射，穿過第三透鏡部223，再經由第四透鏡部224之一第一表面S₆ 的折射而射出。其中，第二群光線L₂₁ ～L₂₄ 經由第二透鏡部222的照射區域為0至90度及270至360度。

如圖4C所示，第三透鏡部223具有一第一表面S₇ 及一第二表面S₈ 。發光二極體212所發出之第三群光線L₃₁ ～L₃₄ 經過第三透鏡部223之第一表面S₇ 的折射，並由第三透鏡部223之第二表面S₈ 全反射，再經由第四透鏡部224之第一表面S₆ 的折射而射出。因此，第三透鏡部223將對第三群光線L₃₁ ～L₃₄ 進行配光，使其照射區域為90至150度及210至270度。此外，在本實施例中，第二透鏡部222之第一表面S₄ 與第三透鏡部223之第一表面S₇ 為一相互延伸之表面，且第二透鏡部222之第二表面S₅ 與第三透鏡部223之第二表面S₈ 具有不相同的曲率半徑。

如圖4D所示，第四透鏡部224包括第一表面S₆ 及一第二表面S₉ 。發光二極體212所發出之第四群光線L₄₁ ～L₄₄ 經由第四透鏡部224之第二表面S₉ 的折射，再由第四透鏡部224之第一表面S₆ 的折射而射出。因此，第四透鏡部224將對第四群光線L₄₁ ～L₄₄ 進行配光，使其照射區域為0至90度及270至360度。

另外，值得一提的是，複合透鏡22之至少一表面係具有一微結構P(如圖4A所示)。本實施例是以第一透鏡部221之鄰設於第三表面S₃ 周圍之表面S₁₀ 具有微結構P，及第四透鏡部224之第二表面S₉ 具有微結構P為例，透過微結構P的設置，將可有效地均勻化發光二極體212所發出之光線。其中，前述之微結構P將可藉由油墨印刷、刻蝕方式、鐳射或與精密機械加工等方式所製成。此外，微結構P之截面形狀係選自波浪狀、弧形、線形、三角形、多邊形與不規則形之其中之一。

因而，藉由上述揭露之結構，複合透鏡22將可有效地提升發光二極體212的出光角度，進而增加發光裝置2的發光品質。

接著，請參照圖5所示，發光裝置2更包含一燈罩23、一底座24及一燈頭25。燈罩23具有一容置空間231，以容置發光模組21及複合透鏡22。其中，燈罩23之材質係可為玻璃或透光的高分子物質。底座24與燈罩23接合，並用以承載發光模組21及複合透鏡22。此外，底座24材質可為金屬、塑膠或兩者之組合，且底座24可為一體成型之構件或為多個部件所組成之構件。在實施上，底座24可為具多個開口、鰭片或其他形式的散熱結構，以作為熱對流及熱傳導之用。另外，燈頭25一端與底座24結合，另一端用以與一燈座(圖未顯示)連接，並接收一外部電源，以供發光模組21發光之用。

另外，本發明另一實施例揭露一種複合透鏡，包含一第一透鏡部、一第二透鏡部、一第三透鏡部以及一第四透鏡部。第二透鏡部圍繞且連接第一透鏡部，第三透鏡部圍繞且連接第二透鏡部。第四透鏡部圍繞設置於第三透鏡部的下方。

由於本實施例之複合透鏡的特徵與功效皆與前一實施例之複合透鏡的特徵與功效皆相同，所以在此不在贅述。

綜上所述，因依據本發明之一種發光裝置及其複合透鏡藉由第一透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第一群光線由第一透鏡部射出；藉由第二透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第二群光線由第四透鏡部射出；藉由第三透鏡部以全反射方式，將發光模組所發出之一第三群光線由第四透鏡部射出以及藉由第四透鏡部將發光模組所發出之一第四群光線由第四透鏡部射出。從而實現提升出光角度，以達到高角度配光的發光裝置。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1．．．發光二極體燈具

11、212．．．發光二極體

12．．．電路板

2．．．發光裝置

21．．．發光模組

211．．．基板

2111、2112．．．表面

213．．．驅動電路

22．．．複合透鏡

221．．．第一透鏡部

222．．．第二透鏡部

223．．．第三透鏡部

225．．．第四透鏡部

225．．．環形容置空間

23．．．燈罩

231．．．容置空間

24．．．底座

25‧‧‧燈頭

L₁₁ ~L₁₄ ‧‧‧第一群光線

L₂₁ ~L₂₄ ‧‧‧第二群光線

L₃₁ ~L₃₄ ‧‧‧第三群光線

L₄₁ ~L₄₄ ‧‧‧第四群光線

P‧‧‧微結構

S₁ 、S₄ 、S₆ 、S₇ ‧‧‧第一表面

S₂ 、S₅ 、S₈ 、S₉ ‧‧‧第二表面

S₃ ‧‧‧第三表面

S₁₀ ‧‧‧表面

圖1為習知之發光二極體燈具的示意圖；

圖2A為依據本發明較佳實施例之一種發光裝置的示意圖；

圖2B為依據本發明較佳實施例之一種發光裝置的剖面圖；

圖3A至圖3C為依據本發明較佳實施例之發光模組的變化態樣之示意圖；

圖4A至圖4D為依據本發明較佳實施例之複合透鏡的示意圖；以及

圖5為依據本發明較佳實施例之一種發光裝置的示意圖。

2．．．發光裝置

21．．．發光模組

211．．．基板

2111、2112．．．表面

212．．．發光二極體

22．．．複合透鏡

Claims

一種發光裝置，包含：一發光模組；以及一複合透鏡，設置於該發光模組上方，該複合透鏡包含：一第一透鏡部；一第二透鏡部，圍繞且連接該第一透鏡部；一第三透鏡部，圍繞且連接該第二透鏡部；以及一第四透鏡部，圍繞設置於該第三透鏡部的下方，其中該第一透鏡部以全反射方式，將該發光模組所發出之一第一群光線由該第一透鏡部射出，該第二透鏡部以全反射方式，將該發光模組所發出之一第二群光線穿過該第三透鏡部並由該第四透鏡部射出，該第三透鏡部以全反射方式，將該發光模組所發出之一第三群光線由該第四透鏡部射出，該第四透鏡部將該發光模組所發出之一第四群光線由該第四透鏡部射出。
如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透鏡部、該第二透鏡部、該第三透鏡部與該第四透鏡部形成有一環形容置空間。
如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其中該發光模組更包含：一基板；三個以上的發光二極體，排列於該基板上並設置在該環形容置空間中；以及一驅動電路，電性連接該些發光二極體，並點亮該些發光二極體。
如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括：一燈罩，具有一容置空間，以容置該發光模組及該複合透鏡；一底座，與該燈罩接合，並承載該發光模組及該複合透鏡；以及一燈頭，與該底座接合。
如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該底座具有一散熱結構。
如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該複合透鏡之至少一表面具有一微結構。
如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透鏡部、該第二透鏡部、該第三透鏡部及該第四透鏡部一體成型。
如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透鏡部的配光角度為0至45度及315至360度，該第二透鏡部的配光角度為0至90度及270至360度，該第三透鏡部的配光角度為90至150度及210至270度，該第四透鏡部的配光角度為0至90度及270至360度。
如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一群光線經由該第一透鏡部之一第一表面折射，該第一透鏡部之一第二表面全反射及該第一透鏡部之一第三表面折射而射出。
如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該第二群光線經由該第二透鏡部之一第一表面折射，該第二透鏡部之一第二表面全反射，穿過該第三透鏡部並由該第四透鏡部之一第一表面折射而射出。
如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該第三群光線經由該第三透鏡部之一第一表面折射，該第三透鏡部之一第二表面全反射及該第四透鏡部之該第一表面折射而射出。
如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該第四群光線經由該第四透鏡部之一第二表面折射及該第四透鏡部之該第一表面折射而射出。