TWI789982B - 光源裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種光源裝置。前述光源裝置包括一燈殼，且燈殼包括一入光面和一出光面。入光面圍繞一容置空間且具有一拋物線曲線，其中入光面為朝向容置空間凸起之表面，且容置空間可用於容納複數個發光元件。出光面則相反於入光面，且其具有一非球面曲線。

Description

光源裝置

本發明係有關於一種光源裝置。更具體地來說，本發明有關於一種提供均勻照度的光源裝置。

隨著科技的進步，人們對於發光裝置的要求日益提高，不僅要求高發光效能，更要求低耗電量，因此發光二極體(LED)技術備受重視。發光二極體的優點在於發光效率高、反應時間快、使用壽命長以及不含汞等。除此之外，發光二極體還具有耐機械衝擊、體積小、色域廣泛等優點。因此，發光二極體便漸漸取代傳統的發光裝置。隨著近年來發光二極體的快速發展，使發光二極體的應用領域大幅擴張，儼然成為二十一世紀的新型光源。就光源的應用而言，發光效率便是關鍵性的產品規格，因此許多研究者致力於提高發光二極體光效率。

然而，即便使用前述發光二極體，現有的發光裝置往往僅能在光軸附近產生足夠的照射強度，無法滿足需要較大照射範圍及/或需要提供均勻照度的場合。因此，如何解決前述問題始成一重要之課題。

為了解決上述習知之問題點，本發明提供一種光源裝置。前述光源裝置包括一燈殼，且燈殼包括一入光面和一出光面。入光面圍繞一容置空間且具有一拋物線曲線，其中入光面為朝向容置空間凸起之表面，且容置空間可用於容納複數個發光元件。出光面則相反於入光面，且其具有一非球面曲線。

以下說明本發明之光源裝置。然而，可輕易了解本發明提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應該以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。再者，為了方便描述圖式中一特徵與另一特徵的關係，可使用空間相關用語，例如「下面」、「下方」、「之下」、「上方」、「之上」、以及類似的用語等。除了圖式所繪示的方位之外，空間相關用語涵蓋裝置在使用或操作中的不同方位。所述裝置也可被另外定位(旋轉90度或在其他方位上)，且同樣可對應地解讀於此所使用的空間相關描述。

第1圖係表示本發明一實施例之光源裝置E，前述光源裝置E例如可為一燈具，且可提供均勻的光線予外部物件。舉例而言，光源裝置E提供的光線可用於照射植物，或者可使用於交通號誌上，但並不限定於此。

光源裝置E舉例包括一燈殼100、複數個發光元件200、一散熱元件300、以及一燈頭400，其中散熱元件300連接燈殼100和燈頭400，且設置於燈殼100和燈頭400之間。發光元件200接觸散熱元件300，且被燈殼100覆蓋。於本實施例中，散熱元件300包括複數個散熱鰭片310，發光元件200所產生的熱能可傳導至散熱元件300，並通過前述散熱鰭片310發散至空氣中。發光元件200發出的光線則可穿過燈殼100，且燈殼100可將前述光線均勻地散布。

第2圖係表示前述燈殼100的剖視圖。如第1圖和第2圖所示，燈殼100包括一入光面110、一頂面120、以及一出光面130。

入光面110圍繞出一開放的容置空間S，且與頂面120相連。於本實施例中，入光面110為朝向容置空間S凸起的表面，且其具有拋物線曲線。舉例而言，入光面110的拋物線曲線可符合以下公式：

，其中C、k、h為拋物線參數。

頂面120為面朝容置空間S的平面。於本實施例中，頂面120具有圓形表面，光源裝置E的光軸AX通過圓形表面的圓心且垂直於頂面120。當入光面110和頂面120投影至與頂面120平行之一虛擬平面P上時，入光面110和頂面120分別具有一第一寬度W1和一第二寬度W2，且第二寬度W2為第一寬度W1的1/3~1/5(例如1/4)。

出光面130面朝背向容置空間S的方向，換言之，出光面130相反於入光面110。出光面130具有非球面曲線，在本實施例中，出光面130在對應容置空間S處形成有凹陷部131，因此光源裝置E的光軸AX也會穿過此凹陷部131。出光面130的非球面曲線例如可符合以下公式：

，其中X表示該出光面平行於光軸之表面輪廓，r表示與該光學元件之光軸AX之間的距離，c表示曲率，K表示圓錐常數，且α ₁、α ₂、α ₃、α ₄表示非球面係數。

於本實施例中，出光面130投影至與頂面120平行的虛擬平面P上時，出光面130具有一第三寬度W3，第一寬度W1為第三寬度W3的1/3~1/5，且出光面130在光軸AX方向上的高度T為第三寬度W3的1/2~1/4。

請一併參閱第1圖至第3圖，發光元件200容置於容置空間S中，且是以矩陣方式排列。

發光元件200可包括發射不同波長之光線的發光元件200。舉例而言，發光元件200可包括發射紅光(波長為660nm)的紅光發光元件、發射藍光(波長為465nm)的藍光發光元件、及/或發射白光的白光發光元件。各種發光元件的數量可以使用需求調整。於本實施例中，光源裝置E僅包括發射紅光的紅光發光元件210和發射藍光的藍光發光元件220，且可通過調整紅光發光元件210的數量和藍光發光元件220的數量，使得紅光發光元件210和藍光發光元件220產生之光輻射強度的比例為1：2。於一些實施例中，紅光發光元件210和藍光發光元件220之光輻射強度的比例可調整為1：1或1：0.5，但並不限定於此。

發光元件200可包括合適的發光體，舉例而言，發光元件200可包括發光二極體(light-emitting diode,LED)。發光二極體可例如包括無機發光二極體、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)、量子點發光二極體(Quantum Dots Light-Emitting Diode,QLED or QD-LED)、其他適當的發光二極體、或上述之組合，但並不限定於此。

發光元件200提供的光線可經由入光面110或頂面120進入燈殼100中，再由出光面130離開燈殼100。由於燈殼100的折射率相異於空氣的折射率，因此經由前述路徑移動的光線將會產生兩次折射，從而可調整光線的射出角度以達到分光的目的。舉例而言，燈殼100可包括塑膠或玻璃。

於本實施例中，入光面110和出光面130相對於光源裝置E的光軸AX而言，於任何角度下皆為旋轉對稱的(rotational symmetry of any order)，因此，在光源裝置E的四面八方皆可提供均勻照度的光線。

如第4A圖所示，一般的燈具提供之光線的光強峰值角度會落在0度，亦即燈具大部分的光線會落在光軸的正下方，愈遠離光軸處的光線會愈少。反之，如第4B圖所示，本發明第1圖中的光源裝置E的光強峰值角度可落在22度~54度，因此可使光線均勻地散布。

請參閱第5圖，曲線L1表示一般燈具於距離光源1公尺處之平面的照度曲線，曲線L2表示前述第1圖中的光源裝置E於距離光源1公尺處之平面的照度曲線，虛線D則表示有效照射強度。由圖中可以看到，一般燈具在光軸處具有較高的照度(normalize)，但離開光軸後照度將會快速下降，因此其有效照度範圍僅在距離光軸約一公尺的範圍之內。相對於此，本發明前述光源裝置E在光軸處的照度低於一般燈具，但照度平均地分布，因此有效照度範圍可擴展至距離光軸約兩公尺的範圍。

第6圖和第7圖係表示本發明另一實施例之光源裝置E’的示意圖和俯視圖。如第6圖和第7圖所示，光源裝置E’主要包括一燈殼100、複數個發光元件200、一散熱元件300、以及一燈頭400，其中燈殼100、散熱元件300、以及燈頭400的結構和配置完全相同於第1圖中之光源裝置E的燈殼100、散熱元件300、以及燈頭400，故於此不再贅述。

與前述光源裝置E不同的是，在光源裝置E’中，部分的發光元件200沿著一第一圓形路徑R1等間距地排列，部分的發光元件200沿著一第二圓形路徑R2等間距地排列，且前述第一圓形路徑R1和第二圓形路徑R2為直徑不同的同心圓。於本實施例中，光軸AX穿過同心圓的圓心，且在同心圓的圓心處亦設有一個發光元件200。

通過前述發光元件200的配置，可使發光元件200配置的數量增加，加強單一光源裝置E的光強度，光源裝置E的尺寸也可減小，進而可降低光源裝置E的製造成本。

前述各實施例間特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意混合搭配使用。

綜上所述，本發明提供一種光源裝置。前述光源裝置包括一燈殼，且燈殼包括一入光面和一出光面。入光面圍繞一容置空間且具有一拋物線曲線，其中入光面為朝向容置空間凸起之表面，且容置空間可用於容納複數個發光元件。出光面則相反於入光面，且其具有一非球面曲線。

雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。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。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。

100:燈殼

110:入光面

120:頂面

130:出光面

131:凹陷部

200:發光元件

210:紅光發光元件

220:藍光發光元件

300:散熱元件

310:散熱鰭片

400:燈頭

AX:光軸

D:虛線

E、E’:光源裝置

L1:曲線

L2:曲線

P:虛擬平面

R1:第一圓形路徑

R2:第二圓形路徑

S:容置空間

T:高度

W1:第一寬度

W2:第二寬度

W3:第三寬度

根據以下的詳細說明並配合所附圖式可以更加理解本發明實施例。應注意的是，根據本產業的標準慣例，圖式中的各種部件並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小各種部件的尺寸，以做清楚的說明。 第1圖係表示本發明一實施例中之光源裝置的示意圖。 第2圖係表示本發明一實施例中之燈殼的示意圖。 第3圖係表示本發明一實施例中之光源裝置的俯視圖。 第4A圖係表示一般燈具之光強峰值的示意圖。 第4B圖係表示本發明一實施例之光源裝置之光強峰值的示意圖。 第5圖係表示本發明一實施例中之光源裝置的照度平面分布圖。 第6圖係表示本發明另一實施例中之光源裝置的示意圖。 第7圖係表示本發明另一實施例中之光源裝置的俯視圖。

100:燈殼

110:入光面

120:頂面

130:出光面

131:凹陷部

AX:光軸

P:虛擬平面

S:容置空間

T:高度

W1:第一寬度

W2:第二寬度

W3:第三寬度

Claims (11)

1. 一種光源裝置，包括：一燈殼，包括：一入光面，圍繞一容置空間且具有一拋物線曲線，其中該入光面為朝向該容置空間凸起之表面，且該容置空間係用以容納複數個發光元件；一出光面，相反於該入光面且具有一非球面曲線；以及一頂面，連接該入光面且面朝該容置空間，且該頂面為平面，其中該光源裝置之一光軸穿過該頂面，且該頂面垂直於該光源裝置之該光軸。
2. 如請求項1之光源裝置，其中該拋物線曲線符合以下公式：

   

   ，其中C、k、h為拋物線參數。
3. 如請求項1之光源裝置，其中該非球面曲線符合以下公式：

   

   ，其中X表示該出光面之表面輪廓，r表示與該光學元件之一光軸之間的距離，c表示曲率，K表示圓錐常數，且α₁、α₂、α₃、α₄表示非球面係數。
4. 如請求項1之光源裝置，其中當該入光面投影至與該頂面平行之一虛擬平面時，該入光面具有一第一寬度，且當該頂面投影至該虛擬平面時，該頂面具有一第二寬度，其中該第二寬度為該第一寬度的1/3~1/5。
5. 如請求項1之光源裝置，其中當該入光面投影至與該光源裝置之一光軸垂直之一虛擬平面時，該入光面具有一第一寬度，且當該出光面投影至該虛擬平面時，該出光面具有一第三寬度，其中該第一寬度為該第三寬度的1/3~1/4。
6. 如請求項1之光源裝置，其中當該出光面投影與該光源裝置之一光軸垂直之一虛擬平面時，該出光面具有一第三寬度，且在該光軸方向上，該出光面具有一高度，其中該高度為該第三寬度的1/2~1/4。
7. 如請求項1之光源裝置，其中該出光面在對應該容置空間處具有一凹陷部。
8. 如請求項1之光源裝置，其中該些發光元件的一部分沿著一第一圓形路徑排列，且該些發光元件的另一部分沿著一第二圓形路徑排列，其中該第一圓形路徑和該第二圓形路徑為同心圓。
9. 如請求項1之光源裝置，其中沿著該第一圓形路徑排列的該些發光元件彼此等間距，且沿著該第二圓形路徑排列的該些發光元件彼此等間距。
10. 如請求項1之光源裝置，其中該些發光元件包括複數個紅光發光元件和複數個藍光發光元件，且該些紅光發光元件和該些藍光發光元件之光輻射強度的比例為1：2、1：1、或1：0.5。
11. 如請求項1之光源裝置，其中該入光面和該出光面於任何角度下皆為旋轉對稱的(rotational symmetry of any order)。

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