CN102261577A - 发光二极管灯管 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管灯管，其包括：一灯管部，其中设有一发光模块；以及一光学结构，其与该灯管部一体成型，该光学结构成型在该灯管部中且位于该发光模块的出光方向上，该光学结构为一片状结构，其包括一第一表面及一第二表面，其中，该第一表面至少具有两个侧部，该些侧部分别具有一第一曲率，该第二表面具有一第二曲率，该第一曲率大于该第二曲率，借此，该发光模块所发出的光线借由通过该光学结构以提高上述光线的可视角度。

Description

发光二极管灯管
技术领域
本发明关于一种发光二极管灯管，特别是一种具有双层结构的发光二极管灯管，以提高光线的可视角度。
背景技术
近年来，发光二极管元件已被大量地运用于照明的领域，而应用在照明等灯具中。
由于现今的LED出光的可视角度仅为约120度，因而所制得的LED灯管结构亦被局限在上述可视角度，故在与灯管垂直的横轴方向上，光线的可视角度比传统日光灯管为小；再者，在与灯管平行的纵轴方向上，由于有多个发光二极管排列在上述的纵轴方向，而两相邻的发光二极管之间的区域会因为光线的可视角度小而形成光亮度较小的区域，因此在纵轴方向上会产生亮暗区域间隔排列的现象，称做“热点(hot spot)”，故造成使用者在视觉上的不适。
目前，有业者利用尺寸较小的发光二极管元件排列在印刷电路板上，以拉近发光二极管元件之间的距离，进而提高相邻发光二极管元件之间的光线亮度，借以缓和上述热点的情况，使用尺寸较小的发光二极管或许可以解决纵轴方向上的热点问题，但横轴方向上的可视角度较小的问题仍旧没有获得解决。
本案发明人有鉴于上述传统的结构在实际施用时的缺点，且积累个人从事相关产业开发实务上多年的经验，精心研究，终于提出一种设计合理且有效改善上述问题的结构。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种发光二极管灯管，其为一种以异型挤出方法所制作的双层结构，该双层结构包括灯管部与光学结构，而该光学结构为片状且具有两个不相互平行的上下表面，使光线穿透该光学结构时得以产生两次光折射效应，以使光线朝向较大的角度射出，故可提高光线的可视角度(view angle)。
为了达到上述目的，本发明提供一种发光二极管灯管，其包括：一包括至少一发光模块的灯管部以及与该灯管部一体成型的一光学结构，该光学结构位于该灯管部中且位于该发光模块的出光方向上，该光学结构为一片状结构，其包括一至少具有两个侧部的第一表面及一第二表面，其中，该些侧部分别具有一第一曲率，该第二表面具有一第二曲率，该第一曲率大于该第二曲率，借此，该发光模块所发出的光线借由通过该光学结构，以提高上述光线的可视角度。
本发明还提供一种发光二极管灯管，其包括：设有至少一发光模块的一灯管部；以及与该灯管部一体成型的一光学结构，该光学结构成型在该灯管部中且位于该发光模块的出光方向上，该光学结构为一片状结构，其包括一第一表面及一不与该第一表面平行的第二表面，其中该第一表面较该第二表面远离该发光模块，且该第一表面的曲率大于该第二表面的曲率，借此，该发光模块所发出的光线借由通过该第一表面与该第二表面所形成的两次光折射，以提高上述光线的可视角度。
本发明具有以下有益的效果：本发明以相同塑材或不同的塑材制作灯管部与光学结构，制程成熟稳定；另外，可在模具设计时，将光学结构的不平行片状结构、中央部分的云规线结构或光学微结构制作在模具上，使异型挤出制程后即可得到完整的灯管产品，不需进行二次组装，故可有效提高生产效率。另外，该光学结构上的不相互平行的上下表面(即第一表面与第二表面)，可对光线产生两次折射，以加大光线射出的张角，进而提高光线的可视角度。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的发光二极管灯管的剖面示意图。
图2A为本发明第二实施例的发光二极管灯管的剖面示意图。
图2B为图2A的光学结构的局部示意图。
图2C为本发明第二实施例中该光学结构的中央部的曲率变化。
图3为根据第二实施例的发光二极管灯管所发出光线的光形图。
图4为本发明第二实施例的一变化实施形态。
图5为本发明第二实施例的另一变化实施形态。
图6为本发明图5的实施例的变化实施形态。
图7为本发明第三实施例的发光二极管灯管的剖面示意图。
图8为本发明第四实施例的发光二极管灯管的剖面示意图。
主要元件符号说明
1发光二极管灯管
10灯管部           101第一空间
                   102第二空间
                   103第一卡合部
                   104第二卡合部
11光学结构         111第一表面
                   1111侧部
                   1112中央部
                   112第二表面
                   1121凸部
12发光模块         121出光面
13光学元件
20散热件
10C、112C、1111C                   圆心
a，b1，b2，b3，b4，b5，b6，c1，c2  位置
A曲线
L光轴
具体实施方式
在下文中，将借由附图说明本发明的示例实施例来详细描述本发明，而附图中的相同参考数字可用以表示类似的元件。
首先，本发明的发光二极管灯管是以异型挤出的方式而一体成型出发光二极管灯管的灯管部与光学结构，该光学结构可对光线产生两次折射的作用，以提高安装在本发明的发光二极管灯管中的发光二极管的光学视角。其中，该灯管部为具有两端开口的长形管体，而光学结构为在管体内成型的长形片状结构，为了方便说明各元件，以下附图均是与发光二极管灯管的管体方向所垂直的横轴进行截面的剖面图。
请参阅图1所示，其为本发明的第一实施例的一种发光二极管灯管1的剖面图，发光二极管灯管1至少包括灯管部10及光学结构11，而该灯管部10中设有一发光模块12，其可为一发光二极管。在本具体实施例中，该发光模块12固定安装在一散热件20的上表面上，该散热件20可为一铝挤型(aluminum extrusion)的散热结构，以提供散热效果。此外，该发光模块12更可电连接于多种电路板(图未示)，例如LED控制电路板或是灯管驱动电路板等等，再固定在该散热件20上以提供电性控制。
光学结构11与该灯管部10一体成型，例如利用高分子材料经过挤出成型技术(Extrusion technology，亦称挤型技术)去制造各种形式的塑料成品的技术制作上述的灯管部10与光学结构11，在本具体实施例中，考虑到高分子材料的透光率或其他光学、物理化学特性，故选择单一塑料，如聚碳酸酯树脂(Polycarbonate，PC)或有机玻璃树脂(Poly Methylmethacrylate，PMMA)；或是不同材料，如聚碳酸酯树脂与有机玻璃树脂进行异型挤出，以制作本发明的光学结构11与该灯管部10，但不以此为限。例如上述的聚碳酸酯树脂选自于：厂商名：帝人，产品型号：LN-2250Z，其优点为抗摔、耐湿(吸水性为2％)、防火等级可达V-0、成型变形性小(成型收缩率为0.5至0.7％)，且其透光率为88％；而有机玻璃树脂则选自于：厂商名：奇美，产品型号：CM-205、CM-207、CM-211，其吸水性为3％、全光透过率为92％，均可适用于本发明的该灯管部10与光学结构11。
另一方面，利用异型挤出的发光二极管灯管1，该光学结构11成型在该灯管部10中且位于该发光模块12的出光方向(如箭头所示)上，且该光学结构11相应于出光方向形成一种凸出的片状结构，而该光学结构11主要包括一第一表面111及一不与该第一表面111平行的第二表面112，其中，如图1所示，该第一表面111比该第二表面112更远离该发光模块12。整体地看，第一表面111具有较第二表面112为大的曲率，且第一表面111的曲率可小于或等于直线的曲率(直线的曲率为∞)。由于第一表面111和第二表面112具有上述的差异曲率，因此，当发光模块12所发出的光线通过光学结构11时，该光线会先在第二表面112产生第一次光折射，接着，该光线还在第一表面111产生第二次光折射，因此，经过上述的两次光折射后，即可提高由该灯管部10所照射出的光线的光学视角。
再参考图2A至图2C，其为本发明第二实施例，其与第一实施例的差别在于，该第一表面111是由两个侧部1111及位于该两个侧部1111之间的中央部1112所组成，在本具体实施例还可借由第一表面111的结构上的变化配合第二表面112，以达到提高光线的光学视角的功效。请同时配合图2B及图2C，上述两个侧部1111分别为图2B中的位置b1(连接中央部1112的端点)与位置c1(连接灯管部10的端点)及位置b2(连接中央部1112的端点)与位置c2(连接灯管部10的端点)之间所界定的部分(即b1c1线段与b2c2线段)，而中央部1112则为位置b1与位置b2之间所界定的部分(即b1b2线段)；在本具体实施例中，该两个侧部1111均具有第一曲率，而该第一曲率大于第二表面112的第二曲率，例如，在本具体实施例中，该灯管部10的半径为17.25mm，该光学结构11的两个侧部1111的半径为19.12mm，而该光学结构11的第二表面112的半径为20.45mm；根据曲率为半径的倒数的定义(曲率ρ＝1/R)，即可得知第一曲率大于第二曲率，且第一曲率显然小于直线的曲率。
另外，中央部1112可为一具有多段连续曲率的弧状表面(又称云规线，spline)，如图2C所示，本具体实施例的中央部1112为云规线，而曲线A则代表其曲率变化，而位置a、b1、b2则代表在图2B的中央部1112的相应位置，其中，以位置a为一对称点，该曲率由位置a向两侧的位置b1、位置b2形成一线性的对称变化关系，而在本具体实施例中，位置a的坐标定义为(0，8.608)，位置b1的坐标定义为(-3.5，8.712)，而位置b2的坐标定义为(3.5，8.712)，因此中央部1112的宽度为7mm；然而，中央部1112的宽度可依据发光模块12的尺寸加以变化，具体地说，中央部1112的宽度介于二分之一倍发光模块12的尺寸与三倍发光模块12的尺寸的范围之间，即在二分之一倍至三倍的发光模块12的尺寸的范围之间。本发明即利用第一表面111上的侧部1111与中央部1112在结构上的变化组合，以达到光学视角的目的，且更有增加光线均匀度的效果。
再一方面，在参考图2A，在第二实施例中，光学结构11的第二表面112所形成的圆心112C与灯管部10所形成的圆心10C同轴(即均位于光轴L上)；且该两个侧部1111为不同圆心的不同弧状表面，但仍具有相同的曲率，而该两个侧部1111所形成的圆心1111C为相互对称于第二表面112的圆心112C与灯管部10的圆心10C所定义的轴(即光轴L)。
再一方面，在参考图1与图2A，具有双层结构的发光二极管灯管1会定义出两空间，一为由该光学结构11的第一表面111与该灯管部10所定义的第一空间101，另一则为由该光学结构11的第二表面112与该灯管部10所定义的第二空间102，且该灯管部10还成型有一第一卡合部103在该第二空间102，以用于组装散热件20，借此，发光模块12可固定在散热件20上，而发光模块12所发出的光线即可借由第一表面111与第二表面112所产生的两次光折射而提高其可视角度，同时，更借由第一表面111上的结构变化(如图2A)，除了提升可视角度外，亦可达成使光线均匀的效果。请参考图3，其显示将上述的发光模块12装设在本发明第二实施例的发光二极管灯管1后进行光形的测试结果，其中利用本发明的结构，整体的光学可视角度已大幅提升至140度，故可提高产品的应用面。
另外，为了避免光学结构11过于接近发光模块12而使发光模块12产生的热量影响光学结构11特性，该发光模块12与光学结构11在光轴L上的距离优选在1mm以上。具体地说，光学结构11与发光模块12之间的距离介于以下两种形态之间：光学结构11与发光模块12之间的最小距离为光学结构11的第二表面112接触该发光模块12的出光面121(即上表面)；而光学结构11与发光模块12之间的最大距离为三分之二倍的发光模块12的出光面121至灯管部10在光轴L上的距离，即光学结构11在光轴L上的位置可以介于直接接触出光面121处以及位于出光面121的出光方向至接触到灯管部10处的三分之二倍距离的范围。
请参考图4所示的第二实施例的一变化实施形态，其与第二实施例不同之处在于，上述两个侧部1111的该第一曲率等于直线的曲率(直线的曲率为∞)，位置c1(即连接灯管部10的端点)与位置b1(连接中央部1112的端点)的连线为水平线段，而位置c2(即连接灯管部10的端点)与位置b2(连接中央部1112的端点)的连线为水平线段：亦即，在侧部1111中，连接该灯管部10的端点不高于连接该中央部1112的端点。以光学设计的角度下，位置c1不高于位置b1、位置c2不高于位置b2。换句话说，在前述的第一曲率必须大于第二曲率的条件下，该两个侧部1111(即b1c1线段与b2c2线段)不得高于水平线段。
图5则显示第二实施例的另一变化实施形态，其与第二实施例不同之处在于，该两个侧部1111可为相同圆心的弧状表面(即该两个侧部1111为可假想连线为同一圆弧的表面)，即该两个侧部1111具有同一圆心1111C。
另外，在一变化实施形态中，该发光模块12的位置可安装在灯管部10的第二空间102中的较低位置上，然而，光学结构11与发光模块12之间的距离仍满足前段所述的光学结构11与发光模块12之间的距离条件。
图6则显示图5的实施例的变化实施形态，其与图5的实施例不同之处在于，散热件20的上表面设有三个发光模块12，而光学结构11的第一表面111则成型有三个分别对应上述三个发光模块12的具有云规线结构的中央部1112，例如最左边的发光模块12是对应由位置b3与位置b5所定义的中央部1112；而该些中央部1112的条件亦同样具有第二实施例的中央部1112的尺寸条件。换句话说，该灯管部10中可设有多个该发光模块12，光学结构11的第一表面111则可包括多个侧部1111(即c1b5线段、b3b1线段、b2b4线段和b6c2线段)及多个分别位于两两该侧部1111之间而对应该些发光模块12的中央部1112(即b5b3线段、b1b2线段和b4b6线段)，而每一该些中央部1112的宽度介于二分之一倍至三倍的其所对应的该发光模块12尺寸之间。为方便说明，本实施例的各个侧部1111可构成相同圆心1111C的弧状表面。但在其他可能实施例中，多个侧部1111可以分别为构成不同圆心但具有相同曲率的弧状表面；或是利用光轴L将多个侧部1111分成位于光轴L左侧的侧部1111及位于光轴L右侧的侧部1111，位于光轴L同一侧的侧部1111均为同一圆心，而位于光轴L不同侧的侧部1111则为不同圆心，且上述位于光轴L两侧的侧部1111的圆心仍为相互对称(即将多个发光模块12直接应用在图2A上，而使其具有相应多个云规线结构)，以上诸多可能变化亦属本发明的范畴。
图7则显示本发明的第三实施例，与第二实施例相同，该光学结构11成型在该灯管部10中且位于该发光模块12的出光方向上，该光学结构11包括第一表面111及不与该第一表面111相互平行的第二表面112，且第一表面111亦由两个侧部1111及中央部1112所组成，详细的结构请参照第二实施例。而本实施例与第二实施例不同之处在于，本发明的光学结构11及位于出光区域处的灯管部10的表面上可设有光学微结构，以提高光线均匀性，例如在本具体实施例中，该光学结构11的第二表面112设有多个凸部1121，值得注意的是，上述凸部1121亦同样由挤出成型技术所一体成型，因此，本实施例可达成的功效除了可以提高光学可视角度，该些凸部1121更进一步具有使光线均匀的效果。
图8则显示本发明的第四实施例，与第二实施例相同，该光学结构11成型在该灯管部10中且位于该发光模块12的出光方向上，该光学结构11包括第一表面111及不与该第一表面111相互平行的第二表面112，且第一表面111亦由两个侧部1111及中央部1112所组成，详细的结构请参照第二实施例。而本实施例与第二实施例不同之处在于，该灯管部10还成型有一第二卡合部104在该第一空间101，以用于组装一光学元件13，该光学元件13可为一光学扩散片或一光学增光片，但不以此为限，该光学元件13可具有使光线均匀的效果。因此，第四实施例所达成的功效除了可以提高光学可视角度，该光学元件13更进一步具有使光线均匀的效果。
综上所述，本发明可以具有下列诸项优点的其中之一：
1、本发明利用异型挤出方法将光学结构成型在灯管部中，且该光学结构具有两个不相互平行的表面，使射出的光线借由上下表面所产生的光折射效果，以达成提高光线的可视角度的功效，进以提高灯管的横轴方向(本发明定义横轴方向为垂直灯管的方向)上的光线可视角度。
2、同样地，亦可提高在纵轴方向(本发明定义纵轴方向为平行灯管的方向)上的可视角度，故在相同发光二极管的尺寸条件下，本发明的结构可减少热点(hot spot)的情形。
3、本发明可利用挤出时所设计的微结构，如光学结构下表面设置的凸部、在光学结构上表面的各式结构形态、或是外加光学元件等方式，以提高光线的均匀度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的范围，故凡运用本发明内容所为的等效技术变化，均包括在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种发光二极管灯管，其特征在于，包括：
一灯管部，其中设有至少一发光模块；以及
一光学结构，其与该灯管部一体成型，该光学结构成型在该灯管部中且位于该发光模块的出光方向上，该光学结构为一片状结构，其包括一第一表面及一第二表面，
其中，该第一表面至少具有两个侧部，且该些侧部分别具有第一曲率，该第二表面具有一第二曲率，而该第一曲率大于该第二曲率，借此，该发光模块所发出的光线借由通过该光学结构，以提高上述光线的可视角度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管灯管，其特征在于，该第一表面比该第二表面更远离该发光模块，且该第一表面还包括一位于该些侧部间而对应该发光模块的中央部。
3.根据权利要求2所述的发光二极管灯管，其特征在于，该中央部为一具有多段连续曲率的弧状表面。
4.根据权利要求2所述的发光二极管灯管，其特征在于，该中央部的宽度介于二分之一倍该发光模块的尺寸与三倍该发光模块的尺寸之间。
5.根据权利要求2所述的发光二极管灯管，其特征在于，在每一该些侧部中，连接该灯管部的端点不高于连接该中央部的端点，该第一曲率小于或等于直线的曲率。
6.根据权利要求1所述的发光二极管灯管，其特征在于，该第二表面所形成的圆心与该灯管部所形成的圆心同轴，该些侧部为分别构成不同圆心的弧状表面或为构成相同圆心的弧状表面。
7.根据权利要求1所述的发光二极管灯管，其特征在于，该光学结构与该发光模块之间的最小距离为该光学结构的该第二表面接触到该发光模块的出光面；该光学结构与该发光模块之间的最大距离为三分之二倍的该发光模块的出光面至该灯管部在光轴上的距离。
8.根据权利要求1所述的发光二极管灯管，其特征在于，该灯管部中设有多个该些发光模块，该第一表面在该发光模块的出光方向上较该第二表面远离该些发光模块，该第一表面包括多个对应该些发光模块的中央部及多个位于该些中央部两侧的侧部。
9.根据权利要求8所述的发光二极管灯管，其特征在于，每一该些中央部的宽度介于二分之一倍至三倍的其所对应的该发光模块尺寸的范围之间。
10.根据权利要求1所述的发光二极管灯管，其特征在于，该第二表面上还具有一光学微结构，该光学微结构为多个凸部。
11.根据权利要求1所述的发光二极管灯管，其特征在于，还包括一光学元件，其设置在由该光学结构的第一表面与该灯管部所定义的第一空间内，而该发光模块则设置在由该光学结构的第二表面与该灯管部所定义的第二空间内，且该光学元件为一光学扩散片或一光学增光片。
12.一种发光二极管灯管，其特征在于，包括：
一灯管部，其中设有至少一发光模块；以及
一光学结构，其与该灯管部一体成型，该光学结构成型在该灯管部中且位于该发光模块的出光方向上，该光学结构为一片状结构，其包括一第一表面及一不与该第一表面平行的第二表面，
其中该第一表面较该第二表面远离该发光模块，且该第一表面的曲率大于该第二表面的曲率，借此，该发光模块所发出的光线借由通过该第一表面与该第二表面所形成的两次光折射，以提高上述光线的可视角度。
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