CN104806978B - 具光色混合腔的高光束准直性发光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具光色混合腔的高光束准直性发光模块包含灯座、光源组件、光学透镜与反射杯。光源组件位于灯座上。光学透镜覆盖光源组件。光学透镜包含第一出光部、入光部与第二出光部。第一出光部内凹形成圆环形凹面，且凹面的非球面曲率由光学透镜的中心往外侧逐渐减小。反射杯围绕光学透镜。当光源组件发光时，凹面折射光源组件的偏蓝白光与偏黄白光，接着由反射杯反射偏蓝白光与偏黄白光，使得偏蓝白光与偏黄白光进行多次混光且经反射杯反射而汇聚朝同一方向发出白光。因此，可让发光模块在高准直性的光学设计中能同时维持较高的光色均匀表现。

Description

具光色混合腔的高光束准直性发光模块

技术领域

本发明是有关一种发光模块，且特别是有关一种具光色混合腔的高光束准直性发光模块。

背景技术

在日常生活中，照明设备为不可或缺的重要工具。现有的照明设备多半以传统灯泡或灯管作为光源。在这些灯管或灯泡中，较为常见的有日光灯管、钨丝灯泡与卤素灯泡。由于传统钨丝灯泡发光时需消耗大量的电能，因此近年来应用发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)为光源的照明设备已越来越受欢迎。LED光源与钨丝灯泡相较，具有寿命长、耗电量低、耐震、亮度高等优点。此外，LED光源可由蓝色发光芯片覆盖黄色萤光粉制作，当蓝色发光芯片发光时，蓝光进入黄色萤光粉并将其激发，使得LED光源中心芯片较密集区域易发出偏蓝白的光线而外围芯片较少的区域易发出偏黄白的光线，尤其以集成式的LED封装类型更为明显。

现有以LED作为光源的灯具可由灯座与光源组成，并选择性加上反射杯或透镜，例如手电筒、路灯、车灯等照明设备。若灯具以灯座、光源与反射杯组成时，虽能提将光源的光线由反射杯反射，提升光束准直性，但并无法解决LED光源中央偏蓝白光而外围偏黄白光的现象，导致光色均匀性不佳。此外，若灯具以灯座、光源与透镜组成时，虽能利用透镜或反射杯的微结构设计散射中央偏蓝白与外围偏黄白的光线，提升光色均匀性，但灯具的光线会因散射而发散，导致光束准直性不佳。

也就是说，现有LED灯具难以同步提升光色均匀性与光束准直性，使得灯具的光学表现受到局限，无法满足消费者需求。

发明内容

本发明的一技术态样为一种具光色混合腔的高光束准直性发光模块。

根据本发明一实施方式，一种发光模块包含灯座、光源组件、光学透镜与反射杯。光源组件位于灯座上。光学透镜覆盖光源组件。光学透镜包含第一出光部、入光部与第二出光部。第一出光部内凹形成圆环形凹面。凹面的非球面曲率由光学透镜的中心往外侧逐渐减小。入光部内凹形成圆环形的容置空间，用以容置光源组件。第二出光部为侧面，位于第一出光部与入光部之间。侧面的一端与第一出光部相连接，侧面的另一端与入光部相连接。反射杯围绕光学透镜。反射杯为具有第一开口及第二开口的中空结构。第一开口口径大于第二开口。光学透镜由反射杯的第二开口中穿出。当光源组件发光时，光源组件发出第一颜色光与围绕第一颜色光的第二颜色光。凹面折射第一颜色光与第二颜色光，使得第一颜色光与第二颜色光进行一次混光。反射杯反射凹面折射的第二颜色光，使得反射杯反射的第二颜色光与凹面折射的第一颜色光进行二次混光甚至多次以上的混光。

在本发明一实施方式中，上述凹面具有第一非球面曲率的第一曲面以及第二非球面曲率的第二曲面，且第一曲面的一端与第二曲面的一端相连接。第一非球面曲率与第二非球面曲率由光学透镜的中心往外侧逐渐减小。

在本发明一实施方式中，上述光源组件为发光二极管或有机发光二极管。

在本发明一实施方式中，上述第一颜色光为偏蓝白光，第二颜色光为偏黄白光。

在本发明一实施方式中，上述第一颜色光与第二颜色光的一次混光位置位于光学透镜中。

在本发明一实施方式中，上述第一颜色光与第二颜色光的二次混光位置位于光学透镜与反射杯之间。

在本发明一实施方式中，上述凹面折射第一颜色光的非球面曲率大于凹面折射第二颜色光的非球面曲率。

在本发明一实施方式中，上述光学透镜的凹面具有端点。端点位于该光学透镜轴线处并正对光源组件，且端点与光源组件间具有间距。

在本发明一实施方式中，上述入光部朝向第一出光部内凹，且第一出光部朝向入光部内凹。

在本发明一实施方式中，上述凹面折射的第一颜色光由反射杯的第一反射位置反射，凹面折射的第二颜色光由反射杯的第二反射位置反射，且第一反射位置与光学透镜的轴线间的距离大于第二反射位置与光学透镜的轴线间的距离。

在本发明上述实施方式中，由于凹面具有由光学透镜的中心往外侧逐渐减小的非球面曲率，因此当光源组件发光时，光源组件发出的第一颜色光(例如偏蓝白光)与第二颜色光(例如偏黄白光)可先由凹面折射至反射杯，使得第一颜色光与第二颜色光可先进行一次混光。接着，由凹面折射的第二颜色光可由反射杯反射，使得反射杯反射的第二颜色光与凹面折射的第一颜色光进行二次混光。也就是说，本发明的发光模块利用光学透镜与反射杯的搭配性设计，使第一颜色光与第二颜色光于发光模块中进行多次混光后，经反射杯反射而汇聚朝同一方向出光。因此，本发明的具光色混合腔的高光束准直性发光模块可同步提升光色均匀性与光束准直性。

附图说明

图1绘示根据本发明一实施方式的具光色混合腔的高光束准直性发光模块的立体图。

图2绘示图1的发光模块沿线段2-2的剖面图。

图3绘示图2的发光模块的局部放大图。

其中，附图标记：

100：发光模块

112：散热片

122：基板

126：封装胶

131：第一曲面

132：凹面

136：入光部

138：第二出光部(侧面)

142：第一开口

2-2：线段

H：间距

L1：第一颜色光

P：端点

R2：二次混光位置

R4：第二反射位置

110：灯座

120：光源组件

124：发光芯片

130：光学透镜

133：第二曲面

134：第一出光部

137：容置空间

140：反射杯

144：第二开口

D：方向

L：轴线

L2：第二颜色光

R1：一次混光位置

R3：第一反射位置

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。

在本文中，所谓“光束准直性”可意指当发光模块发光时，光线集中的程度，也就是光线朝同方向出光的能力。

在本文中，所谓“光色均匀性”意指当发光模块发光时，LED光源组件所发出靠中心区域的第一颜色光(例如偏蓝白光)与靠外侧区域的第二颜色光(例如偏黄白光)在发光模块中的光色混合程度。

图1绘示根据本发明一实施方式的具光色混合腔的高光束准直性发光模块100的立体图。图2绘示图1的发光模块100沿线段2-2的剖面图。同时参阅图1与图2，发光模块100包含灯座110、光源组件120、光学透镜130与反射杯140。其中，光源组件120位于灯座110上。光学透镜130覆盖光源组件120。光学透镜130包含第一出光部134、入光部136与第二出光部138。其中，第一出光部134内凹形成圆环形凹面132，且凹面132具有由光学透镜130的中心往外侧逐渐减小的非球面曲率。此凹面132可称为全内反射(Total Internal Reflection；TIR)面。凹面132可由多个具非球面曲率的曲面组成，且曲面的数量并不用以限制本发明。举例来说，在本实施方式中，凹面132具有第一非球面曲率的第一曲面131以及第二非球面曲率的第二曲面133，且第一曲面131的一端与第二曲面133的一端相连接。第一非球面曲率与第二非球面曲率由光学透镜130的中心往外侧逐渐减小。

入光部136内凹形成圆环形的容置空间137，用以容置光源组件120。第二出光部138为侧面，位于第一出光部134与入光部136之间。侧面138的一端与第一出光部134相连接，侧面138的另一端与入光部136相连接。此外，入光部136朝向第一出光部134内凹，且第一出光部134朝向入光部136内凹。

光学透镜130的材质可以包含玻璃或塑胶，但并不用以限制本发明。反射杯140围绕光学透镜130。反射杯140为具有第一开口142及第二开口144的中空结构。第一开口142的口径大于第二开口144的口径。光学透镜130由反射杯140的该第二开口144中穿出。

光源组件120可以为发光二极管(Light Emitting Diode；LED)或有机发光二极管。光源组件120可电性连接外部电源并提供电流至发光芯片124。当光源组件120发光时，光源组件120所发出的光线可由光学透镜130折射，并由反射杯140反射。此外，灯座110可具有多个散热片112，且灯座110的材质可以为金属，例如铜、铝或铁。当光源组件120发光时，灯座110可将热传导至散热片112以降低光源组件120的温度。

在本实施方式中，光源组件120包含蓝色发光芯片124、具有多个黄色萤光粉的封装胶126及基板122。封装胶126的材质可以包含环氧树脂。由于含黄色萤光粉的封装胶126覆盖蓝色发光芯片124，因此当发光芯片124发光时，越靠近光源组件120的中心，其蓝色发光芯片124与封装胶126所激发出的光线偏蓝白光，而越接近光源组件120周边因所射出的蓝色光线较弱，而使其与封装胶126所激发的光线偏黄白光。对此，光源组件120可发出第一颜色光L1与围绕第一颜色光L1的第二颜色光L2。其中，第一颜色光L1为靠近光源组件120中心所发出的偏蓝白光，而第二颜色光L2为接近光源组件120周边所发出的偏黄白光。但在其他实施方式中，光源组件120所采用的发光芯片124与封装胶126的组合并不限于此。举例来说，光源组件120亦可采用UV发光芯片124与具红、绿、蓝三色萤光粉的封装胶126，并不用以限制本发明。此外，发光芯片124可以选用红、绿、蓝(R、G、B)等单色光芯片的组合，依设计者需求而定。

应了解到，上述第一颜色光L1与第二颜色光L2仅代表光源组件120从中心往外侧的光色变化大致可区分为偏蓝白光与偏黄白光，实际上光源组件120从中心往外侧的光色变化是逐渐改变的。

在以下叙述中，已叙述过的元件连接关系与材料将不在重复赘述，合先叙明。为了方便说明，在以下叙述中，将以对准光学透镜130轴线L的发光芯片124所发出的光线为例作说明。

具体而言，当光源组件120发出第一颜色光L1与第二颜色光L2后，由光学透镜130的凹面132将第一颜色光L1(例如偏蓝白光)与第二颜色光L2(例如偏黄白光)藉由凹面132设计折射到一次混光位置R1，使得第一颜色光L1与第二颜色光L2进行一次混光。在一次混光后，第一颜色光L1与第二颜色光L2已接近白光。在本实施方式中，第一颜色光L1与第二颜色光L2的一次混光位置R1位于光学透镜130中。接着，由凹面132折射的第二颜色光L2可被反射杯140反射而汇聚，而凹面132的非球面曲率设计使第一颜色光L1可折射到二次混光位置R2，使得反射杯140反射的第二颜色光L2与凹面132折射的第一颜色光L1进行二次混光。在二次混光后，可更加确保第一颜色光L1与第二颜色光L2更趋近于白光。然而，第一颜色光L1与第二颜色光L2的混光次数并不以两次为限，并不用以限制本发明。

在本实施方式中，第一颜色光L1与第二颜色光L2的二次混光位置R2位于光学透镜130与反射杯140之间。反射杯140所围绕的区域可视为发光模块100的光色混合腔。

图3绘示图2的发光模块100的局部放大图。同时参阅图2与图3，由于凹面132的第一曲面131的第一非球面曲率与第二曲面133的第二非球面曲率由光学透镜130的中心往外侧逐渐减小，且第二颜色光L2在第一颜色光L1外围，因此凹面132折射第一颜色光L1的非球面曲率大于凹面132折射第二颜色光L2的非球面曲率。第一颜色光L1由凹面132折射后，第一颜色光L1会由反射杯140的第一反射位置R3反射。第二颜色光L2由凹面132折射后，第二颜色光L2会由反射杯140的第二反射位置R4反射。其中，第一反射位置R3与光学透镜130的轴线L间的距离大于第二反射位置R4与光学透镜130的轴线L间的距离。也就是说，反射杯140的第二反射位置R4较第一反射位置R3靠近光学透镜130。

待第一颜色光L1与第二颜色光L2均由反射杯140反射后，第一颜色光L1与第二颜色光L2可汇聚而大致朝同一方向D出光，因此可提高发光模块100的光束准直性。由于第一颜色光L1与第二颜色光L2已于光学透镜130中进行一次混光，且第一颜色光L1与第二颜色光L2还于光学透镜130与反射杯140之间进行二次混光，因此当第一颜色光L1与第二颜色光L2朝方向D出光时，第一颜色光L1与第二颜色光L2已混光成均匀白光，因此能提高发光模块100的光色均匀性。本发明的具光色混合腔的高光束准直性发光模块100系利用光学透镜130与反射杯140的搭配性设计，使第一颜色光L1与第二颜色光L2于发光模块100中进行多次混光后，经反射杯140反射而汇聚朝同一方向D出光。因此，发光模块100可同步提升光色均匀性与光束准直性。

此外，光学透镜130的凹面132具有端点P。端点P位于该光学透镜130轴线L处并正对光源组件120，且端点P与光源组件120间具有间距H。如此一来，光源组件120的发光位置能至少提高至端点P，因此可更提高发光模块100的光束准直性，且能减少整体发光模块100的体积(例如反射杯140的体积)，节省空间与成本。

再者，此发光模块100的光学系统由于能透过中央光学透镜130的折射能力将光线扭转于第一出光部134的凹面132，因此等同于邻近光学透镜130底部的光源组件120的发光面被虚拟抬升至第一出光部134并向反射杯140放光，配合设计第一出光部134的高度正好等同于反射杯140的焦点高度，如此将可以轻易地让光线进行准直性的汇聚，所需的光学系统设计尺寸也将大幅缩小。上述反射杯140的焦点意指当光源在反射杯140中的某一位置时，反射杯140能把光源的光线全部集中往外同方向出光，则此位置便可称为反射杯140的焦点。本发明透过光源组件120与光学透镜130的搭配，使光源组件120的光线可抬升至光学透镜130的第一出光部134才出光，即光源抬升至反射杯140焦点位置，能避免光线散射而损失光源的能量。

本发明的具光色混合腔的高光束准直性发光模块与现有灯具相较，由于凹面的非球面曲率由光学透镜的中心往外侧逐渐减小，因此当光源组件发光时，光源组件发出的第一颜色光(例如偏蓝白光)与第二颜色光(例如偏黄白光)可先由凹面折射至反射杯，使得第一颜色光与第二颜色光可先进行一次混光。接着，由凹面折射的第二颜色光可由反射杯反射，使得反射杯反射的第二颜色光与凹面折射的第一颜色光进行二次混光。

也就是说，本发明的发光模块系利用光学透镜与反射杯的搭配性设计，使第一颜色光与第二颜色光可于发光模块中进行多次混光后，经反射杯反射而汇聚朝同一方向出光，可同步提升发光模块的光色均匀性与光束准直性。

虽然本发明已以实施方式公开如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书保护范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具光色混合腔的高光束准直性发光模块，其特征在于，包含：

一灯座；

一光源组件，位于该灯座上；

一光学透镜，覆盖该光源组件，该光学透镜包含：

一第一出光部，该第一出光部内凹形成一圆环形凹面，且该凹面的非球面曲率由该光学透镜的中心往外侧逐渐减小，该凹面具有一第一非球面曲率的一第一曲面以及一第二非球面曲率的一第二曲面，且该第一曲面的一端与该第二曲面的一端相连接，其中该第一非球面曲率与第二非球面曲率由该光学透镜的中心往外侧逐渐减小；

一入光部，该入光部内凹形成一圆环形的容置空间，用以容置该光源组件；以及

一第二出光部，为一侧面，位于该第一出光部与该入光部之间，且该侧面的一端与该第一出光部相连接，该侧面的另一端与该入光部相连接；以及

一反射杯，围绕该光学透镜，该反射杯为具有一第一开口及一第二开口的中空结构，其中该第一开口口径大于该第二开口，该光学透镜由该反射杯的该第二开口中穿出；

其中当该光源组件发光时，该光源组件发出一第一颜色光与围绕该第一颜色光的一第二颜色光，该凹面折射该第一颜色光与该第二颜色光，使得该第一颜色光与该第二颜色光进行一次混光；该反射杯反射该凹面折射的该第二颜色光，使得该反射杯反射的该第二颜色光与该凹面折射的该第一颜色光进行二次混光。

2.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该光源组件为发光二极管。

3.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该光源组件为有机发光二极管。

4.如权利要求2或3所述的发光模块，其特征在于，该第一颜色光为偏蓝白光，该第二颜色光为偏黄白光。

5.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该第一颜色光与该第二颜色光的一次混光位置位于该光学透镜中。

6.如权利要求5所述的发光模块，其特征在于，该第一颜色光与该第二颜色光的二次混光位置位于该光学透镜与该反射杯之间。

7.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该凹面折射该第一颜色光的非球面曲率大于该凹面折射该第二颜色光的非球面曲率。

8.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该光学透镜的该凹面具有一端点，该端点位于该光学透镜轴线处并正对该光源组件，且该端点与该光源组件间具有一间距。

9.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该入光部朝向该第一出光部内凹，且该第一出光部朝向该入光部内凹。

10.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该凹面折射的该第一颜色光由该反射杯的一第一反射位置反射，该凹面折射的该第二颜色光由该反射杯的一第二反射位置反射，且该第一反射位置与该光学透镜的轴线间的距离大于该第二反射位置与该光学透镜的轴线间的距离。