CN1175200C - 发光二极管照明光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管照明光源装置，将基板上发光二极管四射的光源，借由透镜中央部分的凸透镜折射及周围部分凹盆反射镜反射向上，再经透镜四周的圆锥体折射后，光束即可朝同一方向行进，实现均匀高效率的集光功能；其中该透镜以高分子成形于全反射膜上，可防止反射膜脱落，利用大底面反射镜平台，降低现有技术中光轴对正难度，并配合光轴定位孔作自动化组装的精准定位。

Description

发光二极管照明光源装置

技术领域

本发明涉及一种发光二极管照明光源装置，大部分是使用在有限面积的照明，可应用于室内的夜灯、展示品照明灯、手电筒、户外交通标志灯、车辆用灯、看板等。

背景技术

为提供高效省电、高寿命照明装置，发光二极管已逐渐取代传统灯泡，但发光二极管四射出的大角度光源，需要较高的集光组件，以适合小角度照明用途，如室内夜灯、手电筒、展示品照明灯、户外交通标志灯、车辆用灯、看板等小面积照明的需要。

一般发光二极管照明光源都是使用多个发光二极管灯泡排列呈面状阵列，其中内部有发光二极管所产生四射光，部分的四射光往灯泡顶部并经过凸透镜后，折射成略平行的向上光，而四周侧向的四射光大于全反射的临界角，或是折向侧方向大角度光均无法被有效利用于照明，如图1所示为传统灯泡的集光情形，可见集光效果尚有改善空间。如US4767172的专利，参照图2，该有机发光二极管需要经过空气再通过透镜，光束由发光二极管到空气，再穿过透镜材质，此两接口会造成光损失；且透镜外侧四周的反射膜未受保护与固定，长时间随温度变化下有脱层问题；透镜的底座面积也较小，所以贴于基板上的光轴垂直精度不易高。如David于1986年所提出的发光二极管集光设计(US4770514专利案)，如图3所示，其光学组件贴在基板上的底面积小，光轴不易对正；且反射膜裸露于外侧，长时间随温度变化会逐渐脱落；在生产方面，该专利案US4770514的有机发光二极管并未配合自动化设计，不易大量生产。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决上述的缺陷，避免上述缺陷的存在，本发明提供一种发光二极管照明光源装置，解决现有技术其光束不均匀且发散的现象，尤其在多个小灯泡组装时，更可大幅提高各光轴平行的精准性，降低现有技术中对正光轴的难度。

本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管照明光源装置，以高分子成形于该铝或银的全反射膜上，不但可聚集光束亦可包覆反射膜，防止反射膜脱落。

为实现上述的目的，本发明所提供的一种发光二极管照明光源装置，包含一基板承载发光二极管、反射镜平台与透镜。首先于该反射镜平台上形成多个凹盆反射镜，该凹盆反射镜的中央底面透空且透空外围底面平贴于基板，透空部位的基板上具有一组发光二极管晶粒，而凹盆反射镜的凹面部分呈抛物线全反射镜，其中凹盆反射镜的光轴与发光二极管排列中心对齐，由于底座的面积较大，使多个小灯泡于组装时，各光轴间平行度高，大幅降低现有技术中对正光轴的难度，并于凹盆反射镜上以高分子成形一透镜，该透镜中央为一凸透镜，侧面四周为一圆锥体，中央凸透镜与四周的圆锥体为一体结构，以高分子成形于凹盆反射镜中央的透空部位，而透镜底面贴于基板并包覆一组发光二极管晶粒；借由一光轴定位孔于组装时能精准的定位，该光轴定位孔贯穿该基板及反射镜间平台的中心位置，可以随反射镜平台或多个凹盆反射镜的外型及排列不同而改变，可大幅提高其应用范围。

本发明的发光二极管照明光源装置，是利用透镜与凹盆反射镜汇集发光二极管四射的光于同方向，可聚集大角度的光成为小角度较强的光，成为高强度光束，获得高效率且均匀的光束，尤其在大底面反射镜平台可作为光轴平行的基准，可于多个小灯泡组装时，大幅提高各光轴平行的精准性，降低现有技术中对正先轴的难度，并配合光轴定位孔作精准的定位，利于自动化组装。

并于凹盆反射镜上用高分子成形一透镜，该凹盆反射镜的凹面部分镀上一层铝或银的全反射膜，其中透镜中央为一凸透镜，侧面四周为一圆锥体，中央凸透镜与四周的圆锥体为一体结构，光学组件可用塑料成形，组装可自动化，因此量产性高。

附图说明

图1为传统灯泡集光情形示意图。

图2为专利案US4767172的集光装置示意图。

图3为专利案US4770514的集光装置示意图。

图4-1为本发明的发光二极管集光装置部分剖面示意图。

图4-2为本发明图4-1的多个方形灯泡聚集组合图。

图4-3为本发明图4-1的多个六边形灯泡聚集组合图。

图5为本发明与传统灯泡的光通量与立体角的关系比较图。

图6为各种发光二极管装置的比较图。

具体实施方式

本发明提供一种发光二极管照明光源装置，如图4-1所示，为本发明的发光二极管装置示意图，其结构主要包含有基板1、反射镜平台2、凹盆反射镜3、透镜4、光轴5、LED晶粒6、基板光轴定位孔7、凸透镜8、反射镜光轴定位孔9。

基板1上可承载发光二极管晶粒6及反射镜平台2，该反射镜平台2的外形可为方形或六边形，且可多个聚集在一起，呈现方形或蜂巢状的排列；每一个反射镜平台2可具有多个凹盆反射镜3，该凹盆反射镜3的中央底面透空且透空部位的底面平贴于基板1，位于透空部位的基板上，具有一组发光二极管晶粒6，而凹盆反射镜3的凹面部分则呈抛物线全反射镜。

一透镜4，中央为一凸透镜8，侧面四周为一圆锥体，以高分子成形于凹盆反射镜3上，其中凸透镜8成形于凹盆反射镜3中央的透空部位，而透镜4底面贴于基板1并包覆一组发光二极管晶粒6，发光二极管晶粒6排列中心必须对齐凹盆反射镜3及透镜4的光轴5。凹盆反射镜3的凹面部分镀上一层铝或银的全反射膜，可将基板1上一颗或多个发光二极管(包括多种色光)四射的光源，借由透镜4中央部位的凸透镜8折射向上及四周侧面部分的凹盆反射镜3反射后，再经透镜4四周的圆锥体折射后，两光束朝同一方向行进，获得高效率集光且均匀的光束，其透镜4材质可选自耐紫外线且富弹性的透明高分子或硅胶等材质，并使中央凸透镜8与四周的圆锥体为一体结构，成形于该铝或银的全反射膜上，不但可聚集光束也可包覆反射膜，还可防止反射膜脱落。

一组发光二极管晶粒6可由一个或多个发光二极管晶粒所组合而成，当一组发光二极管晶粒6由多个发光二极管晶粒所组成时，可有圆形、方形、三角形等多边形对称排列方式，其排列对称中心必须对齐凹盆反射镜3及透镜4的光轴5，亦可选用各种不同颜色(红、绿、蓝)的发光二极管，来组合或排列各种色光。

如图4-2与图4-3所示，为本发明图4-1的多个方形、六边形灯泡聚集组合图，由图4-2与图4-3中，可看到反射镜平台2的外形为方形或六边形等多种对称图形，且可多个聚集成为一体，呈现方形或蜂巢状的规则排列，使得出射光束均匀分布。由于本发明设计的反射镜平台2底面与上平面同样大，可作为光轴5平行的基准，尤其在多个集光灯泡组装时，可大幅提高各光轴5平行的精准性，使得各出射光束均匀排列。

一基板光轴定位孔7贯穿该基板1及反射镜平台2且位于集光灯泡间的中心位置，并对齐反射镜光轴定位孔9，该反射镜光轴定位孔9可随反射镜平台2或多个凹盆反射镜3的外型及排列不同而改变，其中可于多个反射镜平台2方阵之间，设立一光轴定位孔来固定其位置；例如在多个反射镜平台2聚集成一体的方阵之间，可设一圆形的光轴定位孔以固定其位置；在三个反射镜平台2聚集成一体时，如图4-3，可设置第二反射镜光轴定位孔(圆形)92；而在单数个反射镜平台2时，如图4-2，则可于适当位置设立1/4圆的第一反射镜光轴定位孔91。

如图5所示，为本发明与传统灯泡的光通量与立体角的关系比较图，图谱中较的曲线为公知的灯泡(lamp)，而较细的曲线(4H)为本发明光通量与立体角的关系曲线，以集光能力而言，集总光量的80％为例，本发明可在20度的立体角范围内，达到高亮度效果，而传统灯泡集光效果较低在60％，所以当使用同一发光二极管晶粒时，本发明却可以集较多的光于有限的被照体上，提高光源的使用效率。

如图6所示为发光二极管装置比较图，仅以本发明与传统灯泡及专利案US4770514作一比较，可发现本发明的有效集光范围、集光效果、光轴的平行度、寿命与量产性等多方面的考核量与设计皆较现有技术周详。

本发明特别公开并描述了所选择的较佳实施例，不能以此限定本发明实施的范围，即凡熟悉本技术的人均可明了，依本发明申请专利范围所作任何形式或是细节上可能的变化，均未脱离本发明专利涵盖的精神与范围。

Claims (6)

1.一种发光二极管照明光源装置，包括一基板(1)，可承载一反射镜平台(2)、一透镜(4)、与一组发光二极管晶粒(6)，其特征在于：

该基板(1)上设有一基板光轴定位孔(7)，贯穿该基板(1)及反射镜平台(2)且位于集光灯泡间中心位置；

该反射镜平台(2)上含至少一个凹盆反射镜(3)及反射镜光轴定位孔(9)，凹盆反射镜(3)中央底面透空，该底面透空部位的外围平贴于基板(1)，并于凹盆反射镜(3)底面透空部位的基板上具有一组发光二极管晶粒(6)，且凹盆反射镜(3)的凹面部分为抛物线全反射镜，其中凹盆反射镜(3)光轴(5)与发光二极管晶粒(6)的排列中心对齐；以及该凹盆反射镜(3)上具有一透镜(4)，该透镜(4)中央为一凸透镜(8)，侧面四周为一圆锥体，该凸透镜(8)与四周的圆锥体为一体结构，其中凸透镜(8)位于凹盆反射镜(3)中央的透空部位，而透镜(4)底面贴于基板(1)并包覆发光二极管晶粒(6)且透镜(4)光轴(5)与发光二极管晶粒(6)的排列中心对齐。

2.根据权利要求1所述的发光二极管照明光源装置，其特征在于：反射镜平台(2)的外形可为方形或六边形，且可多数个聚集在一起，呈现方形或蜂巢状的排列。

3.根据权利要求1所述的发光二极管照明光源装置，其特征在于：凹盆反射镜(3)的凹面部分可以镀上一层铝或银的全反射膜。

4.根据权利要求1所述的发光二极管照明光源装置，其特征在于：一组发光二极管晶粒(6)可由一个或多个发光二极管晶粒所组合而成，当一组发光二极管晶粒(6)由多个发光二极管晶粒所组成时，可有圆形、方形、三角形等多边形对称排列方式，其对称中心必须对齐凹盆反射镜及透镜的光轴，也可选用各种不同颜色的发光二极管晶粒(6)，来组合或排列各种色光。

5.根据权利要求1所述的发光二极管照明光源装置，其特征在于：透镜(4)的材质可选自耐紫外线且富弹性的透明高分子或硅胶等材质。

6.根据权利要求1所述的发光二极管照明光源装置，其特征在于：反射镜光轴定位孔(9)位于反射镜平台(2)的集光灯泡间，可以随反射镜平台(2)或多个凹盆反射镜(3)的外型及排列不同而改变，于多个反射镜平台(2)聚集成一体的方阵之间，可设一圆形的光轴定位孔以固定其位置，在三个反射镜平台(2)聚集成一体时，可设一圆形的光轴定位孔，而在单个反射镜平台(2)时，则可于适当位置设立1/4圆的光轴定位孔。

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