TW201333380A - 照明裝置 - Google Patents

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Abstract

一種照明裝置，包括一底座、至少一發光二極體光源以及一第一擴散元件。底座具有一承載平面。發光二極體光源配置於底座的承載平面上，且發光二極體光源的一出光面實質上平行於承載平面。第一擴散元件設置於底座的承載平面上。第一擴散元件為中空柱狀以環繞至少一發光二極體光源，且第一擴散元件的內徑寬度由底座向外逐漸減小，其中第一擴散元件具有包括多個表面結構的一粗糙表面。

Description

照明裝置
本揭露是有關於一種照明裝置，且特別是有關於一種使用發光二極體光源的照明裝置。
隨著半導體技術的進步，發光二極體(light-emitting diode,LED)所能達到的功率越來越大，且所發出的光之強度越來越高。此外，發光二極體更具有省電、使用壽命長、環保、啟動快速、體積小...等優點。因此，發光二極體也被廣泛地應用於照明設備、交通號誌、顯示器、光學滑鼠...等產品，且更有逐漸取代傳統螢光燈管或是白熾燈泡等照明裝置的趨勢。然而，以發光二極體燈泡而言，目前市場上發光二極體燈泡尚存在有一些缺點。例如，發光二極體本身所提供的光線之指向性強，因此發光二極體燈泡的配光分布(light distribution)不甚理想。
一般來說，照明裝置的配光分布可以藉由照明裝置之照度角(beam angle)來表示。圖1繪示為照明裝置之配光分布的量測方式。請參照圖1，照明裝置L會設置於暗房R內，照度計S則是沿著量測軌跡T來測量照明裝置L所發出的光線。當照明裝置L的主出光方向A(發光二極體燈泡之出光面的法線方向)定義為0°時，量測軌跡T例如設置於+150°至-150°的範圍中。同時，照度計S需與照明裝置L相隔固定的距離d，例如為1公尺。
簡言之，配光分布的量測方式是使照度計S與照明裝置L相隔固定的距離d之下，在+150°至-150°的範圍中進行掃描以獲得照明裝置L的配光分布曲線。並且，量測的配光分布曲線中，光線強度大於等於1/2峰值強度所對應的角度範圍為即可定義為照度角。
圖2繪示為習知發光二極體燈泡之配光分布曲線的示意圖。請參照圖2，配光分布曲線10是量測習知發光二極體燈泡所獲得的結果，其中+60°與-60°之間的光線強度皆大於1/2峰值強度。因此，由配光分布曲線10可知，習知發光二極體燈泡之照度角約為120°。
本揭露提出一種照明裝置，包括一底座、至少一發光二極體光源以及一第一擴散元件。底座具有一承載平面。發光二極體光源配置於底座的承載平面上，且發光二極體光源的一出光面實質上平行於承載平面。第一擴散元件設置於底座的承載平面上。第一擴散元件為中空柱狀以環繞至少一發光二極體光源，且第一擴散元件的內徑寬度由底座向外逐漸減小，其中第一擴散元件具有包括多個表面結構的一粗糙表面。
本揭露另提出一種照明裝置，包括一底座、至少一發光二極體光源以及一擴散元件。底座具有一承載平面。發光二極體光源配置於底座的承載平面上，且發光二極體光源的一出光面實質上平行於底座的承載平面。擴散元件配置於底座的承載平面上，以覆蓋發光二極體光源。擴散元件包括一第一部分以及一第二部分。第一部分位於發光二極體光源上方。第二部分連接第一部分與底座之間，其中第一部分與第二部分具有不同的光學特性，以在第一部分與第二部分之間形成一不連續交界。
為讓本揭露之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖3A繪示為本揭露第一實施例的照明裝置的上視示意圖，圖3B繪示為圖3A的照明裝置沿剖線I-I'的剖面示意圖。請參照圖3A與圖3B，照明裝置100包括一底座110、至少一發光二極體光源120、一擴散元件130以及一反射層140。發光二極體光源120、擴散元件130以及反射層140在本實施例中都是設置於底座110上，且位於底座110的同一側。底座110例如具有一承載平面112，反射層140配置於承載平面112上，並平行於承載平面112。在本實施例中，發光二極體光源120為多個，並設置於承載平面112上，且各發光二極體光源120的出光面122也實質上平行於承載平面112。另外，擴散元件130例如為中空柱狀的結構物以環繞於發光二極體光源120。
發光二極體光源120的數量在本實施例中是以多個為例，但在其他實施例中發光二極體光源120的數量可以是一個。並且，發光二極體光源120在本實施例雖以環形排列為例，然在其他實施例中可以呈現行列排列、三角排列等設置於擴散元件130圍設的範圍內。
擴散元件130例如是一錐形的中空柱狀結構物，其內徑寬度Wi由底座110向外逐漸減小。同時，擴散元件130的外徑寬度Wo也是由底座110向外逐漸減小。此時，擴散元件130有助於導引發光二極體光源120所發出的光線而成為錐狀的發光體。具體而言，圖3B繪示為照明裝置100沿剖線I-I’之垂直於出光面122的剖面結構。此時，擴散元件130垂直於承載平面112的剖面結構例如定義出一線性軌跡130L，且線性軌跡130L與承載面112之夾角α實質上可以為30°至70°。另外，由圖3B所繪示的剖面結構來看，擴散元件130垂直於承載平面112的剖面結構的斜面長度X可以為20mm至70mm。不過，在其他實施例中，擴散元件130之尺寸及形狀可以隨不同設計需求而有所調整，因此不以上述尺寸設計為限。
圖4A繪示為本揭露一實施例中擴散元件的示意圖。請參照圖4A，本實施例的擴散元件130具有包括多個表面結構SS的一粗糙表面132。粗糙表面132的設置可以提供光線擴散作用。請同時參照圖4A與圖3B，本實施例的擴散元件130係利用本身表面上的立體結構設計來達成光線的擴散作用。所以，擴散元件130可以利用射出成型或是相關的模具製程來製作以具有粗糙表面132。此外，在本實施例中，擴散元件130可以不需摻雜有擴散粒子或是塗佈有擴散塗層。但在其他實施例中，擴散粒子與擴散塗層可以進一步地設置於擴散元件130上。
詳細來說，圖4B與圖4C分別為本揭露一實施例中擴散元件的兩種表面結構的示意圖。由圖4B可知，表面結構SS1可以是多個圓弧形結構，而使擴散元件130的外觀呈現為多個半徑不同的環堆疊而成的結構。另外，由圖4C可知，表面結構SS2可以是多個具有尖角的稜鏡型結構，而使擴散元件的外觀呈現為階梯狀的結構。然而，本揭露的表面結構SS並不限定圖4B與圖4C所繪示之環狀分布的態樣，在其他的實施例中，表面結構SS可以是點狀、區塊狀或是不規則狀的分布。此外，表面結構SS的間距P可以為25μm至1mm，但本揭露不以此為限。
在一實施例中，表面結構SS的設計可使擴散元件130具有不同的光學特性，例如光穿透率、霧度與光擴散率等。以下表一表示為具體範例1的照明裝置100中，擴散元件130具有圖4B所繪示的多個圓弧形表面結構SS1時，其光學特性與對應之照明裝置100的照度角與出光效率。下表二表示為具體範例2的照明裝置100中，擴散元件130具有圖4C所繪示的尖角的稜鏡型表面結構SS2時，其光學特性與對應之照明裝置100的照度角與出光效率。
註解：照明裝置出光效率=照明裝置流明值/發光二極體光源流明值
上述的光穿透率和霧度例如是採用日本NIPPON DENSHOKU公司之NDH2000分析設備以ASTM D1003分析法進行量測，而擴散率例如是採用日本電色工業(Nippon Denshoku Industries Ltd.)之GC-5000分析器以ASTM C1044分析法進行量測，燈罩出光流明值採用Light Ports Inc. INV 12457 ψ100cm之積分球流明量測系統進行量測。由上表一與表二的結果以及圖3B繪示的結構可以清楚知道，照明裝置100可以提供錐形發光的效果，並具有約180°的照度角，其較習知設計的照度角明顯增加。因此，照明裝置100的發光效果可以比習知設計的發光二極體燈泡更為接近白熾燈泡的發光效果，而有利於提供更為廣泛的照明範圍。
圖5繪示為本揭露第二實施例的照明裝置的剖面示意圖。請參照圖5，照明裝置200包括一底座210、至少一發光二極體光源220、一擴散元件230以及一反射層240。發光二極體光源220、擴散元件230以及反射層240在本實施例中都是設置於底座210上，且位於底座210的同一側。底座210例如具有一承載平面212，反射層240配置於承載平面212上，並平行於承載平面212。在本實施例中，發光二極體光源220為多個，並設置於承載平面212上，且各發光二極體光源220的出光面222也實質上平行於承載平面212。另外，擴散元件230配置於底座210的承載平面212上，以覆蓋至少一發光二極體光源220，詳細來說，擴散元件230與底座210共同地將發光二極體光源220密封。
具體來說，擴散元件230包括一第一部分232以及一第二部分234。第一部分232位於發光二極體光源220上方。第二部分234連接於第一部分232與底座210之間，其中第一部分232與第二部分234具有不同的光學特性，以在第一部分232與第二部分234之間形成一不連續交界236。
請參照圖5，為了提供如燈泡般的發光效果，第一部分232可以為中空半球狀，而第二部分234則為連接於第一部分232與底座210之間的中空柱狀結構。此時，第二部分234的內徑寬度Wi例如由底座210向外逐漸增加。也就是說，第二部分234在本實施例是一個上大下小中空錐形結構物，其中上下的關係是以接近於底座210的一側為下方來界定。
詳言之，圖5繪示的剖面結構例如是垂直於承載平面212的剖面結構。在這樣的剖面下，第二部分234垂直於承載平面212的剖面結構定義出一線性軌跡234L，此線性軌跡234L與承載平面212之夾角β實質上為45°至90°。另外，第二部分234在垂直於承載平面212的剖面結構的斜面長度Y例如為20mm至40mm，而第一部分232之球半徑可以為20mm至40mm。同時，第一部分232之圓弧可以涵蓋為150°至300°的弧度範圍。當然，上述數值僅是舉例說明之用，而在其他實施例中，擴散元件230的尺寸及外型設計都可以隨不同需求而調整。
發光二極體光源220的發光效果一般是具有較集中的配光分布。也就是說，發光二極體光源220的光線強度分布在其正上方(也就是主出光軸方向)一般是最強的，由發光二極體光源220正上方向外則光線強度將逐漸減弱。因此，本實施例讓第一部分232與第二部分234具有不同的光學特性藉以調整照明裝置200的發光效果以符合各種設計需求。
在此，第一部分232與第二部分234可以具有相異的光穿透率，且兩者光穿透率差異例如至少為4%，以實現光學特性不同的設計。在一實施例中，第一部分232的光穿透率可以小於第二部分234的光穿透率。例如，第一部分232的光穿透率是50%時，第二部分234的光穿透率可以是54%或以上。藉由這樣的設計，位於發光二極體光源220正上方的第一部分232光穿透率較低而環繞於發光二極體光源220的第二部分234光穿透率較高。所以，擴散元件230可以調整發光二極體光源220的配光分布使得照明裝置200具有較大的照度角。
再者，第一部分232與第二部分234可以具有相異的霧度，且兩者霧度的差異例如至少為5%，以實現光學特性不同的設計。在一實施中，第一部分232的霧度可以大於第二部分234的霧度。例如，第一部分232的霧度是90%時，第二部分234的霧度可以是85%或更低。藉由這樣的設計，讓發光二極體光源220發出的光線有更多比例由第二部分234射出而增加照明裝置200的照度角。
進一步而言，第一部分232與第二部分234的光學特性更可以在光擴散率上有所不同，其中第一部分232與第二部分234的光擴散率差異可以至少為5%。以本實施例而言，為了調整發光二極體光源220的配光分布，第一部分232的光擴散率可以大於第二部分234的光擴散率使得照射於第一部分232的光線較顯著地被擴散而達到較大的照度角。舉例來說，第一部分232的光擴散率為95%時，第二部分234的光擴散率可以為90%或更低。
值得一提的是，上述所有光學特性的參數都是舉例說明之用，並非用以限定本揭露之範圍與精神。
此外，上述所有光學特性的差異可以藉由各種手段來實現。例如，第一部分232與第二部分234可以是由相同特性的材料製作，不過具有不同的厚度，以具有相異的光學特性。或是，第一部分232與第二部分234例如分別摻雜有不同濃度的擴散粒子，也可以具有相異的光學特性。
進一步來說，第一部分232與第二部分234具有不同的外型特徵以提供不同的光學特性，其中第一部分232與第二部分234可以各自具有粗糙度不同的粗糙表面。另外，第一部分232與第二部分234的表面可以各自塗佈有不同材質的塗層，或是各自塗佈有不同厚度的塗層。在本實施例中，第一部分232與第二部份234為各自獨立的構件，兩者可以透過個別的製程加以製作。所以，第一部分232與第二部分234之間會形成不連續的交界236。第一部分232與第二部分234的光學特性不需在交界236處呈現漸變的分布，而有助於簡化整體照明裝置的製作流程。在一實施例中，第一部分232與第二部分234本身都可以具有均勻的光學特性。
具體而言，以下表三與表四表示為不同具體範例的照明裝置200中，擴散元件230的第一部分232與第二部份234的光學特性與對應之照明裝置200的照度角與出光效率。
由表三與表四可知，本實施例的照明裝置200所具有的照度角可以增大，而改善習知發光二極體燈泡之照度角過小的問題。
圖6繪示為本揭露第三實施例的照明裝置的剖面示意圖。請參照圖6，照明裝置300包括一底座310、至少一發光二極體光源320、一第一擴散元件330A、一第二擴散元件330B以及一反射層340。發光二極體光源320、第一擴散元件330A、第二擴散元件330B以及反射層340在本實施例中都是設置於底座310上，且位於底座310的同一側。底座310例如具有一承載平面312，反射層340配置於承載平面312上，並平行於承載平面312。在本實施例中，發光二極體光源320為多個，並設置於承載平面312上，且各發光二極體光源320的出光面322也實質上平行於承載平面312。另外，第一擴散元件330A例如為中空柱狀的結構物以環繞於發光二極體光源320。第二擴散元件330B配置於底座310的承載平面312上，以覆蓋至少一發光二極體光源320與第一擴散元件330A，詳細來說，第二擴散元件330B與底座310共同地將發光二極體光源320與第一擴散元件330A密封其中。
在本實施例中，第一擴散元件330A與第二擴散元件330B例如可分別參照於前述第一與第二實施例中的擴散元件130與230，而具有前述實施例所描述的特性。在這樣的設置方式下，照明裝置300可以具有理想的發光效果。舉例而言，以下表五表示為具體範例5的照明裝置300中，第一與第二擴散元件330A、330B的光學特性與對應之照明裝置300的照度角與出光效率。表六表示為具體範例6的照明裝置中，第一與第二擴散元件330A、330B的光學特性與對應之照明裝置的照度角與出光效率，其中具體範例6的照明裝置是將具體範例5的照明裝置中具有圖4B之多個圓弧形表面結構SS1的光擴散元件改變為具有圖4C之尖角的稜鏡型表面結構SS2的光擴散元件。
由表一至表六可知，上述多個實施例的照明裝置100、200、300所具有的照度角可以較習知設計增大需多，例如照度角為160°至220°，而可以明顯改善習知發光二極體燈泡之照度角過小的問題。
綜上所述，本揭露的照明裝置利用發光二極體光源提供照明光線，而具有發光效率高、省電節能等優點。再者，本揭露的照明裝置利用擴散元件的設置使得發光二極體光源提供之照明光線呈現150°以上的照度角。因此，本揭露之照明裝置的發光效果更接近白熾燈泡的發光效果，有利於取代白熾燈泡而成為高品質、低能源損耗以及照明範圍廣的照明裝置。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．配光分布曲線
100、200、300、L．．．照明裝置
110、210、310．．．底座
112、212、312．．．承載平面
120、220、320．．．光二極體光源
122、222、322．．．出光面
130、230．．．擴散元件
130L、234L．．．線性軌跡
132．．．粗糙表面
140、240、340．．．反射層
232、332．．．第一部分
234、334．．．第二部份
236、336．．．交界
330A．．．第一擴散元件
330B．．．第二擴散元件
A．．．主出光方向
I-I’．．．剖線
P．．．間距
R．．．暗房
S．．．照度計
SS、SS1、SS2．．．表面結構
T．．．量測軌跡
Wi．．．內徑寬度
Wo．．．外徑寬度
X、Y．．．長度
α、β．．．角度
圖1繪示為照明裝置之配光分布的量測方式。
圖2繪示為習知發光二極體燈泡之配光分布曲線的示意圖。
圖3A繪示為本揭露第一實施例的照明裝置的上視示意圖。
圖3B繪示為圖3A的照明裝置沿剖線I-I'的剖面示意圖。
圖4A繪示為本揭露一實施例中擴散元件的示意圖。
圖4B與圖4C分別為本揭露一實施例中擴散元件的兩種表面結構的示意圖。
圖5繪示為本揭露第二實施例的照明裝置的剖面示意圖。
圖6繪示為本揭露第三實施例的照明裝置的剖面示意圖。
300．．．照明裝置
310．．．底座
312．．．承載平面
320．．．光二極體光源
322．．．出光面
330A．．．第一擴散元件
330B．．．第二擴散元件
332．．．第一部分
334．．．第二部份
336．．．交界
340．．．反射層

Claims (17)

  1. 一種照明裝置，包括：一底座，具有一承載平面；至少一發光二極體光源，配置於該底座的該承載平面上，且該發光二極體光源的一出光面實質上平行於該底座的該承載平面；以及一第一擴散元件，設置於該底座的該承載平面上，該第一擴散元件為中空柱狀以環繞該至少一發光二極體光源，且該第一擴散元件的內徑寬度由該底座向外逐漸減小，其中該第一擴散元件具有包括多個表面結構的一粗糙表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該些表面結構的間距為25μm至1mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該第一擴散元件垂直於該承載平面的一剖面結構定義出一線性軌跡，且該線性軌跡與該承載平面之夾角實質上為30°至70°。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該第一擴散元件垂直於該承載平面的一剖面結構的長度為20mm至70mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，更包括一第二擴散元件，配置於該底座上，以覆蓋該至少一發光二極體光源與該第一擴散元件，其中該第二擴散元件包括：一第一部分，位於該至少一發光二極體光源上方；以及一第二部分，連接該第一部分與該底座之間，其中該第一部分與該第二部分具有不同的一光學特性，以在該第一部分與該第二部分之間形成一不連續交界。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中該第一部分與該第二部分具有不同的該光學特性係符合下述條件至少其一：該第一部分與該第二部分的光穿透率差異至少為4%；該第一部分與該第二部分的霧度差異至少為5%；以及該第一部分與該第二部分的光擴散率差異至少為5%。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中該第二擴散元件符合下述條件至少其一：該第一部分與該第二部分具有不同的厚度；該第一部分與該第二部分分別摻雜有不同濃度的擴散粒子；該第一部分與該第二部分各自具有粗糙度不同的粗糙表面；該第一部分與該第二部分的表面各自塗佈有不同材質的塗層；以及該第一部分與該第二部分的表面各自塗佈有不同厚度的塗層。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中該第一部分為中空半球狀，而該第二部分為中空柱狀，且該第二部分的內徑寬度由該底座向外逐漸增加。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之照明裝置，其中該第二部分垂直於該承載平面的一剖面結構定義出一線性軌跡，該線性軌跡與該承載平面之夾角實質上為45°至90°。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之照明裝置，其中該第一部分之球半徑為20mm至40mm，且該第二部分垂直於該承載平面的一剖面結構的長度為20mm至40mm。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該些表面結構包括多個稜鏡型結構或多個圓弧形結構。
  12. 一種照明裝置，包括：一底座，具有一承載平面；至少一發光二極體光源，配置於該底座的該承載平面上，且該發光二極體光源的一出光面實質上平行於該底座的該承載平面；以及一擴散元件，配置於該底座的該承載平面上，以覆蓋該至少一發光二極體光源，其中該擴散元件包括：一第一部分，位於該至少一發光二極體光源上方；以及一第二部分，連接該第一部分與該底座之間，其中該第一部分與該第二部分具有不同的一光學特性，以在該第一部分與該第二部分之間形成一不連續交界。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之照明裝置，其中該第一部分與該第二部分具有不同的該光學特性係符合下述條件至少其一：該第一部分與該第二部分的光穿透率差異至少為4%；該第一部分與該第二部分的霧度差異至少為5%；以及該第一部分與該第二部分的光擴散率差異至少為5%。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之照明裝置，其中該第二擴散元件符合下述條件至少其一：該第一部分與該第二部分具有不同的厚度；該第一部分與該第二部分分別摻雜有不同濃度的擴散粒子；該第一部分與該第二部分各自具有粗糙度不同的粗糙表面；該第一部分與該第二部分的表面各自塗佈有不同材質的塗層；以及該第一部分與該第二部分的表面各自塗佈有不同厚度的塗層。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之照明裝置，其中該第一部分為中空半球狀，而該第二部分為中空柱狀，且該第二部分的內徑寬度由該底座向外逐漸增加。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之照明裝置，其中該第二部分垂直於該承載平面的一剖面結構定義出一線性軌跡，該線性軌跡與該承載平面之夾角實質上為45°至90°。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之照明裝置，其中該第一部分之球半徑為20mm至40mm，且該第二部分垂直於該承載平面的一剖面結構的長度為20mm至40mm。
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