TW201639192A - 發光裝置及其透鏡結構 - Google Patents

Abstract

一種發光裝置包含一基板、一發光元件以及一透鏡結構。基板包含一第一區域以及一第二區域。第二區域係鄰接於第一區域。第一區域之反射率係低於第二區域之反射率。發光元件係設置於基板之第一區域上。透鏡結構覆蓋發光元件。透鏡結構包含一入光面及一出光面。入光面包含一第一光擴散部以及一光收斂部。光收斂部圍繞第一光擴散部。光收斂部係用以收斂發光元件發出的一光線。第一光擴散部係用以擴散發光元件發出的另一光線。

Description

發光裝置及其透鏡結構

本發明係關於一種發光裝置，且特別係關於一種發光裝置及其透鏡結構。

一般的發光二極體之發光角度係固定的(例如：大約為120度左右)，為了滿足各種不同發光模組對於光學特性的需求，製造商通常會在發光二極體上方覆蓋一個二次光學透鏡，用以調整發光二極體所放射的光形(例如擴大發光二極體的照射範圍)。

一般來說，發光二極體係設置於電路板上表面之一局部區域上，而電路板上表面之剩餘區域係被反射片所覆蓋。由於電路板之材質的反射率低於反射片之材質的反射率，故當發光二極體的光線向下前進至電路板的上表面時，無法有效地被電路板上表面所反射。相對地，當發光二極體之光線前進至反射片時，可有效地被反射片所反射。這樣的現象容易造成發光二極體正上方的亮度相對低，並造成反射片正上方的亮度相對高，而產生亮暗不均的圖案。

有鑑於此，本發明之一目的係在於降低發光二極體正上方與反射片正上方亮暗不均的現象。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種發光裝置包含一基板、一發光元件以及一透鏡結構。基板包含一第一區域以及一第二區域。第二區域係鄰接於第一區域。第一區域之反射率係低於第二區域之反射率。發光元件係設置於基板之第一區域上。透鏡結構覆蓋發光元件。透鏡結構包含一入光面及一出光面。入光面包含一第一光擴散部以及一光收斂部。光收斂部圍繞第一光擴散部。光收斂部係用以收斂發光元件發出的一光線。第一光擴散部係用以擴散發光元件發出的另一光線。

依據本發明之另一實施方式，一種透鏡結構包含一底面、一入光面以及一出光面。入光面係凹陷於底面。入光面包含一第一光擴散部以及一光收斂部。光收斂部圍繞第一光擴散部。透鏡結構之一中心軸與底面之一虛擬共平面相交於一交點。光收斂部之任一點與交點相距一第一距離。光收斂部之此點至交點的連線與中心軸定義一第一夾角。第一距離會隨著第一夾角增加而增加。出光面背對於入光面。

藉由上述實施方式，光收斂部可收斂發光元件發出的部份光線，使得部份光線在通過光收斂部後，不致於過度偏離於發光元件之光軸，以提升發光元件正上方的亮度。如此一來，即使第二區域的反射率比發光元件所在之第一區域的反射率高，第二區域上方的亮度與第一區域上方的亮度也不致於 相差過大，從而降低亮暗不均的現象。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

10‧‧‧發光裝置

100‧‧‧基板

101‧‧‧第一區域

102‧‧‧第二區域

110‧‧‧電路板

120‧‧‧反射片

200‧‧‧發光元件

210‧‧‧發光頂面

300‧‧‧透鏡結構

310、310a、310b‧‧‧入光面

311‧‧‧第一光擴散部

312、312a、312b‧‧‧光收斂部

313‧‧‧第二光擴散部

314‧‧‧內交界

315‧‧‧外交界

320‧‧‧出光面

330‧‧‧底面

A‧‧‧光軸

C‧‧‧中心軸

I‧‧‧交點

O‧‧‧中心點

P‧‧‧虛擬共平面

R1‧‧‧第一距離

R2‧‧‧第二距離

R3‧‧‧第三距離

R4‧‧‧第四距離

θ 1‧‧‧第一夾角

θ 2‧‧‧第二夾角

θ 3‧‧‧第三夾角

θ 4‧‧‧第四夾角

α‧‧‧內夾角

β‧‧‧外夾角

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依據本發明一實施方式之多個發光裝置的立體圖；第2圖繪示第1圖之發光裝置沿著1-1’線的剖面圖；第3圖繪示依據本發明一實施方式之透鏡結構的局部側視圖；第4圖繪示第3圖之透鏡結構之光路圖；第5圖繪示依據本發明一實施方式之透鏡結構的側視圖；第6圖繪示依據本發明另一實施方式之透鏡結構的局部側視圖；以及第7圖繪示依據本發明另一實施方式之透鏡結構的局部側視圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數實施方式，為明 確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，熟悉本領域之技術人員應當瞭解到，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節並非必要的，因此不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。

第1圖繪示依據本發明一實施方式之多個發光裝置10的立體圖。第2圖繪示第1圖之發光裝置10沿著1-1’線的剖面圖。如第1及2圖所示，於本實施方式中，發光裝置10包含基板100、發光元件200以及透鏡結構300。發光元件200係設置於基板100上，並可受基板100上的驅動電路(未示於圖中)驅動而發光。透鏡結構300覆蓋發光元件200，用以接收發光元件200發出的光線，並改變光線的行進路徑，以產生所需的光形。舉例來說，透鏡結構300可擴散發光元件200發出的光線。

如第2圖所示，基板100包含第一區域101以及第二區域102。第二區域102係鄰接於第一區域101。第一區域101之反射率係低於第二區域102之反射率。發光元件200係設置於第一區域101上。具體來說，基板100包含電路板110以及反射片120。反射片120係覆蓋於電路板110的上表面之局部區域上，並露出電路板110的上表面之另一局部區域。該露出的區域即為第一區域101，而被反射片120所覆蓋的區域即為第二區域102。電路板110之材質的反射率係低於反射片120之材質的反射率，故第一區域101(亦即，裸露的電路板110之上表面) 的反射率係低於第二區域102(亦即，反射片120之上表面)之反射率。舉例來說，電路板110之材質的反射率係介於65%至80%之間，反射片120之材質的反射率係大於98%，但本發明並不以此為限。

當發光元件200發光時，部份光線會被基板100的第一區域101所反射，而部份光線會被基板100的第二區域102所反射。由於第一區域101的反射率低於第二區域102的反射率，故容易造成第一區域101上方的亮度低於第二區域102上方的亮度，而產生亮暗不均的現象。

為了降低亮暗不均的現象，本發明提出以下技術方案。於此可參閱第3圖，本圖繪示依據本發明一實施方式之透鏡結構300的局部側視圖。如第3圖所示，透鏡結構300包含入光面310、出光面320以及底面330。入光面310係凹陷於底面330。出光面320係背對於入光面310。發光元件200(可參閱第2圖)發出的光線可從入光面310進入透鏡結構300，並從出光面320離開透鏡結構300。入光面310包含第一光擴散部311以及光收斂部312。光收斂部312圍繞第一光擴散部311。當發光元件200發出之光線抵達第一光擴散部311時，第一光擴散部311可擴散此光線，以擴大發光元件200的照射範圍。相對地，當發光元件200發出之光線抵達光收斂部312時，光收斂部312可收斂此光線。

如此一來，光線在通過光收斂部312後，不致於過度向外折射，故可提升發光元件200上方的亮度(亦即，第一區域101上方的亮度)。因此，即使第二區域102的反射率比第 一區域101的反射率高，第二區域102上方的亮度與第一區域101上方的亮度也不致於相差過大，從而降低亮暗不均的現象。

具體來說，如第2圖所示，發光元件200包含發光頂面210。發光頂面210具有中心點O以及光軸A。光軸A係通過中心點O。另如第3圖所示，透鏡結構300具有中心軸C。中心軸C與光軸A重合。換句話說，透鏡結構300係軸對稱於發光頂面210之光軸A。底面330具有一虛擬共平面P，此虛擬共平面P係指延伸自底面330之一假想平面，且該假想平面與底面330係共平面的。中心軸C與底面330之虛擬共平面P相交於一交點I。交點I與發光頂面210之中心點O重合。如第3圖所示，光收斂部312為平面，且光收斂部312之任一點與中心點O(或交點I)相距第一距離R1。光收斂部312之此點至中心點O(或交點I)的連線與光軸A(或中心軸C)定義第一夾角θ 1。第一距離R1會隨著第一夾角θ 1增加而增加。藉此設計，當光線通過光收斂部312時，光收斂部312可收斂光線，使得光線朝光軸A(或中心軸C)收斂，其原理如下所述。

第4圖繪示第3圖之透鏡結構300之光路圖。如第4圖所示，當來自中心點O的光線L1抵達入光面310的光收斂部312時，會折射為光線L2並進入透鏡結構300中。由於入光面310與中心點O之間的介質為空氣，其折射率為1，小於透鏡結構300的折射率，故根據司乃耳定律(Snell’s Law)，折射角會小於入射角。換句話說，折射後的光線L2會比折射前的光線L1更偏向光收斂部312的法線N1。另外，當第3圖中的第一距離R1隨著第一夾角θ 1增加而增加時，光收斂部312的形狀 會使得光線L1抵達光收斂部312時，與光線L1相交的光收斂部312之法線N1會位於光線L1的外側(亦即，遠離光軸A之一側)，使得光線L1通過光收斂部312而折射為光線L2時，偏向法線N1的光線L2係朝向光軸A所收斂的。如此一來，光收斂部312可收斂光線，以提高發光元件200上方的亮度(亦即，第一區域101上方的亮度，如第2圖所示)。

於部份實施方式中，如第3圖所示，第一光擴散部311與光收斂部312的形狀不同，以利兩者分別提供擴散光線以及收斂光線的作用。由於第一光擴散部311與光收斂部312的形狀不同，故兩者會形成明顯的交界。具體來說，第一光擴散部311與光收斂部312係相交於一內交界314。內交界314係切線不連續的，而形成尖銳的交接線。更具體地說，第一光擴散部311在內交界314的切線方向與光收斂部312在內交界314的切線方向不一致，使得第一光擴散部311與光收斂部312不會連接成平滑的曲面。舉例來說，第一光擴散部311在內交界314的切線方向係傾斜的，而光收斂部312在內交界314的切線方向係水平的，故第一光擴散部311與光收斂部312不會連接成平滑的曲面。

於部份實施方式中，如第3圖所示，入光面310還可包含第二光擴散部313。第二光擴散部313圍繞光收斂部312。當光線抵達第二光擴散部313時，第二光擴散部313可擴散此光線，從而擴大發光元件200(可參閱第2圖)的照射範圍。

於部份實施方式中，如第3圖所示，第二光擴散部313與光收斂部312的形狀不同，以利兩者分別提供擴散光 線以及收斂光線的作用。由於第二光擴散部313與光收斂部312的形狀不同，故兩者會形成明顯的交界。具體來說，第二光擴散部313與光收斂部312係相交於一外交界315。外交界315係切線不連續的，而形成尖銳的交接線。更具體地說，第二光擴散部313在外交界315的切線方向與光收斂部312在外交界315的切線方向不一致，使得第二光擴散部313與光收斂部312不會連接成平滑的曲面。舉例來說，第二光擴散部313在外交界315的切線方向係傾斜的，而光收斂部312在外交界315的切線方向係水平的，故第二光擴散部313與光收斂部312不會連接成平滑的曲面。

於部份實施方式中，如第3圖所示，內交界314至中心點O(或交點I)的連線與光軸A(或中心軸C)定義內夾角α。內夾角α係介於3至5度之間。於部份實施方式中，外交界315至中心點O(或交點I)的連線與光軸A(或中心軸C)定義外夾角β。外夾角β係介於6至20度之間。藉由界定內夾角α與外夾角β，可界定出光收斂部312的位置，而在上述範圍內的內夾角α與外夾角β所界定出的光收斂部312之位置，可較佳地讓第一區域101與第二區域102(可參閱第2圖)上方的亮度更為平均。

值得注意的是，本文所述之「一數值介於A至B之間」除了代表該值可為大於A且小於B的任意值，亦代表該值可等於A或等於B。

第5圖繪示依據本發明一實施方式之透鏡結構300的側視圖。如第5圖所示，於部份實施方式中，第一光擴 散部311為曲面，且第一光擴散部311的任一點與中心點O(或交點I)相距第二距離R2。第一光擴散部311之此點至中心點O(或交點I)的連線與光軸A(或中心軸C)定義第二夾角θ 2。第二距離R2會隨著第二夾角θ 2增加而減少。藉此設計，當光線通過第一光擴散部311時，第一光擴散部311可擴散光線，使得光線偏離光軸A(或中心軸C)地擴散，其原理如下所述。

如第4圖所示，當來自中心點O的光線L3抵達入光面310的第一光擴散部311時，會折射為光線L4並進入透鏡結構300中。由於入光面310與中心點O之間的介質為空氣，其折射率為1，小於透鏡結構300的折射率，故折射角會小於入射角。換句話說，折射後的光線L4會比折射前的光線L3更偏向第一光擴散部311的法線N2。另外，當第5圖中的第二距離R2隨著第二夾角θ 2增加而減少時，第一光擴散部311的形狀會使得光線L3抵達第一光擴散部311時，與光線L3相交的第一光擴散部311之法線N2會位於光線L3的內側(亦即，靠近光軸A之一側)，使得光線L3通過第一光擴散部311而折射為光線L4時，偏向法線N2的光線L4會偏離光軸A而向外擴散。如此一來，第一光擴散部311可擴散光線，以擴大發光元件200(可參閱第2圖)的照射範圍。

於部份實施方式中，如第5圖所示，第二光擴散部313為曲面，且第二光擴散部313的任一點與中心點O(或交點I)相距第三距離R3。第二光擴散部313之此點至中心點O(或交點I)的連線與光軸A(或中心軸C)定義第三夾角θ 3。第三距離R3會隨著第三夾角θ 3增加而減少。藉此設計，當光線通過 第二光擴散部313時，第二光擴散部313可擴散光線，使得光線偏離光軸A(或中心軸C)地擴散，其原理如下所述。

如第4圖所示，當來自中心點O的光線L5抵達入光面310的第二光擴散部313時，會折射為光線L6並進入透鏡結構300中。由於入光面310與中心點O之間的介質為空氣，其折射率為1，小於透鏡結構300的折射率，故折射角會小於入射角。換句話說，折射後的光線L6會比折射前的光線L5更偏向第二光擴散部313的法線N3。另外，當第5圖中的第三距離R3隨著第三夾角θ 3增加而減少時，第二光擴散部313的形狀會使得光線L5抵達第二光擴散部313時，與光線L5相交的第二光擴散部313之法線N3會位於光線L5的內側(亦即，靠近光軸A之一側)，使得光線L5通過第二光擴散部313而折射為光線L6時，偏向法線N3的光線L6會偏離光軸A而向外擴散。如此一來，第二光擴散部313可擴散光線，以擴大發光元件200(可參閱第2圖)的照射範圍。

於部份實施方式中，如第5圖所示，出光面320為曲面，且出光面320的任一點與中心點O(或交點I)相距第四距離R4。出光面320之此點至中心點O(或交點I)的連線與光軸A(或中心軸C)定義第四夾角θ 4，第四距離R4會隨著第四夾角θ 4增加而增加。藉此設計，出光面320可有效地擴散透鏡結構300內的光線，而擴大發光元件200(可參閱第2圖)的照射範圍。

於部份實施方式中，光軸A穿過第一光擴散部311，且第一光擴散部311係軸對稱於光軸A。另外，光收斂部 312與第二光擴散部313亦係軸對稱於光軸A。於部份實施方式中，透鏡結構300之材質為透光塑料，其折射率係介於1.45至1.65之間。於部份實施方式中，發光元件200為發光二極體，但本發明並不以此為限。

第6圖繪示依據本發明另一實施方式之透鏡結構300a的局部側視圖。透鏡結構300a與前述透鏡結構300之間的主要差異係在於：入光面310a之光收斂部312a為傾斜平面。具體來說，光收斂部312a在沿著內側往外側的方向，係向上傾斜的。第7圖繪示依據本發明另一實施方式之透鏡結構300b的局部側視圖。透鏡結構300b與前述透鏡結構300a之間的主要差異係在於：入光面310b之光收斂部312b為傾斜弧面，而非平面。具體來說，光收斂部312b為外凸的弧面。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

10‧‧‧發光裝置

100‧‧‧基板

101‧‧‧第一區域

102‧‧‧第二區域

110‧‧‧電路板

120‧‧‧反射片

200‧‧‧發光元件

210‧‧‧發光頂面

300‧‧‧透鏡結構

310‧‧‧入光面

320‧‧‧出光面

A‧‧‧光軸

O‧‧‧中心點

Claims (16)

1. 一種發光裝置，包含：一基板，包含一第一區域以及一第二區域，該第二區域係鄰接於該第一區域，該第一區域之反射率係低於該第二區域之反射率；一發光元件，設置於該基板之該第一區域上；以及一透鏡結構，覆蓋該發光元件，該透鏡結構包含一入光面及一出光面，該入光面包含一第一光擴散部以及一光收斂部，該光收斂部圍繞該第一光擴散部，該光收斂部係用以收斂該發光元件發出的一光線，該第一光擴散部係用以擴散該發光元件發出的另一光線。
2. 如請求項1所述之發光裝置，其中該第一光擴散部與該光收斂部係相交於一內交界，該內交界係切線不連續的。
3. 如請求項1所述之發光裝置，更包含一第二光擴散部，圍繞該光收斂部，該第二光擴散部與該光收斂部係相交於一外交界，該外交界係切線不連續的。
4. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光元件包含一發光頂面，該發光頂面具有一中心點以及一光軸，該光軸係通過該中心點，該光收斂部之任一點與該中心點相距一第一距離，該光收斂部之該點至該中心點的連線與該光軸定義一第一夾角，該第一距離會隨著該第一夾角增加而增 加。
5. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光元件包含一發光頂面，該發光頂面具有一中心點以及一光軸，該光軸係通過該中心點，該光收斂部與該第一光擴散部相交於一內交界，該內交界至該中心點的連線與該光軸定義一內夾角，該內夾角係介於3至5度之間。
6. 如請求項1所述之發光裝置，更包含一第二光擴散部，圍繞該光收斂部，該發光元件包含一發光頂面，該發光頂面具有一中心點以及一光軸，該光軸係通過該中心點，該光收斂部與該第二光擴散部相交於一外交界，該外交界至該中心點的連線與該光軸定義一外夾角，該外夾角係介於6至20度之間。
7. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光元件包含一發光頂面，該發光頂面具有一中心點以及一光軸，該光軸係通過該中心點，該第一光擴散部的任一點與該中心點相距一第二距離，該第一光擴散部之該點至該中心點的連線與該光軸定義一第二夾角，該第二距離會隨著該第二夾角增加而減少。
8. 如請求項1所述之發光裝置，更包含一第二光擴散部，圍繞該光收斂部，該發光元件包含一發光頂面，該發光頂面具有一中心點以及一光軸，該光軸係通過該中心 點，該第二光擴散部的任一點與該中心點相距一第三距離，該第二光擴散部之該點至該中心點的連線與該光軸定義一第三夾角，該第三距離會隨著該第三夾角增加而減少。
9. 一種透鏡結構，包含：一底面；一入光面，凹陷於該底面，該入光面包含一第一光擴散部以及一光收斂部，該光收斂部圍繞該第一光擴散部，其中該透鏡結構之一中心軸與該底面之一虛擬共平面相交於一交點，該光收斂部之任一點與該交點相距一第一距離，該光收斂部之該點至該交點的連線與該中心軸定義一第一夾角，該第一距離會隨著該第一夾角增加而增加；以及一出光面，背對於該入光面。
10. 如請求項9所述之透鏡結構，其中該第一光擴散部與該光收斂部係相交於一內交界，該內交界係切線不連續的。
11. 如請求項9所述之透鏡結構，更包含一第二光擴散部，圍繞該光收斂部，該第二光擴散部與該光收斂部係相交於一外交界，該外交界係切線不連續的。
12. 如請求項9所述之透鏡結構，其中該光收斂部與該第一光擴散部相交於一內交界，該內交界至該交點的連線與該中心軸定義一內夾角，該內夾角係介於3至5度之 間。
13. 如請求項9所述之透鏡結構，更包含一第二光擴散部，圍繞該光收斂部，該光收斂部與該第二光擴散部相交於一外交界，該外交界至該交點的連線與該中心軸定義一外夾角，該外夾角係介於6至20度之間。
14. 如請求項9所述之透鏡結構，其中該第一光擴散部的任一點與該交點相距一第二距離，該第一光擴散部之該點至該交點的連線與該中心軸定義一第二夾角，該第二距離會隨著該第二夾角增加而減少。
15. 如請求項9所述之透鏡結構，更包含一第二光擴散部，圍繞該光收斂部，該第二光擴散部的任一點與該交點相距一第三距離，該第二光擴散部之該點至該交點的連線與該中心軸定義一第三夾角，該第三距離會隨著該第三夾角增加而減少。
16. 如請求項9所述之透鏡結構，其中該出光面的任一點與該交點相距一第四距離，該出光面之該點至該交點的連線與該中心軸定義一第四夾角，該第四距離會隨著該第四夾角增加而增加。