TW201802395A - 光引擎裝置 - Google Patents

Abstract

一種光引擎裝置，包括一底座、一光源模組、一集光單元、一光學模組與一套筒。該光源模組具有一發光二極體單元與一基板。該集光單元具有一第一開口、一杯體與一第二開口。該第一開口容置該發光二極體單元。該第一開口與該第二開口分別地形成在該杯體的二側。該光學模組具有一接口部與一透鏡部，該接口部之一側堆疊在該第二開口上，以及在該接口部之另一側形成該透鏡部。該套筒具有一第一通口、一筒體與一第二通口，該第一通口固定在該底座，該筒體包覆該光源模組、該集光單元與至少一部分的該光學模組。該發光二極體單元產生的一光線藉由一次光學作用與二次光學作用，而調整一出射光的光形及光強度

Description

光引擎裝置

本發明是關於照明裝置的技術領域，特別是一種具有低損耗與高效率導光的光引擎裝置。

由於發光二極體具有低耗能、高發光率與使用壽命長等優點，目前許多照明廠商紛紛以該發光二極體取代其他類型光源的發光系統，例如白熱燈泡、螢光燈泡或傳統的鎢絲燈泡。

然而，該等照明廠商幾乎以技術導向進行設計，在該等照明廠商彼此之間，並不存在一共同規範，因此，該等照明廠商雖各自擁有許多技術，但規格無法標準化的狀況，難以延伸出龐大產業規模。

發光二極體照明系統係由不同構件組裝在一起，該照明系統一般包括一光引擎模組、一光學構件與一電源供應器所組成。通常為組裝一照明系統，會針對該等個別構件之每一者而前往許多不同供應者處，然後將來自不同供應者的該等不同構件組裝在一起。從不同來源購買該等各種構件，存在著不同的規格，難以將其整合在一功能性系統中，此種未經整合方式無法將發光系統有效的發揮。

有鑑於前述問題，在2010年起，遂發展出ZHAGA聯盟。該聯盟建構一光引擎平台，以及制定一開放式規範，例如該開放式規範包含標準介面及統一規格。

該ZHAGA聯盟中所制定的光引擎主要是基於傳統燈具為基礎而進行設計的。該光引擎主要是利用一發光二極體光源，再結合一收光器來整合光源方向。因此，該光引擎並未充分發揮發光二極體高指向性與發光面積小等特點。

有鑑於此，本發明提出一種光引擎裝置，以解決習知技術的缺失。

本發明之一目的係提供一種光引擎裝置，讓一發光二極體所產生的一光線經由一次光學作用與二次光學作用，而達到低損耗與高效率導光的照明功效。

本發明之另一目的係根據上述的該光引擎裝置，可提高該發光二極體的光強度與輕易地調整該發光二極體射出的光形。

為達上述目的及其他目的，本發明提供一種光引擎裝置一種光引擎裝置，包括一底座、一光源模組、一集光單元、一光學模組與一套筒。該光源模組係設置在該底座之一側。該光源模組具有一發光二極體單元與一基板。該發光二極體單元設置在該基板之一側。該集光單元係設置在該光源模組之該發光二極體單元之同側。該集光單元具有一第一開口、一杯體與一第二開口。該第一開口容置該發光二極體單元。該第一開口與該第二開口分別地形成在該杯體的二側。該第二開口的直徑大於該第一開口的直徑。該光學模組有一接口部與一透鏡部。該接口部之一側堆疊在該第二開口上，讓該接口部連通該第二開口，以及在該接口部之另一側形成該透鏡部。該套筒具有一第一通口、一筒體與一第二通口。該第一通口固定在該底座。該筒體包覆該光源模組、該集光單元與至少一部分的該光學模組。該發光二極體單元產生的一光線經由該集光單元形成一次光學的反射作用，而反射的該光線經由該透鏡部形成二次光學的聚焦作用與擴散作用之其中一者。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由以下數個實施例來解釋本發明內容，然而，關於實施例中的說明僅為闡釋本發明的技術內容及其目的功效，而非用以直接限制本發明。須說明者，以下實施例以及圖示中，與本發明非直接相關的元件已省略而未繪示；且圖示中各元件的尺寸及相對位置關係僅用以示意俾便瞭解，非用以限制實施比例及尺寸大小。

請參考圖1，係本發明一實施例之光引擎裝置的分解示意圖。在圖1中，該光引擎裝置10包含一底座12、一光源模組14、一集光單元16、一光學模組18與一套筒20。

在本實施例中，該底座12以一第一圓柱體122與一第二圓柱體124為例說明。由於該第一圓柱體122的直徑大於該第二圓柱體124的直徑，使得在該第一圓柱體122形成一階層突出部。該第一圓柱體122與該第二圓柱體124的材質分別地可由高導熱材料所構成，以迅速地散發該光源模組14及/或該集光單元16所產生的熱能，例如該高導熱材料為一金屬、一陶瓷、一石墨或一鑽石。

值得注意的是，該發明所屬技術領域者應當可以了解到，該底座12更可能包含一驅動電路126及/或一連接端子128，一併可參考圖2，圖2係說明圖1中該光引擎裝置10之該底座12的另一實施例的側視圖。在該圖2中，該驅動電路126可用於驅動該光源模組14，以產生一光線BL，以及該連接端子128可用於連接例如一傳統燈座，於此不贅述。

回到圖1，該光源模組14設置在該底座12之上方。該光源模組14包含一發光二極體單元142與一基板144。

該發光二極體單元142設置在該基板144之上方。於本實施例中，該發光二極體單元142可為單一個或複數個發光二極體封裝體(LED Chip on Board)所組成，該發光二極體封裝體是一種Lambertian面光源，具有高發光功率與大發光角度，例如發光角度的範圍由15度至140度。

該集光單元16反射該發光二極體單元142之大發光角度所產生該光線BL，讓該光線BL藉由一次光學的反射而能夠產生另一光線BL’。 該集光單元16的材料為一金屬。

該集光單元16包含一第一開口162、一杯體164與一第二開口166。該集光單元16置放於該光源模組14之上方，該第一開口162位於該發光二極體單元142之上側，以容置該發光二極體單元142。該第一開口162與該第二開口166分別地形成在該杯體164的二側。於本實施例中，該第二開口166的直徑大於該第一開口162的直徑，讓該杯體164具有一環狀的斜面。

值得注意的是，該第一開口162的直徑和該第二開口166的直徑可依實際需求調整，而對該光線BL的某一發光角度範圍施加一次光學的作用。

於本實施例中，該第一開口162的直徑尺寸約略等於該發光二極體單元142的直徑，該第一開口162係可容置該發光二極體單元142。於另一實施例中，該第一開口162的直徑尺寸亦可大於該發光二極體單元142的直徑。

該光學模組18具有聚焦或擴散來自於該集光單元16的該光線BL’以及來自於該發光二極體單元142且未被該集光單元16反射的該光線BL，亦即該光學模組18在改變光線路徑的作用上可以達到極佳的功效。該光學模組18的材質為一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、一聚碳酸酯(PC)或一玻璃。

該光學模組18包含一接口部182與一透鏡部184。該接口部182與該透鏡部184可分離的組件或是一體成型的單一部件。該光學模組18堆疊在第二開口166上，讓該接口部182之下側連通該第二開口166，以及該接口部182之上側形成該透鏡部184。於另一實施例中，該接口部182具有一環狀的斜面，該斜面由該接口部182的外緣向該集光單元16的方向延伸。該透鏡部184可為一非球面透鏡結構或一菲涅耳(Fresnel)透鏡結構，視所需該出射光的光形調整。於本實施例中，該透鏡部184的形狀呈現子彈型。

因此，本發明藉由該集光單元16收集該發光二極體單元142的該光線BL，將收集的該光線BL的光路徑均一化為較窄的該光線BL,BL’，再利用該光學模組18對該光線BL,BL’進行擴散以及收束，而形成不同的配光曲線。換言之，藉由調整該發光二極體單元142、該集光單元16與該光學模組18，可以動態地針對不同的環境而達到快速切換的功效。

於另一實施例中，該集光單元16與該光學模組18之間可設置一矽膠圈(圖未示)，除可增加該集光單元16與該光學模組18的結合緊密度之外，更可提高整個光引擎裝置的防水性。

該套筒20包含一第一通口202、一筒體204與一第二通口206。在本實施例中，在該第一通口202之外側形成為一階層環蓋，但本階層環蓋僅為一例示之實施例，熟知本項領域技術者可以輕易改變為其他實施態樣。該套筒20的材料可為一金屬與一塑膠。

該第一通口202固定在該底座12，讓該階層環蓋覆蓋在該階層突出部。該筒體204包覆該光源模組14、該集光單元16與該光學模組18，並讓該透鏡部184凸出該第二通口206。於另外一實施例中，該透鏡部184亦可完全的被包覆在該套筒20。

一併可參考圖3，為說明圖1所述各部件的組合示意圖。在圖3中，該光引擎裝置10的上部為該透鏡部184，該透鏡部184具有子彈狀的外形，且該透鏡部184凸出該第二通口206。該光引擎裝置10的下部為一圓形底座。

請參考圖4，係說明上述實施例之光引擎裝置中杯體的另一實施例的示意圖。在圖4中，該杯體164’包含一反射層1642。該反射層1642形成在該杯體164’的內壁，以增強該平行光線的光強度，例如該反射層1642的材料可為一氧化鋁(Al₂O₃)、一YBO₃ 、一硫酸鋇(BaSO₄ )、一二氧化鈦(TiO₂ )、一焦磷酸鈣(Ca₂ P₂ O₇ )、一鹵代磷酸鈣與一氧化鎂(MgO)之至少其一者。

請參考圖5，係說明圖4上述實施例之光引擎裝置的光路示意圖。在圖5中，位於該底座12上的該發光二極體單元142產生該光線BL，小發光角度的該光線BL直接穿過該集光單元16發射至該接口部182，而大發光角度的該光線BL發射至該杯體164，並且藉由該杯體164產生平行的另一光線BL’。二光線BL,BL’皆發射至該接口部182，並經由該透鏡部184出射至該光引擎裝置10的外部。

請參考圖6a-6e，係說明上述實施例之光引擎裝置的實驗功效圖。在圖6a中，係顯示該發光二極體單元122經驅動後所產生光線的光強度，由圖中可以了解到，在該光線的中間部分的光強度最強，約為350cd/klm。

在圖6b中，係顯示該光線經由該集光單元14，該光線的光強度增強至600cd/klm。

在圖6c中，係顯示該光線直接地經由該光學模組16，該光線的光強度提升為680cd/klm。

在圖6b與圖6c中，光線僅經過一次光學，且該光線的光強度僅約提升1倍。

在圖6d中，係顯示該光線經由該集光單元14與該光學模組16所組成的一次光學作用與二次光學作用，該光線的光強度增強至2200cd/klm，約6~7倍。

此外，本發明的該光學模組18可控制該出射光線的光形，以形成遠距投射所需的矩形光型，此為傳統發光二極體燈具所無法達成之功效，光形圖如圖6e所示。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧光引擎裝置
12‧‧‧底座
122‧‧‧第一圓柱體
124‧‧‧第二圓柱體
126‧‧‧驅動電路
128‧‧‧連接端子
14‧‧‧光源模組
142‧‧‧發光二極體單元
144‧‧‧基板
16‧‧‧集光單元
162‧‧‧第一開口
164、164’‧‧‧杯體
1642‧‧‧反射層
166‧‧‧第二開口
18‧‧‧光學模組
182‧‧‧接口部
184‧‧‧透鏡部
20‧‧‧套筒
202‧‧‧第一通口
204‧‧‧筒體
206‧‧‧第二通口
BL、BL'‧‧‧光線

圖1係本發明一實施例之光引擎裝置的分解示意圖；

圖2係說明上述實施例之光引擎裝置中底座的另一實施例的示意圖；

圖3為說明圖1所述各部件的組合示意圖；

圖4係說明上述實施例之光引擎裝置中杯體的另一實施例的示意圖；

圖5係說明圖4上述實施例之光引擎裝置的光路示意圖；

圖6a-6e係說明上述實施例之光引擎裝置的實驗功效圖。

10‧‧‧光引擎裝置

12‧‧‧底座

122‧‧‧第一圓柱體

124‧‧‧第二圓柱體

14‧‧‧光源模組

142‧‧‧發光二極體單元

144‧‧‧基板

16‧‧‧集光單元

162‧‧‧第一開口

164‧‧‧杯體

166‧‧‧第二開口

18‧‧‧光學模組

182‧‧‧接口部

184‧‧‧透鏡部

20‧‧‧套筒

202‧‧‧第一通口

204‧‧‧筒體

206‧‧‧第二通口

BL、BL'‧‧‧光線

Claims (10)

1. 一種光引擎裝置，包括： 一底座，包括一第一圓柱體與一第二圓柱體，該第一圓柱體的直徑大於該第二圓柱體的直徑，該底座形成一階層結構； 一光源模組，係設置在該底座之一側，該光源模組具有一發光二極體單元與一基板，該發光二極體單元設置在該基板之一側； 一集光單元，係設置在該光源模組之該發光二極體單元之同側，該集光單元具有一第一開口、一杯體與一第二開口，該第一開口容置該發光二極體單元，該第一開口與該第二開口分別地形成在該杯體的二側，其中該第二開口的直徑大於該第一開口的直徑，該杯體具有一環狀的斜面； 一光學模組，具有一接口部與一透鏡部，該接口部之一側堆疊在該第二開口上，讓該接口部連通該第二開口，以及在該接口部之另一側形成該透鏡部，透鏡部呈現子彈形狀；以及 一套筒，具有一第一通口、一筒體與一第二通口，該第一通口固定在該底座，該筒體包覆該光源模組、該集光單元與至少一部分的該光學模組，該第一通口之外側為階層環蓋對應該底座的該階層結構； 該發光二極體單元產生的一光線經由該集光單元形成反射作用的一次光學的光線，而該一次光學的光線和未反射的該光線經由該透鏡部形成聚焦作用與擴散作用之其中一的二次光學的光線，其中該二次光學的光線光強度為未經過該集光單元及該光學模組的該光線光強度的6倍以下。
2. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該一次光學的光線光強度為未經過該集光單元的該光線光強度的1倍以下。
3. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該透鏡部凸出於該第二通口。
4. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該底座由一金屬、一陶瓷、一石墨或一鑽石的高導熱材料所組成。
5. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該集光單元由一金屬的材料所組成。
6. 如申請專利範圍第5項之光引擎裝置，其中該集光單元包含一反射層，該反射層形成在該杯體的內壁。
7. 如申請專利範圍第5項之光引擎裝置，其中該反射層的材料為一氧化鋁(Al₂O₃)、一YBO3 、一硫酸鋇(BaSO4) 、一二氧化鈦(TiO2) 、一焦磷酸鈣(CA2P2O7)、一鹵代磷酸鈣與一氧化鎂(MgO)之至少其一者。
8. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該光學模組由一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、一聚碳酸酯(PC)或一玻璃的材料所組成。
9. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該透鏡部為一非球面透鏡結構或一菲涅耳(Fresnel)透鏡結構。
10. 如申請專利範圍第1項之光引擎裝置，其中該套筒為一金屬與一塑膠的材料所組成，更包含一矽膠圈，該矽膠圈設置在該集光單元與該光學模組之間。