TWI410579B - 用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組 - Google Patents

Description

用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組

本發明係有關於一種光學模組，尤指一種用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組。

按，電燈的發明可以說是徹底地改變了全人類的生活方式，倘若我們的生活沒有電燈，夜晚或天氣狀況不佳的時候，一切的工作都將要停擺；倘若受限於照明，極有可能使房屋建築方式或人類生活方式都徹底改變，全人類都將因此而無法進步，繼續停留在較落後的年代。

是以，今日市面上所使用的照明設備，例如：日光燈、鎢絲燈、甚至到現在較廣為大眾所接受之省電燈泡，皆已普遍應用於日常生活當中。然而，此類電燈大多具有光衰減快、高耗電量、容易產生高熱、壽命短、易碎或不易回收等缺點。因此發光二極體封裝結構因應而生。

然而，習知發光二極體封裝結構所產生的光束只能投射出一種固定的發光角度，因此習知發光二極體封裝結構在應用上受到許多的限制。

本發明所要解決的技術問題，在於提供一種光學模組，其可用於限定光學模組之長邊方向及短邊方向各別所產生的投光角度，以使得本發明的光學模組可同時提供兩種不同照射範圍之光源。

為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其包括：一基板單元、一發光單元及一透鏡單元。其 中，該基板單元係具有一基板本體，其中該基板本體具有一基板長邊及一與該基板長邊彼此呈一預定角度而相交之基板短邊，並且該基板本體之基板短邊與基板長邊兩者的長度比例為1：1.5至2。該發光單元係具有至少一電性設置於該基板本體上以產生光束之發光元件。該透鏡單元係具有一設置於該基板本體上且覆蓋上述至少一發光元件之聚光透鏡，其中該聚光透鏡具有一透鏡長邊及一與該透鏡長邊彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊，該聚光透鏡之透鏡短邊與透鏡長邊兩者的長度比例為1：1.5至2，並且該光束經過該聚光透鏡之透鏡短邊的兩末端所產生之投光角度與經過該聚光透鏡之透鏡長邊的兩末端所產生之投光角度兩者的比例為1：2.3至4.7。

為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其設置於一導光板的其中一側邊旁，其中該光學模組係包括：一基板單元、一發光單元及一透鏡單元。其中，該基板單元係具有一基板本體，其中該基板本體具有一基板長邊及一與該基板長邊彼此呈一預定角度而相交之基板短邊，並且該基板本體之基板短邊與基板長邊兩者的長度比例為1：1.5至2。該發光單元係具有至少一電性設置於該基板本體上以產生光束之發光元件，並且上述至少一發光元件具有一朝向該導光板之發光表面。該透鏡單元係具有一設置於基板本體上且覆蓋上述至少一發光元件之聚光透鏡，其中該聚光透鏡具有一透鏡長邊及一與該透鏡長邊彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊，該聚光透鏡之透鏡短邊與透鏡長邊兩者的長度比例為1：1.5至2，並且該光 束經過該聚光透鏡之透鏡短邊的兩末端所產生之投光角度與經過該聚光透鏡之透鏡長邊的兩末端所產生之投光角度兩者的比例為1：2.3至4.7。

因此，本發明的有益效果在於：因為該光束經過該聚光透鏡之透鏡長邊的兩末端所產生之長邊方向投光角度較大(長邊方向投光範圍較大)的緣故，所以該導光板在長邊的方向可以接收到照射範圍較廣的光束，並且因為該光束經過該聚光透鏡之透鏡短邊的兩末端所產生之短邊方向投光角度較小(短邊方向投光範圍較小)的緣故，所以該導光板在短邊的方向剛好可以幾乎完全接收到照射範圍較窄的光束，因此該光束經過該聚光透鏡之透鏡短邊的兩末端所產生之短邊方向投光範圍不會有浪費的情況發生。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第一A圖至第一D圖所示，本發明第一實施例係提供一種用於限定長邊及短邊方向投光角度(θ₁ 、θ₂ )之光學模組，其包括：一基板單元1、一發光單元2、一透鏡單元3及一導電接腳單元4。

其中，該基板單元1係具有一基板本體10，其中該基板本體10係具有一基板長邊10a及一與該基板長邊10a彼此呈一預定角度而相交之基板短邊10b(例 如該基板長邊10a與該基板短邊10b彼此呈90度而相交，亦即該基板長邊10a與該基板短邊10b相互垂直)，並且該基板本體10之基板短邊10b與基板長邊10a兩者的長度比例約為1：1.5至2，因此該基板本體10的外觀呈現一長方形狀。

再者，該發光單元2係具有至少一電性設置於該基板本體10上以產生光束L之發光元件20，其中上述至少一發光元件20係可為一發光二極體封裝結構(例如該發光二極體封裝結構係具有至少一發光二極體晶粒及一覆蓋在上述至少一發光二極體晶粒上之螢光膠體)或一直接電性地設置於該基板本體10上之發光二極體晶粒。以本發明第一實施例所舉的例子而言，上述至少一發光元件20係為一發光二極體晶粒200，並且依據不同的設計需求，上述至少一發光元件20係可為一產生可見光或不可見光之發光二極體晶粒200。然而，上述有關該發光單元2的界定只是用來舉例而已，而並非用以限定本發明，因此舉凡任何可產生光源的元件皆為本發明所保護的範疇。

另外，該透鏡單元3係具有一緊貼該基板本體10且覆蓋上述至少一發光元件20之聚光透鏡30，其中該聚光透鏡30具有一透鏡長邊30a及一與該透鏡長邊30a彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊30b(例如該透鏡長邊30a與該透鏡短邊30b彼此呈90度而相交，亦即該透鏡長邊30a與該透鏡短邊30b相互垂直)。再者，該聚光透鏡30之透鏡短邊30b與透鏡長邊30a兩者的長度比例約為1：1.5至2，因此該聚光透鏡 30的外觀呈現一長方形狀。再者，該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之短邊方向投光角度θ₂ 與該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡長邊30a的兩末端所產生之長邊方向投光角度θ₁ 的比例約為1：2.3至4.7。

此外，以本發明第一實施例所舉的例子而言，該基板本體10係可為一長方形基板，並且該長方形基板的長邊係為該基板長邊10a，該長方形基板的短邊係為該基板短邊10b。另外，該聚光透鏡30的頂面係可為一雙曲線弧面300或由複數個弧面所組成，該聚光透鏡30的兩相反側上分別具有兩個沿著該透鏡短邊30b的方向而成形之第一傾斜面301，該聚光透鏡30的另外兩相反側上分別具有兩個沿著該透鏡長邊30a的方向而成形之第二傾斜面302，並且該聚光透鏡30的側面與底面之間係具有一圓弧面303。

另外，由沿著該基板長邊10a所形成之剖面(如第一B圖所示)可知，該聚光透鏡30的頂面具有一最高點A，由沿著該基板短邊10b所形成之剖面(如第一C圖所示)可知，該聚光透鏡30的頂面具有一最高點A，並且第一B圖的最高點A及第一C圖的最高點A係為同一點A(如第一A圖所示)。

此外，請參閱第一D圖及第一E圖所示，其分別為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例沿續著第一B圖之1D-1D剖面及1E-1E剖面之上視示意圖。由第一D圖及第一E圖所示可知，該聚光透鏡30的頂面在該透鏡長邊30a方向及該透鏡短邊30 b方向分別具有不同的曲率。

再者，該導電接腳單元4係具有至少兩個相互絕緣之導電接腳40。上述至少兩個導電接腳40係分別從該基板本體10的頂端導引至該基板本體10的底端，並且上述至少一發光元件20係電性連接於上述至少兩個導電接腳40之間(例如：上述至少一發光元件20的正極端與負極端分別可透過兩條導線或複數顆錫球而電性連接於上述至少兩個導電接腳40之間)。然而，上述有關該導電接腳單元4的界定只是用來舉例而已，而並非用以限定本發明，因此舉凡“至少兩個設置於該基板本體10上且相互絕緣之導電接腳”的技術，皆為本發明所保護的範疇。

綜上所述，配合第一B圖至第一F圖所示，在第一實施例中，本發明提出一種長、寬、高分別為5.4 mm、2.65 mm及1.85 mm之聚光透鏡30，其中該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡長邊30a的兩末端所產生之長邊方向投光角度θ₁ 約為127度(如第一B圖及第一F圖所示)，並且該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之短邊方向投光角度θ₂ 約為37度(如第一C圖及第一F圖所示)。

請參閱第二A圖至第二C圖，並配合第一A圖所示，本發明第二實施例係提供一種用於限定長邊及短邊方向投光角度(θ₁ 、θ₂ )之光學模組，其包括：一基板單元1、一發光單元2、一透鏡單元3及一導電接腳單元4。

其中，該基板單元1係具有一基板本體10，其中該基板本體10具有一基板長邊10a及一與該基板長邊 10a彼此呈一預定角度而相交之基板短邊10b。再者，該發光單元2係具有至少一電性設置於該基板本體10上以產生光束L之發光元件20，其中上述至少一發光元件20係可為一直接電性地設置於該基板本體10上之發光二極體晶粒200。另外，該透鏡單元3係具有一緊貼該基板本體10且覆蓋上述至少一發光元件20之聚光透鏡30，其中該聚光透鏡30具有一透鏡長邊30a及一與該透鏡長邊30a彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊30b。

由圖知可知，本發明第二實施例與第一實施例最大的差別在於：在第二實施例中，本發明提出一種長、寬、高分別為5.4 mm、2.65 mm及2.09 mm之聚光透鏡30，其中該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡長邊30a的兩末端所產生之長邊方向投光角度θ₁ 約為133度(如第二A圖及第二C圖所示)，並且該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之短邊方向投光角度θ₂ 約為45度(如第二B圖及第二C圖所示)。

請參閱第三A圖至第三C圖，並配合第一A圖所示，本發明第三實施例係提供一種用於限定長邊及短邊方向投光角度(θ₁ 、θ₂ )之光學模組，其包括：一基板單元1、一發光單元2、一透鏡單元3及一導電接腳單元4。

其中，該基板單元1係具有一基板本體10，其中該基板本體10具有一基板長邊10a及一與該基板長邊10a彼此呈一預定角度而相交之基板短邊10b。再者，該發光單元2係具有至少一電性設置於該基板本體10上以產生光束L之發光元件20，其中上述至少一發光 元件20係可為一直接電性地設置於該基板本體10上之發光二極體晶粒200。另外，該透鏡單元3係具有一緊貼該基板本體10且覆蓋上述至少一發光元件20之聚光透鏡30，其中該聚光透鏡30具有一透鏡長邊30a及一與該透鏡長邊30a彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊30b。

由圖知可知，本發明第三實施例與上述其它實施例最大的差別在於：在第三實施例中，本發明提出一種長、寬、高分別為5.4 mm、2.65 mm及2.39 mm之聚光透鏡30，其中該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡長邊30a的兩末端所產生之長邊方向投光角度θ₁ 約為116度(如第三A圖及第三C圖所示)，並且該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之短邊方向投光角度θ₂ 約為31度(如第三B圖及第三C圖所示)。

請參閱第四A圖至第四C圖所示，本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度(θ₁ 、θ₂ )之光學模組的任何一實施例(第一實施例至第三實施例)皆可設置於一導光板5的其中一側邊旁，其中該光學模組係包括：一基板單元1、一發光單元2、一透鏡單元3及一導電接腳單元4。

其中，該基板單元1係具有一基板本體10，其中該基板本體10具有一基板長邊10a及一與該基板長邊10a彼此呈一預定角度而相交之基板短邊10b，並且該基板本體10之基板短邊10b與基板長邊10a兩者的長度比例約為1：1.5至2。該發光單元2係具有至少一電性設置於該基板本體10上以產生光束L之發光元件20，並且上述至少一發光元件20具有一朝向該導光板 5之發光表面20a。該透鏡單元3係具有一設置於基板本體10上且覆蓋上述至少一發光元件20之聚光透鏡30，其中該聚光透鏡30具有一透鏡長邊30a及一與該透鏡長邊30a彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊30b，該聚光透鏡30之透鏡短邊30b與透鏡長邊30a兩者的長度比例約為1：1.5至2，並且該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之投光角度θ₂ 與經過該聚光透鏡30之透鏡長邊30a的兩末端所產生之投光角度θ₁ 的比例約為1：2.3至4.7。

再者，以本發明所舉的例子而言，該導光板5係具有一長邊50a及一與該長邊50a彼此呈一預定角度而相交之短邊50b。該導光板5的其中一側邊上係具有至少一凹槽50(該凹槽50係可為一圓弧空間、三角空間或任何的凹陷空間等等，本發明舉出圓弧空間為例)，並且上述至少一聚光透鏡30係容置於上述至少一凹槽50內。藉此，因為該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡長邊30a的兩末端所產生之長邊方向投光角度θ₁ 較大(長邊方向投光範圍較大)的緣故，所以該導光板5在長邊的方向可以接收到照射範圍較廣的光束L(如第四B圖所示)，並且因為該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之短邊方向投光角度θ₂ 較小(短邊方向投光範圍較小)的緣故，所以該導光板5在短邊的方向剛好可以幾乎完全接收到照射範圍較窄的光束L(如第四C圖所示)，因此該光束L經過該聚光透鏡30之透鏡短邊30b的兩末端所產生之短邊方向投光範圍不會有浪費的情況發生。

綜上所述，本發明之光學模組係可用於限定光學模組之長邊方向及短邊方向各別所產生的投光角度，以使得本發明的光學模組可同時提供兩種不同照射範圍之光源。

惟，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

1．．．基板單元

10．．．基板本體

10a．．．基板長邊

10b．．．基板短邊

2．．．發光單元

20．．．發光元件

20a．．．發光表面

200．．．發光二極體晶粒

L．．．光束

3．．．透鏡單元

30．．．聚光透鏡

30a．．．透鏡長邊

30b．．．透鏡短邊

300．．．雙曲線弧面

301．．．第一傾斜面

302．．．第二傾斜面

303．．．圓弧面

4．．．導電接腳單元

40．．．導電接腳

θ₁ ．．．長邊方向投光角度

θ₂ ．．．短邊方向投光角度

5．．．導光板

50．．．凹槽

50a．．．長邊

50b．．．短邊

第一A圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例之立體示意圖；第一B圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例沿著長邊方向進行剖切之剖面示意圖；第一C圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例沿著短邊方向進行剖切之剖面示意圖；第一D圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例沿續著第一B圖之1D-1D剖面之上視示意圖；第一E圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例沿續著第一B圖之1E-1E剖面之上視示意圖；第一F圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第一實施例之投光角度分佈範圍示意圖； 第二A圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第二實施例沿著長邊方向進行剖切之剖面示意圖；第二B圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第二實施例沿著短邊方向進行剖切之剖面示意圖；第二C圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第二實施例之投光角度分佈範圍示意圖；第三A圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第三實施例沿著長邊方向進行剖切之剖面示意圖；第三B圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第三實施例沿著短邊方向進行剖切之剖面示意圖；第三C圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組的第三實施例之投光角度分佈範圍示意圖；第四A圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組應用於一導光板之立體分解示意圖；第四B圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組應用於一導光板之長邊方向剖面示意圖；以及第四C圖係為本發明用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組應用於一導光板之短邊方向剖面示意圖。

1‧‧‧基板單元

10‧‧‧基板本體

2‧‧‧發光單元

20‧‧‧發光元件

20a‧‧‧發光表面

200‧‧‧發光二極體晶粒

L‧‧‧光束

3‧‧‧透鏡單元

30‧‧‧聚光透鏡

300‧‧‧雙曲線弧面

301‧‧‧第一傾斜面

302‧‧‧第二傾斜面

303‧‧‧圓弧面

4‧‧‧導電接腳單元

40‧‧‧導電接腳

θ₁ ‧‧‧長邊方向投光角度

5‧‧‧導光板

50‧‧‧凹槽

Claims (17)

1. 一種用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其包括：一基板單元，其具有一基板本體，其中該基板本體具有一基板長邊及一與該基板長邊彼此呈一預定角度而相交之基板短邊，並且該基板本體之基板短邊與基板長邊兩者的長度比例為1:1.5至2；一發光單元，其具有至少一電性設置於該基板本體上以產生光束之發光元件；以及一透鏡單元，其具有一設置於該基板本體上且覆蓋上述至少一發光元件之聚光透鏡，其中該聚光透鏡具有一透鏡長邊及一與該透鏡長邊彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊，該聚光透鏡之透鏡短邊與透鏡長邊兩者的長度比例為1:1.5至2，並且該光束經過該聚光透鏡之透鏡短邊的兩末端所產生之投光角度與經過該聚光透鏡之透鏡長邊的兩末端所產生之投光角度兩者的比例為1:2.3至4.7。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該基板本體係為一長方形基板，並且該長方形基板的長邊係為該基板長邊，該長方形基板的短邊係為該基板短邊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該聚光透鏡的頂面係為一雙曲線弧面或由複數個弧面所組成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該聚光透鏡的兩相反側上分別具有兩個沿著該透鏡短邊的方向而成形之第一傾斜面，並且該聚光透鏡的另外兩相反側上分別具有兩個沿著該透鏡長邊的方向而成形之第二傾斜面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該聚光透鏡的側面與底面之間係具有一圓弧面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中上述至少一發光元件係為一發光二極體晶粒，並且該發光二極體晶粒係直接電性地設置於該基板本體上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中上述至少一發光元件係為一產生可見光或不可見光之發光二極體晶粒。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，更進一步包括：一導電接腳單元，其具有至少兩個設置於該基板本體上且相互絕緣之導電接腳，並且上述至少一發光元件係電性連接於上述至少兩個導電接腳之間。
9. 一種用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其設置於一導光板的其中一側邊旁，其中該光學模組係包括：一基板單元，其具有一基板本體，其中該基板本體具有一基板長邊及一與該基板長邊彼此呈一預定角度而相交之基板短邊，並且該基板本體之基板短邊與基板長邊兩者的長度比例為1:1.5至2；一發光單元，其具有至少一電性設置於該基板本體上以產生光束之發光元件，並且上述至少一發光元件具有一朝向該導光板之發光表面；以及一透鏡單元，其具有一設置於基板本體上且覆蓋上述至少一發光元件之聚光透鏡，其中該聚光透鏡具有一透鏡長邊及一與該透鏡長邊彼此呈一預定角度而相交之透鏡短邊，該聚光透鏡之透鏡短邊與透鏡長邊兩者的長度比例為1:1.5至2，並且該光束經過該聚光透鏡之透鏡短邊的兩末端所產生之投光角度與經過該聚光透鏡之透鏡長邊的兩末端所產生之投光角度兩者的比例為1:2.3至4.7。
10. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該導光板的其中一側邊上係具有至少一凹槽，並且上述至少一聚光透鏡係容置於上述至少一凹槽內。
11. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該基板本體係為一長方形基板，並且該長方形基板的長邊係為該基板長邊，該長方形基板的短邊係為該基板短邊。
12. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該聚光透鏡的頂面係為一雙曲線弧面或由複數個弧面所組成。
13. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該聚光透鏡的兩相反側上分別具有兩個沿著該透鏡短邊的方向而成形之第一傾斜面，並且該聚光透鏡的另外兩相反側上分別具有兩個沿著該透鏡長邊的方向而成形之第二傾斜面。
14. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中該聚光透鏡的側面與底面之間係具有一圓弧面。
15. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，上述至少一發光元件係為一發光二極體封裝結構，並且該發光二極體封裝結構係具有至少一發光二極體晶粒及一覆蓋在上述至少一發光二極體晶粒上之螢光膠體。
16. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，其中上述至少一發光元件係為一發光二極體晶粒，並且該發光二極體晶粒係直接電性地設置於該基板本體上。
17. 如申請專利範圍第9項所述之用於限定長邊及短邊方向投光角度之光學模組，更進一步包括：一導電接腳單元，其具有至少兩個設置於該基板本體上且相互絕緣之導電接腳，並且上述至少一發光元件係電性連接於上述至少兩個導電接腳之間。