TWI418922B - Discrete light source assembly lighting device - Google Patents

Description

離散光源匯整照明裝置

一種離散光源匯整照明裝置，尤指將離散分佈的光源經匯整成一虛擬的燈絲光源，以得照明光束作用出均勻或可指向投射。

有關新近照明器其發光元件已進步由LED二極體發光元件為應用材料，其具有省能及高效率發光的特性，唯該單體之功率微小，則在需求照明上必須以累積多數二極體發光元件佈設在一平面上，藉由該量的增加以累積功率滿足照明流明度，使其流明度可接近一般之熱燈或PL燈。

該等設計係在一支持的板體上面安裝有陣列分佈的多數二極體發光元件，且為固定組合，它會有以下缺失：1.由於各個發光元件物理性能不可能絕對均等，而且各別光軸相互間為獨立平行或呈扇形狀，發射光束作用在投光面會形成有流明輝度等不均現象；2.它是全數利用焊接固定組裝，因此其中單一發光元件失效時，則難以維修；3.其光束進行路徑為垂直於該板體的表面或外曲面的切線，未經過光束整形，只能照著原始的放射路徑作投射，無法調校其照明指向性。

得是本發明利用一種匯整裝置將各離散的光源匯聚在一單點或線的位置，形成一點狀或線狀如傳統燈絲般的虛擬光源，出射照明光係間接由虛擬光源轉出，為本發明主要目的。

本發明第二目的為該發光裝置為可獨立置換，利於生產過程中品管可輕易控制，和使用者可自行維修，提升物資利用率，相對為環保提供有力維護。

本發明第三目的為該發光裝置可以選用或配合不同波長，以造就不同 色澤的照明光束。

本發明第四目的為本發明可採用不同折射或反射角的光學轉換器，以對虛擬燈絲的光束作指向性的投射。

本發明第五目的為該虛擬燈絲可形成筆直線狀，以模擬直線性發光管。

本發明第六目的為該虛擬燈絲可形成曲線狀，以模擬球狀燈體等的發光方式。

有關本發明之詳細實施，首先請參閱第1圖所示，本發明基本實施為利用一基板1，在同一表面規範分佈有多數發光裝置2，每一發光裝置2會整形投射出段落狀線性匯聚光W1、W2、W3、W4….，而且該等組合在一線性上，形成一虛擬燈絲W。

請再參閱第2圖所示，該虛擬燈絲W的形狀可依據發光裝置2安排在基板1的位置角度，而讓段落狀線性匯聚光W1、W2、W3、W4形成一曲形的虛擬燈絲W。

請再參閱第3圖所示，上述段落狀線性匯聚光的形成，係利用光學整形器3作用發光裝置2的光束，使形成一段落狀線性匯聚光W0，該光學整形器3可採用一柱面鏡31，它會對應發光裝置2的射入角度，依據其柱身高度轉換出一段落狀線性匯聚光W0，該匯聚光W0的形成是柱面鏡31投射出之等高聚焦線Fx所組合形成。

請再參閱第4圖所示，該線性匯聚光W0其段落長度可利用一特殊光學整形器3，以調變出可控制的長度匯聚光W0，該光學整形器3可採用一不等曲率之曲面鏡32，藉由其曲面的水平及垂直向的曲線321、322為不等曲率，則會相對發光裝置2作用出一水平的聚焦線Fy及垂直的等高聚焦線Fx，本發明則取其一的聚焦線Fy或等高聚焦線Fx形成線性匯聚光W0的採用，藉由曲面鏡32的經緯軸方向之曲線321、322為不等，則可造就出兩端線性匯聚光W0，取其一即可達成本發明實施，或全部採用，它對使用於 照明的投射光線有均勻的轉換效果。

請再參閱第5、6圖所示，本發明利用了多數的發光裝置2，會如前述匯聚而組合成一祈許燈絲W，該發光裝置2為以陣列方式或矩陣方式安排在一具有內曲面11的基板1同一內表面，所安排位置在排列規範線L1、L2、L3、L4、L5的位置，各發光裝置2投射組合出一虛擬線性燈絲W，在燈絲W點線的位置會有強烈的聚光，依據為對外照明的光束作均勻發散。

相對發散的方向，本發明進一步使用一光學轉換器4，以將該光束B作指向性的投射，該光學轉換器4為一曲形反射板41具有曲形反射面411，以將虛擬燈絲W之光束往一方向反射，則形成指向性投射及該方向的投光面會獲得均等的流明。

上述的反射面411可因應光照面的需求，而採用不同曲率，使反射出之光束，可包含遠端聚光、或平行光、或擴散光束。

請再參閱第7圖所示，本發明相對虛擬燈絲W對外傳遞光束的方式，可經由光學擴散器5的介入而模擬多種燈體的實施，如該光學擴散器5為一球形體51，一圓切面組合基板1，基板在球形體51的中央，發生形成有虛擬燈絲W。

該虛擬燈絲W相同可如第2圖等類等方式安排，而安排出曲形狀以模擬球形體51的類等燈泡發光，基本上虛擬燈絲W為直線性即可，而以曲形安排則有利於球形體51之內表面可接受均勻光強度的光源，以作對外擴散，該光學擴散器5基本上為具有散射表面，如此可將虛擬燈絲W的光束作進一步的均勻擴散，使散射出的光束更為均勻柔和。

請再參閱第8圖所示，該基板1為長條狀，並依據其形狀可發生一連續或間續線形之長條狀虛擬燈絲W，相關該虛擬燈絲W的位置對外可套置有一管狀光學擴散器5，該光學擴散器5為一管狀體52，對應了直線狀虛擬燈絲W，將其光束作二次擴散，藉以模擬如日光燈管的照明使用，讓長條狀的管狀體52外表發出均勻的光束。

請再參閱第9圖所示，該基板1為一長條狀，發生有一長條線性虛擬 燈絲W，該光學擴散器5為可利用一U形槽蓋53為之，經蓋封虛擬燈絲W位置，則可應對虛擬燈絲W的光束作二次均勻擴散，如此可形成類如日光燈管或桿形PL燈的照明使用。

發光裝置2所發射之光束經由光學整形器3可調變出前述的虛擬燈絲W，本發明進一步利用一均等曲率透鏡33(請再參閱第10圖所示)作為光學整形器3的使用，該均等曲率透鏡33可聚焦一點狀匯聚光F，利用該點狀匯聚光F經多數組合後，可形成一高強度點狀光源F0(請參閱第11圖所示)，該點狀光源F0的形成係利用一具有曲率之基板1，該基板1之形體為球面體10，內表設有內球面100，在該內球面100的表面分佈有多數發光裝置2，該發光裝置2經過點狀聚焦後共構在一點，該點為點狀光源F0，則可形成點狀照明的發光，利用該點狀光源F0的位置集中多數光源，並造成混波效果，而讓該點狀光源F0所對外放射的光束更為均勻。

圖示中的匯聚光F為點狀，其形體大小可依據發光裝置2的發射角度決定，本圖示係示意發光裝置2的投射路徑為擴開狀，原則上係可採任何方式匯聚成光源F0。

請再參閱第12圖所示，如11圖形成點狀光源F0的實施，對外可經由一光學轉換器4的作用，以將該光束往外指定路徑折射出，該光學轉換器4為具均等曲率，包括拋物線曲率，則可讓剛折射之光束Bn形成平光。

請再參閱第13圖所示，本發明所應用的發光裝置2為一獨立單體，相對基板1為可換置，該換置方式可採插拔、旋接、卡接等方式為之，基本上發光裝置2為由一座體20，上表安排有晶片200，晶片200外圍可依實際需要而設有光學圍體201，該圍體201如反射杯或光學聚光體等，在該圍體201的上表也可直接安排前述之光學整形器3，座體20的材質進一步可採用導熱性良好的材料，而有關電線的分佈需求合理絕緣。

座體20下端設有接合部21以相對基板1所設的納接部17作組合，並使發光裝置2與基板1得到組合定位，其組合後同步藉由各別所設的電性端子22、23、12、13相對接觸，以達電性導通，讓晶片200可據以或驅動， 晶片200所發生的熱經由各相關元件如電線或端子等傳達到基板1，在基板1的背面則可直接實施有散熱裝置6，該散熱裝置6為擴大散熱面積之鰭板，或加設風力驅離積熱或水冷等方式為之。

請再參閱第14a圖所示，本發明發光裝置2與基板1係以旋接組合方式，則在發光裝置2的結合部21外表設有螺牙211，在基板1的納接部17設有對等的母螺牙111，於是座體20可採旋接的方式旋鎖入基板1，其電性安排則以不等半徑R1、R2安排有座體20的環形電性端子22、23，以及在基板1相對表面安排有對等半徑的電性端子12、13，使旋接之後讓電性端子22、12和電性端子23、13可相對關係位置接觸導通，基板1的背面相同設有散熱裝置6。

請再參閱第14b圖所示，其中以旋接方式，該發光裝置2的底端中心，設有其一正電導電電性端子22，而螺牙211則形成負電極導電電性端子23，其間經由絕緣體220以阻隔正極電性端子22與負極電性端子23，正負極電性端子22、23則經由電線導接到晶片200，如此安排，可方便電極確實隔離，及利用如傳統燈泡的旋接組合，而讓使用者可稱心依習慣性換置，而如前述之基板1(如第14a圖)則設有對應的納接部11。

請再參閱第15圖所示，本發明之發光裝置2與基板1之間為可換置，其換置方式可採卡接的方式，而在發光裝置2所設座體20的接合部21外圓表設有凸榫24，該凸榫24係以卡扣的方式扣接在基板1的納接部17，該納接部17相對接合部21的外圓切線設有對等的切扣槽14，該切扣槽14為一L形，形成有直槽141及橫槽142，凸榫24經由座體20往下塞入的過程當中，首先經由直槽141穿進，在到達底端則旋轉座體20達到一∠ θ°，則凸榫24即形成橫向的往橫槽142底端切進，其橫槽142讓凸榫24切進的狀態為可利用橫槽142的線性斜度變化，以拉扣凸榫24，如以斜向方式讓凸榫24經∠ θ°的轉進而被拉緊，則橫槽142的上朝面為斜向，最終點則可設有定位凹穴(圖上未示)。

請再參閱第16圖所示，本發明的發光裝置2與基板1之間可形成扣接 的方式，利用扣接方式，可簡易製作模具，節省成本及射出工時，快速大量生產，該扣接操作係以縱向方向讓發光裝置2與基板1之間以插拔組合，其係在發光裝置2所設接合部21的外圓表切點位置設有一突出的肋條25，肋條25身部設有橫向突出的扣尖251，接合部21底端面設有電性端子22、23，該電性端子22、23可為具有伸縮彈性，基板1所設納接部17相對肋條25位置設有插槽15，該插槽15相對扣尖251位置設有扣槽151，得是當將座體20以插拔方式對應基板1的納接部17插入，利用其突出肋條25對正插槽15而穿進，到達其扣尖251納入插槽15所設之扣槽151時即得定位，而及彈性電性端子22、23，則壓著在基板1所設的對等電性端子12、13，達成導電觸通。

請再參閱第16、17圖所示，依據第16圖的實施，為了讓插槽15可得彈性，而在插槽15的兩側各別設有應力消失槽16，於是插槽15即由兩側夾板150形成，該夾板150則會依據其變形量而讓前述之扣尖251壓切過進入扣槽151，利用該應力消失槽16的形成，而讓基板1的製作如以射出方式，則可有利於強力脫模實施，利用夾板150的彈性變形提供脫模擠壓力的吸收和扣尖251穿插過程擠壓力的吸收，如是可達成換裝發光裝置2的利便。

上述扣尖251係為一微小元件，若使用簡易單軸向對開模具，則相對扣尖251等微小元件，可採強力脫模方式即可達成，如此使模具簡化，更縮短射出工時。

本發明基礎為可將在同一作用面的離散光源，集結為單一虛擬燈絲，藉該虛擬燈絲再次轉換出均勻照明光束，進一步利用光學轉換器可控制投射指向，及發光裝置為可獨立換置，具有調整照明光束及提升物資應用的實際效益，對於環保有正面助益，凡均等本發明的設計，應為本發明權利所及之保護範圍合先陳明。

1‧‧‧基板

10‧‧‧球面體

100‧‧‧內球面

11‧‧‧內曲面

111、211‧‧‧螺牙

12、13、22、23‧‧‧電性端子

14‧‧‧切扣槽

141‧‧‧直槽

142‧‧‧橫槽

15‧‧‧插槽

150‧‧‧夾板

151‧‧‧扣槽

16‧‧‧應力消失槽

11‧‧‧納接部

2‧‧‧發光裝置

20‧‧‧座體

200‧‧‧晶片

201‧‧‧光學圍體

21‧‧‧接合部

220‧‧‧絕緣體

24‧‧‧凸榫

25‧‧‧肋條

251‧‧‧扣尖

3‧‧‧光學整形器

31‧‧‧柱面鏡

32‧‧‧變形曲面鏡

33‧‧‧均等曲率透鏡

321、322‧‧‧曲線

4‧‧‧光學轉換器

41‧‧‧曲形反射板

411‧‧‧反射面

5‧‧‧光學擴散器

51‧‧‧球形體

52‧‧‧管狀體

53‧‧‧U形槽蓋

6‧‧‧散熱裝置

W0、W1、W2、W3、W4‧‧‧段落狀線性匯聚光

W‧‧‧虛擬燈絲

F‧‧‧點狀匯聚光

Fx‧‧‧等高聚焦線

Fy‧‧‧聚焦線

F0‧‧‧點狀光源

B、Bn‧‧‧光束

L1、L2、L3、L4、L5‧‧‧排列規範線

第1圖係為本發明形成虛擬燈絲的基礎元件關係圖。

第2圖係為本發明線形匯聚光的實施基礎元件關係圖。

第3圖係為本發明利用光學整形器整形出線性匯聚光原理示意圖。

第4圖係為本發明利用特殊光學整形器整形出兩條線性匯聚光的關係原理圖。

第5圖係為本發明實施虛擬燈絲的應用圖。

第6圖係為第5圖的側視圖。

第7圖係為本發明應用於球形體擴散發光的實施應用圖。

第8圖係為本發明應用在管狀體擴散發光的實施應用圖。

第9圖係為本發明應用在U形槽蓋擴散發光的實施應用圖。

第10圖係為本發明利用一光學整形器整合出點狀匯聚光的原理關係圖。

第11圖係為本發明利用球面體達成實施點狀虛擬光源的示意圖。

第12圖係為第11圖的進一步實施例。

第13圖係為本發明發光裝置與基板組合關係圖。

第14a圖係為本發明發光裝置與基板採旋接組合關係示意圖。

第14b圖係為本發明發光裝置與基板採旋接組合關係另一實施示意圖。

第15圖係為本發明發光裝置與基板以卡接組合之關係示意圖。

第16圖係為本發明發光裝置與基板以扣接組合關係示意圖。

第17圖係為第16圖之基板俯視圖。

1‧‧‧基板

2‧‧‧發光裝置

W‧‧‧虛擬燈絲

W1、W2、W3、W4‧‧‧段落狀線性匯聚光

Claims (12)

1. 一種離散光源匯整照明裝置，其包含有：一基板；多數在基板上規範位置分佈的發光裝置，其中至少一發光裝置能單獨置換；一光學整形器，設於上述多數發光裝置之出射端，該光學整形器為一柱面鏡；其中該基板為內曲面，讓每一發光裝置之線性匯聚光作用在同一點線位置，經通電後組合成一光學虛擬燈絲；藉此，發光裝置經電力驅動後射出的光線，經整形器整形為可被控制長度的段落狀光學匯聚光，並匯整成為一線性排列之光學虛擬燈絲者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該發光裝置與基板之間為扣接或旋接或卡接組合，而包括有：為了讓插槽可得彈性，在插槽的兩側各別設置一應力消失槽，使插槽為由兩側之夾板形成，該夾板依據其變形量而讓所述扣尖壓切過進入扣槽，利用該應力消失槽的形成，讓基板的製作以射出方式，則可有利於強力脫模實施，利用夾板的彈性變形提供脫模擠壓力的吸收和扣尖穿插過程擠壓力的吸收，以達成換裝發光裝置的利便。
3. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學整形器為柱面鏡，以依據其柱身高度發生段落狀線性匯聚光。
4. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該基板背側設有散熱裝置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中又設有一光學轉換器，該光學轉換器設於光學整形器的一側，可將光學虛擬燈絲再作用出要求角度之照射光束。
6. 如申請專利範圍第5項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學轉換器設有曲形反射面或折射面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中又設有一光學擴散器，該光學擴散器設於發光裝置和光學整形器的外圍，可使虛擬燈絲對外擴散均勻光束。
8. 如申請專利範圍第7項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學擴散器為球狀體。
9. 如申請專利範圍第7項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學擴散器為管狀體。
10. 如申請專利範圍第7項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學擴散器為一U形槽蓋。
11. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學虛擬燈絲為直線狀。
12. 如申請專利範圍第1項所述之離散光源匯整照明裝置，其中該光學虛擬燈絲為曲線狀。