TWI439638B - 光罩及具光罩的燈具 - Google Patents

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Description

光罩及具光罩的燈具
本發明是有關一種光罩及燈具，且特別是有關於一種適用於發光二極體的光罩及具該光罩的燈具。
習用燈具所使用的燈源有鎢絲燈或日光燈，所述鎢絲燈或日光燈得以自身為中心朝外側產生全周式的發光。並且，燈具常於燈源外側搭配不同的燈罩，並藉由燈罩的圖案或顏色搭配以產生各式情境。
然而，由於發光二極體的發光效益越來越高，使發光二極體有逐漸取代上述鎢絲燈或日光燈的趨勢。但因發光二極體具發光指向性特性，其所發出的光線僅能散射於其所固定位置的上半空間，亦即，發光二極體所產生的發光角度大致為180度，不似傳統鎢絲燈或日光燈能全周式的中心發光。並且，因發光二極體的指向性特性，令發光二極體於使用時易產生眩光等問題，進而使發光二極體的應用範圍受到侷限。
本發明之目的為提供一種光罩及具該光罩的燈具，其可改變發光二極體所發出的光線路徑，除可增加發光角度外，亦可形成側向發光之效果，使光罩的出光區呈現如同鎢絲燈般的全周式發光，並且有效地改善發光二極體的眩光問題。
本發明另一目的在於提供一種光罩及具該光罩的燈具，不須額外增設外層的透明玻璃罩，即能同時兼顧光源整體設計與美觀設計，從而在視覺上形成特殊的效果。
本發明實施例提供一種光罩，其為一體成形且用以傳導至少一發光二極體所散發出的光線，該光罩包括：一導光區，其一端形成有一入光面，該入光面與該至少一發光二極體呈間隔設置，且該入光面用以供該光線入射於該導光區，該導光區外緣形成有一延伸面；以及一出光區，其自該導光區另一端延伸所形成，該出光區外緣形成有一作用面，該作用面自該延伸面延伸形成，且該作用面所圍繞的該出光區體積，自鄰近該導光區朝遠離該導光區的方向逐漸縮小；其中，該光罩呈大致對稱狀且具有一中心軸線，經該入光面入射於該導光區的光線，直射至該中心軸線一側的作用面，且該中心軸線一側的作用面反射光線至該中心軸線另一側的作用面以透射出該出光區。
本發明實施例另提供一種包含上述光罩的燈具，包括：一座體；至少一發光二極體，其裝設於該座體；以及一光罩，其裝設於該座體且與該至少一發光二極體呈間隔設置。
綜上所述，本發明實施例所提供的光罩與具該光罩的燈具，其藉由光罩的獨特導光設計，使光罩的出光區呈現如同鎢絲燈般的全周式發光效果，進而使具光罩的燈具產生類似傳統蠟燭燈泡的視覺感受，藉以減少發光二極體因本身性質而受到的侷限。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
 [第一實施例]
請參閱圖1至圖5，其為本發明的第一實施例，其中，圖1、3、和4為本實施例的立體示意圖，圖2和5為本實施例的主要光線路徑示意圖。
如圖1所示，本實施例為一種光罩1，其用以傳導發光二極體2所散發出的光線，所述發光二極體2於本實施例中以一個為例，但於實際應用時，其亦可為複數個發光二極體2所組成的發光二極體陣列。
所述光罩1包括導光區11以及出光區12，導光區11與出光區12為環設一體成形且具有相同的一中心軸線13。再者，導光區11與出光區12分別為對稱於中心軸線13的構造，且上述發光二極體2位於中心軸線13上。
此外，於本實施例中，光罩1以對稱中心軸線13為例，但於實際應用時，光罩1不需呈現完全對稱，其可依設計者需求形成大致對稱於中心軸線13的構造。於本實施例中，光罩1係仿燭火形狀。
再者，光罩1為實心結構，其材質可為玻璃、壓克力、聚乙烯及聚丙烯酸甲酯之任意組合。
請參閱圖2至圖4所示，所述導光區11一端形成有入光面111與側向入光面113，並且導光區11外緣形成有延伸面112。所述入光面111位於光罩1底部中間之中心軸線13上且與發光二極體2呈間隔設置，藉此，入光面111及側向入光面113用以供上述發光二極體2所發出的光線入射於導光區11。
其中，入光面111於本實施例中以曲面為例，但於實際應用時，亦可依設計者需求形成自由曲面、多重曲面、平面、菲涅耳(Fresnel)面或其他適合的形狀。
所述側向入光面113自入光面111周緣向下延伸環設所形成。而入光面111與側向入光面113包圍界定出容置空間115，所述容置空間115係用以置放上述發光二極體2。
其中，上述側向入光面113於本實施例中以曲面為例，但於實際應用時，亦可依設計者需求形成平面、拋物面、自由曲面、多重曲面或其他適合的形狀。
所述出光區12自導光區11另一端延伸所形成(亦即，導光區11遠離入光面111的一端)。出光區12外緣形成有作用面121，所述作用面121自延伸面112遠離入光面111的一端平滑地延伸所形成，且作用面121所圍繞的出光區12體積自鄰近導光區11朝遠離導光區11的方向逐漸縮小。亦即，作用面121至中心軸線13的距離自鄰近導光區11朝遠離導光區11的方向逐漸縮小。在本實施例中，該作用面121兼具反射及出光特性，其所產生的反射作用亦可進一步地限定為全反射作用。
而上述作用面121為曲面，亦即，作用面121可為拋物面、自由曲面、多重曲面或其他適合的形狀。其中，垂直於中心軸線13的出光區12截面大致呈圓形，但本發明並不以此為限。此外，作用面121亦可為非光滑面，例如實施表面霧化或凹凸狀設計等表面處理，以利於光線均勻分散，進而令光罩1出光區12之表面發光呈現較為柔和的視覺感受。
再者，本實施例光罩1具有的主要光線傳導路徑，可令入射於光罩1的光線大部分從出光區12透射而出，藉以使光罩1呈現如同鎢絲燈般的全周式發光效果，並有效改善發光二極體2所易產生的眩光問題。為使容易理解本實施例光罩1的主要光線傳導路徑，圖2和圖3將以線條狀光線表示部分對稱光線路徑為例，但並不以上述光線路徑為限。
如圖2所示，發光二極體2所發出的光線L1將經導光區11的入光面111，以使光線L1產生折射進入導光區11，而後直射至中心軸線13一側的作用面121。其後，經中心軸線13一側的作用面121反射光線L1至中心軸線13另一側的作用面121以透射出所述出光區12。
更詳細的說，如圖3所示，當光線L1直射至中心軸線13一側的作用面121時，光線L1與出光區12作用面121之兩者交點位於圓形截面a1的周緣。當中心軸線13一側的作用面121反射光線L1時，光線L1將先經過中心軸線13，其後，才直射至中心軸線13另一側的作用面121，此時，光線L1與出光區12作用面121之兩者交點位於圓形截面a2的周緣。所述圓形截面a2的面積小於圓形截面a1的面積。
其中，除了光線L1經過上述圓形截面a1周緣與圓形截面a2周緣並透射出所述出光區12之外，與光線L1源自相同發光處的光線L1’，其亦經過上述圓形截面a1周緣與圓形截面a2周緣以透射出所述出光區12。藉此，射出於出光區12外的光線L1、L1’的延伸線將於出光區12內的中心軸線13相交以形成有虛擬焦點F1。
同理，發光二極體2所發出的光線L2、L2’於中心軸線13上形成有虛擬焦點F2(如圖2所示)。從使用者的視覺上，將認為上述虛擬焦點F1、F2為發光點。並且，於本實施例中，除了上述光線L1、L1’與光線L2、L2’之外，發光二極體2所發出的其餘光線(圖未示)經過入光面111後，可於中心軸線13上形成複數個虛擬焦點，藉以呈現虛擬燈絲(virtual filament)的視覺效果。但並不以上述為限，本發明可搭配使用者的需求或針對不同的情境環境下，產生數量、位置不同的虛擬發光點。
舉例而言，以上述虛擬焦點F1、F2的形成位置來說，由於光線L1、L1’、L2、L2’自發光二極體2發出時，光線L1、L1’離中心軸線13的距離小於光線L2、L2’離中心軸線13的距離，且藉由入光面111之曲率設計，使得光線L1、L1’、L2、L2’經由入光面111入射於光罩1後，光線L1、L1’與中心軸線13的夾角小於光線L2、L2’與中心軸線13的夾角。其後，藉由作用面121之曲率變化設計，使得光線L1、L1’、L2、L2’經作用面121反射後，其所形成的虛擬焦點F1離發光二極體2的距離大於虛擬焦點F2離發光二極體2的距離。
再者，上述光線L1、L1’皆源自發光二極體2的相同發光處，而於發光二極體2的其餘部位所散發之光線(圖未示)可於上述虛擬焦點F1周緣形成其他虛擬焦點(多重虛擬焦點)，藉以使光罩1於上述虛擬焦點F1處成像形成一個虛擬發光二極體V1(如圖4所示)。
同理，光罩1於上述虛擬焦點F2處成像形成另一個虛擬發光二極體V1’(如圖4所示)。
藉此，使用者將光罩1設置於發光二極體2上方時，光罩1將呈現一種以虛擬發光二極體V1、V1’為中心朝外側產生全周式發光的視覺觀感。亦即，光罩1將呈現如同鎢絲燈般的全周式發光效果。
此外，於上述作用面121所產生的反射作用為全反射作用，藉以使光罩1呈現最佳的導光與發光效果，使光線可較為均勻地在正向與側向發出。
再者，可藉由入光面111與出光區12作用面121之曲率變化設計，使虛擬焦點或虛擬發光二極體位於中心軸線13上的任意位置。
另，如圖5所示的光罩1，其將入光面111的曲率增加，當光線經其入光面111與出光區12作用面121之導引，可形成有虛擬焦點，其相較於上述虛擬焦點F1、F2更遠離所述發光二極體2，使成像形成於光罩1內的虛擬發光二極體(圖未示)位於出光區12之頂部區域122。
其中，出光區12之頂部區域122於本實施例中係指，作用面121自鄰近導光區11朝遠離導光區11的方向延伸時，作用面121曲率產生變化以後，所圍繞的出光區12部位。
此外，上述雖以形成兩個虛擬發光二極體V1、V1’為例，但於實際應用時，並不以此為限。亦即，設計者可藉由入光面111與出光區12作用面121之變化設計，使光罩1的出光區12內形成有一個或複數個虛擬發光二極體(圖略)。
[第二實施例]
請參閱圖6至圖10所示，其為本發明的第二實施例，本實施與第一實施例類似，兩者主要差異在於，本實施例的光罩1導光區11外緣形成有輔助面114，藉以使本實施例除了具有第一實施例所述之主要光線傳導路徑外，亦包含另一種光線傳導路徑。
更詳細的說，請參閱圖7所示，導光區11外緣形成有延伸面112與輔助面114，上述延伸面112所圍繞的導光區11體積自鄰近發光二極體2朝遠離發光二極體2的方向逐漸縮小。亦即，延伸面112至中心軸線13的距離自鄰近發光二極體2朝遠離發光二極體2的方向逐漸縮小。
所述輔助面114自延伸面112遠離作用面121的一端延伸所形成，且輔助面114至中心軸線13的距離自鄰近延伸面112朝遠離延伸面112的方向逐漸縮小。並且，該輔助面114所產生的反射作用亦可進一步地限定為全反射作用。
其中，上述輔助面114於本實施例中以曲面為例，但於實際應用時，亦可依設計者需求形成平面、拋物面、自由曲面、多重曲面或其他適合的形狀。
藉此，光罩1的整體外形大致呈燭火狀，使光罩1除了用以變化發光二極體2所發出的光線路徑外，還能同時兼具造型美觀的效果。
再者，為使容易理解光罩1的另一種光線傳導路徑，圖7將以線條狀光線表示部分對稱光線路徑為例，但並不以上述光線路徑為限。
發光二極體2所發出的光線L3將經導光區11的側向入光面113，以使光線L3產生折射進入導光區11，而後直射至導光區11的輔助面114，經輔助面114反射光線L3至中心軸線13一側的作用面121以透射出所述出光區12。
並且，發光二極體2所發出的光線L4亦可經導光區11的側向入光面113，以使光線L4產生折射進入導光區11，而後直射至導光區11的輔助面114，經輔助面114反射光線L4至中心軸線13一側的作用面121。其後，經中心軸線13一側的作用面121反射光線L4至中心軸線13另一側的作用面121以透射出所述出光區12。
如同第一實施例光線L1、L1’所產生之虛擬焦點F1，發光二極體2所發出的光線L3、L3’與光線L4、L4’，於出光區12頂部區域122的中心軸線13上亦分別形成有虛擬焦點F3、F4。並且，於本實施例中，除了上述光線L3、L3’與光線L4、L4’之外，發光二極體2所發出的其餘光線(圖未示)經過側向入光面113後，可於出光區12頂部區域122的中心軸線13上形成複數個虛擬焦點，藉以呈現虛擬燈絲的視覺效果。但並不以上述為限，本發明可搭配使用者的需求或針對不同的情境環境下，產生數量、位置不同的虛擬發光點。
舉例而言，以上述虛擬焦點F3、F4的形成位置來說，藉由側向入光面113之曲率設計，使得光線L3、L3’、L4、L4’經側向入光面113入射於光罩1並由輔助面114反射後，光線L3、L3’與中心軸線13的夾角大於光線L4、L4’與中心軸線13的夾角，進而令其所形成的虛擬焦點F3離發光二極體2的距離大於虛擬焦點F4離發光二極體2的距離。
再者，所述光線L3、L3’皆源自發光二極體2的相同發光處，而於發光二極體2的其餘部位所散發之光線(圖未示)可於上述虛擬焦點F3周緣形成其他虛擬焦點(多重虛擬焦點)，藉以使光罩1於上述虛擬焦點F3處成像形成一個虛擬發光二極體V2(如圖8所示)。
同理，光罩1於上述虛擬焦點F4處成像形成另一個虛擬發光二極體V2’(如圖8所示)。值得注意的是，有可能V2、V2’成像於出光區12頂部區域122的位置極為接近，而形成多重虛擬成像，所以使用者於視覺上可能只感覺到一重疊的虛擬發光二極體。
藉此，當使用者將光罩1設置於發光二極體2上方時，光罩1的出光區12頂部區域122將呈現一種以虛擬發光二極體V2、V2’為中心朝外側產生全周式發光的視覺觀感。亦即，光罩1將呈現如同鎢絲燈般的全周式發光效果。
再者，圖8係以用以說明虛擬發光二極體V2、V2’，而非本實施例光罩1於使用時的成像效果。本實施例的光罩1於使用時，其將同時呈現四個虛擬發光二極體V1、V1’、V2、V2’(如圖9所示)，但於實際應用時，並不以上述數量為限。
此外，本實施例可藉由側向入光面113之曲率變化設計，使虛擬焦點位於出光區12頂部區域122之中心軸線13上的任意位置。
另，如圖10所示的光罩1，其側向入光面113為平面，當光線經側向入光面113以入射於光罩1後，其光線路徑不同於上述光線L3、L3’、L4、L4’的路徑，並可於出光區12頂部區域122之中心軸線13上形成有虛擬焦點，且可使成像形成於光罩1內的虛擬發光二極體(圖未示)位於出光區12之頂部區域122。其中，該些虛擬焦點的位置相較於虛擬焦點F3、F4，將呈現微幅的移動。
本實施例所述之輔助面114所產生的反射作用為全反射作用，藉以使光罩1呈現最佳的導光與發光效果，使光線可較為均勻地在正向與側向發出。
[第三實施例]
請參閱圖11所示，其為本發明的第三實施例，本實施例與第二實施例類似，兩者主要差異在於，本實施例的光罩1的入光面111與側向入光面113所包圍界定出的容置空間115大致與發光二極體2的尺寸相同。
更詳細的說，入光面111大致貼平(亦即可完全貼平或留有間隙)於發光二極體2的發光面，側向入光面113大致貼平於發光二極體2的側緣。而有關於本實施例的光線傳導路徑，將以圖11所示之線條狀光線表示部分光線路徑為例，但並不以上述光線路徑為限。
發光二極體2所發出的光線將經導光區11的入光面111，以使光線射入導光區11中，而入射於導光區11的光線大致可區分為兩種傳導路徑。
其中，第一種傳導路徑為光線直射至中心軸線13一側的作用面121，其後，經中心軸線13一側的作用面121反射光線至中心軸線13另一側的作用面121以透射出所述出光區12。
第二種傳導路徑為光線直射至導光區11的輔助面114，經輔助面114反射光線至中心軸線13一側的作用面121。其後，經中心軸線13一側的作用面121反射光線至中心軸線13另一側的作用面121以透射出所述出光區12。
再者，上述經入光面111入射於導光區11的兩種光線的傳導路徑，其可於出光區12的中心軸線13上形成複數個虛擬焦點，藉以呈現虛擬燈絲的視覺效果。而上述虛擬焦點的位置可藉由作用面121與輔助面114之曲率變化設計而調整。
[第四實施例]
請參閱圖12和圖13，其為具有上述任一實施例光罩之燈具，包含有座體3、裝設於座體3的發光二極體2及裝設於座體3且與發光二極體2呈間隔設置的光罩1。
其中，上述座體3具有燈帽31以及散熱座32，所述散熱座32的一端裝設有燈帽31。而發光二極體2裝設於散熱座32的另一端，並且發光二極體2電性連接於上述燈帽31。
此處所述之光罩1即為上述任一實施例揭露之光罩1，其裝設於散熱座32上，且發光二極體2位於光罩1的容置空間115中。
藉此，當燈帽31通電時，將導通發光二極體2使其發光，如圖13所示，而發光二極體2所發出的光線經由光罩1之傳導，將使光罩1呈現一種以虛擬發光二極體V1、V1’、V2、V2’為中心朝外側產生全周式發光的視覺觀感，進而使具該光罩的燈具產生類似傳統蠟燭燈泡的發光效果。
[實施例的功效]
根據本發明實施例，上述的光罩1與具該光罩的燈具藉由形成虛擬焦點，以呈現虛擬燈絲的視覺效果，並且可進一步成像形成虛擬發光二極體。
藉此，使用者於觀賞時，光罩1將呈現一種以虛擬發光二極體為中心朝外側產生全周式發光的視覺觀感，進而使具該光罩的燈具產生類似傳統蠟燭燈泡的發光效果，藉以減少發光二極體因本身性質(如：指向性)而受到的侷限。
再者，所述光罩1的外形大致呈燭火狀，藉以令具該光罩的燈具不需額外設置裝飾罩，即可達到視覺美觀的效果，進而節省燈具的生產成本與組裝工時。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1‧‧‧光罩
11‧‧‧導光區
111‧‧‧入光面
112‧‧‧延伸面
113‧‧‧側向入光面
114‧‧‧輔助面
115‧‧‧容置空間
12‧‧‧出光區
121‧‧‧作用面
122‧‧‧頂部區域
13‧‧‧中心軸線
2‧‧‧發光二極體
3‧‧‧座體
31‧‧‧燈帽
32‧‧‧散熱座
L1、L1’、L2、L2’、L3、L3’、L4、L4’‧‧‧光線
a1、a2‧‧‧圓形截面
F1、F2、F3、F4‧‧‧虛擬焦點
V1、V1’、V2‧‧‧虛擬發光二極體
圖1為本發明光罩的立體示意圖；
圖2為本發明光罩由入光面入射之光線路徑的平面示意圖；
圖3為本發明光罩的部分立體示意圖；
圖4為本發明光罩經由入光面所產生的虛擬發光二極體的立體示意圖；
圖5為本發明光罩經由入光面所產生的虛擬焦點位於出光區頂部區域的立體示意圖；
圖6為本發明第二實施例光罩的立體示意圖；
圖7為本發明第二實施例光罩由側向入光面入射之光線路徑的平面示意圖；
圖8為本發明第二實施例光罩經由側向入光面所產生的虛擬發光二極體的立體示意圖；
圖9為本發明第二實施例的使用狀態示意圖
圖10為本發明第二實施例側向入光面為平面，且光罩由側向入光面入射之光線路徑的平面示意圖；
圖11為本發明第三實施例之光線路徑的平面示意圖；
圖12為本發明第四實施例具光罩的燈具的立體示意圖；及圖13為本發明第四實施例具光罩的燈具於實際使用時的立體示意圖。
1．．．光罩
11．．．導光區
111．．．入光面
112．．．延伸面
113．．．側向入光面
115．．．容置空間
12．．．出光區
121．．．作用面
13．．．中心軸線
2．．．發光二極體
L1、L1’、L2、L2’．．．光線
F1、F2．．．虛擬焦點

Claims (13)

  1. 一種光罩，其為一體成形且用以傳導至少一發光二極體所散發出的光線，該光罩包括：一導光區，其一端形成有一入光面與一側向入光面，該側向入光面自該入光面周緣向下延伸環設而形成，該入光面及該側向入光面包圍界定出一置放該至少一發光二極體的容置空間，而該入光面與該側向入光面大致貼平於該至少一發光二極體的外緣，且該入光面用以供該光線入射於該導光區，該導光區外緣形成有一延伸面；以及一出光區，其自該導光區另一端延伸所形成，該出光區外緣形成有一作用面，該作用面自該延伸面延伸形成，且該作用面所圍繞的該出光區體積，自鄰近該導光區朝遠離該導光區的方向逐漸縮小；其中，該光罩呈大致對稱狀且具有一中心軸線，經該入光面入射於該導光區的光線，直射至該中心軸線一側的該作用面，且該中心軸線一側的該作用面反射光線至該中心軸線另一側的該作用面以透射出該出光區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，經該入光面入射於該導光區的該光線反射後於該出光區內的中心軸線成像形成有至少一虛擬發光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該入光面為自由曲面、多重曲面、平面或菲涅耳(Fresnel)面，該作用面為拋物面、自由曲面或多重曲面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光罩，其中，該作用面為非光滑面。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之光罩，其中，該導光區一端形成有一側向入光面，該側向入光面自該入光面周緣向下延伸環設而形成，該入光面及該側向入光面包圍界定出一置放該至少一發光二極體的容置空間，用以供該光線經該側向入光面入射於該導光區。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光罩，其中，該側向入光面為平面、拋物面、自由曲面或多重曲面。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光罩，其中，該導光區外緣形成有一輔助面，該延伸面兩端分別連接該作用面與該輔助面，該輔助面自該延伸面遠離該作用面的一端延伸所形成，且該輔助面至該中心軸線的距離，自鄰近該延伸面朝遠離該延伸面的方向逐漸縮小，該輔助面用以供經該側向入光面入射於該導光區的光線反射至該作用面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光罩，其中，經該側向入光面入射於該導光區輔助面的該光線反射後於該出光區頂部區域內的中心軸線成像形成有至少一虛擬發光二極體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光罩，其中，該輔助面用以供經該側向入光面入射於該導光區的該光線全反射至該作用面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該光罩為實心結構，其材質為玻璃、壓克力、聚乙烯及聚丙烯酸甲酯的至少其中之一。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該光罩係仿燭火形狀。
  12. 一種包含如申請專利範圍第1至11項中任一項所述光罩的燈具，包括：一座體；至少一發光二極體，其裝設於該座體；以及該光罩，其裝設於該座體且與該至少一發光二極體呈間隔設置。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之具光罩的燈具，其中，該座體包含一燈帽以及一散熱座，該散熱座的一端裝設有該燈帽，該至少一發光二極體裝設於該散熱座的另一端，並且該至少一發光二極體電性連接於該燈帽。
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