TWI539113B - 透鏡及發光裝置 - Google Patents

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TWI539113B TW102138316A TW102138316A TWI539113B TW I539113 B TWI539113 B TW I539113B TW 102138316 A TW102138316 A TW 102138316A TW 102138316 A TW102138316 A TW 102138316A TW I539113 B TWI539113 B TW I539113B
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周彥均
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辰峯光電股份有限公司
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Description

透鏡及發光裝置
本發明係關於一種照明裝置，特別是關於一種透鏡及具有透 鏡的發光裝置。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)因其壽命長、耗電量少、以及發熱度小等優點，被大量應用範圍於日常生活中的各項用品，其中，更以燈具應用最為常見。
一般而言，當發光二極體應用於發光裝置(例如燈具)時，由於一些光學特性的需要，例如使光線準直聚光或均勻散射，在封裝時就需要將具有光學結構的二次光學透鏡與發光二極體一同封裝，藉此就能使發光裝置達到所要的光學特性。然而，往往具有光學結構的二次光學透鏡將會決定發光裝置整體的厚度。
因此，如何提供一種兼具習知光線準直聚光或均勻散射的效果的薄型透鏡、搭配薄型透鏡的發光裝置，實為當前重要課題之一。
本案提供一種發光裝置，包括光源以及透鏡。
光源發出的光線分為一主區域光線和一側邊區域光線。透鏡則具有出光部和入光部，而入光部具有容置空間。光源設置於容置空間，且入光部具有中心區和邊緣區，中心區係接收主區域光線，而邊緣區連接中心區且對應側邊區域光線，邊緣區並具有複數個相連的楔形結構，由內向外依序排列，而各楔形結構具有入光面以及一反射面。側邊區域光線由各該楔形結構的入光面入射，且被各該入光面對應的反射面所反射，並從出光部出射。
在一實施例中，邊緣區的各該楔形結構的數目小於6。
在一實施例中，各該楔形結構與設置光源的平面的垂直距離，會隨著各該楔形結構與中心區的距離增加而減少。
在一實施例中，光源為發光二極體晶片或發光二極體封裝體。
在一實施例中，楔形結構分別對應發光角度，發光角度是介於5度到25度之間。
在一實施例中，透鏡的高度與寬度的比值介於0.1至0.6。
在一實施例中，邊緣區設置於中心區的二側，且中心區以及邊緣區的該些楔形結構為長條形的結構。
在一實施例中，透鏡更包括複數個微結構，且入光面或出光面至少部分具有該些微結構。
本案更提供一種透鏡，接收光源所發出的光線，而光源所發出的光線分為主區域光線和側邊區域光線。而該透鏡包括出光部以及入光部。入光部具有容置空間，以容置該光源，且入光部具有中心區以及邊緣區。中心區與容置空間對應設置，邊緣區連接中心區，並具有複數個相連的楔形結構，由內向外依序排列，而各該楔形結構具有入光面及反射面。
側邊區域光線由各該楔形結構的入光面入射，且被各該入光面對應的反射面所反射，並從出光部出射。
在一實施例中，邊緣區的各該楔形結構的數目小於6。
在一實施例中，各該楔形結構與設置光源的平面的垂直距離，會隨著各該楔形結構與中心區的距離增加而減少。
在一實施例中，出光部係平面、曲面、凹面或是不規則面。
在一實施例中，各該側邊區域光線所對應的發光角度是介於5度到25度之間。
在一實施例中，中心區為凸透鏡。
在一實施例中，透鏡的高度與寬度的比值介於0.1至0.6。
在一實施例中，邊緣區設置於中心區的二側，且中心區以及邊緣區的該些楔形結構為長條形的結構。
在一實施例中，透鏡更包括複數個微結構，且入光面或出光面至少部分具有該些微結構。
1‧‧‧發光裝置
10‧‧‧底板
12‧‧‧光源
13、14、15、16、17、18‧‧‧透鏡
13A、14A、15A、16A、17A、18A‧‧‧入光部
13B、14B、15B、16B、17B、18B‧‧‧出光部
131、181‧‧‧中心區
132、182‧‧‧邊緣區
132A‧‧‧入光面
132B‧‧‧反射面
171‧‧‧微結構
θ1‧‧‧楔角角度
α1、α2‧‧‧角度
β1、β2、β3‧‧‧發光角度
h1、h2、h3‧‧‧垂直距離
W、W1‧‧‧楔形結構
圖1A為本案發光裝置的立體示意圖。
圖1B為本案發光裝置的又一實施例示意圖。
圖2為圖1的局部爆炸示意圖。
圖3A為圖2的剖面示意圖。
圖3B為圖2的剖面示意圖。
圖4A為本案發光裝置又一實施例的剖面示意圖。
圖4B為本案發光裝置的透鏡的另一實施例的剖面示意圖。
圖4C為本案發光裝置的透鏡的又一實施例的剖面示意圖。
圖4D為本案發光裝置的透鏡的再一實施例的剖面示意圖。
圖4E為本案發光裝置的透鏡的另一實施例的剖面示意圖。
圖5為本案發光裝置的透鏡的的又一實施例的立體示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本案較佳實施例的透鏡以及發光裝置。其中相同的構件將以相同的參照符號加以說明。且為了便於理解，與本案非直接相關的構件將省略不繪出。
請先參考圖1A、圖1B、圖2、圖3A以及圖3B，圖1A、圖1B分別為本案發光裝置的兩個不同實施例的立體示意圖。圖2為本案發光裝置的局部爆炸示意圖。圖3A、圖3B為圖2的剖面示意圖。圖1A及圖1B例示了不同數量的光源搭配透鏡的可能實施方式。
本實施例的發光裝置1，包括光源12以及透鏡13。此外，本實施例的發光裝置1更包括底板10。透鏡13以及光源12皆設置於底板10上，且在本實施例中，底板10可以為電路板。
此外，本實施例所搭配的發光裝置可為指向性的燈具，例如可為Par燈或是MR16燈等。
詳細而言，光源12發出的光線分為主區域光線和側邊區域光線。
透鏡13則具有入光部13A和出光部13B，而入光部13A具有容置空間，以容置光源12。如此一來，光源12所發出光線透過透鏡13準直後離開發光裝置1。
且為了對應光源12的主區域光線和側邊區域光線，入光部13A具有中心區131和邊緣區132。中心區131係接收主區域光線，而邊緣區132連接中心區且對應側邊區域光線。其中，主區域光線係與光源12垂直出射的光線夾預設角度範圍內的光線。在一些實施例中，預設角度為20-50度。補充說明的是，此處所敘述的「光源垂直出射的光線」係定義為從各該光源中心射出的光線。
此外，邊緣區132具有複數個相連的楔形結構W，由內向外依序排列，而各楔形結構具有入光面132A以及反射面132B。側邊區域光線由各該楔形結構W的入光面132A入射，且被各該入光面132A對應的反射面132B所反射，並從出光部13B出射。另外，各該楔形結構W與設置光源12的平面的垂直距離(最短距離)，會隨著各該楔形結構W與中心區131的距離增加而減少。此處的平面可為本實施例的底板10。此外，各該楔形結構W尖端(入光面132A及反射面132B形成的端點)至少與相鄰的楔形結構W不共面。更可有一實施態樣的各該楔形結構的尖端所形成的平面皆不共面。
舉例而言，楔形結構W尖端的垂直距離，將會隨著遠離中心區131而減少，故較內圈的楔形結構W的垂直距離(本實施例為h1)將會較外圈的楔形結構W的垂直距離長(本實施例為h3，且h1>h3)。此外，本實施例的各該楔形結構W與平面的垂直距離的關係可以下述關係式表示之：h1>h2>h3。
且本實施例並不限制光源12之種類、數量及排列設置方式。就種類而言，光源12可為發光二極體封裝體、發光二極體晶片、鎢絲燈、或其他點狀或線狀的發光元件。就數量而言，雖圖面僅繪製一個光源12，但其可為單個或多個，且單個係包含多個發光晶粒封裝為一個封裝體。就排列設置方式而言，光源12可設置於對應透鏡13的中心、或呈直線、圓形、弧形、十字形、陣列或其他形狀設置。
此外，本案的透鏡13為了達到較佳的效果，亦可摻雜一些異質材料，例如可摻雜散射粒子或著色劑，以提升散射效果或改變出光顏色。
接著，以下將詳細敘述光源12所提供的光線在透鏡13中的光線傳遞方式。
請接著參考圖2、圖3A、圖3B，透鏡13具有入光部13A和出光部13B，其中入光部13A面對光源12，使得光源12所發出的光線從入光部13A進入透鏡13，並被透鏡13導引而從入光部13A出射(圖面箭頭為光線離開方向)。且本實施例的透鏡13的高度與寬度的比值介於0.1至0.6。較佳地高度與寬度的比值介於0.2至0.4之間。
詳細而言，本實施例的入光部13的中心區131可以為一弧形透鏡，且邊緣區132係圍繞中心區131設置。從圖2及圖3A可清楚理解，本實施態樣的邊緣區132的複數個相連的楔形結構W將從內向外依序配置。邊緣區132的各該楔形結構W的數目小於6，較佳地介於2到5之間，圖中係以3個為例。此處的數量，將依據產品搭配的光源以及所需的指向性作調整，一般而言，楔型結構的數量越多，整體出光的指向性更佳。
各該楔形結構W的反射面132B與下一個楔形結構W的入光面132A連接，而最內側的楔形結構W的入光面132A連接中心區131。換言之，各該楔形結構W係為相連並環繞中心區131設置。且最外側的楔形結構W的反射面132B連接入光面132A。
請繼續參照圖3A和圖3B，每一各該楔形結構W分別具有入光面132A和反射面132B。且，各該楔形結構W的入光面132A與反射面132B的連接處形成一楔角(銳角)，並夾楔角角度θ1。楔角角度θ1的範圍為8度至15度，但楔角角度θ1將依據楔形結構W而有所調整。另外，在本實施例中，最內側的楔形結構W的楔角尖端與光源12之中心及邊緣所夾的角度α1會大於最外側的楔形結構W的楔角尖端與光源中心及邊緣所夾的角度α2。
楔形結構W分別對應光源12發出的光線範圍中的部分發光角度，而各該楔型結構W所對應的發光角度相同或不同。且，楔形結構W分別對應的各發光角度是介於5度到25度之間。
且，每一各該楔形結構W的入光面132A分別接收光源12所發出的一預設角度範圍內的光線，並利用各該楔形結構W的反射面132B將所接收進來的光線進行全反射。簡言之，光源12的光線由入光面132A進入，並被反射面132B反射。
在本實施例中，每一楔形結構W負責將光源12的側邊區域的光線全反射。例如在圖3B中，最內側楔形結構W負責將發光角度β1內的側邊區域的光線進行全反射、次一級楔形結構W負責將發光角度β2內之側邊區域的光線進行全反射、而最外側的楔形結構W則負責將發光角度β3內之側邊區域的光線進行全反射。發光角度β1、β2以及β3大小可以相同或不同。
接著，請一併參考圖4A至圖4D，分別為本案發光裝置的透鏡的不同實施例的剖面示意圖。此些實施例將依據所須光發散角調整出光面的形態。
請先參考圖4A，本實施例的透鏡14亦包含入光部14A以及出光部14B，而與前述實施例相異處在於，本實施例的出光部14B為凸面。
請參考圖4B，本實施例的透鏡15亦包含入光部15A以及出光部15B，而與前述實施例相異處在於，本實施例的出光部15B為曲面、波浪面或是不規則面。
請參考圖4C，本實施例的透鏡16亦包含入光部16A以及出光部16B，而與前述實施例相異處在於，本實施例的出光部14B為凹面。
請參考圖4D，本實施例的透鏡17亦包含入光部17A以及出光部17B，而與前述實施例相異處在於，本實施例的出光部17B的側面為梯型，且相對中心區處為一平坦面。且使實施態樣更可具有複數個微結構171，且入光部17A或出光部17B至少部分具有該些微結構171。
其微結構的形成方式可為浮雕花樣(embossment)、噴砂霧化、鑄型法、切削式、蝕刻式或印刷式等方式於入光部17A或出光部17B 上形成複數呈預定圖像分布之凹點、凸點或V型凹槽。
最後，請參考圖5，其為本案發光裝置的透鏡的立體示意圖。此處將例示一種可將本發明所提供的透鏡應用於日光燈、條狀燈具、燈箱以及背光模組的一種實施例。
前述實施例所揭露的楔形結構W為環狀楔形結構，然而隨著中心區的形狀改變，楔形結構的外型也會改變。詳言之，本實施例的邊緣區182是設置於中心區181的二側。中心區181可以是一長條形的結構，因此位於中心區181兩側的邊緣區182的楔形結構也會為長條形的結構，並且邊緣區182的楔形結構W1可以不互相連接。
綜上所述，本發明透過將透鏡的入光部對應光源設置了中心區和邊緣區，且邊緣區更具有複數個楔形結構，透過各該楔形結構可有提供與習知發光裝置相同的準直聚光、均勻散熱的效果的情況下更薄的透鏡以及發光裝置。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本案之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧發光裝置
10‧‧‧底板
12‧‧‧光源
13A‧‧‧入光部
13B‧‧‧出光部
131‧‧‧中心區
132‧‧‧邊緣區
132A‧‧‧入光面
132B‧‧‧反射面
θ1‧‧‧楔角角度
W‧‧‧楔形結構
h1、h2、h3‧‧‧垂直距離

Claims (13)

  1. 一種發光裝置，包括：一光源，發出的光線分為一主區域光線和一側邊區域光線；以及一透鏡，具有一出光部和一入光部，而該入光部具有一容置空間，該光源設置於該容置空間，且該入光部具有一中心區和一邊緣區，其中該中心區係接收該主區域光線，而該邊緣區連接該中心區且對應該側邊區域光線，該邊緣區並具有複數個相連的楔形結構，由內向外依序排列，而各該楔形結構具有一入光面以及一反射面，其中該側邊區域光線由各該楔形結構的該入光面入射，且被各該入光面對應的該反射面所反射，並從該出光部出射，其中各該楔形結構與設置該光源的一平面的垂直距離，會隨著各該楔形結構與該中心區的距離增加而減少，且各該楔形結構對應該光源的一發光角度是介於5度到25度之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該邊緣區的各該楔形結構的數量小於6。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該光源為發光二極體晶片或發光二極體封裝體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該透鏡的高度與寬度的比值介於0.1至0.6。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該邊緣區設置於該中心區的二側，且該中心區以及該邊緣區的該些楔形結構為長條形的結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該透鏡的更包括複數個微結構，且該入光面或該出光面至少部分具有該些微結構。
  7. 一種透鏡，接收一光源所發出的光線，而該光源所發出的光線分為一主區域光線和一側邊區域光線，而該透鏡包括：一出光部；以及一入光部，具有一容置空間，以容置該光源，且該入光部具有：一中心區，與該容置空間對應設置；以及一邊緣區，連接該中心區，並具有複數個相連的楔形結構，由內向外依序排列，而各該楔形結構具有一入光面及一反射面， 其中該側邊區域光線由各該楔形結構的該入光面入射，且被各該入光面對應的該反射面所反射，並從該出光部出射，其中各該楔形結構與設置該光源的一平面的垂直距離，會隨著各該楔形結構與該中心區的距離增加而減少，且各該楔形結構對應該光源的一發光角度是介於5度到25度之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的透鏡，其中該邊緣區的楔形結構的數目小於6。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的透鏡，其中該出光部係平面、曲面、凹面或是不規則面。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的透鏡，其中該中心區為一凸透鏡。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的透鏡，其中該透鏡的高度與寬度的比值介於0.1至0.6。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的透鏡，其中該邊緣區設置於該中心區的二側，且該中心區以及該邊緣區的該些的楔形結構為長條形的結構。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的透鏡，其中該透鏡的更包括複數個微結構，且該入光面或該出光面至少部分具有該些微結構。
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