TWI577933B

TWI577933B - 發光裝置

Info

Publication number: TWI577933B
Application number: TW103143812A
Authority: TW
Inventors: 張維典
Original assignee: 文曄科技股份有限公司
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2017-04-11
Also published as: CN105841019A; TW201623870A

Description

發光裝置

本發明是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種側向出光之發光裝置。

在發光二極體的發光區域內，相對於光軸以較小角度出射的光線大多集中在中央區域，因而中央區域的出光強度明顯大於周圍區域的出光強度。為了增加周圍區域的光強，必須開發具有側向出光的發光裝置，以改變出光光線的出光角度。

本發明係有關於一種發光裝置，可以改變出光光線的出光角度。

根據本發明之一方面，提出一種發光裝置，包括一發光元件以及一光學透鏡。光學透鏡具有容納發光元件之一凹槽、一中心線以及一對稱於中心線的透鏡本體。透鏡本體的上表面往中心線凹陷，且具有一第一曲面以及一第二曲面，第一曲面的曲率中心與第二曲面的曲率中心位於上表面的相異側。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧發光裝置

110‧‧‧發光元件

120‧‧‧光學透鏡

121‧‧‧透鏡本體

121b‧‧‧底面

121b1、121b2‧‧‧粗糙面

121c‧‧‧外圓周表面

121s1‧‧‧入光側面

121s2‧‧‧入光頂面

121s3‧‧‧入光平面

121u‧‧‧外表面

121u1‧‧‧內凹曲面

121u2‧‧‧出光平面

121r‧‧‧凹槽

140‧‧‧電路板

C1‧‧‧中心線

P1‧‧‧第一交點

P2‧‧‧曲率轉折點

P3‧‧‧發光點

C3、C4‧‧‧連線

A1、A2‧‧‧出光角度

A3、A4、A5‧‧‧夾角

L1‧‧‧第一光束

L2‧‧‧第二光束

S1‧‧‧第一曲面

S2‧‧‧第二曲面

f1、f2‧‧‧曲率半徑

O1、O2‧‧‧曲率中心

第1圖繪示依照本發明一實施例之發光裝置的示意圖。

第2圖繪示光學透鏡的第一曲面與第二曲面的曲率設計。

第3圖繪示出光角度與出光強度的關係曲線。

第4A及4B圖繪示應用於本發明一實施例中之光學透鏡的示意圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之發光裝置100的示意圖。發光裝置100包括一發光元件110以及一光學透鏡120。光學透鏡120具有容納發光元件110之一凹槽121r、一中心線C1以及一對稱於中心線C1的透鏡本體121。發光元件110例如是配置於電路板140上的發光二極體。發光元件110設於光學透鏡120的凹槽121r中，使發光元件110所發射光線可穿透光學透鏡120並經由光學透鏡120折射及反射而出光，進而產生對應的光學效果，如改變出光光線的出光角度。

凹槽121r包括入光側面121s1及入光頂面121s2，其中入光側面121s1與入光頂面121s2相交於第一交點P1(以剖面來看是交於一點，實際上是相交於一線)。中心線C1與發光元件相交於一發光點P3。發光點P3與第一交點P1的連線C3相對底面121b的夾角為A3。夾角A3的角度可依據最大出光角度所需要的光強而定，例如介於2~33度之間。

本實施例中，凹槽121r的入光側面121s1連接於入光頂面121s2，且從底面121b往入光頂面121s2的方向實質上垂直地延伸。另一實施例中，入光側面121s1可相對底面121b傾斜。

此外，凹槽121r更包括一入光平面121s3，從第1圖的上方往下方看時，入光平面121s3位於凹槽121r的最頂端。中心線C1通過入光平面121s3。由於發光元件110的光軸大致上與中心線C1重合，使沿光軸行進的光線可入射至入光平面121s3。此外，由於入光平面121s3的平面設計，使沿光軸行進的光線可通過入光平面121s3而穿透透鏡本體121，然後經由出光平面121u2出光。

如第1圖所示，透光本體121的上表面121u往中心線C1凹陷而形成二內凹曲面121u1。出光平面121u2位於二內凹曲面121u1的最底部，且此二內凹曲面121u1對稱於中心線C1。由於上表面121u採內凹曲面輪廓設計，可使出光的第一光束L1的出光角度A1與第二光束L2的出光角度A2控制在+/-90度左右。就曲面的斜率而言，上表面121u的斜率從中心線C1往遠離中心線C1的方向漸小，可使第二光束L2的出光角度A2相對於第一光束L1的出光角度A1擴大。此外，上表面121u可以由曲面、平面或其組合所建構。只要可以使折射光線的出光角度擴大即可，本發明實施例並不限定上表面的輪廓。

在一實施例中，透光本體121的上表面121u具有第一曲面S1以及第二曲面S2，第一曲面S1位於上表面121u的內側，相對靠近中心線C1，而第二曲面S2位於上表面121u的外側，相對遠離中心線C1。第一曲面S1與第二曲面S2連接，且第一曲面S1與第二曲面S2連接處具有一曲率轉折點P2(以剖面來看是交於一點，實際上是相交於一線)。發光點P3與曲率轉折點P2的連線C4相對於發光點P3與第一交點P1的連線C3具有一夾角A4。夾角A4的角度可依據第一光束L1/第二光束L2所需要的出光角度而定，夾角A4例如介於27~77度之間，較佳角度可為57度。此外，透光本體121的上表面121u與外圓周表面121c交會處的夾角A5可介於5~85度之間。

請參照第2圖，其繪示第一曲面S1與第二曲面S2的曲率設計。以第一曲面S1上的任一線段畫圓，可得到曲率半徑為f1的圓弧，接著，以第二曲面S2上的任一線段畫圓，可得到曲率半徑為f2的圓弧。由圖可得知，第一曲面S1的曲率中心O1與該第二曲面S2的曲率中心O2位於相異側。此外，第一曲面S1上任一線段的曲率半徑可以小於第二曲面S2上任一線段的曲率半徑。在一實施例中，第一曲面S1可為一非球形曲面，例如為拋物面，且第一曲面S1具有複數個曲率半徑，此些曲率半徑往中心線C1依序遞減。另外，第二曲面S2可為一非球形曲面，例如為拋物面，且第二曲面S2具有複數個曲率半徑，此些曲率半徑往中心線C1依序遞減，最後與第一曲面S1交會於曲率轉折點P2。

如第1圖所示，出光光線包括第一光束L1及第二光束L2，其中第一光束L1經由透鏡本體121的第一曲面S1全反射而出光，第二光束L2經由透鏡本體121的第二曲面S2全反射而出光。第一光束的出光角度A1相對於中心線C1小於或等於+/-90度，以增加透鏡周邊區域的光強。此外，第二光束的出光角度A2相對於中心線大於或等於+/-90度，以增加透鏡周邊區域的光強。

在一實施例中，第一光束L1與第二光束L2並非平行出光。因此，第一光束L1與第二光束L2彼此交會，且在相對於中心線C1的出光角度為+/-90度的區域具有最大中心光強。請參照第3圖，其繪示出光角度與出光強度的關係曲線。比較最大中心光強兩側的斜率可知，中心光強內側斜率相對小於中心光強外側斜率，使得內側斜率相對平緩，而外側斜率相對陡直，因此出光強度呈現非對稱分佈。

請參照第4A及4B圖，其繪示應用於本發明一實施例中之光學透鏡120的示意圖。在第4A圖中，光學透鏡120的凹槽120r附近的底面121b例如以噴砂處理形成一粗糙面121b1，此粗糙面121b1為環狀，分佈範圍約5~12釐米寬，粗糙度Rz約為2~50微米左右。另外，在第4B圖中，光學透鏡120的外圓周表面121c附近的底面120r亦可以噴砂處理形成另一粗糙面121b2，此粗糙面121b2為環狀，分佈範圍約5~12釐米寬，粗糙度Rz約為2~50微米左右。上述的粗糙面可使光線在經由底面反射時，補強暗帶區域的光強或縮小暗帶區域的範圍，以提昇正向出光的均勻性。上述暗帶區域的範圍可大於光學透鏡120的最大外徑，然亦可小於光學透鏡120的最大外徑。在一實施例中，暗帶區域的直徑與光學透鏡120之外徑的比值，如介於0.8至1.5之間的任意數值。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。