TWM446876U - 光源模組及其光學元件 - Google Patents

Description

光源模組及其光學元件

本創作係有關於一種光學元件，尤指一種用以調整發光二極體發光之光線之光形的光學元件。

發光二極體(light emitting diode,LED)具有體積小、使用壽命長、不易破損、不含汞及省電等優點，因此逐漸地取代日光燈管與白熾燈泡的地位，被廣泛地應用於照明及裝飾等用途。

由於發光二極體本身為一種點狀光源，其所出射之光線的出射角度大，且光強度與距離的平方成反比，因此無法達到集中性的發光效果。為使得發光二極體得以提供照明所需之照射範圍及照射亮度，通常需組合多個發光二極體以形成一發光二極體的光源模組，以有效地提升照射亮度，並透過搭配一二次光學元件以有效地控制其照射角度及範圍。

配合參閱第一圖，為習知之光源模組之剖視圖。該光源模組包含一電路板10、至少一發光二極體12、一固定件14及一透鏡元件16。該發光二極體12設置於該電路板10上並與該電路板10形成電性連接。該固定件14是使用塑膠材料或金屬材料製作而成，且較佳地，該固定件14為白色或銀色等具有較佳反光效果的顏色。該固定件14包含一支撐部140及一夾持部142，該支撐部140係抵接於該電路板10，以使該固定件14可以撐立於該電路板10上；該夾持部142連接於該支撐部140，且該夾持部142內 緣的口徑大致等於該透鏡元件16的直徑，藉以將該透鏡元件16具有一預定距離地固定於該發光二極體12上方，如此一來，由該發光二極體12發出的部分光線可以直接地進入該透鏡元件16內部，其它部分光線可經由該固定件14反射後再進入該透鏡元件16內部。該透鏡元件16是用以改變通過之光線的光強度分佈，使由發光二極體12發出的寬光強度分布的光線調整為需求之窄光源分布之光型。

然而，前述之光源模組的固定件14及透鏡元件16為兩個分離且使用相異材質製成的元件，因此，其製作成本較高且增加製作及組裝難度。再者，由於固定件14及透鏡16使用不同的材料製作而成，其對應的熱膨脹係數也必定不相同，因此，當發光二極體12長時間點亮時，發光二極體12產生熱能將導致固定件14及透鏡元件16產生不同程度的膨脹，並可能導致透鏡元件16由固定件14上脫落。

鑒於先前技術所述，本創作之一目的，在於提供一種光學元件，該光學元件可重新分佈來自一寬光強度分佈之光源的光線，並輸出一窄光強度分佈的光線，以供適用於舞台照明。

本創作更提供一種具有前述光學元件的光源模組。

為達前述之一目的，本創作提供一種光學元件，該光學元件包含一本體，該本體具有一入光部、一第一導光部、一第二導光部及一出光部，該第一導光部連接於該入 光部，該第二導光部連接於該第一導光部，該出光部連接於該第二導光部，該入光部具有一凹槽，該凹槽的口徑隨著接近該第一導光部而遞減，該第一導光部的直徑隨著遠離該入光部而遞減。

為達前述之另一目的，本創作提供一種光源模組，該光源模組包含一電路板、複數發光二極體及一光學元件。該等發光二極體設置於該電路板上並與該電路板形成電性連接，該光學元件設置於該等發光二極體上，該光學元件具有一本體，該本體具有一入光部、一第一導光部、一第二導光部及一出光部，該第一導光部連接於該入光部，該第二導光部連接於該第一導光部，該出光部連接於該第二導光部，該入光部具有一凹槽，該凹槽的口徑隨著接近該導光部而遞減，該第一導光部的直徑隨著遠離該入光部而遞減。

配合參閱第二圖及第三圖，為本創作第一實施例之光學元件之一立體圖及剖視圖。該光學元件20適用於設置於複數發光二極體30上(如第四圖所示)，藉以改變該等發光二極體30所發出之光線的光強度分佈。於本實施例中，該等發光二極體30以發光二極體晶粒作為例，且發光二極體30的數量以3個為例，並可供分別產生紅色、綠色及藍色的光線，且該發光二極體30的發光角度約為120度。然而，於實際實施時，該等發光二極體30可以為其它封裝形式(如表面黏著型發光二極體)，且該等發光二極體30也可以產生其它光色；當然，該等發光二極體30也 可僅供產生單一光色。

該光學元件20具有一本體22，該本體22是使用透光材料，如：聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、合成樹脂、丙烯(acryl)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)、聚烯烴(Polyolefines)、玻璃或上述材料之組合物製作而成。

該本體22具有一入光部220、一第一導光部222、一第二導光部224及一出光部226，該第一導光部222之一端連接於該入光部220，該第一導光部222的另一端則連接於該第二導光部224，該第二導光部224相對連接該第一導光部222的另一端則連接於該出光部226；且較佳地，該入光部220、該第一導光部222、該第二導光部224及該出光部226為一體成型。

該入光部220具有朝該出光部226方向凹陷之一凹槽2202，該凹槽2202係供該等發光二極體30容置於其中，該凹槽2202具有一側壁2204及一頂壁2206，該頂壁2206連接於該側壁2204。

該凹槽2202的口徑係隨著接近該第一導光部222而遞減，使該凹槽2202的剖面大致呈倒梯形，藉以擴大通過該側壁2204進入該入光部220之光線的入射角度，以提升光線在該入光部220產生全內反射(total internal reflection)的機率，使絕大部分的光線都傳遞至該第一導光部222。

該頂壁2206係設置有複數微結構2207，該等微結構2207主要用以散射通過其上的光線，使提升通過之光線的均 勻度。其次，由該等發光二極體30發出的不同光色在通過該等微結構2207散射後，也可以達到一較佳的混光效果。於本實施例中，各該微結構2207係呈V型地凸設於該頂壁2206上，實際實施時，可依所需的散射效果以調整各該微結構2207的外型。

此外，該入光部220係朝向相反於該第一導光部222的方向延伸形成有複數個卡勾2208，該等卡勾2208貫穿用以設置該等發光二極體30之一電路板32(如第四圖所示)。於本實施例中，卡勾2208的數量以兩個為例，且該等卡勾2208呈等間距設置，藉以使該光學元件20可以平衡地撐立於該電路板32上。該光學元件20、該等發光二極體30及該電路板32係配合構成一光源模組。

復參閱第四圖，該電路板32可以為印刷電路板(printed circuit board，PCB)、金屬基電路板(metal core PCB)、陶瓷電路板或複合材料電路板(composite material PCB)，用以將該等發光二極體32產生的熱能快速導離。該電路板32具有一上表面320及相反於該上表面320之一下表面322，該等發光二極體30設置於該上表面320，該卡勾2208係卡掣於該下表面322，以使該等發光二極體30位於該電路板32及該光學元件20之間，並朝向該光學元件20的入光部220發出光線。

該第一導光部222及該第二導光部224用以接收由該入光部220向上傳遞的光線，並將該光線引導至該出光部226。該第一導光部222之直徑係隨著遠離該入光部220而遞減，如此一來，由該等發光二極體30發出之具有寬光強 度分佈的光線在通過直徑逐漸縮小的該第一導光部222後，可使得光強度分佈逐漸地縮小。

該第二導光部224的直徑係隨著遠離該第一導光部222而遞減，並且，該第一導光部222的高度H1小於該第二導光部224的高度H2(如第三圖所示)，該第二導光部224主要用以調整通過之光線的分佈角度；在本實施例中，該第二導光部224是用以更進一步地縮小通過之光線的分佈角度。

該出光部226大致呈半球狀，藉以將光線集中角度的出射，其中，由出光部226出射之光線的出射角度約為60度。

配合參閱第五圖，為本創作第二實施例之光學元件之剖視圖。在本圖示中，此光學元件20a與第一實施例的光學元件20類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於：如第五圖所示的第二導光部224a的直徑隨著遠離該第一導光部222而遞增。

同樣地，該第二導光部224a主要用以調整通過之光線的分佈角度，且在此該第二導光部224a是用以擴大通過之光線的角度，並將光線傳遞至該出光部226，使出光部226得以出射預定光型的光線。光學元件20a的各元件之功能與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件20相同，在此不予贅述。光學元件20a至少可達到與光學元件20相同的功能。當然，該光學元件20a也可以與一電路板及複數發光二極體共同組成一光源模組。

配合參閱第六圖，為本創作第三實施例之光學元件之剖 視圖。在本圖示中，此光學元件20b與第一實施例的光學元件20類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於：如第六圖所示的第二導光部224b的直徑為一定值。

同樣地，該第二導光部224b主要用以調整通過之光線的分布角度，且在此該第二導光部224b是用以維持通過之光線的角度，並將光線傳遞至該出光部226，使出光部226得以出射預定光型的光線。光學元件20b的各元件之功能與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件20相同，在此不予贅述。光學元件20b至少可達到與光學元件20相同的功能。當然，該光學元件20b也可以與一電路板及複數發光二極體共同組成一光源模組。

本創作係藉由一體成型的光學元件20、20a、20b以將發光二極體30發出的寬光強度分佈的光線調整成為窄光強度分佈的光線，如此一來，可避免發光二極體30點亮時產生的熱能而導致光源模組無法使用的情形產生，且有效地降低該光學元件20、20a、20b的製作難度。

然以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

10、32‧‧‧電路板

12、30‧‧‧發光二極體

14‧‧‧固定件

140‧‧‧支撐部

142‧‧‧夾持部

20、20a、20b‧‧‧光學元件

22‧‧‧本體

220‧‧‧入光部

2202‧‧‧凹槽

2204‧‧‧側壁

2206‧‧‧頂壁

2207‧‧‧微結構

2208‧‧‧卡勾

222‧‧‧第一導光部

224、224a、224b‧‧‧第二導光部

226‧‧‧出光部

320‧‧‧上表面

322‧‧‧下表面

H1、H2‧‧‧高度

第一圖為習知之光源模組之剖視圖。

第二圖為本創作第一實施例之光源模組之立體圖。

第三圖為本創作第一實施例之光學元件之剖視圖。

第四圖為本創作第一實施例之光源模組之剖視圖。

第五圖為本創作第二實施例之光學元件之剖視圖。

第六圖為本創作第三實施例之光學元件之剖視圖。

20‧‧‧光學元件

22‧‧‧本體

220‧‧‧入光部

2202‧‧‧凹槽

2208‧‧‧卡勾

222‧‧‧第一導光部

224‧‧‧第二導光部

226‧‧‧出光部

Claims (20)

1. 一種光學元件，包含：一本體，具有一入光部、一第一導光部、一第二導光部及一出光部，該第一導光部連接於該入光部，該第二導光部連接於該第一導光部，該出光部連接於該第二導光部，該入光部具有一凹槽，該凹槽的口徑隨著接近該第一導光部而遞減，該第一導光部的直徑隨著遠離該入光部而遞減。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該第二導光部的直徑隨著遠離該第一導光部而遞減。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該第二導光部的直徑隨著遠離該第一導光部而遞增。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該第二導光部的直徑為一定值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該入光部、該第一導光部、該第二導光部及該出光部為一體成型。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中凹槽具有一側壁及連接於該側壁之一頂壁，該頂壁設有複數微結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該入光部朝著相反於該第一導光部的方向延伸形成有複數卡勾。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學元件，其中該等卡勾呈等間距地設置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該第一導光部的高度小於該第二導光部的高度。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該出光部呈半球狀。
11. 一種光源模組，包含： 一電路板；複數發光二極體，設置於該電路板上並與該電路板形成電性連接；以及一光學元件，設置於該等發光二極體上，該光學元件具有一本體，該本體具有一入光部、一第一導光部、一第二導光部及一出光部，該第一導光部連接於該入光部，該第二導光部連接於該第一導光部，該出光部連接於該第二導光部，該入光部具有一凹槽，該凹槽的口徑隨著接近該第一導光部而遞減，該該第一導光部的直徑隨著遠離該入光部而遞減。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該第二導光部的直徑隨著遠離該第一導光部而遞減。
13. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該第二導光部的直徑隨著遠離該第一導光部而遞增。
14. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該第二導光部的直徑為一定值。
15. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該入光部、該第一導光部、該第二導光部及該出光部為一體成型。
16. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中凹槽具有一側壁及連接於該側壁之一頂壁，該頂壁設有複數微結構。
17. 如申請專利範圍第11所述之光源模組，其中該入光部朝著相反於該出光部的方向延伸形成有複數卡勾，該等卡勾貫穿該電路板並卡掣於該電路板，使該等發光二極體位於該電路板及該光學元件之間。
18. 如申請專利範圍第17項所述之光源模組，其中該等卡勾呈等間距地設置。
19. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該第一導光部的高度小於該第二導光部的高度。
20. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該出光部呈半球狀。