TWM508646U - 軸對稱發光之ｌｅｄ球泡燈 - Google Patents

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Chih-Hsien Wu
Sen-Yuh Tsai
Chun-Chieh Huang
Yu-Chang Chen
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Unity Opto Technology Co Ltd
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Description

軸對稱發光之LED球泡燈
本創作係關於LED球泡燈領域，尤其是一種具有高發光均勻度與大角度照射範圍之軸對稱發光之LED球泡燈。
現行鑒於LED之高效能、高演色性、環保、節能及使用壽命長等諸多優點，使各界皆趨向以LED做為發光源製造各式照明燈具。
以照明球泡燈為例，早期之球泡燈係為採用鎢絲做為發光源，透過通電利用電阻將鎢絲加熱至白熾以發出光線進行照明，該種球泡燈之發光特性係近似為點光源，因此當其進行照明時係可達到360度全周光之發光效能。如前述，現今採用LED作為燈具光源已為趨勢，惟當前之LED球泡燈，於球泡燈內之光源多半設計為發光面朝上並與發光角度垂直，但同時因球泡燈之外形結構對光會產生遮蔽效果，因此致使習用LED球泡燈之發光角度不夠大，並多呈現光線過於集中以及具狹隘發光角度之態樣，且亦受限於LED之發光角度與總出光流明等特性限制，使習用LED球泡燈無法如同傳統白熾燈具有極為均勻與廣角發光之光線達到全周光之均勻照明效果。故LED球泡燈仍須致力朝向提升照射角度與光線均勻度之目標進行設計與改善，以使LED球泡燈可提供更佳之照明效能。
因此，為了改善利用LED球泡燈之發光效能，當前相關業者係多採用立體光源之設置方式，以提升LED球泡燈的照射角度，使之可 更趨向鎢絲燈之全周光照明態樣。如第1~4圖，其係為目前市面常見之各類LED球泡燈1。圖1所示之LED球泡燈1，其係採用將LED光源10直立設置之方式，直接對四周發光希冀可增大出光角度；圖2所示之LED球泡燈1，亦採將LED光源10直立設置，並相較於圖1之LED球泡燈1，其係提升LED光源10之設置數量使其形成更多面向之立體光源以產生更多角度之出光；圖3所示之LED球泡燈1，則是利用電路基板11之多角度拼裝，以供其上LED光源10之光線可射向各角度；圖4所示則是於LED光源10上方增加一二次光學透鏡12，以達到擴大照射角度形成全周光照明之目的。惟，如上述各種方式，皆可見相較於傳統發光面朝上之LED球泡燈，在調整LED光源10設置方向時須重新設計與考量，甚連同用以安裝LED光源10之區域亦須重新設計，且如圖1之LED球泡燈1，明顯可見其僅具有二個LED光源10設置區域，因此仍有光線無法到達之照射角度。再者，如圖2及3之LED球泡燈1，其亦為目前相當常見之立體光源設計方式，為了提升LED光源10之出光角度，必須增加LED光源10的設置數量，相對地用以設置LED光源10的支架或電路基板12之數量亦須隨之提升，因此係大幅增加了製造與組裝成本。且雖皆屬立體光源，但如前述，LED球泡燈1之外型亦會影響LED光源10之發光角度，故針對相異之LED球泡燈1則需逐一設計符合出光角度之支架或電路基板11。此外，如圖4，亦有業者採用於LED光源10外增設二次光學透鏡12之方式，使光線透過二次光學透鏡12擴大照射角度，此種方式則需另於LED球泡燈1設置其餘元件，而提升了製造成本與組裝時間。
因此，當前為了提升LED球泡燈之出光角度與均勻度所採 用的方式，係大幅提升製造上所需成本，以及組裝時間與設計難易度等，雖似可略為解決LED球泡燈於發光效能方面的問題，惟實際上仍存有多項缺失。故本創作人係構思一種軸對稱發光之LED球泡燈，希冀可有效解決習用LED球泡燈問題，進一步提升平面發光之LED球泡燈照射角度與發光均勻度，免除繁複之光源設置方式並降低生產成本。
本創作之一目的，旨在提供一種軸對稱發光之LED球泡燈，其係可調整發光面向上之LED出光角度，並均勻化整體光線均勻度，以提供極佳之類全周光之廣角發光角度與照射光線均勻度。
為達上述目的，本創作之一種軸對稱發光之LED球泡燈，具有一燈罩、一基板及一連接座，該基板設置於該連接座上，且該基板上設置有複數個LED發光源；又該燈罩端緣係與該連接座連接設置而使該基板被罩設於該燈罩內，其特徵在於：該燈罩之厚度並非一致，且該燈罩頂部厚度係相對大於該燈罩側邊厚度，供該等LED發光源設於空間中一極座標原點位置且該等LED發光源之照明指向朝該極座標0度方向時，當該等LED發光源之光線通過該燈罩後可得在該極座標位置135度至180度間之光通量，至少為5%之該等LED發光源的總光通量；以及在該極座標位置0度至135度間至少90%之一空間位置光強度I，相較於該極座標位置0度至135度間之一平均發光強度Iavg ，滿足(|I-Iavg /Iavg )<25%之關係式。
其中，於極座標+30度至-30度範圍內之該燈罩厚度相對於極座標+90度至+30度範圍內以及-90度至-30度範圍內之該燈罩厚度，其比例為(1.8~3)：1，於此比例範圍內，係可使本創作於同時符合最佳之發光均 勻度與廣角照射角度條件外，更可達到最佳之照明效能。
此外，該燈罩內面之剖面邊緣線係可呈弧線，或為具有複數 轉折點之一曲線，且該曲線係左右對稱等態樣，且該燈罩內面頂端至該基板距離為50mm~60mm，及該燈罩外圍最大寬度距離為58mm~70mm。
綜上所述，本創作之軸對稱發光之LED球泡燈，係有效地 提升利用LED作為光源之球泡燈的發光效能，藉由非均厚之該燈罩降低LED發光源於特定角度產生之過強光線，使球泡燈於預定出光角度之光線更趨均勻並且具有更廣闊之照射角度。
【習知技藝】
1‧‧‧LED球泡燈
10‧‧‧LED光源
11‧‧‧電路基板
12‧‧‧二次光學透鏡
【本創作】
2‧‧‧軸對稱發光之LED球泡燈
20‧‧‧燈罩
21‧‧‧基板
211‧‧‧LED發光源
22‧‧‧連接座
23‧‧‧供電元件
L‧‧‧燈罩內面頂端至基板距離值
W‧‧‧燈罩外圍最大寬度
第1圖，為習用LED球泡燈之示意圖(一)。
第2圖，為習用LED球泡燈之示意圖(二)。
第3圖，為習用LED球泡燈之示意圖(三)。
第4圖，為習用LED球泡燈之示意圖(四)。
第5圖，為本創作較佳實施例之組裝立體示意圖。
第6圖，為本創作較佳實施例之極座標空間示意圖。
第7圖，為本創作較佳實施例之組裝剖面示意圖。
第8圖，為本創作較佳實施例燈罩厚度比例為1：1時之光形圖。
第9圖，為本創作較佳實施例燈罩厚度比例為1.7：1時之光形圖。
第10圖，為本創作較佳實施例燈罩厚度比例為1.8：1時之光形圖。
第11圖，為本創作較佳實施例燈罩厚度比例為3：1時之光形圖。
第12圖，為本創作較佳實施例燈罩厚度比例為3.1：1時之光形圖。
為使 貴審查委員能清楚了解本創作之內容，謹以下列說明 搭配圖式，敬請參閱。
請參閱第5、6及7圖，其係為本創作較佳實施例之組裝立 體示意圖、極座標空間示意圖及組裝剖面示意圖。本創作之一種軸對稱發光之LED球泡燈1，具有一燈罩20、一基板21及一連接座22，該基板21設置於該連接座22上，且該基板21上設置有複數個LED發光源211，供以作為光線來源，於該連接座22中並設有一供電元件23以提供電力予該等LED發光源211，又該燈罩20端緣係與該連接座22連接設置而使該基板21被罩設於該燈罩20內。
該軸對稱發光之LED球泡燈2之特徵在於，該燈罩20之厚 度並非一致，且該燈罩20頂部厚度係相對大於該燈罩20側邊，使該燈罩20呈現非均厚之態樣，供該等LED發光源211設於空間中一極座標原點位置且該等LED發光源211之照明指向朝該極座標0度方向時，當該等LED發光源211之光線通過該燈罩後可得在該極座標位置135度至180度間之光通量，至少為5%之該等LED發光源的總光通量；以及在該極座標位置0度至135度間至少90%之一空間位置光強度I，相較於該極座標位置0度至135度間之一平均發光強度Iavg ，滿足(|I-Iavg |/Iavg )<25%之關係式，藉此使該軸對稱發光之LED球泡燈2之發光狀態具有更佳之均勻度與照射廣度，以達類全周光之發光效果。其中，當該燈罩20之厚度越大，其造成光線反射之效果越佳，亦即更可達到近全周光之照明效果，但相對地該等LED發光源211投射出該燈罩20之發光強度及亮度亦會減弱，因此，該等LED發光源 211之光線係隨該燈罩20之厚度提升而產生漸弱之發光強度及趨向廣闊之照射角度，反之，隨該燈罩20之厚度減少而產生漸強之發光強度及趨向狹隘之照射角度，可知光線之呈現係因應該燈罩20厚度而具有趨向式之改變。因此，經由對該燈罩20厚度之調整即可改變該等LED發光源211之發光角度與強度，惟若想在符合上述光通量與發光強度之要求下，使該軸對稱發光之LED球泡燈2具有更佳之照明效果，係可進一步定義該燈罩20之厚度比例。
以下為針對該燈罩20之厚度於極座標+30度至-30度範圍相 對極座標+90度至+30度範圍內以及-90度至-30度範圍內之各厚度比例(以下簡稱為該燈罩20厚度比例)進行光學實驗後所得數據。且經實驗後可得於極座標+30度至-30度範圍內之該燈罩20厚度相對於極座標+90度至+30度範圍內以及-90度至-30度範圍內之該燈罩20厚度，其比例為(1.8~3)：1時，係可同時符合上述對於光通量與發光強度之限定，並使該軸對稱發光之LED球泡燈2得到類全周光之發光效能與發光均勻度。
首先，針對發光強度是否滿足(|I-Iavg |/Iavg )<25%此一關係式進 行反覆光學實驗，其結果如表1-1至表1-5所示。表1-1至表1-5係依據如第6圖所示之極座標位置點(γ,c)進行各光強度量測並與該平均發光強度Iavg 計算後之數值。
表1-1為該燈罩20之厚度比例介於1：1時之實驗數據，顯 示於該極座標位置0度至135度各該空間位置發光強度I與該平均發光強度Iavg 之(|I-Iavg |/Iavg )數值；表1-2為該燈罩20之厚度比例介於1.7：1時之實驗數據，顯示於該極座標位置0度至135度各該空間位置發光強度I與該平均發 光強度Iavg 之(|I-Iavg |/Iavg )數值；表1-3為該燈罩20之厚度比例介於1.8：1時之實驗數據，顯示於該極座標位置0度至135度各該空間位置發光強度I與該平均發光強度Iavg 之(|I-Iavg |/Iavg )數值；表1-4為該燈罩20之厚度比例介於3：1時之實驗數據，顯示於該極座標位置0度至135度各該空間位置發光強度I與該平均發光強度Iavg 之(|I-Iavg |/Iavg )數值；表1-5為該燈罩20之厚度比例介於3.1：1時之實驗數據，顯示於該極座標位置0度至135度各該空間位置發光強度I與該平均發光強度Iavg 之(|I-Iavg |/Iavg )數值，其中各表內之(|I-Iavg |/Iavg )數值單位為%。
綜合上述表1-1~表1-5，並將上述各厚度比例之實驗結果結 合如表2。由表2可知：當該燈罩20厚度之比例為1：1時，未符合(|I-Iavg |/Iavg )<25%之空間座標點個數為156，係佔總空間座標點個數16.68%，因此未達位於該極座標位置0度至135度間至少90%之座標點符合該關係式之要求；當該燈罩20厚度之比例為1.7：1時，未符合(|I-Iavg |/Iavg )<25%之空間座標點個數為96，係佔總空間座標點個數10.26%，因此未達位於該極座標位置0度至135度間至少90%之座標點符合該關係式之要求；當該燈罩20厚度之比例為1.8：1時，未符合(|I-Iavg |/Iavg )<25%之空間座標點個數為62，係佔總空間座標點個數6.63%，因此係已達位於該極座標位置0度至135度間至少90%之座標點符合該關係式之要求；當該燈罩20厚度之比例為3：1時，未符合(|I-Iavg |/Iavg )<25%之空間座標點個數為17，係佔總空間座標點個數1.81%，因此係已達位於該極座標位置0度至135度間至少90%之座標點符 合該關係式之要求；當該燈罩20厚度之比例為3.1：1時，未符合(|I-Iavg |/Iavg )<25%之空間座標點個數為145，係佔總空間座標點個數15.5%，因此未達位於該極座標位置0度至135度間至少90%之座標點符合該關係式之要求。
除了針對該極座標位置0度至135度中之各該空間位置光強 度I之數值進行量測，並與該極座標位置0度至135度間之該平均發光強度Iavg 進行計算而得之相對關係數值外，本創作亦針對該軸對稱發光之LED球泡燈2之該等LED發光源211位於該極座標位置135度至180度間之光通量進行測量，並與該等LED發光源211之總光通量值進行運算，以獲得於該極座標位置135度至180度間佔總光通量之累加百分比數值。以下同樣針對該燈罩20之各厚度比例進行實驗，結果如表3-1至表3-5所示。表3-1係為該燈罩20厚度比例為1：1之實驗結果；表3-2為該燈罩20厚度比例為1.7：1之實驗結果；表3-3為該燈罩20厚度比例為1.8：1之實驗結果；表3-4為該燈罩20厚度比例為3：1之實驗結果；表3-5為該燈罩20厚度比例為3.1：1之實驗結果。其中，γ(。)係表示該極座標位置之角度；Average I(cd)為每一角度位置之平均發光強度，其單位為燭光(cd)；Zonal F(lm)為每一角度位置之區域光通量，其單位為流明(lm)；Sum F(lm)為每一角度位置依序累加後之光通量，其單位為流明(lm)；Eff Fiux(%)為每一角度位置之光通量相 對總光通量所佔比例，其單位為百分比(%)；Eff Sum(%)為每一角度位置之光通量相對總光通量所佔比例之累加值，其單位為百分比(%)。
由表3-1至表3-5中每一角度位置之光通量相對總光通量所 佔比例之累加值欄位之數值可知，當該燈罩20厚度比例為1：1時，該軸對稱發光之LED球泡燈2位於該極座標位置135度至180度，其光通量約略為該等LED發光源211總光通量之6.431%；當該燈罩20厚度比例為1.7：1時，該軸對稱發光之LED球泡燈2位於該極座標位置135度至180度，其 光通量約略為該等LED發光源211總光通量之7.372%；當該燈罩20厚度比例為1.8：1時，該軸對稱發光之LED球泡燈2位於該極座標位置135度至180度，其光通量約略為該等LED發光源211總光通量之7.699%；當該燈罩20厚度比例為3：1時，該軸對稱發光之LED球泡燈2位於該極座標位置135度至180度，其光通量約略為該等LED發光源211總光通量之8.379%；及當該燈罩20厚度比例為3.1：1時，該軸對稱發光之LED球泡燈2位於該極座標位置135度至180度，其光通量約略為該等LED發光源211總光通量之8.733%。然而，雖在光通量測試項目，該燈罩20厚度比例在1：1、1.7：1、1.8：1、3：1及3.1：1之條件下，皆可達到於該極座標位置135度至180度時之光通量為該等LED發光源211之總光通量的5%，但本創作之技術特徵在於該軸對稱發光之LED球泡燈2除了達到於該極座標位置135度至180度時之光通量為該等LED發光源211之總光通量的5%之發光亮度外，並同時使該軸對稱發光之LED球泡燈2於該極座標位置0度至135度間至少90%之該空間位置光強度I滿足(|I-Iavg |/Iavg )<25%之關係式。因此，結合前述之實驗結果，該燈罩20之厚度比例於1：1、1.7：1及3.1：1時，仍不符本發明所欲達到之照明效果。
請一併參閱第8~12圖，其係分別為依據實驗結果所繪製之 各光形圖，圖中係顯示該軸對稱發光之LED球泡燈2顯示該極座標位置0度與180度剖面之光強分布，以及該極座標位置90度與270度剖面之光強分布，於圖8~12中，分別以LA 表示該極座標位置0度與180度組成之平面中所形成之光曲線，LB 表示該極座標位置90度與270度組成之平面中所形成之光曲線。圖8係為該燈罩20之厚度比例為1：1之光形圖，圖9為該 燈罩20之厚度比例為1.7：1之光形圖，圖10該燈罩20之厚度比例為1.8：1之光形圖，圖11為該燈罩20之厚度比例為3：1之光形圖，圖12為該燈罩20之厚度比例為3.1：1之光形圖。由該些光形圖係可得知，當該燈罩20厚度比例為1.8：1及3：1時，係兼具最佳光線照射廣度與均勻度，使以LED作為光源之LED球泡燈更可達類全周光之照明效果。因此為了使本創作可達成全周光之照明效能，並同時維持一定之發光強度，結合上述實驗結果，係限定於極座標+30度至-30度範圍內之該燈罩20厚度相對於極座標+90度至+30度範圍內以及-90度至-30度範圍內之該燈罩20厚度，其比例為(1.8~3)：1，使該軸對稱發光之LED球泡燈2於符合上述光通量與發光強度之條件外，更可達最佳發光效率與均勻性。
其中，較佳者，該燈罩20內面之剖面線邊緣可為弧線，或 呈具有複數轉折點之一曲線，且該曲線係左右對稱，於本實施例中，係以該燈罩20內面之剖面線邊緣為弧線示意說明。此外，該燈罩20內面頂端至該基板21之距離值L為50mm~60mm，該燈罩20外圍最大寬度值W距離為58mm~70mm。
綜上所述，本創作係針對發光面向上之LED球泡燈，藉由 非均厚之該燈罩20有效降低該等LED發光源211於特定角度之光線強度，使光線擴散以於預定出光角度達成均勻出光，以獲得均勻之發光效果及大角度照射範圍效能，有效改善現行LED球泡燈發光不均與光線角度過於集中之缺失。
惟，以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以 限定本創作實施之範圍；故在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變 化與修飾，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。
20‧‧‧燈罩
21‧‧‧基板
211‧‧‧LED發光源
22‧‧‧連接座
23‧‧‧供電元件
L‧‧‧燈罩內面頂端至基板距離值
W‧‧‧燈罩外圍最大寬度

Claims (6)

  1. 一種軸對稱發光之LED球泡燈，具有一燈罩、一基板及一連接座，該基板設置於該連接座上，且該基板上設置有複數個LED發光源；又該燈罩端緣係與該連接座連接設置而使該基板被罩設於該燈罩內，其特徵在於：該燈罩之厚度並非一致，且該燈罩頂部厚度係相對大於該燈罩側邊厚度，供該等LED發光源設於空間中一極座標原點位置且該等LED發光源之照明指向朝該極座標0度方向時，當該等LED發光源之光線通過該燈罩後可得在該極座標位置135度至180度間之光通量，至少為5%之該等LED發光源的總光通量；以及在該極座標位置0度至135度間至少90%之一空間位置光強度I，相較於該極座標位置0度至135度間之一平均發光強度Iavg ，滿足(|I-Iavg |/Iavg )<25%之關係式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之軸對稱發光之LED球泡燈，其中於極座標+30度至-30度範圍內之該燈罩厚度相對於極座標+90度至+30度範圍內以及-90度至-30度範圍內之該燈罩厚度，其比例為(1.8~3)：1。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之軸對稱發光之LED球泡燈，其中該燈罩內面之剖面邊緣線係呈弧線。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之軸對稱發光之LED球泡燈，其中該燈罩內面之剖面邊緣線係呈具有複數轉折點之一曲線，且該曲線係左右對稱。
  5. 如申請專利範圍第3或4項所述之軸對稱發光之LED球泡燈，其中該燈罩內面頂端至該基板距離為50mm~60mm。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之軸對稱發光之LED球泡燈，其中該燈罩外圍最大寬度距離為58mm~70mm。
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