TWM549303U - 發光二極體面光源燈具 - Google Patents

Description

發光二極體面光源燈具

本創作是關於發光二極體燈具。

發光二極體(light emitting diode，LED)是一種可發光的半導體元件，在通電時，其中的電子與電洞會發生複合，此時，電子自高能階掉落到低能階，就會放出光子。比起透過熱輻射發光的白熾燈泡，發光二極體的發光效率較高，具有節能環保的優點。

圖16顯示一種習知的LED燈管100。在LED燈管100中，多個LED 101在基板102上串聯成一列，並由玻璃燈罩103保護。然而，LED 101的光線會直接射出玻璃燈罩103，導致LED燈管100無法提供柔和的光線。此外，LED 101之間具有間距，導致LED燈管100的光場分布不均勻，而無法提供理想的面光源。因此，習知的LED燈管確實有改進的空間。

有鑑於此，本創作提供一種發光二極體面光源燈具，包括：一底板；四側板，其等分別設置在該底板的四邊，且垂直於該底板；多個電路板，其等對稱地設置在該底板上，且以並聯的方式電性連接；多個發光二極體，其 等設置在各電路板上，且排列成矩陣；一電源供應器，其設置在該底板上，且供電於該等發光二極體；及一霧光板，其相對於該底板而設置在該等側板上；其中，該霧光板散射該等發光二極體的光，以提供均勻面光源。

此外，在進一步的實施例中，本創作已理解到霧光板的入射面照度與出射面光出射度的非線性關係，而透過調整發光二極體的輻射通量、相鄰的發光二極體之間的間距及發光二極體與霧光板之間的垂直距離等參數，使得霧光板的光出射度為最佳者，以達到節能環保的目的。

1‧‧‧發光二極體面光源燈具

10‧‧‧底板

11‧‧‧側板

12‧‧‧孔洞

13‧‧‧插頭線

20‧‧‧電路板

21‧‧‧第一絕緣層

22‧‧‧電路層

220‧‧‧接點

23‧‧‧第二絕緣層

230‧‧‧通孔

24‧‧‧並聯電路

25‧‧‧正電源端子

26‧‧‧負電源端子

30‧‧‧發光二極體

40‧‧‧電源供應器

50‧‧‧霧光板

51‧‧‧入射面

511‧‧‧高照度區

512‧‧‧低照度區

52‧‧‧出射面

60‧‧‧框架

D‧‧‧間距

H‧‧‧垂直距離

100‧‧‧習知的LED燈管

101‧‧‧LED

102‧‧‧基板

103‧‧‧玻璃燈罩

圖1至圖4分別顯示本創作第一實施例的發光二極體面光源燈具的透視圖、爆炸圖、上視立體圖及下視立體圖。

圖5顯示本創作的發光二極體面光源燈具的電路板的剖面圖。

圖6顯示本創作的發光二極體面光源燈具的電路層的並聯電路。

圖7顯示本創作的發光二極體面光源燈具的發光二極體的投射。

圖8至圖11分別顯示本創作第二實施例的發光二極體面光源燈具的透視圖、爆炸圖、上視立體圖及下視立體圖。

圖12至圖15分別顯示本創作第三實施例的發光二極體面光源燈具。

圖16顯示習知的LED燈管。

以下將提供本創作不同實施例。可理解的是，這些實施例並非用以限制。本創作的特徵可加以修飾、置換、組合、分離及設計以應用於其他實施例。

第一實施例

圖1至圖4分別顯示本創作第一實施例的發光二極體面光源燈具1的透視圖、爆炸圖、上視立體圖及下視立體圖。請一併參照圖1至圖4。

在本實施例中，發光二極體面光源燈具1主要包括：底板10、四個側板11、四個電路板20、多個發光二極體30、電源供應器40及霧光板50。

底板10是矩形的，以利排列及安裝在天花板或牆壁中。四個側板11分別設置在底板10的四邊，且垂直於底板10。霧光板50是相對於底板10而設置在四個側板11上。因此，底板10、四個側板11及霧光板50形成容置空間。

選擇性地，可將框架60設置在四個側板11上，再將霧光板50嵌入框架60，而完成霧光板50的設置。如圖2及圖4所示，插頭線12可設置在容置空間外而自底板10的孔洞進入容置空間。底板10、側板11的材料可為陶瓷或金屬，例如鋁、銅或其等之合金，以利導熱。底板10、側板11、霧光板50的一者、多者或各者亦可具有孔洞，使得空氣可進出容置空間，以利透過空氣對流的方式散熱。圖2及圖4顯示側板11具有孔洞12。

經過測量，本創作的發光二極體面光源燈具1的溫度為攝氏25至30度，低於習知的LED燈管的溫度，足見本創作的優點。

在容置空間中，四個電路板20是固定在底板10上，排列成上下左右對稱。其等由導線41以並聯的方式互相電性連接，並連接至電源供應器40。電源供應器40可透過插頭線13連接市電。

多個發光二極體30是設置在各電路板20上，且排列成矩陣。在本實施例中，多個發光二極體30在各電路板20上是排列七行、五列的矩陣。在其他 實施例中，矩陣的行列數目可加以變化。相鄰的發光二極體30之間具有(前後或左右)間距D。發光二極體30可發出白光、暖光或綜合光。

發光二極體30具有輻射通量W。發光二極體30可朝向不同角度發光。其所發出的光可為朗伯特分布(Lambertian distribution)或高斯分布(Gaussian Distribution)。

圖5顯示本創作的發光二極體面光源燈具1的電路板20的剖面圖。各電路板20包括第一絕緣層21、電路層22及第二絕緣層23。電路板20是由第一絕緣層21固定在底板10上。電路層22是設置在第一絕緣層21上，並布置有並聯電路24(如圖6所示)，並聯電路24具有多個接點220。第二絕緣層23是設置在電路層22上，其具有多個通孔230，且發光二極體30設置在第二絕緣層22上而透過通孔230連接接點220。

以七行、五列的矩陣為例，圖6顯示本創作的發光二極體面光源燈具1的電路層22的並聯電路24。並聯電路24的正電源端子25及負電源端子26分別連接至正、負導線41。正電源端子25延伸出並聯的第一路徑、第二路徑及第三路徑；負電源端子延伸出並聯的第四路徑、第五路徑及第六路徑。第一路徑是連接第四路徑，第二路徑是連接第五路徑，而第三路徑是連接第六路徑。上述配置可便於多個發光二極體30排列成七行、五列的矩陣。較佳地，並聯電路24在各接點220所在處發生蜿蜒，以便焊接發光二極體30。

可理解的是，由於電路板30並未受到膠合封裝，而可自容置空間卸除，故若任何電路板30失效，即可隨時更換，並將失效者加以回收，如此將有助於環保。

圖7顯示本創作的發光二極體面光源燈具1的發光二極體30的投射。霧光板50會散射發光二極體30的光，以提供均勻面光源。具體而言，霧光板50包括入射面51，亦即面對發光二極體30之面，及出射面52，亦即背對發光二極 體30之面。可理解的是，發光二極體30靠近底板10，而與霧光板50之間具有垂直距離H。因此，多個發光二極體30的位置是配置成多個發光二極體30所發出的不同角度的光投射在霧光板50的入射面會發生疊加，而產生多個高照度區511及多個低照度區512。光在霧光板50中會發生散射，高照度區511的光比起低照度區512的光具有較高的散射期望值，因此，各區的光會加以均化，而在出射面52提供面光源。

值得注意的是，本創作更理解到霧光板50的入射面51照度(illuminance)E與出射面52光出射度(luminous emittance)M的非線性關係。可理解的是，照度E是定義成霧光板50的入射面51單位面積所接收的光通量，而光出射度M是定義成霧光板50的出射面單位面積所發出的光通量。這種非線性關係尚無法表達成解析解，但可以最大值表達其特性。

具體而言，決定入射面照度E的參數包括發光二極體30的輻射通量W、相鄰的發光二極體30之間的間距D及發光二極體30與霧光板50之間的垂直距離H。這是因為，照度是在特定單位面積上將各入射角的光通量進行積分而得，其中，光通量正比於輻射通量W，而入射角是間距D與垂直距離H的比值的反正切(arctangent)。

進而，如同上述，本創作已理解到霧光板50的入射面51照度E與出射面52光出射度M的非線性關係。因此，發光二極體30所發出的光通過該霧光板50的光出射度M對於輻射通量W、間距D或垂直距離H可表達成非線性函數F，且非線性函數F收斂於最大值U。這表示，非線性函數F是收斂函數，而不會無限發散。進一步地，非線性函數F至少局部地是二次函數。

可理解的是，非線性函數F的最大值U是因霧光板50的材料而定，亦即，不同材料的霧光板50具有不同最大值U。本實施例是採用聚碳酸酯板(PC板)作為霧光板50。在其他實施例中，可採用壓克力板作為霧光板50。

據此，本創作即可調整輻射通量W、間距D或垂直距離H，使得非線性函數F為最大值U。進而，本創作得到輻射通量W：間距D：垂直距離的比例關係為0.2瓦：1.5公分：3公分可使得非線性函數F為最大值U。因此，可選擇各發光二極體30的輻射通量W為0.2瓦，間距D為1.5公分，而與霧光板50的垂直距離H為3公分；或選擇各發光二極體30的輻射通量W為0.3瓦，間距D為2.25公分，而與霧光板50的垂直距離H為4.5公分，以此類推。垂直距離H較佳是0.5至5公分。

經過測量，本創作的發光二極體面光源燈具1的光出射度M為800勒克斯(勒克斯為流明/平方公尺)，符合室內照明的標準。

可理解的是，上述比例關係是重要的。為了提供面光源，必須將發光二極體排列成矩陣。若不採用上述比例關係，而採用其他比例關係，將無法最佳化面光源燈具的發光效率，如此將浪費能源，並產生廢熱。反之，若採用上述比例關係，則可提升面光源燈具的發光效率。

第二實施例

圖8至圖11分別顯示本創作第二實施例的發光二極體面光源燈具1’的透視圖、爆炸圖、上視立體圖及下視立體圖。在本實施例中，底座10呈現長條狀，以容納兩個電路板20，除此之外，其餘元件及配置皆可參考第一實施例。

第三實施例

圖12至圖15分別顯示本創作第三實施例的發光二極體面光源燈具1”的透視圖、爆炸圖、上視立體圖及下視立體圖。在本實施例中，底座10呈現長條狀，以容納三個電路板20，除此之外，其餘元件及配置皆可參考第一實施例。

綜之，本創作的發光二極體面光源燈具1可提供均勻的面光源。進一步地，本創作已理解到霧光板50的入射面照度E與出射面光出射度M的非線性關係，而透過調整各參數，使得霧光板50的光出射度M為最佳者。

儘管本創作已透過上述實施例說明，可理解的是，在不悖離本創作精神及申請專利範圍之下，可進行許多其他修飾及變化。

1‧‧‧發光二極體面光源燈具

10‧‧‧底板

11‧‧‧側板

12‧‧‧孔洞

13‧‧‧插頭線

20‧‧‧電路板

30‧‧‧發光二極體

40‧‧‧電源供應器

50‧‧‧霧光板

60‧‧‧框架

Claims (12)

1. 一種發光二極體面光源燈具，包括：一底板；四側板，其等分別設置在該底板的四邊，且垂直於該底板；多個電路板，其等對稱地設置在該底板上，且以並聯的方式電性連接；多個發光二極體，其等設置在各電路板上，且排列成矩陣；一電源供應器，其設置在該底板上，且供電於該等發光二極體；及一霧光板，其相對於該底板而設置在該等側板上；其中，該霧光板散射該等發光二極體的光，以提供均勻面光源。
2. 如請求項1所述的發光二極體面光源燈具，其中，該霧光板包括一入射面及一出射面；其中，該等發光二極體的位置是配置成該等發光二極體所發出的光投射在該入射面會發生疊加，而產生高照度區與低照度區；該霧光板透過散射將該等高照度區及該等低照度區的光加以均化，而在該出射面提供面光源。
3. 如請求項1所述的發光二極體面光源燈具，其中，該等發光二極體的輻射通量為W；該等發光二極體的相鄰者的間距為D；該霧光板與該等發光二極體之間的垂直距離為H；且該等發光二極體所發出的光通過該霧光板的光出射度對於該輻射通量W、該間距D或該垂直距離H是一道非線性函數。
4. 如請求項3所述的發光二極體面光源燈具，其中，該非線性函數是一道二次函數。
5. 如請求項4所述的發光二極體面光源燈具，其中，該非線性函數收斂於一最大值。
6. 如請求項5所述的發光二極體面光源燈具，其中，該輻射通量W、該間距D或該垂直距離H是選擇成使得該非線性函數為該最大值。
7. 如請求項6所述的發光二極體面光源燈具，其中，該輻射通量W：該間距D：該垂直距離的比例關係為0.2瓦：1.5公分：3公分。
8. 如請求項7所述的發光二極體面光源燈具，其中該垂直距離H為0.5至5公分。
9. 如請求項8所述的發光二極體面光源燈具，其中，該霧光板為一聚碳酸酯板或一壓克力板。
10. 如請求項9所述的發光二極體面光源燈具，其中，各電路板包括：一第一絕緣層；一電路層，其設置在該第一絕緣層上，並布置有一並聯電路，且該並聯電路具有多個接點；及一第二絕緣層，其設置在該電路層上，並具有多個通孔，且該等發光二極體是設置在該第二絕緣層上而透過該等通孔連接該等接點。
11. 如請求項10所述的發光二極體面光源燈具，其中，該並聯電路在各接點所在處發生蜿蜒。
12. 如請求項10所述的發光二極體面光源燈具，其中，該並聯電路包括：一正電源端子；一負電源端子； 延伸自正電源端子且並聯的一第一路徑、一第二路徑及一第三路徑；及延伸自負電源端子且並聯的一第四路徑、一第五路徑及一第六路徑；其中，該第一路徑是連接該第四路徑，該第二路徑是連接該第五路徑，而該第三路徑是連接該第六路徑。