CN102809103A - 可变焦式发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变焦式发光装置，其包括：光源模组，包括复数个半导体发光单元；以及变焦模组，配置在该光源模组的一侧，该变焦模组包括一电路板及设置在该电路板上的复数个液态透镜；其中，该液态透镜包括第一液体与第二液体，该第一液体与该第二液体之间具有一液体介面，该液态透镜与该半导体发光单元对应设置，该液态透镜藉由该电路板施加电压的不同而产生不同的该液体介面的曲率，从该半导体发光单元发出的光线射入对应的该液态透镜，并依据该液体介面的曲率，改变该光线射出该液态透镜后的角度。利用本发明的可变焦发光装置，不仅能够达到改变照明范围和照明角度的功能，同时也更有利于整个装置在体积上的小型化、薄型化。

Description

可变焦式发光装置

技术领域

本发明是关于一种发光装置，尤其是一种可变焦式的发光装置。

背景技术

发光装置在日常生活上是非常普遍的，尤其是可改变照明范围的发光装置，例如舞台灯、展示灯、车灯、警示灯或集鱼灯等等。一般改变照明范围的方式通常是以复数个透镜组合来达成光学变焦的方式，通过调整透镜组之间的相对位置，产生不同的照明范围，但这种利用透镜组进行光学变焦的方式，需要较大的容置空间供机构元件及透镜组相互移动，不易做到微小化或薄型化的设计。此外，由于机构元件及透镜组在发光装置上配置完成后，通常只能通过光学变焦的方式改变发光装置出光面的照明范围，不易随使用者的需求调整照明方向的角度，对于有变换照明角度需求的发光装置，例如主动式转向车灯，需要更多的可转动机构元件、控制器及马达，利用马达驱动可转动机构元件使透镜组转动而改变角度，这些增加的元件使的整个照明装置需要更大的容置空间，如此一来，同时具有改变照明范围及照明角度的光学装置更不容易做到微小化或薄型化的设计。

发明内容

为了使得光学装置能够做到微小化和薄型化，但同时又能兼顾其可以改变照明范围及照明角度的功能，本发明特此提供了一种可变焦的发光装置。

本发明公开了一种可变焦式发光装置，其特征在于包括：光源模组，包括复数个半导体发光单元；以及变焦模组，配置在该光源模组的一侧，该变焦模组包括一电路板及设置在该电路板上的复数个液态透镜；

其中，该液态透镜包括第一液体与第二液体，该第一液体与该第二液体之间具有一液体介面，该液态透镜与该半导体发光单元对应设置，该液态透镜藉由该电路板施加电压的不同而产生不同的该液体介面的曲率，从该半导体发光单元发出的光线射入对应的该液态透镜，并依据该液体介面的曲率，改变该光线射出该液态透镜后的角度。

优选的，该变焦模组更包括一固态透明材料层，配置在该电路板的第一表面上，或配置在该电路板相对于该第一表面的第二表面上。

更进一步的，该固态透明材料层的基材由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酸酯、三醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯及聚氨酯等材质中的任意一种或者多种的组合制成。

更进一步的，该固态透明材料层具有复数个透明材料结构，配置在对应该复数个半导体发光单元与该复数个液态透镜的位置，其中该透明材料结构采用矩形凹口结构、凹透镜结构或凸透镜结构。

更进一步的，该透明材料结构为矩形凹口结构并配置在该电路板朝向该液态透镜的该第一表面上，该矩形凹口结构的凹口朝向该液态透镜，且该矩形凹口结构的底表面与该液态透镜之间具有一第一距离。

更进一步的，该透明材料结构为矩形凹口结构并配置在该电路板的该第二表面上，该矩形凹口结构的凹口朝向该半导体发光单元，且该矩形凹口结构的底表面与该半导体发光单元之间具有一第二距离。

在所述的可变焦式发光装置中，优选的，该电路板为具有复数个电极线路的透明电路板，以使从该半导体发光单元发出的光线穿过该电路板后射入对应的该液态透镜。

更进一步的，该电路板具有复数个穿孔与复数个电极线路，该液态透镜设置在该穿孔位置且电连接该电极线路，以使从该半导体发光单元发出的光线穿过该电路板的该穿孔后射入对应的该液态透镜。

更进一步的，该光源模组更包括一板型散热器，该半导体发光单元设置在该板型散热器的第一表面上，且提供电源给该半导体发光单元的电极线设置在该板型散热器的该第一表面上。

在所述的可变焦式发光装置中该液态透镜具有相对设置的第一透镜电极端与第二透镜电极端，该电路板包括复数个电极线路，该些电极线路中的一对系各别耦接至该第一透镜电极端与该第二透镜电极端，该液态透镜的该液体介面曲率的改变是藉由该电极线路提供不同的偏压予以控制。

更进一步的，该液态透镜具有相对设置的第一透镜电极端与第二透镜电极端，该电路板包括对应该复数个液态透镜的复数个电路单元，该电路单元包括：第一扫描线；第一数据线；第一电晶体，具有第一闸极、第一源极与第一汲极，其中该第一闸极耦接至该第一扫描线，该第一源极耦接至该第一数据线；第一电容，具有相对的第一电容电极端与第二电容电极端，其中该第一电容电极端耦接在该第一透镜电极端与该第一汲极之间，该第二电容电极耦接至一公共电极；第二扫描线；第二数据线；第二电晶体，具有第二闸极、第二源极与第二汲极，其中该第二闸极耦接至该第二扫描线，该第二源极耦接至该第二数据线；以及第二电容，具有相对的第三电容电极端与第四电容电极端，其中该第三电容电极端耦接在该第二透镜电极端与该第二汲极之间，该第四电容电极端耦接至该公共电极，

其中，该液态透镜的该液体介面曲率的改变是藉由对应的该第一扫描线的扫描信号、该第一数据线的数据信号、该第二扫描线的扫描信号与该第二数据线的数据信号所产生的不同偏压予以控制。

与现有技术相比，利用本发明的可变焦发光装置，不仅能够达到改变照明范围和照明角度的功能，同时也更有利于整个装置在体积上的小型化、薄型化。

附图说明

图1A为本发明第一实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图1B～图1D为该第一实施例中在不同偏压下液态透镜116的操作情况。

图2为该第一实施例中可变焦式发光装置的电路板与液态透镜的俯视示意图

图3为该第一实施例中可变焦式发光装置的另一种电路板与液态透镜布局的俯视示意图。

图4为该第一实施例中半导体发光单元与板型散热器的俯视图。

图5为第二实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图6为第三实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图7为第四实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图8为第五实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图9为第六实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图10为第七实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图11为第八实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

图12为第九实施例中可变焦式发光装置的剖面图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

第一实施例

图1A为根据第一实施例中可变焦式发光装置的剖面图。可变焦式发光装置包括光源模组102与变焦模组104。变焦模组104配置在光源模组102的一侧。举例来说，光源模组102与变焦模组104之间的空间106可为空气或其它不同折射率的流体。

请参照图1A，光源模组102包括复数个半导体发光单元108。半导体发光单元108可设置在板型散热器110的第一表面112上，以快速、有效率地排除从半导体发光单元108散出的热能，而提高半导体发光单元108的使用寿命。半导体发光单元108可包括发光二极管(LED)、雷射二极管(LD)或有机发光二极管(OLED)。半导体发光单元108可以阵列的方式排列。

请参照图1A，变焦模组104包括电路板114及复数个液态透镜116。电路板114具有相对的第一表面118与第二表面120。电路板114的基底例如可包括硅、印刷电路板(PCB)材料、玻璃、陶瓷、环氧树脂FR5或环氧树脂FR4。液态透镜116可以阵列的方式设置在电路板114的第一表面118上。

请参考图1B至图1D，其为该第一实施例中在不同偏压下液态透镜116的情况，举例来说，液态透镜116可包括第一液体122与第二液体124，分别具有绝缘性与导电性。第一液体122及第二液体124之间具有液体介面123。第一透镜电极端126与第二透镜电极端128分别设置在液态透镜116的相对侧。根据施加在第一透镜电极端126与第二透镜电极端128不同的电压大小，可改变液体介面123的曲率，并依据液体介面123不同的曲率，可改变光线射出后的角度。

变焦模组104可包括固态透明材料层130，配置在电路板114的第一表面118上。举例来说，固态透明材料层130的基材可选自由聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯对苯二甲酸酯、三醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯及聚氨酯等材质中的任意一种或者多种的组合制成，或是其他合适的材料，例如玻璃。

请参照图1A，固态透明材料层130具有复数个透明材料结构132，配置在对应半导体发光单元108与液态透镜116的位置。于此实施例中，固态透明材料层130的透明材料结构132为矩形凹口结构，且其凹口朝向液态透镜116，用以容置液态透镜116。透明材料结构132(矩形凹口结构)凹口的轮廓、尺寸可以近似于液态透镜116，因此固态透明材料层130可以设计成较薄的结构，帮助实现可变焦式发光装置的小型化、薄型化。于实施例中，透明材料结构132可与液态透镜116尽量贴合，以减少两者之间额外的介质(例如空气或其他流体)。举例来说，透明材料结构132(矩形凹口结构)凹口的底表面与液态透镜116之间具有第一距离S1，其可趋近于零。固态透明材料层130亦可用作保护液态透镜116，例如提供防水、防尘或防撞击等结构上的保护。

于实施例中，电路板114为透明电路板，例如可以是玻璃基板，如此半导体发光单元108发出的光线能够穿过电路板114后直接射入对应的液态透镜116。

液态透镜116藉由电路板114对第一透镜电极端126、第二透镜电极端128施加电压而改变液态透镜116内第一液体122及第二液体124之间的液体介面123的曲率，依据不同电压使液体介面123产生不同的曲率。依据液态透镜116的液体介面123不同的曲率，可改变从半导体发光单元108发出且穿过电路板114的光线，再穿过液态透镜116后的射出角度。于实施例中，液态透镜116与半导体发光单元108对应设置。实际应用中本发明的可变焦式发光装置可藉由电路板114分别控制各个液态透镜116，以任意控制可变焦式发光装置的整体出光效果，例如聚光、散光的程度、色调、亮度、照明范围、照明角度及照明品质等等，故本发明能广泛地应用在各种发光装置中，例如舞台灯、展示灯、车灯、警示灯或集鱼灯等等。

图2为第一实施例中可变焦式发光装置的电路板114与液态透镜116的俯视示意图，其中液态透镜116设置在电路板114的第一表面118上。电路板114包括复数个电极线路134，其可电性连接至驱动电路或控制电路(未在图中显示)。电极线路134中的每一对线路分别耦接至液态透镜116的第一透镜电极端126与第二透镜电极端128。液态透镜116的液体介面123(图1A至图1D)不同的曲率是藉由这些电极线路134提供不同的偏压予以控制。液态透镜116并不限于图2中所示的矩阵式排列，于其他实施例中，也可以是同心圆式或椭圆式等等的其他方式排列。

图3为第一实施例中可变焦式发光装置的另一种电路板114与液态透镜116布局的俯视示意图。电路板114包括对应液态透镜116的复数个电路单元136，其中电路单元136可电性连接至驱动电路或控制电路(未在图中显示)。每个电路单元136包括第一扫描线G1、第二扫描线G2、第一数据线D1、第二数据线D2、第一电晶体138、第二电晶体140、第一电容142与第二电容144。第一电晶体138具有第一闸极、第一源极与第一汲极。第二电晶体140具有第二闸极、第二源极与第二汲极。第一电容142具有相对的第一电容电极端与第二电容电极端。第二电容144具有相对的第三电容电极端与第四电容电极端。第一电晶体138的第一闸极耦接至第一扫描线。第一电晶体138的第一源极耦接至第一数据线D1。第一电容142的第一电容电极端耦接在液态透镜116的第一透镜电极端126与第一电晶体138的第一汲极之间。第一电容142的第二电容电极端系耦接至公共电极146。举例来说，公共电极146可为接地。第二电晶体140的第二闸极耦接至第二扫描线G2。第二电晶体140的第二源极耦接至第二数据线D2。第二电容144的第三电容电极端耦接在液态透镜116的第二透镜电极端128与第二电晶体140的第二汲极之间。第二电容144的第四电容电极端耦接至公共电极148。举例来说，公共电极148可为接地。在实施例中，液态透镜116的液体介面123(图1A至图1D)不同的曲率是藉由对应的电路单元136的第一扫描线G1的扫描信号、第一数据线D1的资料信号、第二扫描线G2的扫描信号与第二数据线D2的数据信号所生成不同的偏压予以控制。液态透镜116并不限于图3中所示的矩阵式排列，于其他实施例中，也可以是同心圆式或椭圆式等其他阵列方式排列。

于实施例中，图2或图3所示的电路可以电性连接至微处理器(未在图中显示)。微处理器可具有调控器(dimmer)。微处理器可预先储存多个动作指令，例如光扩散、集中、偏左、偏右、偏上、偏下、聚焦2.5米、聚焦2米等等，来控制各个液态透镜116的电压值变换，一旦使用者选定特定动作指令后，微处理器就直接读出相关的电压数据，实施到各液态透镜116的相关电路。

图4为第一实施例中半导体发光单元108与板型散热器110的俯视图。板型散热器110的第一表面112上设置有电极线150，其电性连接至半导体发光单元108以提供电源。板型散热器110上并不限于图4所示的电极线150配置，也可使用其他的电路设计电性连接至半导体发光单元108。半导体发光单元108并不限于图4中所示的矩阵式排列，于其他实施例中，也可以是同心圆式或椭圆式等其他阵列方式排列。

第二实施例

图5为第二实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第二实施例与第一实施例的差异在于，固态透明材料层230的透明材料结构232具有透镜结构，例如该透镜结构是凸透镜结构或凹透镜结构。于此实施例中，透明材料结构232为球面凹透镜结构。于其他实施例中，固态透明材料层230的透明材料结构232可为凸透镜结构(未在图中显示)，例如为球面凸透镜。从液态透镜116射出的光线射入具有透镜结构的透明材料结构232，然后经由透明材料结构232的折射作用后射出。使用具有光学设计的透镜结构的透明材料结构232可改变从液态透镜116射出光线的射出效果，而改变可变焦式发光装置的出光效果，例如消弭像差等等。于实施例中，透明材料结构232可与液态透镜116尽量贴合，以减少两者之间额外的介质(例如空气)。

第三实施例

图6为第三实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第三实施例与第二实施例的差异在于，固态透明材料层330的透明材料结构332为非球面凹透镜结构。于其他实施例中，举例来说，固态透明材料层330的透明材料结构332可为非球面凸透镜结构(未在图中显示)。

第四实施例

图7为第四实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第四实施例与第一实施例的差异在于，电路板414具有复数个穿孔452。液态透镜116对应于发光单元108设置在穿孔452位置，举例来说，液态透镜116的底表面156与电路板414的第一表面418实质上为共平面，以使从半导体发光单元108发出的光线穿过电路板414的穿孔452后直接射入对应的液态透镜116。由于光线可穿过电路板414的穿孔452，此例的电路板414并不限于使用透明的基底，而也可使用一般的非透明的电路板。于一实施例中，举例来说，图4中所示的电极线路134中的每一对线路可穿过图7中所示的电路板414的穿孔452而电性连接至液态透镜116的第一透镜电极端126与第二透镜电极端128，以控制液态透镜116的液体介面123生成不同的曲率。

第五实施例

图8为第五实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第五实施例与第四实施例的差异在于，部分的液态透镜116嵌埋在电路板414部分的穿孔452中。换句话说，液态透镜116的底表面156是介于电路板414的第一表面418与第二表面420之间。由于部分的液态透镜116嵌埋在电路板414部分的穿孔452中，因此，与图7所示的第四实施例中的固态透明材料层130相比，此实施例中固态透明材料层530的厚度可以设计的更薄。于一实施例中，举例来说，图4中所示的电极线路134中的每一对线路可穿过图8中所示的电路板414的穿孔452而电性连接至液态透镜116的第一透镜电极端126与第二透镜电极端128，以控制液态透镜116的液体介面123生成不同的曲率。

第六实施例

图9为第六实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第六实施例与第五实施例的差异在于，部分的液态透镜116同样也嵌埋在电路板414的整个穿孔452中，但于此实施例中，液态透镜116的底表面156与电路板414的第二表面420实质上为共平面。与图8所示的第五实施例中的固态透明材料层530相比，此实施例中固态透明材料层630的厚度可以设计的更薄。

第七实施例

图10为第七实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第七实施例与第六实施例的差异在于，整个液态透镜116嵌埋在电路板414的整个穿孔452中，与图9所示的第六实施例中的固态透明材料层630相比，此实施例中固态透明材料层730的厚度可以设计的更薄，举例来说，固态透明材料层730为平板结构，盖在液态透镜116与电路板414的第一表面418上。于其他实施例中，可以更进一步将固态透明材料层730连同液态透镜116，一并嵌埋在电路板414的整个穿孔452中。

由第四实施例至第七实施例可知，通过液态透镜116在电路板414的第一表面418(图7所示的第四实施例)的位置或嵌埋在整个穿孔452(图8至图10所示的第五实施例至第七实施例)中的不同设计中，可让固态透明材料层130、530、630、730的厚度变得更薄，对于发光装置的微小化或薄型化设计更有帮助。

第八实施例

图11为第八实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第八实施例与第一实施例的差异在于，固态透明材料层830配置在电路板814相对于第一表面818的第二表面820上。固态透明材料层830的透明材料结构832为矩形凹口结构，且其凹口是朝向半导体发光单元108。因此，从半导体发光单元108发出的光线可穿过固态透明材料层830对应的透明材料结构832(矩形凹口结构)后射入电路板814，再射入对应的液态透镜116后射出。于实施例中，透明材料结构832可与半导体发光单元108与板型散热器110液尽量贴合，以减少彼此之间额外的空间854，其中光源模组102与变焦模组804之间的空间854可能为空气或其它不同折射率的流体。举例来说，透明材料结构832(矩形凹口结构)凹口的底表面与半导体发光单元108具有一第二距离S2，其可趋近于零。

第九实施例

图12为第九实施例中可变焦式发光装置的剖面图。第九实施例与第八实施例的差异在于，电路板914具有复数个穿孔952。液态透镜116一对一设置在穿孔952位置，以使从半导体发光单元108发出的光线穿过固态透明材料层130，并穿过电路板914的穿孔952后射入对应的液态透镜116。由于光线可穿过电路板116的穿孔952，此例的电路板914并不限于使用透明的基底，也可使用一般的非透明的电路板。于此实施例中，举例来说，图4中所示的电极线路134中的每一对线路可穿过图12所示的电路板914的穿孔952而电性连接至液态透镜116的第一透镜电极端126与第二透镜电极端128，以控制液态透镜116的液体介面123生成不同的曲率。

利用本发明的可变焦发光装置，不仅能够达到改变照明范围和照明角度的功能，同时也更有利于整个装置在体积上的小型化、薄型化。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (11)

1.一种可变焦式发光装置，其特征在于包括：

光源模组，包括复数个半导体发光单元；以及

变焦模组，配置在该光源模组的一侧，该变焦模组包括一电路板及设置在该电路板上的复数个液态透镜；

其中，该液态透镜包括第一液体与第二液体，该第一液体与该第二液体之间具有一液体介面，该液态透镜与该半导体发光单元对应设置，该液态透镜藉由该电路板施加电压的不同而产生不同的该液体介面的曲率，从该半导体发光单元发出的光线射入对应的该液态透镜，并依据该液体介面的曲率，改变该光线射出该液态透镜后的角度。

2.如权利要求1所述的可变焦式发光装置，其特征在于该变焦模组更包括一固态透明材料层，配置在该电路板的第一表面上，或配置在该电路板相对于该第一表面的第二表面上。

3.如权利要求2所述的可变焦式发光装置，其特征在于该固态透明材料层的基材由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酸酯、三醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯及聚氨酯等材质中的任意一种或者多种的组合制成。

4.如权利要求2所述的可变焦式发光装置，其特征在于该固态透明材料层具有复数个透明材料结构，配置在对应该复数个半导体发光单元与该复数个液态透镜的位置，其中该透明材料结构采用矩形凹口结构、凹透镜结构或凸透镜结构。

5.如权利要求4所述的可变焦式发光装置，其特征在于该透明材料结构为矩形凹口结构并配置在该电路板朝向该液态透镜的该第一表面上，该矩形凹口结构的凹口朝向该液态透镜，且该矩形凹口结构的底表面与该液态透镜之间具有一第一距离。

6.如权利要求4所述的可变焦式发光装置，其特征在于该透明材料结构为矩形凹口结构并配置在该电路板的该第二表面上，该矩形凹口结构的凹口朝向该半导体发光单元，且该矩形凹口结构的底表面与该半导体发光单元之间具有一第二距离。

7.如权利要求1所述的可变焦式发光装置，其特征在于该电路板为具有复数个电极线路的透明电路板，以使从该半导体发光单元发出的光线穿过该电路板后射入对应的该液态透镜。

8.如权利要求1所述的可变焦式发光装置，其特征在于该电路板具有复数个穿孔与复数个电极线路，该液态透镜设置在该穿孔位置且电连接该电极线路，以使从该半导体发光单元发出的光线穿过该电路板的该穿孔后射入对应的该液态透镜。

9.如权利要求1所述的可变焦式发光装置，其特征在于该光源模组更包括一板型散热器，该半导体发光单元设置在该板型散热器的第一表面上，且提供电源给该半导体发光单元的电极线设置在该板型散热器的该第一表面上。

10.如权利要求1所述的可变焦式发光装置，其特征在于该液态透镜具有相对设置的第一透镜电极端与第二透镜电极端，该电路板包括复数个电极线路，该些电极线路中的一对系各别耦接至该第一透镜电极端与该第二透镜电极端，该液态透镜的该液体介面曲率的改变是藉由该电极线路提供不同的偏压予以控制。

11.如权利要求第1项所述的可变焦式发光装置，其特征在于该液态透镜具有相对设置的第一透镜电极端与第二透镜电极端，该电路板包括对应该复数个液态透镜的复数个电路单元，该电路单元包括：

第一扫描线；

第一数据线；

第一电晶体，具有第一闸极、第一源极与第一汲极，其中该第一闸极耦接至该第一扫描线，该第一源极耦接至该第一数据线；

第一电容，具有相对的第一电容电极端与第二电容电极端，其中该第一电容电极端耦接在该第一透镜电极端与该第一汲极之间，该第二电容电极耦接至一公共电极；

第二扫描线；

第二数据线；

第二电晶体，具有第二闸极、第二源极与第二汲极，其中该第二闸极耦接至该第二扫描线，该第二源极耦接至该第二数据线；以及

第二电容，具有相对的第三电容电极端与第四电容电极端，其中该第三电容电极端耦接在该第二透镜电极端与该第二汲极之间，该第四电容电极端耦接至该公共电极，

其中，该液态透镜的该液体介面曲率的改变是藉由对应的该第一扫描线的扫描信号、该第一数据线的数据信号、该第二扫描线的扫描信号与该第二数据线的数据信号所产生的不同偏压予以控制。

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