TWI362465B - Illumination device - Google Patents
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1362465 . -* [0001] [0002] [0003] [0004] 098107344 100年.12月15日按正替換頁 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種照明裝置，尤其涉及一種可發出不同色 光之照明裝置。 【先前技術】 發光二極體（LED，Light Emitting Diode)具有亮度 高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡 單、壽命長等優點，故被當作理想光源廣泛應用於先前 各照明場所中，具體可參見Joseph Bielecki等人於文 獻2007 IEEE, 23rd IEEE SEMI-THERM Symposium 中發表之Thermal Considerations for LED Components in an Automotive Lamp—文。 先前之照明裝置中，可經由將複數發光二極體組合以發 出不同色光，從而獲得較豐富之照明效果。而此類照明 裝置通常係藉由控制複數發出單一色光之發光二極體之 通電時間，以使該複數發光二極體輪流進行發光來達成 發出不同色光之目的。惟，為控制所述複數發光二極體 之通電時間，需相對應地設計較複雜之驅動電路，此增 加了照明裝置設計之難度，不利於照明裝置之使用推廣 〇 【發明内容】 有鑒於此，有必要提供一種簡單實用且可發出不同色光 之照明裝置。 一種照明裝置，其包括一光源模組及一可透光之光學元 件。該光源模組包括至少一發光二極體，該光源模組用 表單編號A0101 第3頁/共21頁 1003463191-0 [0005] 1362465 [0006] [0007] [0008] 098107344 100年12月15日梭正替換亩 於發出單一色光。該光學元件具有複數透光區域，該複 數透光區域中之至少一者包含有至少一種螢光粉，該至 少一種螢光粉於該單一色光之激發下發出不同於該單一 色光之其他色光，該羌學元件繞該光源模組旋轉以使該 光源模組發出之單一色光選擇性地照射至該複數透光區 域中之至少一者上，該光學元件還具有一第一中空圓柱 輪廊，該複數透光區域為沿該第一中空圓柱輪廓之圓週 方向排列之複數弧形區域，該照明裝置進一步包括套設 於該光學元件内之透明承載架以承載該光源模組。
相較於先前技術，所述照明裝置之光學元件包含至少一 種螢光粉，且該光學元件可繞該光源模組旋轉，以使光 源模組發出之單一色光藉由該光學元件之不同透光區域 射出；該複數透光區域中之螢光粉吸收該單一色光並將 對該單一色光進行轉換，使得該光學元件於旋轉時發出 多種不同色光，從而達到豐富照明效果之目的。所述照 明裝置結構簡單，便於應用及推廣。 【實施方式】 籲 下面將結合圖式，以對本發明實施例作進一步地詳細說 明。 請參閱圖1，本發明第一實施例提供之一種照明裝置，其 包括：一光源模組11，一可透光之光學元件12，以及一 用於驅動光學元件12繞該光源模組11旋轉之驅動模組15 〇 該光源模組11包括一電路板111、一設置於該電路板111 上之固態發光元件，以及一散熱裝置113。其中，該發光 表單编號A0101 第4頁/共21頁 1003463191-0 [0009] 1362465 , -»
100年12月15日修正替換頁 二極體112及該散熱裝置113分別設置於該電路板111相 對之兩側。具體地，所述固態發光元件11 2可為發出單一 色光之發光二極體。本實施例中，所述發光二極體112為 藍色發光二極體，其發出波長為410nm至490nm中任意波 長之藍光，優選地，所述藍光之波光為465nm，且該藍光 之光譜之半高寬（FWHM)不超過30nm。該電路板111可藉 由外接電源以對發光二極體112供電。該散熱裝置113可 具體為散熱鰭片’並可藉由導熱膠，如銀膠等黏貼於該 電路板112上，從而藉由該電路板in與發光二極體π〗 形成熱性連接，使得發光二極體112於發光時所發出之熱 量可藉由該電路板112傳導至散熱鰭片113上進行散熱， 由此，該發光二極體112可保持於穩定之工作溫度下工作 ，以保障其發光特性。 [0010]該照明裝置1 〇 〇可進一步包括一透明承載架14以承載該光 源模組11。該透明承載架1 4具有一中空主體部1 40，以及 由該中空主體部140之兩側向該中空主體部14〇之空腔 • 14A内延伸形成之兩個卡扣部142 »具體地，該中空主體 部140具有一第一中空圓柱輪廓，該兩個卡扣部142分別 開設與電路板111之兩側相適配之凹槽142〇。該電路板 111之兩侧可卡設於該兩個卡扣部142内。 [〇〇11]請一起參閱圖2，該光學元件12具有一第二中空圓柱輪廓 ，且该第二中空圓柱輪廓由複數形狀大小相等之弧形透 光區域I、II、III所組成。該複數弧形透光區域丨、u 、III沿該圓柱輪廓之圓週方向排列，且每個弧形透光區 域I、π、III所對應之圓弧角0與該發光二極體112之 098107344 表單編號A0101 1003463191-0 1362465 100年-12月15日後正替換苜 發光角度相等。本實施例中，所述發光二極體112之發光 角度為120度，對應地，該圓弧角0亦為120度。 [0012] 該光學元件12可由以下材料製成，如樹脂（Resin)、石夕 膠（Silicone)、高分子聚合物（Polymer)或玻璃等。其 中，樹脂材料為環氧樹脂（Epoxy)或聚碳酸樹脂 (Polyethylene terephthalate)等，高分子聚合物為 聚碳酸酯（Poly Carbonate，PC)或聚甲基丙浠酸曱酯 (Polymethylmethacrylate, PMMA)等。 [0013] 該弧形透光區域I、II、III内分別摻雜一種可轉換波長 · 之物質丨21。如圖2所示’本實施例令，該可轉換波長之 物質121為螢光粉’弧形透光區域I、π、in分別摻雜 紅、黃、綠三色螢光粉121 ^所述螢光粉121之材料為硫 化物（Sulfides)、鋁酸鹽（Aluminates)、氧化物 (Oxides)、矽酸鹽（Silicates)或氮化物（Nitredes) 等。具體地，所述螢光粉121之材料可為 Ca2A1i2°i9:Mn, (Ca, Sr> Ba)Al2〇4：Eu, Y3A15012Ce3+(YAG)， Tb3Al5〇12: Ce3+(YAG)， ·
BaMgAl1〇〇17:Eu2+(Mn2+)， Ca2Si5N8:Eu2+， （Ca，
Sr, Ba)S:Eu2+, (Mg, Ca, Sr, Ba) SiO : 2 4
Eu2'(Mg, Ca，Sr，Ba)3Si2〇7: Eu2 +，
Ca8Mg(Si〇4)4Cl2：Eu2+, Y2〇2S:Eu3+, (Sr, Ca,
Ba)Si 0 N :Eu2+, (Ca, Mg, Y)SiwAl 0 N ：Eu2+ y Λ x y z 9
CdS, CdTe或CdSe等。 [0014] 098107344 該中空圓柱輪廓之兩端分別為一開口端12 〇及一封閉端 122 ’其中，該封閉端122與一激勵單元15，如馬達或汽 1003463191-0 表單编號A0101 第6頁/共21頁 1362465 100年.12月15日修正替換頁 虹機械輕合’而開口端120開設有空腔ha。進一步地， 該照明裝置100還包括有兩個轴承16，如滾珠軸承以連接 該光學元件12與該透明承載架14。 [0015]請-起參閱圖3，組裝時，先將光源模由該開口端 120放置入透明承載架14之空腔14A内，其中，電路板 U1之兩端插設於與其相適配之凹槽142〇内，由此，該透 明承載架14與該光源模組11 一體並承載該光源模組丨j， 優選地，該發光二極體112位於該光學元件12之軸心上。 [⑻16]進-步地，將兩個軸承16套設於該透日林餘14之兩端 120、122，再將透明承載架14與該兩個轴承Η作為一整 體套設入光學元件12内，從而使得該兩個轴承16與光學 元件12之開口端120及封閉端122相嚙合。由此，該兩個 袖承16連接該透明承載架14與光學元件12，且該透明承 栽架14與該光學7〇件12同轴。當固定透明承載架14而對 =勵單元15通電時，該激勵單元15可驅動該光學元件12 U透明承載架14及该光源模組“旋轉’且其旋轉轴為 該光學元件12之中心轴。該發光二極體112發出之光可透 過該透明承載架14後進一步照射至光學元件12上。 闺請-併參閱圖4-6，本發明提供之照明裝置ι〇〇之工作原 理如下： [0018] ^圖5所示出之色度圖（㈤嶋…小心㈣，m ’螢光粉121(如紅、黃 ' 綠螢光粉）全部吸收波長為A 早色光後，其被激發並發出波長為β之其他色光。如. 果波長為A之單、有部分光被該螢絲121吸收， 098107344 表單蝙號A0101 第7頁/共21頁 1003463191-0 1362465 則其轉換後所發出之光之波長值對應於ab連線上其中I — 點（不包括Α點與Β點）。以本實施例為例，發光二極體 晶片112發出波長為465nm之藍光A，當激勵單元15驅動 光學元件12沿圖4箭頭S所示之方向旋轉，使得藍光A照射 至透光區域II時，由於透光區域Π摻雜黃色螢光粉’ 當黃色螢光粉121完全吸收該藍光A時，其轉換後發出波 長為575nm之黃光B。當該黃色螢光粉121僅部分吸收該 藍光A時，其轉換後發出之光多波長對應於AB連線上之一 點。可理解，當該黃色螢光粉121對該藍光A之吸收比例 不同時’由光學元件12射出之光之波長亦不同。另，當 · 該黃色螢光粉121只吸收部分藍光A並轉換發出一種不同 於該藍光A之其他色光時，該其他色光可與完全未被吸收 - 之藍光A混光以形成另一色光。 [0019] 當然，該弧形透光區域I、II、III亦可摻雜多種螢光粉 121。如圖6所示，當弧形透光區域II摻雜綠、黃兩種螢 光粉121，且所述藍光A (波長為465nm)分別被該黃、 綠兩種螢光粉121完全吸收時，其轉換後發出之光分別為 φ 黃光B及綠光C (波長分別為575nm及540nm)。如果該藍 光A只有部分被該黃、綠螢光粉121吸收，則經該黃、綠 螢光粉121轉換後之光之波長對應於由A、B、C三點所圍 成之區域内之其中一點（不包括A、B、C二點）。 [0020] 進一步地，弧形透光區域I、Π、III對單一色光A之吸收 及轉換之能力還取決於透光區域I、II、ΠΙ中螢光粉 121之分佈密度，當螢光粉121之分佈密度較大時’其吸 收及轉換之能力較強。本實施例中’為使照明裝置100發 098107344 表單編號A0101 第8頁/共21頁 1003463191-0 1362465 100年12月15日修正替^頁 出更豐富且漸變之色光，優選地，每個弧形透光區域j、 II、III所摻雜之螢光粉121沿光學元件12之圓週方向呈 不同之分佈。例如，弧形透光區域丨丨内所摻雜之黃色螢 光粉121之密度沿圖4中箭頭S之反方向逐漸增大，當光學 兀件12沿圖4箭頭S所示之方向旋轉，使得藍光八依次照射 該透光區域II之摻雜黃色螢光粉121濃度較小之區域及摻 雜貫色螢光粉121濃度較大之區域時，由光學元件a射出 之光中貫光之比例將逐漸變大。從而使得照明裝置1 〇〇發 出之光隨著光學元件12之旋轉呈現出更加豐富且變化之 ® 色彩。 [0021] 该光學元件1 2亦可只包含一種螢光粉1 2 1，且該螢光粉 121沿光學元件12之圓週方向呈不同之分佈密度。所述發 光二極體111發出位於綠光區至紫光區之單一色光以激發 該螢光粉121。另，可理解，為使照明裝置j 〇 〇於光學元 件12旋轉過程中可發出單一藍光，光學元件12中還可進 一步包括有完全不摻雜螢光粉121之透明區域，或係進一 • 步將該透明區域挖空，由此，光學元件12於旋轉過程中 ’單一藍光可完全透射出去。 [0022] 另一實施例中，所述紅、黃、綠螢光粉121亦可不摻雜於 光學元件12中，而係塗佈於該光學元件12之對應於該弧 形透光區域I、II、III之表面（如内表面或外表面）， 以形成一薄膜層。 [0023] 於驅動方式方面，本實施例中利用激勵單元15驅動光學 元件12旋轉而光源模組Π及透明支樓架14固定，使得光 學元件12可繞光源模組11旋轉。可理解，所述激勵單元 098107344 表單編號A0101 第9頁/共21頁 1003463191-0 1362465 _ 100年.12月15日梭正替换苜 15亦可機械連接該透明支撐架14，以驅動該透明支撐架 14帶動光源模組11繞其軸心旋轉，而光學元件12固定不 同，同樣可達到使照明裝置100發出不同色光之目的。當 然，該光學元件12之旋轉亦可利用手動方式實現。 [0024] 螢光粉121亦可藉由其他形式設置於該光學元件12上。請 一併參見圖7，於光學元件12之表面設置有複數密佈之凹 槽124，螢光粉（圖7未示出）與液態膠體混合後填充於該 複數凹槽124内，再進一步採用加熱或照射UV光將該膠體 固化。由於該螢光粉混合於液態膠體内，故，可防止螢 4 光粉直接與空氣接觸而產生老化之現象，有效保障螢光 粉之光轉換特性。 [0025] 當然，該可轉換波長之物質亦可採用射出成型 (Injection Mol ding)之方法摻雜於該光學元件12中， 並不局限於具體實施例。 [0026] 本發明第一、第二實施例項所述之照明裝置100具有結構 簡單之優點，有利於應用及推廣。可理解，本領域技術 | 人員還可於本發明精神内做其他變化，例如，省略第一 實施例中之透明支撐架14而用其他支撐機構固持光源模 組，只要其不偏離本發明之技術效果均可。這些依據本 發明精神所做之變化，都應包含於本發明所要求保護之 範圍之内。 [0027] 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本 098107344 表單编號A0101 第10頁/共21頁 1003463191-0 1362465 . j 100年12月15日核正替换頁 案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化 ，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 [0028] 【圖式簡單說明】 圖1係本發明第一實施例提供之照明裝置之結構分解示意 圖。 [0029] 圖2係圖1所示照明裝置之光學元件沿11 -11線之剖面示意 圖。 [0030] 圖3係圖1所示照明裝置之結構示意圖。 • [0031] 圖4係圖3所示照明裝置沿IV-IV線之剖面示意圖。 [0032] 圖5係圖1中光學元件包括一種螢光粉之色度圖。 [0033] 圖6係圖1中光學元件包括兩種螢光粉之色度圖。 [0034] 圖7係本發明第二實施例提供之照明裝置之結構示意圖。 [0035] 【主要元件符號說明】 照明裝置：100 φ [0036] 光源模組：11 [0037] 光學元件：12 [0038] 透明支撐架：14 [0039] 激勵單元：1 5 [0040] 軸承：1 6 [0041] 電路板：111 [0042] 發光二極體：112 098107344 表單編號A0101 第11頁/共21頁 1003463191-0 1362465 100年.12月15日核正替换苜 [0043] 散熱裝置：113 [0044] 中空主體部：1 4 0 .
[0045] 空腔：14A
[0046] 卡扣部：142 [0047] 凹槽：1420 [0048] 開口端：120 ' [0049] 螢光粉：121
[0050] 封閉端：122 [0051] 凹槽：124 [0052] 弧形透光區域：I、11、111 098107344 表單编號A0101 第12頁/共21頁 1003463191-0
Claims (1)
100年12月15日梭正_頁 七、申請專利範圍： 1 . 一種照明裝置，其包括： 一用於發出單一色光之光源模組，該光源模組包括至少一 發光二極體；及 一透光之光學元件，該光學元件具有複數透光區域，該複 數透光區域中之至少一者包含有至少一種螢光粉，該至少 一種螢光粉於該單一色光之激發下發出不同於該單一色光 之其他色光，該光學元件繞該光源模組旋轉以使該光源模 組發出之單一色光選擇性地照射至該複數透光區域中之至 少一者上，該光學元件還具有一第一中空圓柱輪廊，該複 數透光區域為沿該第一中空圓柱輪廓之圓週方向排列之複 數弧形區域，該照明裝置進一步包括套設於該光學元件内 之透明承載架以承載該光源模組。 2 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該至少一 發光二極體發出之單一色光為藍光。 3 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該至少一 種螢光粉包含多種，該光學元件之相鄰兩個弧形區域包含 不同之勞光粉。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該至少一 種螢光粉沿該圓週方向具有不同之分佈密度。 5 .如申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其中，該至少一 發光二極體設置於該第一中空圓柱輪廊之轴心上，每個孤 形區域所對應之圓弧角與該至少一發光二極體之發光角度 相等。 6 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光源模 表單編號A0101 第13頁/共21頁 1003463191-0 1362465 100年.12月15日核正替換苜 組進一步包括一電路板，該至少一固態發光元件設置於該 電路板上並與該電路板形成電性連接。 7 .如申請專利範圍第6項所述之照明裝置，其中，該透明承 載架包括一第二中空圓柱輪廓及由該第二中空圓柱輪廓之 兩側向第二中空圓柱輪廓之空腔内延伸形成之兩個卡扣部 ，該電路板之兩側分別卡扣於該兩個卡扣部上。 8.如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中，進一步包 括至少一軸承，該至少一軸承設置於該透明承載架與該光 學元件之間以連接該透明承載架與該光學元件並使該透明 承載架與該光學元件同軸。 9 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該至少一 種螢光粉塗佈於該光學元件之對應於複數透光區域之表面 上。 10 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該至少一 種螢光粉摻雜於該光學元件中。 11 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光學元 件對應於該複數透光區域之表面開設有複數凹槽，該至少 一種螢光粉摻雜於該複數凹槽内。 12 .如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，進一步包 括一激勵單元，該激勵單元連接於該光學元件之一端以驅 動該光學元件旋轉。 13 .如申請專利範圍第12項所述之照明裝置，其中，該激勵單 元為馬達或旋轉汽缸。 098107344 表單编號A0101 第14頁/共21頁 1003463191-0
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