TWI392835B - 發光二極體燈管 - Google Patents

Description

發光二極體燈管

本發明係有關於一種發光二極體燈管，尤指一種具有雙層結構的發光二極體燈管，以提高光線的可視角度。

近年來，發光二極體元件已被大量地運用於照明的領域，而應用在照明等燈具中。

由於現今的LED出光之可視角度僅為約120度，因而所製得的LED燈管結構亦被侷限在上述可視角度，故在與燈管垂直的橫軸方向上，光線的可視角度相較於傳統日光燈管為小；再者，在與燈管平行的縱軸方向上，由於有多個發光二極體排列於上述之縱軸方向，而兩相鄰的發光二極體之間的區域會因為光線的可視角度小而形成光亮度較小的區域，因此在縱軸方向上會產生亮暗區域間隔排列的現象，稱做「熱點(hot spot)」，故造成使用者在視覺上的不適。

目前，有業者利用尺寸較小的發光二極體元件排列於印刷電路板上，以拉近發光二極體元件之間的距離，進而提高相鄰發光二極體元件之間的光線亮度，藉以緩和上述熱點的情況，使用尺寸較小的發光二極體或許可以解決縱軸方向上的熱點問題，但橫軸方向上的可視角度較小的問題仍舊沒有獲得解決。

本案發明人有鑑於上述習用的結構於實際施用時的缺失，且積累個人從事相關產業開發實務上多年之經驗，精心研究，終於提出一種設計合理且有效改善上述問題之結構。

本發明之主要目的，在於提供一種發光二極體燈管，其為一種以異型押出方法所製作之雙層結構，該雙層結構包括燈管部與光學結構，而該光學結構為片狀且具有兩個不相互平行的上下表面，使光線穿透該光學結構時得以產生兩次光折射效應，以使光線朝向較大的角度射出，故可提高光線的可視角度(view angle)。

為了達到上述目的，本發明係提供一種發光二極體燈管，其包含：一包含至少一發光模組之燈管部以及與該燈管部一體成型之一光學結構，該光學結構係位於該燈管部中且位於該發光模組的出光方向上，該光學結構為一片狀結構，其包括一至少具有兩個側部之第一表面及一第二表面，其中，該些側部分別具有一第一曲率，該第二表面具有一第二曲率，該第一曲率大於該第二曲率，藉此，該發光模組所發出之光線藉由通過該光學結構，以提高上述光線之可視角度。

本發明更提供一種發光二極體燈管，其包含：設有至少一發光模組之一燈管部；以及與該燈管部一體成型之一光學結構，該光學結構係成型於該燈管部中且位於該發光模組的出光方向上，該光學結構為一片狀結構，其包括一第一表面及一不與該第一表面平行之第二表面，其中該第一表面較該第二表面遠離該發光模組，且該第一表面之曲率大於該第二表面之曲率，藉此，該發光模組所發出之光線藉由通過該第一表面與該第二表面所形成的兩次光折射，以提高上述光線之可視角度。

本發明具有以下有益的效果：本發明以相同塑材或不同的塑材製作燈管部與光學結構，製程成熟穩定；另外，可於模具設計時，將光學結構的不平行片狀結構、中央部分的雲規線結構或光學微結構製作於模具上，使異型押出製程後即可得到完整的燈管產品，不需進行二次組裝，故可有效提高生產效率。另外，該光學結構上的不相互平行的上下表面(即第一表面與第二表面)，可對光線產生兩次折射，以加大光線射出的張角，進而提高光線的可視角度。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之實例實施例來詳細描述本發明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。

首先，本發明之發光二極體燈管是以異型押出的方式而一體成型出發光二極體燈管之燈管部與光學結構，該光學結構可對光線產生兩次折射的作用，以提高安裝於本發明之發光二極體燈管中的發光二極體之光學視角。其中，該燈管部為具有兩端開口的長形管體，而光學結構為在管體內成型的長形片狀結構，為了方便說明各元件，以下圖式均是與發光二極體燈管之管體方向所垂直的橫軸進行截面之剖面圖。

請參閱第一圖所示，其為本發明之第一實施例之一種發光二極體燈管1的剖面圖，發光二極體燈管1至少包括燈管部10及光學結構11，而該燈管部10中設有一發光模組12，其可為一發光二極體。在本具體實施例中，該發光模組12係固定安裝於一散熱件20的上表面上，該散熱件20可為一鋁擠型(aluminum extrusion)之散熱結構，以提供散熱效果。此外，該發光模組12更可電連接於多種電路板(圖未示)，例如LED控制電路板或是燈管驅動電路板等等，復固定於該散熱件20上以提供電性控制。

光學結構11係與該燈管部10一體成型，例如利用高分子材料經過押出成型技術(Extrusion technology，亦稱擠型技術)去製造各種形式的塑膠成品之技術製作上述之燈管部10與光學結構11，在本具體實施例中，考慮到高分子材料的透光率或其他光學、物理化學特性，故選擇單一塑料，如聚碳酸酯樹脂(Polycarbonate，PC)或壓克力樹脂(Poly Methylmethacrylate，PMMA)；或是不同材料，如聚碳酸酯樹脂與壓克力樹脂進行異型押出，以製作本發明之光學結構11與該燈管部10，但不以此為限。例如上述之聚碳酸酯樹脂係選自於：廠商名：帝人，產品型號：LN-2250Z，其優點為抗摔、耐溼(吸水性為2%)、防火等級可達V-0、成型變形性小(成型收縮率為0.5至0.7%)，且其透光率為88%；而壓克力樹脂則係選自廠商名：奇美，產品型號：CM-205、CM-207、CM-211，其吸水性為3%、全光透過率為92%，均可適用於本發明之該燈管部10與光學結構11。

另一方面，利用異型押出之發光二極體燈管1，該光學結構11係成型於該燈管部10中且位於該發光模組12的出光方向(如箭頭所示)上，且該光學結構11係相應於出光方向形成一種凸出的片狀結構，而該光學結構11主要包括一第一表面111及一不與該第一表面111平行之第二表面112，其中，如第一圖所示，該第一表面111相較於該第二表面112為更遠離該發光模組12。整體觀之，第一表面111具有較第二表面112為大的曲率，且第一表面111之曲率可小於或等於直線之曲率(直線的曲率為0)。由於第一表面111和第二表面112具有上述的差異曲率，因此，當發光模組12所發出之光線通過光學結構11時，該光線會先在第二表面112產生第一次光折射，接著，該光線更在第一表面111產生第二次光折射，因此，經過上述的兩次光折射後，即可提高由該燈管部10所照射出的光線之光學視角。

復參考第二A圖至第二C圖，其為本發明第二實施例，其與第一實施例的差別在於，該第一表面111係由兩個側部1111及位於該兩個側部1111之間的中央部1112所組成，在本具體實施例更可藉由第一表面 111之結構上的變化配合第二表面112，以達到提高光線之光學視角的功效。請同時配合第二B圖及第二C圖，上述兩個側部1111係分別為第二B圖中之位置b1(連接中央部1112的端點)與位置c1(連接燈管部10的端點)及位置b2(連接中央部1112的端點)與位置c2(連接燈管部10的端點)之間所界定的部分(即b1c1線段與b2c2線段)，而中央部1112則為位置b1與位置b2之間所界定的部分(即b1b2線段)；在本具體實施例中，該兩個側部1111均具有第一曲率，而該第一曲率係大於第二表面112之第二曲率，例如，在本具體實施例中，該燈管部10的半徑為17.25mm，該光學結構11的兩個側部1111的半徑係為19.12mm，而該光學結構11的第二表面112的半徑係為20.45mm；根據曲率為半徑之倒數的定義(曲率ρ=1/R)，即可得知第一曲率係大於第二曲率，且第一曲率顯然大於直線之曲率。

另外，中央部1112可為一具有多段連續曲率之弧狀表面(又稱雲規線，spline)，如第二C圖所示，本具體實施例之中央部1112係為雲規線，而曲線A則代表其曲率變化，而位置a、b1、b2則代表在第二B圖的中央部1112的相應位置，其中，以位置a為一對稱點，該曲率係由位置a向兩側之位置b1、位置b2形成一線性的對稱變化關係，而在本具體實施例中，位置a之座標定義為(0,8.608)，位置b1之座標定義為(-3.5,8.712)，而位置b2之座標定義為(3.5,8.712)，因此中央部1112的寬度係為7mm；然而，中央部1112的寬度可依據發光模 組12的尺寸加以變化，具體而言，中央部1112的寬度係介於二分之一倍發光模組12之尺寸與三倍發光模組12之尺寸的範圍之間，即在二分之一倍至三倍的發光模組12的尺寸的範圍之間。本發明即利用第一表面111上之側部1111與中央部1112在結構上之變化組合，以達到光學視角的目的，且更有增加光線均勻度的效果。

再一方面，復參考第二A圖，在第二實施例中，光學結構11之第二表面112所形成的圓心112C係與燈管部10所形成的圓心10C同軸(即均位於光軸L上)；且該兩個側部1111係為不同圓心之不同弧狀表面，但仍具有相同的曲率，而該兩個側部1111所形成的圓心1111C係相互對稱於第二表面112之圓心112C與燈管部10之圓心10C所定義的軸(即光軸L)。

再一方面，復參考第一圖與第二A圖，具有雙層結構的發光二極體燈管1會定義出兩空間，一為由該光學結構11之第一表面111與該燈管部10所定義之第一空間101，另一則為由該光學結構11之第二表面112與該燈管部10所定義之第二空間102，且該燈管部10更成型有一第一卡合部103於該第二空間102，以用於組裝散熱件20，藉此，發光模組12可固定於散熱件20上，而發光模組12所發出的光線即可藉由第一表面111與第二表面112所產生的兩次光折射而提高其可視角度，同時，更藉由第一表面111上的結構變化 (如第二A圖)，除了提升可視角度外，亦可達成使光線均勻的效果。請參考第三圖，其係顯示將上述之發光模組12裝設於本發明第二實施例之發光二極體燈管1後進行光形的測試結果，其中利用本發明之結構，整體的光學可視角度已大幅提昇至140度，故可提高產品的應用面。

另外，為了避免光學結構11過於接近發光模組12而使發光模組12產生的熱量影響光學結構11特性，該發光模組12與光學結構11在光軸L上的距離較佳在1mm以上。具體而言，光學結構11與發光模組12之間的距離係介於以下兩種態樣之間：光學結構11與發光模組12之間的最小距離係為光學結構11之第二表面112接觸該發光模組12之出光面121(即上表面)；而光學結構11與發光模組12之間的最大距離係為三分之二倍的發光模組12之出光面121至燈管部10在光軸L上的距離，即光學結構11在光軸L上的位置可以介於直接接觸出光面121處以及位於出光面121的出光方向至接觸到燈管部10處的三分之二倍距離的範圍。

請參考第四圖所示之第二實施例的一變化實施態樣，其與第二實施例不同之處在於，上述兩個側部1111之該第一曲率係等於直線之曲率(直線的曲率為0)，位置c1(即連接燈管部10的端點)與位置b1(連接中央部1112的端點)的連線為水平線段，而位置c2(即連接燈管部10的端點)與位置b2(連接中央部1112的端點)的連線為水平線段：亦即，在側部1111中， 連接該燈管部10的端點不高於連接該中央部1112之端點。以光學設計的角度下，位置c1不高於位置b1、位置c2不高於位置b2。換言之，在前述之第一曲率必須大於第二曲率的條件下，該兩個側部1111(即b1c1線段與b2c2線段)不得高於水平線段。

第五圖則顯示第二實施例的另一變化實施態樣，其與第二實施例不同之處在於，該兩個側部1111可為相同圓心之弧狀表面(即該兩個側部1111為可假想連線為同一圓弧之表面)，即該兩個側部1111具有同一圓心1111C。

另外，在一變化實施態樣中，該發光模組12的位置可安裝於燈管部10之第二空間102中的較低位置上，然而，光學結構11與發光模組12之間的距離仍滿足前段所述之光學結構11與發光模組12之間的距離條件。

第六圖則顯示第五圖之實施例的變化實施態樣，其與第五圖之實施例不同之處在於，散熱件20之上表面設有三個發光模組12，而光學結構11之第一表面111則成型有三個分別對應上述三個發光模組12之具有雲規線結構之中央部1112，例如最左邊之發光模組12是對應由位置b3與位置b5所定義之中央部1112；而該些中央部1112之條件亦同樣具有第二實施例之中央部1112的尺寸條件。換言之，該燈管部10中可設有多個該發光模組12，光學結構11之第一表面111則可包括多個側部1111(即c1b5線段、b3b1線段、b2b4 線段和b6c2線段)及多個分別位於兩兩該側部1111之間而對應該些發光模組12的中央部1112(即b5b3線段、b1b2線段和b4b6線段)，而每一該些中央部1112的寬度係介於二分之一倍至三倍的其所對應之該發光模組12尺寸之間。為方便說明，本實施例的各個側部1111可構成相同圓心1111C的弧狀表面。但在其他可能實施例中，多個側部1111可以分別為構成不同圓心但具有相同曲率的弧狀表面；或是利用光軸L將多個側部1111分成位於光軸L左側之側部1111及位於光軸L右側之側部1111，位於光軸L同一側的側部1111均為同一圓心，而位於光軸L不同側的側部1111則為不同圓心，且上述位於光軸L兩側的側部1111之圓心仍為相互對稱(即將多個發光模組12直接應用在第二A圖上，而使其具有相應多個雲規線結構)，以上諸多可能變化亦屬本發明的範疇。

第七圖則顯示本發明之第三實施例，同於第二實施例，該光學結構11係成型於該燈管部10中且位於該發光模組12的出光方向上，該光學結構11包括第一表面111及不與該第一表面111相互平行之第二表面112，且第一表面111亦由兩個側部1111及中央部1112所組成，詳細的結構請參照第二實施例。而本實施例與第二實施例不同之處在於，本發明之光學結構11及位於出光區域處之燈管部10的表面上可設有光學微結構，以提高光線均勻性，例如在本具體實施例中，該光學結構11之第二表面112設有多個凸部1121，值 得注意的是，上述凸部1121亦同樣係由押出成型技術所一體成型，因此，本實施例可達成的功效除了可以提高光學可視角度，該些凸部1121更進一步具有使光線均勻的效果。

第八圖則顯示本發明之第四實施例，同於第二實施例，該光學結構11係成型於該燈管部10中且位於該發光模組12的出光方向上，該光學結構11包括第一表面111及不與該第一表面111相互平行之第二表面112，且第一表面111亦由兩個側部1111及中央部1112所組成，詳細的結構請參照第二實施例。而本實施例與第二實施例不同之處在於，該燈管部10更成型有一第二卡合部104於該第一空間101，以用於組裝一光學元件13，該光學元件13可為一光學擴散片或一光學增光片，但不以此為限，該光學元件13可具有使光線均勻的效果。因此，第四實施例所達成的功效除了可以提高光學可視角度，該光學元件13更進一步具有使光線均勻的效果。

綜上所述，本發明可以具有下列諸項優點的其中之一：

1、本發明係利用異型押出方法將光學結構成型於燈管部中，且該光學結構具有兩個不相互平行的表面，使射出的光線藉由上下表面所產生的光折射效果，以達成提高光線的可視角度的功效，進以提高燈管之橫軸方向(本發明定義橫軸方向為垂直燈管之方向)上的光線可視角度。

2、同樣地，亦可提高在縱軸方向(本發明定義縱軸方向為平行燈管之方向)上的可視角度，故在相同發光二極體的尺寸條件下，本發明之結構可減少熱點(hot spot)的情形。

3、本發明可利用押出時所設計的微結構，如光學結構下表面設置的凸部、在光學結構上表面的各式結構態樣、或是外加光學元件等方式，以提高光線的均勻度。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

1‧‧‧發光二極體燈管

10‧‧‧燈管部

101‧‧‧第一空間

102‧‧‧第二空間

103‧‧‧第一卡合部

104‧‧‧第二卡合部

11‧‧‧光學結構

111‧‧‧第一表面

1111‧‧‧側部

1112‧‧‧中央部

112‧‧‧第二表面

1121‧‧‧凸部

12‧‧‧發光模組

121‧‧‧出光面

13‧‧‧光學元件

20‧‧‧散熱件

10C、112C、1111C‧‧‧圓心

a,b1,b2,b3,b4,b5,b6,c1,c2‧‧‧位置

A‧‧‧曲線

L‧‧‧光軸

第一圖係為本發明第一實施例之發光二極體燈管的剖面示意圖。

第二A圖係為本發明第二實施例之發光二極體燈管的剖面示意圖。

第二B圖係為第二A圖的光學結構之局部示意圖。

第二C圖係為本發明第二實施例中該光學結構之中央部的曲率變化。

第三圖係為根據第二實施例之發光二極體燈管所發出光線之光形圖。

第四圖係為本發明第二實施例的一變化實施態樣。

第五圖係為本發明第二實施例的另一變化實施態樣。

第六圖係為本發明第五圖之實施例的變化實施態樣。

第七圖係為本發明第三實施例之發光二極體燈管的剖面 示意圖。

第八圖係為本發明第四實施例之發光二極體燈管的剖面示意圖。

1．．．發光二極體燈管

10．．．燈管部

101．．．第一空間

102．．．第二空間

103．．．第一卡合部

11．．．光學結構

111．．．第一表面

1111．．．側部

1112．．．中央部

112．．．第二表面

12．．．發光模組

121．．．出光面

20．．．散熱件

10C、112C、1111C．．．圓心

L．．．光軸

Claims (12)

1. 一種發光二極體燈管，其包含：一燈管部，其中設有至少一發光模組；以及一光學結構，其係與該燈管部一體成型，該光學結構係成型於該燈管部中且位於該發光模組的出光方向上，該光學結構為一片狀結構，其包括一第一表面及一第二表面，其中，該第一表面至少具有兩個側部，且該些側部分別具有第一曲率，該第二表面具有一第二曲率，而該第一曲率大於該第二曲率，藉此，該發光模組所發出之光線藉由穿透該光學結構所形成的兩次光折射，以提高上述光線之可視角度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該第一表面相較於該第二表面為更遠離該發光模組，且該第一表面更包括一位於該些側部間而對應該發光模組的中央部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈管，其中該中央部係為一具有多段連續曲率之弧狀表面。
4. 如申請專利範圍第2項所述之具發光二極體燈管，其中該中央部的寬度係介於二分之一倍該發光模組之尺寸與三倍該發光模組之尺寸之間。
5. 如申請專利範圍第2項所述之具發光二極體燈管，其中，在每一該些側部中，連接該燈管部的端點不高於連接該中央部之端點，該第一曲率大於或等於直線之曲率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該第二表面所形成的圓心係與該燈管部所形成的圓心同軸，該些側部為分別構成不同圓心之弧狀表面或為構成相同圓心之弧狀表面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該光學結構與該發光模組之間的最小距離係為該光學結構之該第二表面接觸於該發光模組之出光面；該光學結構與該發光模組之間的最大距離係為三分之二倍的該發光模組之出光面至該燈管部在光軸上的距離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該燈管部中設有多個該些發光模組，該第一表面在該發光模組的出光方向上較該第二表面遠離該些發光模組，該第一表面包括多個對應該些發光模組的中央部及多個位於該些中央部兩側的側部。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體燈管，其中每一該些中央部的寬度係介於二分之一倍至三倍的其所對應之該發光模組尺寸的範圍之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該第二表面上更具有一光學微結構，該光學微結構為多個凸部。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，更包括一光學元件，其係設置於由該光學結構之第一表面與該燈管部所定義之第一空間，而該發光模組則設置於由該光學結構之第二表面與該燈管部所定義之 第二空間，且該光學元件係為一光學擴散片或一光學增光片。
12. 一種發光二極體燈管，其包含：一燈管部，其中設有至少一發光模組；以及一光學結構，其係與該燈管部一體成型，該光學結構係成型於該燈管部中且位於該發光模組的出光方向上，該光學結構為一片狀結構，其包括一第一表面及一不與該第一表面平行之第二表面，其中該第一表面較該第二表面遠離該發光模組，且該第一表面之曲率大於該第二表面之曲率，藉此，該發光模組所發出之光線藉由穿透該第一表面與該第二表面所形成的兩次光折射，以提高上述光線之可視角度。