專利名稱：發(fā)光二極管光源模塊及其光學引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學引擎，特別涉及一種以發(fā)光二極管(Light EmittingDiode ;LED)為光源且具有輕量化散熱裝置的光學引擎。
背景技術(shù)：
由于發(fā)光二極管具有耗電少、能量轉(zhuǎn)換效率高、壽命長以及不會造成汞污染等優(yōu)越特性，使發(fā)光二極管成為取代傳統(tǒng)照明的首選。譬如組合式大功率發(fā)光二極管路燈所需的耗電量為傳統(tǒng)白熾路燈的1/4，壽命更長達IO倍，而此一優(yōu)異的節(jié)能功效已廣泛地受到矚目，而且各地均正有計劃地采用以取代傳統(tǒng)路燈。 想要使發(fā)光二極管有更廣泛的應用，則需開發(fā)出使用便利的燈具，為此一些發(fā)光二極管應用燈具紛紛被開發(fā)出來。美國專利公開號第US2006/0, 291， 201A1號揭示利用一側(cè)向準直發(fā)光器(Side Emitting Collimator)，其將一光源模塊發(fā)出的光線，透過一透鏡模塊將光線做全反射從側(cè)向射出，再利用一反射機構(gòu)將光線反射向上，形成平行光線射向被照物，其中一光源配合一透鏡模塊，而該光源模塊以一金屬散熱塊散熱，借以降低發(fā)光二極管溫度。 此外，美國專利公開號第US 2007/0， 217， 192A1號揭示一種發(fā)光板及發(fā)光裝置(Illuminating Panel and Illuminating Device)，其以多個發(fā)光二極管組成一個發(fā)光源，并利用反射罩將光源集中向前射出，讓光線能夠集中投射到被照物。發(fā)光板將發(fā)光源與反射罩安裝于一基板上所組成。 另外，美國專利公開號第US 2007/0， 201， 225A1號揭示一種能產(chǎn)生寬光束的發(fā)光二極管裝置(LED DEVICE FOR WIDE BEAM GENERATION)，將其各以矩陣的排列方式排列于印刷電路版上的發(fā)光二極管上方，加上一個光學透鏡。隨后，再將組合的模塊放置于一個具有散熱功能的載板。最后，在該模塊的表面蓋上一個塑膠蓋而完成一光學引擎。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管光源模塊及其光學引擎，發(fā)光二極管光源模塊可利用光機電整合的光學引擎按照光通量所需而任意配置數(shù)量。發(fā)光二極管光源模塊具有系統(tǒng)化的電源，故讓使用者可直接連接市電使用。光學引擎的散熱裝置具可依照散熱需求而彈性增減散熱鰭片的設計，且片狀的散熱鰭片使散熱裝置輕量化。 本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管光源模塊的光學引擎包含一散熱裝置、一二極管燈條及一光學元件。散熱裝置包含一基板與多個散熱鰭片，所述多個散熱鰭片直立焊接于該基板的一表面。該二極管燈條固定于該基板的另一表面，使該二極管燈條借由該散熱鰭片散熱。該光學元件具有一容置該二極管燈條的容置空間，而其用于將該二極管燈條的發(fā)光形成一預定光型。 本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管光源模塊包含一框體及多個所述的光學引擎。該框體包含多個反光板，所述多個反光板沿垂直于其縱向的方向凸設于該框體的一表面，且相鄰的所述多個反光板間鏤空。所述多個光學引擎相對應地安設于所述多個鏤空之處，其中該光學引擎的側(cè)向光可借由其兩側(cè)的該反射板往該光學引擎的正向光軸方向反射。
相較于公知的一光源配合一模塊的搭配模式，本發(fā)明可直接運用于多排發(fā)光二極管的光源。此外，比較于使用公知的金屬散熱塊，本發(fā)明的散熱裝置具有輕量化及大有效散
熱面積等的優(yōu)點。再者，本發(fā)明揭示的光學引擎的各組件，無需使用精密模具加以制作，故具有低成本的優(yōu)點。


圖1顯示本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管光源模塊的立體示意圖；圖2顯示本發(fā)明一實施例的反射板的示意圖；圖3顯示本發(fā)明另一實施例的反射板的示意圖；圖4顯示本發(fā)明一實施例的光學引擎的分解示意圖；圖5顯示本發(fā)明一實施例的光學引擎的組合圖；圖6顯示圖5的光學引擎的右側(cè)視圖；圖7顯示圖5的光學引擎的前視圖；圖8至圖14顯示本發(fā)明其他實施例的光學元件的導光結(jié)構(gòu)示意圖；圖15顯示本發(fā)明一實施例的散熱裝置的示意圖；圖16顯示本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管燈條的驅(qū)動裝置的示意圖；圖17顯示本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管光源模塊的立體示意圖；及圖18顯示本發(fā)明又一實施例的發(fā)光二極管光源模塊的立體示意圖；并且，上述附圖中的附圖標記說明如下100發(fā)光二極管光源模塊102框體104光學引擎106反射板106a斜面106b垂直面402散熱裝置404 二極管燈條406光學元件408基板410散熱鰭片412表面414表面416開孔418、420螺絲孔422電路板424發(fā)光二極管426開孔
428、430固定裝置702容置空間802第一曲面804第二曲面806第一側(cè)面808第二側(cè)面810、812入射光1502固定部1600驅(qū)動裝置1602功率因數(shù)校正控制器1604交直流電源轉(zhuǎn)換器1606定電流電路1700發(fā)光二極管光源模塊1702框體1704安裝面1706支撐件1708掏槽1800發(fā)光二極管光源模塊1802框體1804、 1806支座1808支桿1810支撐件
具體實施例方式
圖1顯示本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管光源模塊100的立體示意圖。發(fā)光二極管光源模塊100包含一框體102及多個光學引擎104?？蝮w102的一表面上凸設多個長條形的反射板106，其在垂直于其縱向的方向上間隔排列。所述多個反射板106間隔處具有用于容置光學引擎104的鏤空，此配置使各光學引擎104的側(cè)向光可借由位于其兩側(cè)的反射板106往光學引擎104的正向光軸方向反射。 參照圖2及圖3，反射板106的反射面可為兩斜面106a或為一斜面106a及一垂直面106b所構(gòu)成。斜面106a的角度配合光學引擎104的側(cè)向光的發(fā)光狀況，使該側(cè)向光借由位于其兩側(cè)的反射板106往二極管光學引擎104的正向光軸方向反射，其中反射板106的反射面可以鋁拋光所形成。 本發(fā)明揭示的發(fā)光二極管光源模塊100以一框體102及排列鎖固于框體102上的多個光學引擎104做簡單的組合而形成。發(fā)光二極管光源模塊100可依光通量需求很容易地加以擴充，只需選用合適大小的框體102，并將光學引擎104鎖固于其上即可?？蝮w102可以沖壓制成，也可以利用鋁擠型件組合而成。 參照圖4及圖5，光學引擎104包含一散熱裝置402、一二極管燈條404與一光學元件406。散熱裝置402包含一基板408與多個散熱鰭片410，而該散熱鰭片410與該基板408是兩分離件。該散熱鰭片410為片狀板材，其可以包含鋁或銅等具有高導熱系數(shù)的材料 以沖壓方式制成。所述多個散熱鰭片410是等間距、面面相對且直立的排列方式固著于該 基板408的一表面412上，借此以提供光學引擎104足夠的對流散熱面積?；?08長軸 兩側(cè)分別包含兩開孔416，透過該開孔416使光學引擎104鎖固于發(fā)光二極管光源模塊100 的一框體102上。此外，靠近基板408長軸兩端部處另包含兩螺絲孔(418和420)，其分別 用于鎖固二極管燈條404與光學元件406。 參照圖4至圖6， 二極管燈條404為多個發(fā)光二極管424沿一長條形電路板422的 縱向排列設置而成，多個發(fā)光二極管424可排成包含至少一列。該電路板422可為金屬核心 電路板(Metal Core Printed Circuit Board) 。 二極管燈條404的兩端各具有開孔426， 其用于將該二極管燈條404鎖固于基板408的表面414上。 參照圖4至圖7，光學元件406設于二極管燈條404的發(fā)光側(cè)且以固定裝置428固 定于基板408上，光學元件406是一長條狀的導光結(jié)構(gòu)，具有一容置空間702，其用于容置二 極管燈條404 (如圖7所示)，該容置空間702在組裝后，注入一封裝膠體(包含硅膠及環(huán)氧 樹脂)，以達成防水的目的。該封裝膠體的折射率介于發(fā)光二極管424所用的封裝膠體的折 射率與光學元件406的折射率之間，如此可降低菲涅爾損失(Fresnel Loss)與臨界角度損 失(Critical Angle Loss)，以提高光學取出效率。本發(fā)明實施例中，該固定裝置428包含 螺絲。 參照圖6，光學元件406的導光結(jié)構(gòu)可為一對稱的結(jié)構(gòu)，其包含多個長條狀的曲 面?；诓煌橘|(zhì)間折射率不同而可產(chǎn)生全反射的現(xiàn)象，上述的曲面的組合可使指向性高 的發(fā)光二極管424的發(fā)光改變部分光的光路，因而降低炫光的產(chǎn)生、獲可面積較大和均勻 的光照及形成所需的光型。 圖8至14顯示本發(fā)明其他實施例的光學元件的導光結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖8，長條 狀導光結(jié)構(gòu)包含一第一曲面802、一第二曲面804、一第一側(cè)面806及一第二側(cè)面808，而該 第一側(cè)面806及該第二側(cè)面808均為傾斜面。第一曲面802以及該第二曲面804分別自該 二極管燈條404的兩側(cè)向該二極管燈條404中央處凹陷，并于該二極管燈條404中央處上 方相連接，其中該第一曲面802以及該第二曲面804于該連接處以一角度與該二極管燈條 404的正向光軸所在平面相切，該正向光軸定義為垂直該發(fā)光二極管424所在平面的方向。 發(fā)光二極管所發(fā)射出的光線照射于第一曲面802、第二曲面804、第一側(cè)面806及第二側(cè)面 808上，由于入射角大于臨界角的緣故，使該照射光因反射而轉(zhuǎn)向。根據(jù)實施例，照射第一 曲面802的入射光810經(jīng)全反射后，改變其前進方向而自第一側(cè)面806射出；照射第二側(cè)面 808的入射光812經(jīng)全反射后，自第二曲面804正向射出。自第一側(cè)面806與第二側(cè)面808 射出的側(cè)向光線可由反射板106反射成正向光線。 依照所需的輸出光型，改變光學元件406的導光結(jié)構(gòu)的截面形狀(如圖8至14所 示)，可使發(fā)光二極管所發(fā)射出的光形成該輸出的光型。輸出的光型的設計可依照道路照明 規(guī)范中的國內(nèi)住宅區(qū)干道、其他國家快速道路及商業(yè)區(qū)干道等路燈光型要求。導光結(jié)構(gòu)除 了包含多個曲線外，也可設計為單一形狀，如圖13所示的方形或如圖14所示的弧形。
圖15顯示本發(fā)明一實施例的散熱裝置402的示意圖。散熱裝置402包含一基板 408與多個散熱鰭片410，而該散熱鰭片410與該基板408是兩分離件。所述多個散熱鰭片 410可等間距地排列在基板408上?；?08與散熱鰭片410包含使用鋁或銅等具有高導
7熱系數(shù)的材料。散熱鰭片410可借由焊接的方式，將位于散熱鰭片410 —邊緣上且該與散 熱鰭片410呈一角度的一固定部1502焊接在基板408上，此焊接的方式包含表面粘著技術(shù) (SurfaceMount Technology ;SMT)。散熱鰭片410可以沖壓的方式制成，而基板408則可用 鋁擠型加工的方式成型。由于散熱鰭片410無須通過擠型模具，因此其厚度可較薄。例如 鋁擠型加工所制成的散熱鰭片的厚度一般都大于1厘米，而本發(fā)明實施例的散熱鰭片410 的厚度則可小于1厘米。 散熱裝置402可因不同情況與需求可任意地客制化，例如要求高度較高的散熱鰭 片的情況，生產(chǎn)者只要制作出符合高度要求的散熱鰭片后，將其焊接在基板408上即可。而 且，根據(jù)實驗的結(jié)果，相較于由鋁擠型散熱模塊，散熱裝置402在相同的散熱面積下可節(jié)省 約30%的所需材料，故其制造成本較低。 本發(fā)明實施例中，發(fā)光二極管燈條100是以固定裝置430鎖固定在基板408相 對于散熱鰭片410安設的表面(如圖4所示)，其中發(fā)光二極管燈條100與基板408間 則可涂布導熱膏(未圖示)，以減少發(fā)光二極管燈條100與基板408間的熱阻(Thermal Resistance)。鎖固發(fā)光二極管燈條100的該固定裝置430包含螺絲。
圖16顯示本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管燈條100的驅(qū)動裝置1600的示意圖。 發(fā)光二極管燈條100的驅(qū)動裝置1600包含功率因數(shù)校正控制器1602、交直流電源轉(zhuǎn)換器 1604及定電流電路1606，其用以將95 230伏特的市電轉(zhuǎn)換成一提供發(fā)光二極管燈條100 的直流定電流，其中利用功率因數(shù)校正控制器1602以提高電能轉(zhuǎn)換效率，并減低對公眾供 電網(wǎng)絡及發(fā)光二極管燈條100的危害，而該功率因數(shù)校正控制器1602可為有源式(Active) 或無源式(Passive)功率因數(shù)校正控制器。本發(fā)明提供發(fā)光二極管燈條100—種系統(tǒng)化、 整合化的驅(qū)動裝置1600，使用者僅需給予100 230伏特的交流電即可點亮。
圖17顯示本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管光源模塊1700的立體示意圖。發(fā)光二 極管光源模塊1700包含一框體1702及多個光學引擎104。該框體1702為一板狀件，其包 含多個與該光學引擎104相對應的掏槽1708。各該掏槽1708使安裝后的光學引擎104的 發(fā)光二極管(未圖示)可外露于安裝面1704的相對面。該框體1702的一邊側(cè)，位在光學引 擎104的縱向處，可設置用于支撐該發(fā)光二極管光源模塊1700的支撐件1706?？蝮w1702 的材料是金屬，其包含鋁、銅、鐵、鐵合金、鋁鎂合金及不銹鋼等。 圖18顯示本發(fā)明又一實施例的發(fā)光二極管光源模塊1800的立體示意圖。發(fā)光二 極管光源模塊1800包含一框體1802及多個光學引擎104。框體1802包含兩支座1804、 1806，各該光學引擎104軸向兩端分別固定于兩分開、平行設置的支座1804U806上，即組 合成發(fā)光二極管光源模塊1800。此種發(fā)光二極管光源模塊1800具有設計簡單(只需將光 學引擎104兩端分別固定)、擴充容易(支座1804、 1806長度可任意裁減，無需額外加工) 及重量輕等的優(yōu)點。如需加強支座1804與支座1806間的支撐強度，則可依照所需設置至 少一支桿1808。支座1804U806是金屬，優(yōu)選使用輕質(zhì)金屬材料；支桿1808宜使用強度較 高的金屬，以提供較大的支撐強度。如此的配合設計，可使發(fā)光二極管光源模塊1800具有 輕量化的優(yōu)點。兩支座1804、 1806之一者更可設置一用于支撐該發(fā)光二極管光源模塊1800 的支撐件1810。 本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員仍可能基 于本發(fā)明的教示及揭示而作各種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實施例所揭示的范圍，而應包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為所附的 權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管光源模塊的光學引擎，包含一散熱裝置，包含一基板與多個散熱鰭片，所述多個散熱鰭片直立焊接于該基板的一表面；一二極管燈條，固定于該基板的另一表面，使該二極管燈條借由該散熱鰭片散熱；以及一光學元件，具有一容置該二極管燈條的容置空間，該光學元件用于將該二極管燈條的發(fā)光形成一預定光型。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學引擎，其中上述的散熱鰭片是以沖壓方式來制成的片狀板 材或以鋁或銅沖壓制成，上述的散熱鰭片及該基板以金、銀、鎳金合金、鎳鈀金合金、錫、錫 銀合金、錫銅合金、及錫銀銅合金的其中之一來焊接，而該散熱鰭片與該基板間以表面粘著 技術(shù)焊接。
3. 如權(quán)利要求l所述的光學引擎，其中上述的二極管燈條的電路板是金屬核心電路 板，該容置空間于組裝后注入一封裝膠體，該封裝膠體的折射率介于該二極管燈條的發(fā)光 二極管所用的封裝膠體的折射率與該光學元件的折射率之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的光學引擎，還包含一用以驅(qū)動該二極管燈條的驅(qū)動裝置，其中 該光學元件包含一長條狀的導光結(jié)構(gòu)，該導光結(jié)構(gòu)具有分別自該二極管燈條的兩側(cè)向該二 極管燈條中央處凹陷且相連接的一第一曲面及一第二曲面，其中該第一曲面以及該第二曲 面于該連接處以一角度與該二極管燈條的正向光軸所在平面相切，該導光結(jié)構(gòu)另包含一第 一側(cè)面及一第二側(cè)面，而該第一側(cè)面及該第二側(cè)面均為傾斜面。
5. —種發(fā)光二極管光源模塊，包含一框體，包含多個反光板，所述多個反光板沿垂直于其縱向的方向凸設于該框體的一 表面，相鄰的所述多個反光板間鏤空；以及多個光學引擎，相對應地安設于所述鏤空之處，其包含一散熱裝置，包含一基板與多個散熱鰭片，所述多個散熱鰭片直立焊接于該基板的一 表面；一二極管燈條，固定于該基板的另一表面，使該二極管燈條借由該散熱鰭片散熱；及 一光學元件，具有一容置該二極管燈條的容置空間，該光學元件用于將該二極管燈條 的發(fā)光形成一預定光型；其中該光學引擎的側(cè)向光可借由其兩側(cè)的該反射板往該光學引擎的正向光軸方向反射。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管光源模塊，其中上述的反光板的反射面為兩斜面或 一斜面和一垂直面的組合，該反射面以鋁拋光所形成。
7. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管光源模塊，其中上述的散熱鰭片是以沖壓方式來制 成的片狀板材或以鋁或銅沖壓制成，該散熱鰭片及該基板是以金、銀、鎳金合金、鎳鈀金合 金、錫、錫銀合金、錫銅合金、及錫銀銅合金的其中之一來焊接，該基板與該散熱鰭片間以表 面粘著技術(shù)焊接。
8. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管光源模塊，還包含一用以驅(qū)動該二極管燈條的驅(qū)動 裝置，其中該二極管燈條的電路板是金屬核心電路板，該容置空間于組裝后注入一封裝膠 體，該封裝膠體的折射率介于該二極管燈條的發(fā)光二極管所用的封裝膠體的折射率與該光 學元件的折射率之間。
9. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管光源模塊，其中上述的光學元件包含一長條狀的導 光結(jié)構(gòu)，該導光結(jié)構(gòu)具有分別自該二極管燈條的兩側(cè)向該二極管燈條中央處凹陷且相連接 的一第一曲面及一第二曲面，其中該第一曲面以及該第二曲面于該連接處以一角度與該二 極管燈條的正向光軸所在平面相切，該導光結(jié)構(gòu)另包含一第一側(cè)面及一第二側(cè)面，而該第 一側(cè)面及該第二側(cè)面均為傾斜面。
10. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管光源模塊，其中上述的框體是一具有與所述多個 光學引擎相對應的掏槽的板狀件，其中該框體包含兩支座，所述支座分開設置，所述多個光 學引擎的兩端分別固定于該支座上，其中該框體以沖壓制成或為鋁擠型件組合而成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管光源模塊及其光學引擎，該光學引擎包含一散熱裝置、一二極管燈條及一光學元件。散熱裝置包含一基板與多個散熱鰭片，所述多個散熱鰭片直立焊接于該基板的一表面。該二極管燈條固定于該基板的另一表面，使該二極管燈條可借該散熱鰭片散熱。該光學元件具有一容置該二極管燈條的容置空間，而其用于將該二極管燈條的發(fā)光形成一預定光型。該光學引擎的散熱裝置可依照散熱需求而彈性增減散熱鰭片的設計，因此具有輕量化，大有效散熱面積等的優(yōu)點。此外，本發(fā)明中的光學引擎的各個元件，無需使用精密模具加以制作，故具有低成本的優(yōu)點。
文檔編號F21V5/00GK101737752SQ20081017666
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者吳威宏, 張家誠, 涂上德, 鄧彥衢 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司