专利名称：发光装置及其透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光装置及其透镜，尤其涉及一种具有入光结构的透镜的发光装置。
背景技术：
发光二极管(LED)属于半导体元件，其寿命长达十万小时以上，且无须暖灯时间 (idling time)。此外，发光二极管还具有反应速度快(约为10_9秒)、体积小、用电省、污染低、高可靠度、适合量产等优点，所以发光二极管所能应用的领域十分广泛，如大型看板、 交通信号灯、手机、扫描器、传真机的光源以及照明装置等。由于发光二极管的发光亮度与发光效率持续地提升，同时白光的发光二极管也被成功地量产，所以逐渐有发光二极管被使用作为照明用途。发光二极管一般为“点光源”。 然而，照明用的光源往往需要较宽广的均勻照射范围。所以，发光二极管应用于照明装置时必须利用例如是透镜单元的扩光结构来改善其光线过度集中的情形。图8为一种现有的具有透镜单元的发光装置，该透镜为一圆台状透镜120’，也就是说透镜120’由一圆锥体移除尖端而构成。光线Li’照射至透镜120’的侧壁时会受到界面反射而反射至反射层140’上。不过，光线L2’在界面反射之后可能被反射到反射层140’ 之外，而无法被有效利用。因此，此一现有的透镜单元将具有光线利用率低落的问题。
发明内容
本发明提供一种透镜，可以调整光线路径以提高发光装置光的利用率。本发明提供一种发光装置，可有效利用光源以提高出光效率。本发明提出一种透镜。透镜包括一环绕侧壁、一入光面、一入光结构以及一出光面。环绕侧壁由二平坦部以及二弧面部所组成以环绕一参考轴线，其中二平坦部彼此相对， 且二弧面部彼此相对。入光面配置于环绕侧壁的一侧，供接收一点光源射出的光线。入光结构位于入光面上，且入光结构包括多个条状凸起。各条状凸起由多个第一散光面够成，而第一散光面不行于入光面。出光面配置于环绕侧壁的另一侧，与入光面相对。出光面实质上为圆形。透镜的一截面积由入光面向出光面渐增。本发明又提出一种发光装置，包括前述的透镜、一导光柱以及一反射层。导光柱配置于透镜远离点光源的一侧，且导光柱实质上对齐参考轴线。反射层配置于导光柱的一侧， 二平坦部其中之一与反射层位于参考轴线的同一侧。基于上述，本发明在透镜的侧壁上设置两个彼此相对的平坦部，且平坦部的位置对应于发光装置的反射层。因此，点光源所发出的光线实质上都可照设置反射层而有助于提高发光装置的发光效率。此外，透镜的入光面具有入光结构而有助于使点光源所发出的光线分散地射出以被利用。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为本发明的一实施例的发光装置的爆炸示意图。
图2为本发明的一实施例的透镜的光学作用示意图。
图3为以参考轴线为法线的本发明的一实施例的透镜的截面图,
图4与图5为入光结构的示意图。
图6A为本发明的另一实施例的透镜示意图。
图6B为光线进入图6A所示的透镜时的光路示意图。
图7为本发明又一实施例的透镜的示意图。
图8为一种现有的具有透镜单元的发光装置。
主要附图标记说明
100 发光装置； 120、120，、220、320 透镜； 122A 平坦部； 124 入光面； 126、226、326 出光面； 132 部分的环周表面； 140、140’ 反射层； A 参考轴线； L1、L1’、L2、L2，光线； L4 第二光路； L6 虚拟线；
R1、S1、S2、V1、V2 散光面 T1、T2、T3、T4 夹角。
110 点光源； 122 环绕侧壁； 122Β 弧面部； 124Α 入光结构； 130 导光柱；
134 出光面； 226Α.326Α 出光结构； D、H:延伸方向； L3 第一光路；
L5 第三光路； R、S、V 条状凸起；
具体实施例方式图1为本发明的一实施例的发光装置的爆炸示意图。请参照图1，发光装置100包括一点光源110、一透镜120、一导光柱130以及一反射层140。点光源110、透镜120以及导光柱130例如依序排列于参考轴线A上。在本实施例中，参考轴线A例如通过点光源110、 透镜120以及导光柱130三者的中心。反射层140，其例如为白色油墨层所构成的一扩散式反射层，位于导光柱130部分的环周表面132，其中导光柱130相对于反射层140的另一部分环周表面实质上为出光面134。换言之，发光装置100是一种可提供线性光源的装置。具体而言，点光源110例如是一发光二极管光源。为了使点光源110所发出的光线分散地射出并进入导光柱130而提供所需的线性光源，发光装置100需将透镜120设置于点光源110及导光柱130之间。由透镜120分散射出的光线进入导光柱130后，一部分可朝向出光面134射出导光柱130，而另一部分可朝向反射层140入射后，再由反射层140 反射至出光面134。在本实施例中，透镜120包括一环绕侧壁122、一入光面124、一入光结构IMA以及一出光面126。入光面IM配置于环绕侧壁122的一侧，面向点光源110，以供接收点光源110射出的光线。入光结构124A位于入光面IM上，以提供一粗糙结构来发散点光源110 所射出的光线。出光面1 实质上为圆形，且出光面1 配置于环绕侧壁122的另一侧，并与入光面124相对。此外，出光面1 相对于导光柱130的一端部，出光面126的面积实质上相近于导光柱130的截面积，且透镜120的截面积由入光面124向出光面1 渐增。值得一提的是，本实施例的环绕侧壁122由二平坦部122A以及二弧面部122B所组成以环绕参考轴线A，其中二平坦部122A彼此相对，且二弧面部122B彼此相对。此外，二平坦部122A其中之一邻近反射层140而设并与反射层140位于参考轴线A的同一侧。点光源110所发出的光线可由透镜120发散并进入导光柱130中。此外，二平坦部122A有助于将光线反射至反射层140以更进一步提高光线利用率。所以，透镜120的设置有助于提高发光装置100的出光效率。详言之，图2为本发明的一实施例的透镜的光学作用示意图。由于本实施例的透镜120具有相对的二平坦部122A，且其中一平坦部122A邻近反射层140。所以，另一平坦部122A实质上与反射层140分别位于参考轴线A的相对两侧。光线Ll以及光线L2照射至平坦部122A后都可以被反射至反射层140上而有效被利用。根据实际量测的结果，在相同的条件下(例如搭配亮度150流明的点光源)，使用如图8现有的透镜120’的发光装置的发光效率约为阳.8流明/瓦特(lm/w)，而使用本实施例的透镜120的发光装置的发光效率约为66. 27流明/瓦特(lm/w)。因此，本实施例的平坦部设计明显地可增加光线的利用率。具体而言，图3为以参考轴线为法线的本发明的一实施例的透镜的截面图。请同时参照图1与图3，以参考轴线A为法线示出透镜120的截面积时，在截面积中，二平坦部 122A彼此平行，二弧面部122B彼此对称，且二弧面部122B至参考轴线A的距离相等。另外，二弧面部122B至参考轴线A的距离大于二平坦部122A至参考轴线A的距离。也就是说，此截面积实质上为一圆形被两条平行线截切后所剩余的形状。进一步而言，透镜120实质上是一圆台被两个斜向的平面截切后所剩余的形状。所以，透镜120可以由将圆台状的透镜截切而获得，当然也可以设置特定的模具以于一次的成型步骤中获得。请参照图1所示，在本实施例中，除了透镜120本身的形状有助于发散点光源110 所发出的光线外，设置于入光面1 上的入光结构124A也有助于发散点光源110所发出的光线。具体而言，入光结构124A为入光面IM上的起伏结构，光线受到入光结构124A的作用将发散地射出而可改善光线过于集中的现象。详言之，图4与图5为入光结构的示意图。请同时参照图4与图5，入光结构124A 可以由多个条状凸起V所组成，也可以是多个条状凸起R所组成。各个条状凸起V例如由两个平坦状的散光面VI、V2所构成；或者各条状凸起R例如由一个弧状的散光面Rl所构成， 且在透镜120中这些散光面VI、V2、Rl不行于入光面124。当然，在其他的实施例中，入光结构124A还可以同时由多个条状凸起V与多个条状凸起R所组成。在此，各条状凸起V以及R具有一延伸方向D。各条状凸起V以延伸方向D为法线的一截面积具有V形轮廓。各条状凸起R以延伸方向D为法线的一截面积具有弧型轮廓。另外，在其他的实施方式中，各条状凸起以延伸方向为法线的一截面积可具有多边形轮廓。换言之，本实施例不特别地限定入光结构124A的形状。当然，各条状凸起V以及R的尺寸也可随不同需求而有所更动。图6A为本发明的另一实施例的透镜示意图。请参照图6A，透镜220与前述的透镜120大致相同，两者的差异之处主要在于透镜220的出光面2 具有一出光结构226A。换言之，除了出光面2 外，透镜220与透镜120是由相同的结构所组成，而这些相同的结构皆以相同的符号标示，不另赘述。在本实施例中，出光结构226A例如包括多个条状凸起S，其分别沿一延伸方向H延伸。各条状凸起S以延伸方向H为法线的一截面积可以具有V形轮廓、弧型轮廓或多边形轮廓，其中V形轮廓以及弧型轮廓可参照图4及图5所示的态样。也就是说，各条状凸起S 可以由两平坦状的散光面所构成或是由一弧形的散光面所构成。另外，在本实施例中出光结构226A的延伸方向H实质上与入光结构124A的延伸方向平行。不过，本发明不限于此， 在其他的实施方式中，出光结构226A的延伸方向H实质上可与入光结构124A的延伸方向垂直或相交于一角度。出光结构226A的设置可以再次地发散点光源所发出的光线而有助于提高发光装置的光线利用率。更详言之，图6B为光线进入图6A所示的透镜时的光路示意图，其中光线是由入光结构124A进入透镜而由出光结构226A射出。请同时参照图6A与图6B，构成入光结构124A 的多个条状凸起V例如具有V型截面积，且各条状凸起V具有散光面V1、V2。另外，构成出光结构226A的多个条状凸起S也例如具有V型的截面积，且各条状凸起S具有散光面Si、 S2。在本实施例中，两散光面V1、V2之间所夹的一夹角Tl例如小于两散光面S1、S2之间所夹的一夹角T2。光线由点光源至入光结构124A的行进路径定义为第一光路L3 ；由入光结构124A 至出光结构226A的行进路径定义为第二光路L4 ；而光线由出光结构226A射出的行进路径定义为第三光路L5。光线在进入入光结构124A时发生第一次偏折(因外部与透镜折射率不同)后，再于透镜内行进。之后，光线在射出出光结构226A时发生第二次偏折(也因外部与透镜折射率不同)。由图6B可清楚看出，沿第一光路L3延伸而与第二光路L4形成的夹角为T3 ；另外，平行于第一光路L3的虚拟线L6与第三光路L5形成的夹角为T4，夹角T4 相较夹角T3为大。除了上述的条状结构外，出光结构上可以由凹陷所构成，其如图7所示。图7为本发明又一实施例的透镜的示意图。请参照图7，透镜320与透镜120大致相同，两者的差异之处主要在于透镜320的出光面3 具有一出光结构326A，其中出光结构326A实质上为一凹陷。因此，图7所采用的元件符号与图1相同者皆表示为相同的元件。在本实施例中，参考轴线A实质上通过出光结构326A(亦即凹陷)的中心。所以， 出光结构326A上任一点与入光面IM之间的距离随此点与参考轴线A之间的距离减少而减少。也就是说，越接近参考轴线A，凹陷的深度越深。如此一来，出光结构326A有助于发散光线而提高发光装置的发光效率。值得一提的是，凹陷的尺寸及凹向的设计可以随不同的需求而有所改变，上述的凹陷是以参考轴线A为中心而设的，不过，其他的实施例中，凹陷的中心可以不位于参考轴线A上。综上所述，本发明在导光柱与点光源之间设置一透镜并在导光柱的一侧设置一反射层以构成一发光装置。透镜的侧壁上包括两个平坦部，其中一个平坦部邻近反射层而设。 点光源所发出的光线照射于平坦部后可以被反射至反射层上以被利用。所以，本发明的发光装置具有理想的出光效率。虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意改动或等同替换，故本发明的保护范围当以本申请权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种透镜，该透镜包括一环绕侧壁，该环绕侧壁由二平坦部以及二弧面部所组成以环绕一参考轴线，其中该二平坦部彼此相对，且该二弧面部彼此相对；一入光面，配置于该环绕侧壁的一侧，供接收一点光源射出的光线；一入光结构，位于该入光面上，且该入光结构包括多个第一条状凸起，各该第一条状凸起具有至少一第一散光面，而该至少一第一散光面不平行于该入光面；以及一出光面，配置于该环绕侧壁的另一侧，与该入光面相对，该出光面实质上为圆形，其中该透镜的一截面积由该入光面向该出光面渐增。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中该入光结构的各该第一条状凸起具有一延伸方向，且各该第一条状凸起以该延伸方向为法线的一截面积具有V形轮廓、弧型轮廓或多边形轮廓。
3.根据权利要求1所述的透镜，还包括一出光结构，配置于该出光面上，该出光结构实质上环绕该参考轴线。
4.根据权利要求3所述的透镜，其中该出光结构包括多个第二条状凸起，各该第二条状凸起具有一延伸方向，且各该第二条状凸起以该延伸方向为法线的一截面积具有V形轮廓、弧型轮廓或多边形轮廓。
5.根据权利要求4所述的透镜，其中各该第二条状凸起包括多个平坦的第二散光面， 且该至少一第一散光面的数量为多个时，相邻的所述第一散光面相交一第一夹角，相邻的所述第二散光面相交一第二夹角，而该第一夹角小于该第二夹角。
6.根据权利要求3所述的透镜，其中该出光结构包括一凹陷，以使该出光结构的任一点与该入光面之间的距离随该点与该参考轴线之间的距离减少而减少。
7.根据权利要求1所述的透镜，其中该截面积以该参考轴线为法线时，在该截面积中， 该二平坦部彼此平行。
8.根据权利要求1所述的透镜，其中该截面积以该参考轴线为法线时，在该截面积中， 该二弧面部至该参考轴线的距离相等，该二弧面部至该参考轴线的距离大于该二平坦部至该参考轴线的距离。
9.一种发光装置，包括一根据权利要求1至8中任一所述的透镜；一导光柱，配置于该透镜远离该点光源的一侧，且该导光柱实质上对齐该参考轴线；以及一反射层，配置于该导光柱的一侧，该二平坦部其中之一与该反射层位于该参考轴线的同一侧。
10.根据权利要求9所述的发光装置，其中该反射层为一扩散式反射层。
11.根据权利要求9所述的发光装置，其中该点光源的出光中心实质上对齐该参考轴线。
全文摘要
本发明提供一种发光装置及其透镜。透镜包括一环绕侧壁、一入光面、一入光结构以及一出光面。环绕侧壁由二平坦部以及二弧面部所组成以环绕一参考轴线，其中二平坦部彼此相对，且二弧面部彼此相对。入光面配置于环绕侧壁的一侧，供接收一点光源射出的光线。入光结构位于入光面上，且入光结构包括多个条状凸起，各条状凸起由多个第一散光面构成，而第一散光面不平行于入光面。出光面配置于环绕侧壁的另一侧，与入光面相对。出光面实质上为圆形，其中透镜的一截面积由入光面向出光面渐增。
文档编号F21V13/00GK102384428SQ201010274518
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者叶志庭, 黄国瑞 申请人:胜华科技股份有限公司