广角照明光源的制作方法

本公开涉及一种广角照明光源，尤其是指一种具有广角度照明且照明均匀的照明光源。

背景技术：

近年来，间接照明被广泛地应用于室内设计与建筑装潢中。相较于直接照明明亮刺眼的光线，间接照明可产生较柔和的光线，让人感觉较为放松。然而间接照明虽然可改善空间的舒适感，但却有照明效率不佳、照明角度范围小、照明不均匀以及需复杂装潢结构等缺点。

另外，户外大型广告看板一般是以光源直接照射至看板上，以达到照明目的。光源需远离看板架设，以达到较均匀的照射面积，然而如此一来便需多组光源以达到所需的亮度。即使是多组光源以远距离方式照射，仍会有照射面积不均匀的问题。

技术实现要素：

本公开提供一种广角照明光源，包含发光元件、发散光系统与集光系统。发光元件用以提供光线。发散光系统具有朝着发光元件实质渐缩的宽度。集光系统置于发光元件与发散光系统之间。集光系统用以将发光元件的光线聚集至发散光系统，且发散光系统用以将通过集光系统的光线投射至一投射面。发光元件置于投射面与发散光系统之间。

在一或多个实施方式中，大于70％通过集光系统的光线入射发散光系统。

在一或多个实施方式中，发散光系统具有非球面的反射面，面向发光元件。

在一或多个实施方式中，发散光系统为锥形反射元件。锥形反射元件的顶点面向发光元件。

在一或多个实施方式中，自锥形反射元件的顶点至锥形反射元件的底的剖面具有至少一弯曲的侧边。

在一或多个实施方式中，大于70％由发光元件提供的光线入射集光系统。

在一或多个实施方式中，集光系统包含凸透镜、凹透镜、复合抛物形聚光器或其组合。

在一或多个实施方式中，发光元件位于集光系统的光轴上。

在一或多个实施方式中，广角照明光源还包含一反射结构，至少置于发光元件与集光系统之间以及集光元件与发散光系统之间。

在一或多个实施方式中，发光元件偏移集光系统的光轴设置。

在一或多个实施方式中，反射结构具有多个贯穿孔，以供集光系统与发散光系统嵌入。

在一或多个实施方式中，集光系统具有至少一接触面。集光系统通过接触面固定于反射结构上，集光系统的光轴位于接触面上。

在一或多个实施方式中，发散光系统具有接触面。发散光系统通过接触面固定于反射结构上。集光系统的光轴位于接触面上。

在一或多个实施方式中，广角照明光源还包含一灯架。发光元件、发散光系统与集光系统皆固定于灯架上。灯架用以将发光元件、发散光系统与集光系统固定至投射面。

在一或多个实施方式中，灯架包含固定部与支撑部。固定部于投射面上，支撑部将发散光系统固定至固定部上。

在一或多个实施方式中，固定部具有容置空间.发光元件与集光系统皆置于容置空间中，且集光系统的部分自容置空间暴露出来。

在一或多个实施方式中，发散光系统包含底座，支撑部的相对两端分别固定至底座与固定部上。

在一或多个实施方式中，广角照明光源还包含反射结构，至少置于发光元件与集光系统之间以及集光元件与发散光系统之间，且反射结构固定于灯架上。

上述实施方式的广角照明光源可有效地将发光元件的光线投射至投射面，以产生均匀且具广大面积的光。

附图说明

图1为本公开一实施方式的广角照明光源与投射面的示意图。

图2为图1的发散光系统于一些实施方式的剖面图。

图3为图1的发光元件的剖面图。

图4为按表一与段落[0027]的各参数模拟在投射面上的照射亮度图。

图5为本公开另一实施方式的广角照明光源与投射面的示意图。

图6为图5的反射结构的正视图。

图7为本公开又一实施方式的广角照明光源与投射面的示意图。

图8为图5的广角照明光源模拟在投射面上的照射亮度图。

图9为本公开再一实施方式的广角照明光源与投射面的示意图。

图10为图9的广角照明光源的爆炸图。

图11为本公开另一实施方式的广角照明光源与投射面的示意图。

附图标记说明：

110：发光元件130：集光系统

112：光线132、134：凸透镜

114：发光二极管晶片140：反射结构

115：线材142、144、146：贯穿孔

116：支架150：灯架

118：封装材152：固定部

119：波长转换材料153：容置空间

120：发散光系统154：支撑部

122：反射面155a、155b：端

124：底900：投射面

125：剖面o：光轴

126：侧边p：顶点

128：底座w：宽度

129、133、135：接触面

具体实施方式

以下将以附图公开本公开的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本公开。也就是说，在本公开部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示的。

图1为本公开一实施方式的广角照明光源与投射面900的示意图。广角照明光源包含发光元件110、发散光系统120与集光系统130。发光元件110用以提供光线112。发散光系统120具有朝着发光元件110实质渐缩的宽度w。集光系统130置于发光元件110与发散光系统120之间。集光系统130用以将发光元件110的光线112聚集至发散光系统120，且发散光系统120用以将通过集光系统130的光线112投射至一投射面900。发光元件110置于投射面900与发散光系统120之间。

为了清楚起见，在图1中只绘示部分光线112的行经路径。另外，集光系统130可为透明材质，因此光线112可通过集光系统130的内部，而发散光系统120可具有反射面122(详见后述)，因此图1所绘示的光线112是在发散光系统120的表面(即反射面122)被反射。

在本文中，「实质」是用以修饰任何可些微变化的关系，但这种些微变化并不会改变其本质。举例来说，「发散光系统120具有朝着发光元件110实质渐缩的宽度w」，此一描述除了代表发散光系统120的宽度w确实朝着发光元件110渐缩外，只要发散光系统120的宽度w大致往发光元件110方向缩小，发散光系统120的宽度w在发散光系统120的一些区段也可以略为增加再缩小，或者略为缩小再增加。

本实施方式的广角照明光源可有效地将发光元件110的光线112投射至投射面900，以产生均匀且具广角度与大范围的照射面积。具体而言，发光元件110提供的光线112入射集光系统130。集光系统130将光线112聚集，亦即比起入射集光系统130的光线112，穿透集光系统130的光线112具有较小的发散角度。如此的结构能够将发光元件110提供的光线112有效地聚集至发散光系统120，以提高光线112的使用效率。接着，穿透集光系统130的光线112入射发散光系统120，发散光系统120将光线112反射至位于发光元件110后方的投射面900。因发散光系统120具有朝着发光元件110实质渐缩的宽度w，因此可增加光线112的发散角度，以增加光线112的照射面积。投射至投射面900的光线112可通过散射而达到间接照明的目的。如此一来，通过本实施方式的广角照明光源，即可于短距离内在投射面900上产生广大且均匀的照明面积。

在一些实施方式中，大于70％由发光元件110提供的光线112入射集光系统130，亦即集光系统130收集大部分由发光元件110提供的光线112，因此集光系统130可将大部分的光线112聚集并导向发散光系统120。另外，因集光系统130将光线112聚集，因此有大于70％通过集光系统130的光线112入射发散光系统120，如此一来，发散光系统120可有效地将大部分的光线112导向投射面900。

接下来描述一些实施方式中的发散光系统120的具体结构。在图1中，发散光系统120具有非球面的反射面122，面向发光元件110与集光系统130。反射面122用以将光线112反射至投射面900。可视实际需求而设计反射面122，使得反射面122呈非球面，以让投射面900上产生均匀的照明面积。

请参照图2，其为图1的发散光系统120于一些实施方式的剖面图。例如，发散光系统120可为锥形反射元件，例如圆锥形反射元件或多角锥形反射元件，本公开不以此为限。锥形反射元件具有相对的顶点p与底124，而顶点p面向发光元件110(如图1所示)。在本实施方式中，发散光系统120的宽度w定义为与底124的面实质平行的各截面的直径。例如，在图2所标示的宽度w为底124的面的直径。在图2中，锥形反射元件各截面的直径实质往顶点p渐小。

若要进一步产生均匀的照射面积，可设计锥形反射元件的侧面的弧度。在图2中，自锥形反射元件的顶点p至锥形反射元件的底124的剖面125具有至少一弯曲的侧边126。换言之，侧边126为非直线。在一些实施方式中，侧边126可向锥形反射元件的外部弯曲(如图2所示)、向锥形反射元件的内部弯曲、或呈波浪状、不规则状，端视实际需求而定。图2的发散光系统120的形状仅为例示，并非用以限制本公开。本领域具通常知识者，可视实际需求，弹性设计发散光系统120的形状。

请回到图1。在一些实施方式中，发光元件110位于集光系统130的光轴o上，换言之，集光系统130的光轴o穿过发光元件110，如此的设置可在投射面900上得到较对称的照射面积，例如可应用于室内照明，因此投射面900可为天花板或墙面。另外，发散光系统120亦可位于集光系统130的光轴o上，亦即，发光元件110、集光系统130与发散光系统120可呈一直线排列。

另外，集光系统130包含至少一透镜，例如两个凸透镜132、134，如图1所示。然而在其他的实施方式中，集光系统130可包含凸透镜、凹透镜、复合抛物形聚光器(compoundparabolicconcentrator,cpc)或其组合。基本上，只要能够将发光元件110提供的光线112聚集，以将光线112导至发散光系统120的反射面122上，即于本公开的范畴中。在一些实施方式中，凸透镜132、134的表面可为球面、非球面或自由曲面，端视实际情况而定。

在一些实施方式中，发光元件110可为发光二极管、激光或其他合适的发光源。举例而言，请参照图3，其为图1的发光元件110的剖面图。图3的发光元件110为发光二极管模组，其包含发光二极管晶片114、支架116与封装材118。发光二极管晶片114可利用线材115与支架116电性连接，而封装材118覆盖发光二极管晶片114。封装材118不但可保护发光二极管晶片114，亦可设计为不同的形状，以调整发光二极管晶片114的出光方向。在一些实施方式中，封装材118包含波长转换材料119，例如萤光粉体或量子点材料。发光二极管晶片114发出的光可被波长转换材料119吸收，波长转换材料119再发出其他颜色的光，藉此改变发光二极管模组的出光颜色。图3的发光元件110的结构仅为例示，并非用以限制本公开。本公开所属领域具通常知识者，可依实际需求，弹性选择发光元件110的结构。

在一实施例中，可设计集光系统130与发散光系统120的各参数，以达到产生广大且均匀的照明面积的目的。表一为本公开一实施例的各元件的参数值，其包含图1的各元件的表面(由发光元件110至发散光系统120的反射面122依序为表面1到表面6，亦即：发光元件110的发光面为表面1、集光系统130的凸透镜132靠近发光元件110的表面为表面2、集光系统130的凸透镜132靠近凸透镜134的表面为表面3、集光系统130的凸透镜134靠近凸透镜132的表面为表面4、集光系统130的凸透镜134靠近发散光系统120的表面为表面5，而发散光系统120的反射面122为表面6)的曲率半径、各表面与下一表面的距离(或厚度)、折射率与阿贝数。另外，表面2至表面4的坐标以方程式(1)表示，其包含系数k、a2、a4至a16，c表示曲率；而表面5以方程式(2)表示，其包含系数b1、b2至b8。

z＝b1r+b2r²+b3r³+b4r⁴+b5r⁵+b6r⁶+b7r⁷+b8r⁸

(2)

表一：各元件的各项参数值

另外，在本实施例中，b1＝0.35233，b2＝0.06588，b3＝-1.524e-03，b4＝2.417e-04，b5＝-6.918e-06，b6＝-1.215e-07，b7＝-1.202e-09以及b8＝4.847e-12。发光元件110的发光面(即表面1)的面积为4毫米×4毫米。图4为按表一与段落[0027]的各参数模拟在投射面上的照射亮度图，其中广角照明光源位于原点(即坐标(0,0)处)。

接着请参照图5与图6，其中图5为本公开另一实施方式的广角照明光源与投射面900的示意图，而图6为图5的反射结构140的正视图。在本实施方式中，广角照明光源还包含一反射结构140，至少置于发光元件110与集光系统130之间以及集光系统130与发散光系统120之间。举例而言，如图6所示，反射结构140可为一反射镜，其具有多个贯穿孔142、144与146，以供集光系统130与发散光系统120嵌入。详细而言，集光系统130的凸透镜132嵌入贯穿孔142，集光系统130的凸透镜134嵌入贯穿孔144，且发散光系统120嵌入贯穿孔146。

然而反射结构140与其他元件的固定关系非以图5与图6为限。图7为本公开又一实施方式的广角照明光源与投射面900的示意图。在图7中，集光系统130与发散光系统120可被裁切(例如将图5中位于反射结构140的左半部的部分集光系统130与发散光系统120被裁切掉)，再将右半部的部分集光系统130与发散光系统120固定至反射结构140上亦可。详细而言，集光系统130的凸透镜132具有一接触面133，接触面133可为将图5的凸透镜132裁切成一半的裁切面。集光系统130的凸透镜134具有一接触面135，接触面135可为将图5的凸透镜134裁切成一半的裁切面。凸透镜132通过接触面133而固定至反射结构140上，且凸透镜134通过接触面135而固定至反射结构140上。而集光系统130的光轴o位于接触面133与/或接触面135上。另一方面，发散光系统120具有接触面129，接触面129可为将图5的发散光系统120裁切成一半的裁切面。发散光系统120通过接触面129固定于反射结构140上。集光系统130的光轴o可位于接触面129上。

在图5与图7中，加入反射结构140后，原本欲往图5与图7左侧传播的光线112可被反射结构140反射至右侧，再打至投射面900。如此一来，光线112便可集中照射至右侧的投射面900。另外，为了增加光线112的使用效率，发光元件110可偏移集光系统130的光轴o设置，例如偏向图5与图7的右侧设置。如此一来，发光元件110往左侧传播的光线112即可被反射结构140反射至右侧。本实施方式的广角照明光源例如可应用于户外的广告看版，广角照明光源可置于广告看版的边缘，斜向打至广告看版上，亦即投射面900即为广告看版。因广角照明光源可提供广大且均匀的照射面积，因此少数量(例如一个)的广角照明光源即可照亮整个广告看版，具有节省能量之效。图8为图5的广角照明光源模拟在投射面900上的照射亮度图，其中广角照明光源位于原点(即坐标(0,0)处)。因图5与图7实施方式的其他结构细节与图1的实施方式相同，因此便不再赘述。

接着请参照图9与图10，其中图9为本公开再一实施方式的广角照明光源与投射面900的示意图，图10为图9的广角照明光源的爆炸图。在本实施方式中，广角照明光源还包含一灯架150。发光元件110、发散光系统120与集光系统130皆固定于灯架150上。灯架150用以将发光元件110、发散光系统120与集光系统130固定至投射面900。详细而言，灯架150可包含固定部152与至少一支撑部154。例如在本实施方式中，有三个支撑部154，然而本公开不以此为限。固定部152固定于投射面900上，并具有一容置空间153。发光元件110与集光系统130皆置于容置空间153中，且部分的集光系统130自容置空间153暴露出来。支撑部154将发散光系统120固定至固定部152上，藉此固定发散光系统120与集光系统130之间的距离。举例而言，发散光系统120还包含一底座128，每一支撑部154的相对两端155a、155b分别固定至发散光系统120的底座128与固定部152上。然而本实施方式的灯架150的结构仅为例示，并非用以限制本公开。本领域具通常知识者，可视实际需求，弹性设计灯架150的结构。在其他的实施方式中，反射结构140可固定至灯架150上(如图11所示)，以实现如图6所示的照射面积。因图9至图11实施方式的其他结构细节与图1的实施方式相同，因此便不再赘述。

综合上述，因上述各实施方式的广角照明光源利用集光系统以收集发光元件的光线，集光系统再将光线导向发散光系统，因此可增加光的使用效率，并且能在短距离内于投射面上产生广大且均匀的光线。再者，可加上反射结构以控制照射面积的范围与方向，且利用反射结构的反射以将光线再利用。另外，灯架可将发光元件、发散光系统与集光系统固定至投射面上，其具备简单的结构，因此可简化组装的时间与成本。

虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。