专利名称：发光二极管照明设备的制作方法
技术领域：
本发明关于一种发光二极管照明设备(Light-emitting diode illuminatingequipment)，并且特别地，本发明关于一种具有二次光学(Secondary optics)装置以产生一特定光场形状(Light pattern)的发光二极管照明设备。
背景技术：
由于发光二极管(Light emitting diode，LED)具有如省电、耐震、反应快以及适合量产等许多优点。因此，目前以发光二极管为光源的照明设备持续被研究、发展。请参阅图1，图1A示出一使用阵列方式排列多个发光二极管的照明设备的正视图，图1B为沿图1A中的X-X线的剖面图。如图1所示，该照明设备以阵列方式排列多个发光二极管以获得到高的亮度，并且每一个发光二极管对应一光杯，该光杯用以反射由该个发光二极管发射的光线，以使该光线可较为集中以获得更高的亮度。然而，以此种方式多仅能等向性地集中光线，并无法产生特定的光场形状以满足特定用途，使得其照明功能受到局限。
因此，有需要提供一种新的发光二极管照明设备，可提供特定的光场形状以解决上述问题。
发明内容
本发明的一范畴在于提供一种发光二极管照明设备。
本发明的另一范畴在于提供一种具有二次光学装置以产生一特定光场形状的发光二极管照明设备。
根据一优选具体实施例，本发明的发光二极管照明设备包括一散热板元件(Heat-dissipating plate device)、M个导热元件(Heat-conducting device)、N个二极管发光装置(Diode light-emitting apparatus)、P个光学元件(Opticaldevice)、一中空桶体(Hollow barrel)以及一透明罩(Transparent shield)，其中M、N及P自然数，并且N大于或等于M，P小于或等于N。该散热板元件具有一第一表面以及一为该第一表面的反面的第二表面，该第二表面处延伸有多个散热鳍片(Heat-dissipating fin)。每一个导热元件包括一第一部以及一自该第一部处延伸并具有一平坦端的第二部。每一个二极管发光装置对应该M个导热元件中的一个导热元件。每一个二极管发光装置设置于该对应的第一导热元件的平坦端上，并且用以将一电能转换成一光线。由于N大于或等于M，所以每一个导热元件的平坦端上设置有至少一个二极管发光装置。
每一个光学元件对应该等二极管发光装置中的至少一个二极管发光装置，用以调整该对应二极管发光装置的光场形状。该中空桶体包括一第一周围以及一第二周围，该中空桶体是以该第一周围与该散热板元件衔接，以暴露该等散热鳍片于空气中并形成一空间以容纳该等导热元件以及该等二极管发光装置。该透明罩与该中空桶体的第二周围衔接。
根据该优选具体实施例，该发光二极管照明设备进一步包括一分隔板元件(Partition plate device)，该分隔板元件安置于该中空桶体内，进而将该空间隔成一第一室及一第二室，该分隔板元件其上具有Q个通孔，Q为一自然数，Q小于或原于N。每一个二极管发光装置对应于该等通孔中的一个通孔。由于Q小于或等于N，所以每一个通孔对应至少一个二极管发光装置。
进一步地，每一个光学元件包括一支撑体以及一透镜。该支撑体可拆卸地衔接至该分隔板元件。该支撑体包括一第一开口端以及一第二开口端，该第一开口端用以将该支撑体可拆卸地衔接至该分隔板元件，而该第二开口端容置该透镜。其中，该透镜可为一椭圆形透镜、一圆形透镜、一猫眼形透镜、一不规则形透镜、一多边形透镜或其他形式的透镜(或透镜组)。根据该优选具体实施例，该透镜为一猫眼形透镜。该透镜包括一表面，并且在该表面上沿该透镜的一椭圆短轴(Ellipse minor axis)形成一凹槽，致使由经由该透镜发射出去的光线可形成一符合特定需求的光场形状。
因此，由该等二极管发光装置发射出来的光线，经由对应的透镜调整，可产生一非等向性且符合一特定需求的光场形状，例如道路照明。在实际应用中，配合不同的用途需求，本发明的发光二极管照明设备可借由调整、设计该透镜以产生一符合该用途需求的光场形状。
关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1A示出一使用阵列方式排列数个发光二极管的照明设备的正视图。
图1B示出沿图1A中的X-X线的剖面图。
图2示出根据本发明的一优选具体实施例的发光二极管照明设备的外观视图。
图3A示出沿图2中的Y-Y线的剖面图。
图3B示出沿图2中的Z-Z线的局部剖面图。
图3C示出根据一具体实施例的发光二极管照明设备的剖面图。
图4A示出根据该优选具体实施例的该光学元件的正视图。
图4B示出沿图4A中的W-W线的剖面图。
图5示出根据该优选具体实施例形成的光场形状的示意图。
图6示出根据一具体实施例的发光二极管照明设备的剖面图。
图7示出根据另一具体实施例的发光二极管照明设备的剖面图。
图8A示出本发明的发光二极管照明设备的二极管发光装置与第一导热元件的设置示意图。
图8B示出本发明的发光二极管照明设备的二极管发光装置与第一导热元件的另一设置示意图。
图9A示出本发明的发光二极管照明设备的二极管发光装置与光学元件的对应示意图。
图9B示出本发明的发光二极管照明设备的二极管发光装置与光学元件的另一对应示意图。
主要元件符号说明1、1′、1″、1发光二极管照明设备11散热板元件 12第一导热元件13二极管发光装置 14、14′、14″光学元件15中空桶体 16透明罩17散热鳍片 18第二导热元件19绝热环 20、20′、20″分隔板元件21隔热板元件 22隔热套112第一表面 114第二表面122第一部124、124′第二部
126、126′平坦端142、142′、142″支撑体144、144′透镜 202、202′第一通孔204孔洞 212第二通孔126平坦端 1422第一开口端1424第二开口端 1426、1426′卡勾1442表面1444凹槽S空间 S1第一室S2第二室S12第三室S14第四室 D方向具体实施方式
请参阅图2以及图3A及B，图2示出根据本发明的一优选具体实施例的发光二极管照明设备1的外观视图。图3A为沿图2中的Y-Y线的剖面图。图3B为沿图2中的Z-Z线的局部剖面图。
根据该优选具体实施例，本发明的发光二极管照明设备1包括一散热板元件11、六个第一导热元件12、六个二极管发光装置13、六个光学元件14、一中空桶体15以及一透明罩16。该散热板元件11具有一第一表面112以及一为该第一表面的反面的第二表面114。多个散热鳍片17自该第二表面114处延伸，并暴露该等散热鳍片17于空气中。每一个第一导热元件12包括一第一部122以及一自该第一部122处延伸并具有一平坦端126的第二部124。
每一个二极管发光装置13对应该等第一导热元件12中的一个第一导热元件12，每一个二极管发光装置13平整地接合于该对应的第一导热元件12的平坦端126上，并且用以将一电能转换成一光线。借此，每一个二极管发光装置13运作过程中所产生的热是由该对应的第一导热元件12自其本身的平坦端126经由该第二部124及该第一部122导引至该散热板元件11以及该等散热鳍片17，进而由该散热板元件11及该等散热鳍片17散热。
该发光二极管照明设备1的该散热板元件11包括六个第一沟槽(未标示于图中)，形成于该散热板元件11的第一表面112上。每一个沟槽对应该等第一导热元件12中的一个第一导热元件12，并且其本身的形状配合与其所对应的第一导热元件12的第一部122的外表，紧密接触，以增强散热效率。并且，每一个第一导热元件12的第一部122与该对应第一沟槽间填充一导热材料，以更进一步增强散热效率。
此外，根据该优选具体实施例，该发光二极管照明设备1包括二个第二导热元件18，贴合于该散热板元件11的第一表面112上，以加强该散热板元件11以及该等散热鳍片17的散热效果。如该优选具体实施例所示，该等第二导热元件18与该等第一导热元件12交错设置，可获得优选的散热效果。并且，该散热板元件11包括二个第二沟槽(未标示于图中)，形成于该散热板元件11的第一表面上112。每一个第二沟槽对应该等第二导热元件18中的一个第二导热元件18，并且其本身的形状配合与其所对应的第二导热元件18的外表，紧密接触，以增强散热效率。每一个第二导热元件18与该对应第二沟槽间亦填充一导热材料，以更进一步增强散热效率。另外，该等第二导热元件18的数量、配置可不同于前述，而应视产品整体结构、使用环境而定。原则上，前述的交错设置仍可使该散热板元件11获得不错的散热效果。
请参阅图3C，图3C示出根据一具体实施例的发光二极管照明设备1′的剖面图。该发光二极管照明设备1′的外观图与图2相同。图3C示出沿图2中Y-Y线的剖面图。根据该具体实施例，该发光二极管照明设备1′的第二导热元件18设置在该散热板元件11的第二表面114上。如图3C所示，该等第二导热元件18设置在该等散热鳍片17间。同理，在该第二表面114上可形成多个沟槽以配合该等第二导热元件18设置，并且可在该等导热元件18与该等沟槽间填充一导热材料，以更进一步增强散热效率。在实际应用中，该等第二导热元件18的数量及设置位置不以前述为限。
根据本发明的优选具体实施例，每一个光学元件14对应该等二极管发光装置13中的一个二极管发光装置13，用以调整该对应二极管发光装置13的光场形状。该中空桶体15是以其一周围与该散热板元件11衔接，以暴露该等散热鳍片17在空气中，并形成一空间S以容置该等第一导热元件12以及该等二极管发光装置13。该透明罩16与该中空桶体15的另一周围衔接，以封闭该空间S，但不以密封为必要。其中，该中空桶体15进一步以一绝热环(Heat-insulating ring)19与该散热板元件衔接11，以减少或隔绝由该散热板元件11传导过来的热，并形成该发光二极管照明设备1上热下冷的情况，更有助于散热效率。
顺带一提，本发明的发光二极管照明设备1的该中空桶体15与该透明罩16亦可一体成型。例如，该中空桶体15的材质为工程塑料，将该透明罩16埋入射出以形成该中空桶体15与该透明罩16一体成型。或该透明罩16的材质亦为工程塑料，该中空桶体15与该透明罩16可于同一模具同时射出，一体成型。此时，若该中空桶体15的材质与该透明罩16相同，则射出的物件即实体上为一个物件，同时包括该中空桶体15以及该透明罩16。
根据该优选具体实施例，该发光二极管照明设备1进一步包括一分隔板元件(Partition plate device)20，该分隔板元件20安置于该中空桶体15内，进而将该空间S隔成一第一室S1以及一第二室S2。该分隔板元件20其上具有六个第一通孔202，每一个二极管发光装置13对应一个第一通孔202。根据该优选具体实施例，每一个二极管发光装置13穿过该对应的第一通孔202并置于该第二室S2内(或置于该对应的第一通孔202内)。该分隔板20可辅助固定该等二极管发光装置13或该等第一导热元件12。在实际应用中，该等二极管发光装置13相对该分隔板元件20的位置不以上述为限。
请并参阅图4A及B，图4A示出根据该优选具体实施例的该光学元件14的正视图。图4B为沿图4A中的W-W线的剖面图。根据该优选具体实施例，每一个光学元件14包括一支撑体142以及一透镜144。该支撑体142可拆卸地衔接至该对应的二极管发光装置13。该支撑体142包括一第一开口端1422以及一第二开口端1424，该第一开口端1422衔接该对应二极管发光装置13，而该第二开口端1424容置该透镜144。其中，该透镜144可为一椭圆形透镜、一圆形透镜、一猫眼形透镜、一不规则形透镜、一多边形透镜或其他形式的透镜(或透镜组)。根据该优选具体实施例，该透镜144为一猫眼形透镜。该透镜144包括一表面1442，并且在该表面1442上沿一定义一方向D。该透镜144在该表面1442上沿该方向D形成一凹槽1444，致使由经由该透镜发射出去的光线可形成一符合特定需求的光场形状。根据该优选具体实施例，该方向为该透镜144的一椭圆短轴。
顺带一提，请参阅图5，图5示出根据该优选具体实施例形成的光场形状的示意图。该形成的光场形状为左右对称，并且显示出该发光二极管照明设备1可将传统圆形光场形状调整成左右拉长的形状，相当有利于路灯照明的应用。于实际应用中，配合不同的用途需求，本发明的发光二极管照明设备可借由配置不同的透镜，即可形成不同需求的光场形状。另外，前述的透镜亦不以单一材质为限，复合式透镜亦可使用于本发明中。例如，该透镜的中间的折射率较周边的折射率来得低或该透镜的折射率为连续变化，以使得光场形状内亮度平均。此外，目前一般发光二极管的封装制程亦有将封装材料封装成一凸出，以形成一简易正透镜；亦有在封装之后，直接在其上覆盖一正透镜，以达到聚光的效果。然而均无法形成所需的光场形状。反之，本发明的发光二极管照明设备可使用前述两种封装形式的发光二极管而仍能有效地形成所需的光场形状。
请参阅图6，图6示出根据一具体实施例的发光二极管照明设备1″的剖面图。与该优选具体实施例比较，该发光二极管照明设备1″的分隔板20′于每一个第一通孔202附近形成多个孔洞204，并且每一个光学元件14′的支撑体142′的第一开口端包括多个卡勾1426。该等卡勾1426插入该等孔洞204中，以使该支撑体142′衔接至该分隔板元件20。
另请参阅图7，图7示出根据另一具体实施例的发光二极管照明设备1的剖面图。与该优选具体实施例比较，该发光二极管照明设备1的每一个光学元件14″的支撑体142″的第一开口端包括多个卡勾1426′。该等卡勾1426′插入对应的第一通孔202′，以使该支撑体142″衔接至该分隔板元件20″。值得一提的是，本发明的发光二极管照明设备的该支撑体与该分隔板的衔接亦可以将前述卡勾设计在该分隔板上，该孔洞设计在该支撑体上，而仍达到可拆卸地衔接目的。另外以螺丝锁固的方式来衔接亦可。
根据该优选具体实施例，该发光二极管照明设备1进一步包括一隔热板元件(Heat-isolating plate device)21，该隔热板元件21安置在该第一室内S1，进而将该第一室S1隔成一第三室S12以及一第四室S14。该隔热板元件21其上具有六个第二通孔212，每一个第一导热元件12的第二部124对应该等第二通孔212中的一个第二通孔212，并且穿过该对应的第二通孔212，如图3A所示。因此，传导至该散热板元件11的热由于该隔热板元件21的隔绝，不致辐射或传导至该第四室S14，避免该热对该等二极管发光装置13产生热侵袭。并且，该等第一导热元件12与该等第二通孔212间的间隙得以一绝热材料填充，以强化隔热效果。另外，该发光二极管照明设备1进一步包括一隔热套(Heat-insulating sleeve)22，该隔热套22套在该等第一导热元件12中的一个第一导热元件12的第二部上124，尤其是套在位于该第四室S14的第二部124上，以使对应该个第一导热元件12的二极管发光装置13在运作过程中所产生的热不致散逸入该第四室S14，进一步地强化该散热板元件11的散热效率。值得一提的是，若该分隔板元件20本身具有隔热功能，则该隔热板元件21即可省略，以简化结构设计。前述结构说明于前述具体实施例亦可适用，如图6、图7所示。
值得一提的是，虽然根据该优选具体实施例的发光二极管照明设备1的每一个第一导热元件12对应一个二极管发光装置13，但是本发明不以此为限。例如，该等第一导热元件12中的一个第一导热元件12的平坦端126′上可设置有多个二极管发光装置13。此时，该平坦端126′可能是以压平该第二部124′形成，并容许多个二极管发光装置13设置其上，如图8A所示。亦可能该个第一导热元件12的第二部124″的直径较大，致使其平坦端126″亦随之较大以容许多个二极管发光装置13设置其上，如图8B所示。需注意的是，为了简单明确表示该等二极管发光装置13与该导热元件12的关系示意，图8A及B均未显示分隔板元件。
同样地，每一个光学元件14不以仅对应一个二极管发光装置13为限。该等光学元件14中的一个光学元件14亦可同时对应多个二极管发光装置13，并且该个光学元件14的透镜144同时调整该等对应二极管发光装置13的光场形状。前述有关该等光学元件14的衔接结构的描述，在此亦有相同的适用。例如，该等光学元件14中的一个光学元件14衔接至该分隔板20时，该个光学元件14即同时涵盖多个二极管发光装置13，如图9A所示。前述多个二极管发光装置13亦可设置于同一个平坦端126上，如图9B所示。在一极端的例子，本发明的发光二极管照明设备仅包括一光学元件。该光学元件同时对应所有的二极管发光装置，并同时调整所有的二极管发光装置的光场形状。此时，该光学元件事实上可与该透明罩，甚至是与该中空桶体整合设计成一个组件。不过，该光学元件的透镜的设计将会变得更复杂。因此，该等光学元件14与该等二极管发光装置13对应关系的可能性十分繁多，于此不再一一赘述。
另外，在该分隔板元件20的第一通孔202与该等二极管发光装置13的对应关系亦有类似前述的多种变化。例如，该等第一通孔202中的一个第一通孔202对应多个二极管发光装置13，该等对应二极管发光装置13可能系设置在同一个第一导热元件12或不同的第一导热元件12上。此外，该第一通孔202的形状不以圆形为限，应视实际设计定。例如，该第一通孔202可能对应多个二极管发光装置13，其与该第一导热元件12的设置关系类似图8A。此时，该个第一通孔202可能是一长椭圆形。因此，本发明的发光二极管照明设备的二极管发光装置、第一导热元件以及光学元件间的几何结构可能性繁多，不以前述说明及实施例为限。
顺带一提，前述说明均以使用同一种透镜为例，然而在实际应用中，该等二极管发光装置可各自对应不同的透镜，或部分对应相同的透镜，部分对应不同的透镜，以获得更多元化的光场形状。另外，于前述该等具体实施例中，该等第一导热元件12以及该等第二导热元件18可分别为一热导管(Heatpipe)、一热导柱(Heat column)、一蒸气腔体散热器(Vapor chamber)，或其他导热元件。该等第一导热元件12以及该等第二导热元件18可分别由铜、铝或其他具高导热系数的材料制成。该等二极管发光装置13中的一个二极管发光装置13包括至少一个发光二极管(Light-emitting diode)或至少一个激光二极管(Laser diode)，并且可使用不同颜色的发光二极管。
综上所述，本发明的发光二极管照明设备具有二次光学设计，利用光学元件调整二极管发光装置所产生的光场形状以满足不同的用途需求。并且，该发光二极管照明设备可借由调整、设计光学元件以产生更多元化的光场形状，以满足更多元化的用途需求。值得一提的是，前述具体实施例是以路灯为例，但不以此为限。在任何有照明需求者，均有本发明的适用，尤其是在有特定光场形状的需求的情况下。
借由以上优选具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的优选具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明的范畴内。
权利要求
1.一种发光二极管照明设备，包括一散热板元件，该散热板元件具有一第一表面；M个第一导热元件，每一个第一导热元件包括一第一部以及一自该第一部处延伸并具有一平坦端的第二部，该第一部贴合于该散热板元件的第一表面上，M为一自然数；N个二极管发光装置，每一个二极管发光装置设置于该等第一导热元件中的一个第一导热元件的平坦端上，并且用以将一电能转换成一光线，N为一自然数，N大于或等于M；P个光学元件，每一个光学元件对应该等二极管发光装置中的至少一个二极管发光装置，用以调整该对应二极管发光装置的光场形状，P为一自然数，P小于或等于N；以及一中空桶体，该中空桶体包括一第一周围，该中空桶体是以该第一周围与该散热板元件衔接并形成一空间以容置该等第一导热元件以及该等二极管发光装置。
2.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中每一个光学元件包括一支撑体与一透镜，该支撑体可拆卸地衔接至该对应二极管发光装置。
3.根据权利要求2所述的发光二极管照明设备，其中该支撑体包括一第一开口端以及一第二开口端，该第一开口端衔接该对应二极管发光装置，而该第二开口端容置该透镜。
4.根据权利要求3所述的发光二极管照明设备，其中该透镜是由椭圆形透镜、圆形透镜、猫眼形透镜、不规则形透镜与多边形透镜组成的群组中选出。
5.根据权利要求4所述的发光二极管照明设备，其中P个光学元件包括一第一光学元件与一第二光学元件，该第一光学元件的该透镜与该第二光学元件的该透镜相同。
6.根据权利要求4所述的发光二极管照明设备，其中P个光学元件包括一第一光学元件与一第二光学元件，该第一光学元件的该透镜与该第二光学元件的该透镜不相同。
7.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，进一步包括一分隔板元件，该分隔板元件安置于该中空桶体内，进而将该空间隔成一第一室以及一第二室，该分隔板元件其上具有Q个第一通孔，每一个二极管发光装置对应一个第一通孔，Q为一自然数，Q小于或等于N。
8.根据权利要求7所述的发光二极管照明设备，其中每一个光学元件包括一支撑体以及一透镜，该支撑体可拆卸地衔接至该分隔板元件。
9.根据权利要求8所述的发光二极管照明设备，其中该支撑体包括一第一开口端以及一第二开口端，该第一开口端用以将该支撑体可拆卸地衔接至该分隔板元件，而该第二开口端容置该透镜。
10.根据权利要求8所述的发光二极管照明设备，其中该透镜是由椭圆形透镜、圆形透镜、猫眼形透镜、不规则形透镜与多边形透镜组成的群组中选出。
11.根据权利要求10所述的发光二极管照明设备，其中该猫眼形透镜包括一表面，在该表面上定义一方向，该透镜在该表面上沿该方向形成一凹槽。
12.根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，其中该方向为该透镜的一椭圆短轴。
13.根据权利要求7所述的发光二极管照明设备，其中该分隔板元件能隔热。
14.根据权利要求7所述的发光二极管照明设备，进一步包括一隔热板元件，该隔热板元件安置于该第一室内，该隔热板元件其上具有M个第二通孔，每一个第一导热元件的第二部对应该等第二通孔中的一个第二通孔，并且穿过该对应第二通孔。
15.根据权利要求14所述的发光二极管照明设备，进一步包括一隔热套，该隔热套套在该等第一导热元件中的一个第一导热元件的第二部上。
16.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中该散热板元件包括M个第一沟槽，形成于该散热板元件的第一表面上，每一个第一导热元件的第一部贴合于一对应第一沟槽内。
17.根据权利要求16所述的发光二极管照明设备，其中每一个第一导热元件的第一部与该对应第一沟槽间填充一导热材料。
18.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，进一步包括多个散热鳍片，其中该散热板元件具有一为该第一表面的反面的第二表面，该等散热鳍片自该散热板元件的第二表面处延伸，并暴露该等散热鳍片于空气中。
19.根据权利要求18所述的发光二极管照明设备，进一步包括多个第二导热元件，该等第二导热元件贴合于该散热板元件的第二表面上。
20.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，进一步包括多个第二导热元件，该等第二导热元件贴合于该散热板元件的第一表面上。
21.根据权利要求20所述的发光二极管照明设备，其中该散热板元件包括多个第二沟槽，形成于该散热板元件的第一表面上，每一个第二导热元件贴合于一对应第二沟槽内。
22.根据权利要求21所述的发光二极管照明设备，其中每一个第二导热元件与该对应第二沟槽间填充一导热材料。
23.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，进一步包括一绝热环，其中该中空桶体是以该绝热环与该散热板元件衔接。
24.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，进一步包括一透明罩，其中该中空桶体包括一第二周围，该透明罩与该中空桶体的第二周围衔接。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管照明设备，包括N个二极管发光装置以及P个光学元件，其中N、P为自然数，并且P小于或等于N。每一个光学元件对应该等二极管发光装置中的至少一个二极管发光装置，用以调整该对应二极管发光装置的光场形状。在一具体实施例，每一个光学元件包括一猫眼形透镜。该猫眼形透镜包括一表面，并且在该表面上沿该透镜的一椭圆短轴形成一凹槽，致使由经由该透镜发射出去的光线可形成一符合特定需求的光场形状。
文档编号F21V29/00GK101038070SQ20071008445
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月2日 优先权日2007年3月2日
发明者陈振贤 申请人:新灯源科技有限公司