专利名称：发光二极管光源模块及其光学引擎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学引擎，特别涉及一种以发光二极管(Light EmittingDiode ;LED)为光源且具有轻量化散热装置的光学引擎。
背景技术：
由于发光二极管具有耗电少、能量转换效率高、寿命长以及不会造成汞污染等优越特性，使发光二极管成为取代传统照明的首选。譬如组合式大功率发光二极管路灯所需的耗电量为传统白炽路灯的1/4，寿命更长达IO倍，而此一优异的节能功效已广泛地受到瞩目，而且各地均正有计划地采用以取代传统路灯。 想要使发光二极管有更广泛的应用，则需开发出使用便利的灯具，为此一些发光二极管应用灯具纷纷被开发出来。美国专利公开号第US2006/0, 291， 201A1号揭示利用一侧向准直发光器(Side Emitting Collimator)，其将一光源模块发出的光线，透过一透镜模块将光线做全反射从侧向射出，再利用一反射机构将光线反射向上，形成平行光线射向被照物，其中一光源配合一透镜模块，而该光源模块以一金属散热块散热，借以降低发光二极管温度。 此外，美国专利公开号第US 2007/0， 217， 192A1号揭示一种发光板及发光装置(Illuminating Panel and Illuminating Device)，其以多个发光二极管组成一个发光源，并利用反射罩将光源集中向前射出，让光线能够集中投射到被照物。发光板将发光源与反射罩安装于一基板上所组成。 另外，美国专利公开号第US 2007/0， 201， 225A1号揭示一种能产生宽光束的发光二极管装置(LED DEVICE FOR WIDE BEAM GENERATION)，将其各以矩阵的排列方式排列于印刷电路版上的发光二极管上方，加上一个光学透镜。随后，再将组合的模块放置于一个具有散热功能的载板。最后，在该模块的表面盖上一个塑胶盖而完成一光学引擎。
发明内容
本发明提供一种发光二极管光源模块及其光学引擎，发光二极管光源模块可利用光机电整合的光学引擎按照光通量所需而任意配置数量。发光二极管光源模块具有系统化的电源，故让使用者可直接连接市电使用。光学引擎的散热装置具可依照散热需求而弹性增减散热鳍片的设计，且片状的散热鳍片使散热装置轻量化。 本发明一实施例的发光二极管光源模块的光学引擎包含一散热装置、一二极管灯条及一光学元件。散热装置包含一基板与多个散热鳍片，所述多个散热鳍片直立焊接于该基板的一表面。该二极管灯条固定于该基板的另一表面，使该二极管灯条借由该散热鳍片散热。该光学元件具有一容置该二极管灯条的容置空间，而其用于将该二极管灯条的发光形成一预定光型。 本发明一实施例的发光二极管光源模块包含一框体及多个所述的光学引擎。该框体包含多个反光板，所述多个反光板沿垂直于其纵向的方向凸设于该框体的一表面，且相邻的所述多个反光板间镂空。所述多个光学引擎相对应地安设于所述多个镂空之处，其中该光学引擎的侧向光可借由其两侧的该反射板往该光学引擎的正向光轴方向反射。
相较于公知的一光源配合一模块的搭配模式，本发明可直接运用于多排发光二极管的光源。此外，比较于使用公知的金属散热块，本发明的散热装置具有轻量化及大有效散
热面积等的优点。再者，本发明揭示的光学引擎的各组件，无需使用精密模具加以制作，故具有低成本的优点。
图1显示本发明一实施例的发光二极管光源模块的立体示意图；图2显示本发明一实施例的反射板的示意图；图3显示本发明另一实施例的反射板的示意图；图4显示本发明一实施例的光学引擎的分解示意图；图5显示本发明一实施例的光学引擎的组合图；图6显示图5的光学引擎的右侧视图；图7显示图5的光学引擎的前视图；图8至图14显示本发明其他实施例的光学元件的导光结构示意图；图15显示本发明一实施例的散热装置的示意图；图16显示本发明一实施例的发光二极管灯条的驱动装置的示意图；图17显示本发明另一实施例的发光二极管光源模块的立体示意图；及图18显示本发明又一实施例的发光二极管光源模块的立体示意图；并且，上述附图中的附图标记说明如下100发光二极管光源模块102框体104光学引擎106反射板106a斜面106b垂直面402散热装置404 二极管灯条406光学元件408基板410散热鳍片412表面414表面416开孔418、420螺丝孔422电路板424发光二极管426开孔
428、430固定装置702容置空间802第一曲面804第二曲面806第一侧面808第二侧面810、812入射光1502固定部1600驱动装置1602功率因数校正控制器1604交直流电源转换器1606定电流电路1700发光二极管光源模块1702框体1704安装面1706支撑件1708掏槽1800发光二极管光源模块1802框体1804、 1806支座1808支杆1810支撑件
具体实施例方式
图1显示本发明一实施例的发光二极管光源模块100的立体示意图。发光二极管光源模块100包含一框体102及多个光学引擎104。框体102的一表面上凸设多个长条形的反射板106，其在垂直于其纵向的方向上间隔排列。所述多个反射板106间隔处具有用于容置光学引擎104的镂空，此配置使各光学引擎104的侧向光可借由位于其两侧的反射板106往光学引擎104的正向光轴方向反射。 参照图2及图3，反射板106的反射面可为两斜面106a或为一斜面106a及一垂直面106b所构成。斜面106a的角度配合光学引擎104的侧向光的发光状况，使该侧向光借由位于其两侧的反射板106往二极管光学引擎104的正向光轴方向反射，其中反射板106的反射面可以铝抛光所形成。 本发明揭示的发光二极管光源模块100以一框体102及排列锁固于框体102上的多个光学引擎104做简单的组合而形成。发光二极管光源模块100可依光通量需求很容易地加以扩充，只需选用合适大小的框体102，并将光学引擎104锁固于其上即可。框体102可以冲压制成，也可以利用铝挤型件组合而成。 参照图4及图5，光学引擎104包含一散热装置402、一二极管灯条404与一光学元件406。散热装置402包含一基板408与多个散热鳍片410，而该散热鳍片410与该基板408是两分离件。该散热鳍片410为片状板材，其可以包含铝或铜等具有高导热系数的材料 以冲压方式制成。所述多个散热鳍片410是等间距、面面相对且直立的排列方式固着于该 基板408的一表面412上，借此以提供光学引擎104足够的对流散热面积。基板408长轴 两侧分别包含两开孔416，透过该开孔416使光学引擎104锁固于发光二极管光源模块100 的一框体102上。此外，靠近基板408长轴两端部处另包含两螺丝孔(418和420)，其分别 用于锁固二极管灯条404与光学元件406。 参照图4至图6， 二极管灯条404为多个发光二极管424沿一长条形电路板422的 纵向排列设置而成，多个发光二极管424可排成包含至少一列。该电路板422可为金属核心 电路板(Metal Core Printed Circuit Board) 。 二极管灯条404的两端各具有开孔426， 其用于将该二极管灯条404锁固于基板408的表面414上。 参照图4至图7，光学元件406设于二极管灯条404的发光侧且以固定装置428固 定于基板408上，光学元件406是一长条状的导光结构，具有一容置空间702，其用于容置二 极管灯条404 (如图7所示)，该容置空间702在组装后，注入一封装胶体(包含硅胶及环氧 树脂)，以达成防水的目的。该封装胶体的折射率介于发光二极管424所用的封装胶体的折 射率与光学元件406的折射率之间，如此可降低菲涅尔损失(Fresnel Loss)与临界角度损 失(Critical Angle Loss)，以提高光学取出效率。本发明实施例中，该固定装置428包含 螺丝。 参照图6，光学元件406的导光结构可为一对称的结构，其包含多个长条状的曲 面。基于不同介质间折射率不同而可产生全反射的现象，上述的曲面的组合可使指向性高 的发光二极管424的发光改变部分光的光路，因而降低炫光的产生、获可面积较大和均匀 的光照及形成所需的光型。 图8至14显示本发明其他实施例的光学元件的导光结构示意图。参照图8，长条 状导光结构包含一第一曲面802、一第二曲面804、一第一侧面806及一第二侧面808，而该 第一侧面806及该第二侧面808均为倾斜面。第一曲面802以及该第二曲面804分别自该 二极管灯条404的两侧向该二极管灯条404中央处凹陷，并于该二极管灯条404中央处上 方相连接，其中该第一曲面802以及该第二曲面804于该连接处以一角度与该二极管灯条 404的正向光轴所在平面相切，该正向光轴定义为垂直该发光二极管424所在平面的方向。 发光二极管所发射出的光线照射于第一曲面802、第二曲面804、第一侧面806及第二侧面 808上，由于入射角大于临界角的缘故，使该照射光因反射而转向。根据实施例，照射第一 曲面802的入射光810经全反射后，改变其前进方向而自第一侧面806射出；照射第二侧面 808的入射光812经全反射后，自第二曲面804正向射出。自第一侧面806与第二侧面808 射出的侧向光线可由反射板106反射成正向光线。 依照所需的输出光型，改变光学元件406的导光结构的截面形状(如图8至14所 示)，可使发光二极管所发射出的光形成该输出的光型。输出的光型的设计可依照道路照明 规范中的国内住宅区干道、其他国家快速道路及商业区干道等路灯光型要求。导光结构除 了包含多个曲线外，也可设计为单一形状，如图13所示的方形或如图14所示的弧形。
图15显示本发明一实施例的散热装置402的示意图。散热装置402包含一基板 408与多个散热鳍片410，而该散热鳍片410与该基板408是两分离件。所述多个散热鳍片 410可等间距地排列在基板408上。基板408与散热鳍片410包含使用铝或铜等具有高导
7热系数的材料。散热鳍片410可借由焊接的方式，将位于散热鳍片410 —边缘上且该与散 热鳍片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着技术 (SurfaceMount Technology ;SMT)。散热鳍片410可以冲压的方式制成，而基板408则可用 铝挤型加工的方式成型。由于散热鳍片410无须通过挤型模具，因此其厚度可较薄。例如 铝挤型加工所制成的散热鳍片的厚度一般都大于1厘米，而本发明实施例的散热鳍片410 的厚度则可小于1厘米。 散热装置402可因不同情况与需求可任意地客制化，例如要求高度较高的散热鳍 片的情况，生产者只要制作出符合高度要求的散热鳍片后，将其焊接在基板408上即可。而 且，根据实验的结果，相较于由铝挤型散热模块，散热装置402在相同的散热面积下可节省 约30%的所需材料，故其制造成本较低。 本发明实施例中，发光二极管灯条100是以固定装置430锁固定在基板408相 对于散热鳍片410安设的表面(如图4所示)，其中发光二极管灯条100与基板408间 则可涂布导热膏(未图示)，以减少发光二极管灯条100与基板408间的热阻(Thermal Resistance)。锁固发光二极管灯条100的该固定装置430包含螺丝。
图16显示本发明一实施例的发光二极管灯条100的驱动装置1600的示意图。 发光二极管灯条100的驱动装置1600包含功率因数校正控制器1602、交直流电源转换器 1604及定电流电路1606，其用以将95 230伏特的市电转换成一提供发光二极管灯条100 的直流定电流，其中利用功率因数校正控制器1602以提高电能转换效率，并减低对公众供 电网络及发光二极管灯条100的危害，而该功率因数校正控制器1602可为有源式(Active) 或无源式(Passive)功率因数校正控制器。本发明提供发光二极管灯条100—种系统化、 整合化的驱动装置1600，使用者仅需给予100 230伏特的交流电即可点亮。
图17显示本发明另一实施例的发光二极管光源模块1700的立体示意图。发光二 极管光源模块1700包含一框体1702及多个光学引擎104。该框体1702为一板状件，其包 含多个与该光学引擎104相对应的掏槽1708。各该掏槽1708使安装后的光学引擎104的 发光二极管(未图示)可外露于安装面1704的相对面。该框体1702的一边侧，位在光学引 擎104的纵向处，可设置用于支撑该发光二极管光源模块1700的支撑件1706。框体1702 的材料是金属，其包含铝、铜、铁、铁合金、铝镁合金及不锈钢等。 图18显示本发明又一实施例的发光二极管光源模块1800的立体示意图。发光二 极管光源模块1800包含一框体1802及多个光学引擎104。框体1802包含两支座1804、 1806，各该光学引擎104轴向两端分别固定于两分开、平行设置的支座1804U806上，即组 合成发光二极管光源模块1800。此种发光二极管光源模块1800具有设计简单(只需将光 学引擎104两端分别固定)、扩充容易(支座1804、 1806长度可任意裁减，无需额外加工) 及重量轻等的优点。如需加强支座1804与支座1806间的支撑强度，则可依照所需设置至 少一支杆1808。支座1804U806是金属，优选使用轻质金属材料；支杆1808宜使用强度较 高的金属，以提供较大的支撑强度。如此的配合设计，可使发光二极管光源模块1800具有 轻量化的优点。两支座1804、 1806之一者更可设置一用于支撑该发光二极管光源模块1800 的支撑件1810。 本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域的普通技术人员仍可能基 于本发明的教示及揭示而作各种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的范围，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为所附的 权利要求所涵盖。
权利要求
一种发光二极管光源模块的光学引擎，包含一散热装置，包含一基板与多个散热鳍片，所述多个散热鳍片直立焊接于该基板的一表面；一二极管灯条，固定于该基板的另一表面，使该二极管灯条借由该散热鳍片散热；以及一光学元件，具有一容置该二极管灯条的容置空间，该光学元件用于将该二极管灯条的发光形成一预定光型。
2. 如权利要求1所述的光学引擎，其中上述的散热鳍片是以冲压方式来制成的片状板 材或以铝或铜冲压制成，上述的散热鳍片及该基板以金、银、镍金合金、镍钯金合金、锡、锡 银合金、锡铜合金、及锡银铜合金的其中之一来焊接，而该散热鳍片与该基板间以表面粘着 技术焊接。
3. 如权利要求l所述的光学引擎，其中上述的二极管灯条的电路板是金属核心电路 板，该容置空间于组装后注入一封装胶体，该封装胶体的折射率介于该二极管灯条的发光 二极管所用的封装胶体的折射率与该光学元件的折射率之间。
4. 如权利要求1所述的光学引擎，还包含一用以驱动该二极管灯条的驱动装置，其中 该光学元件包含一长条状的导光结构，该导光结构具有分别自该二极管灯条的两侧向该二 极管灯条中央处凹陷且相连接的一第一曲面及一第二曲面，其中该第一曲面以及该第二曲 面于该连接处以一角度与该二极管灯条的正向光轴所在平面相切，该导光结构另包含一第 一侧面及一第二侧面，而该第一侧面及该第二侧面均为倾斜面。
5. —种发光二极管光源模块，包含一框体，包含多个反光板，所述多个反光板沿垂直于其纵向的方向凸设于该框体的一 表面，相邻的所述多个反光板间镂空；以及多个光学引擎，相对应地安设于所述镂空之处，其包含一散热装置，包含一基板与多个散热鳍片，所述多个散热鳍片直立焊接于该基板的一 表面；一二极管灯条，固定于该基板的另一表面，使该二极管灯条借由该散热鳍片散热；及 一光学元件，具有一容置该二极管灯条的容置空间，该光学元件用于将该二极管灯条 的发光形成一预定光型；其中该光学引擎的侧向光可借由其两侧的该反射板往该光学引擎的正向光轴方向反射。
6. 如权利要求5所述的发光二极管光源模块，其中上述的反光板的反射面为两斜面或 一斜面和一垂直面的组合，该反射面以铝抛光所形成。
7. 如权利要求5所述的发光二极管光源模块，其中上述的散热鳍片是以冲压方式来制 成的片状板材或以铝或铜冲压制成，该散热鳍片及该基板是以金、银、镍金合金、镍钯金合 金、锡、锡银合金、锡铜合金、及锡银铜合金的其中之一来焊接，该基板与该散热鳍片间以表 面粘着技术焊接。
8. 如权利要求5所述的发光二极管光源模块，还包含一用以驱动该二极管灯条的驱动 装置，其中该二极管灯条的电路板是金属核心电路板，该容置空间于组装后注入一封装胶 体，该封装胶体的折射率介于该二极管灯条的发光二极管所用的封装胶体的折射率与该光 学元件的折射率之间。
9. 如权利要求5所述的发光二极管光源模块，其中上述的光学元件包含一长条状的导 光结构，该导光结构具有分别自该二极管灯条的两侧向该二极管灯条中央处凹陷且相连接 的一第一曲面及一第二曲面，其中该第一曲面以及该第二曲面于该连接处以一角度与该二 极管灯条的正向光轴所在平面相切，该导光结构另包含一第一侧面及一第二侧面，而该第 一侧面及该第二侧面均为倾斜面。
10. 如权利要求5所述的发光二极管光源模块，其中上述的框体是一具有与所述多个 光学引擎相对应的掏槽的板状件，其中该框体包含两支座，所述支座分开设置，所述多个光 学引擎的两端分别固定于该支座上，其中该框体以冲压制成或为铝挤型件组合而成。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管光源模块及其光学引擎，该光学引擎包含一散热装置、一二极管灯条及一光学元件。散热装置包含一基板与多个散热鳍片，所述多个散热鳍片直立焊接于该基板的一表面。该二极管灯条固定于该基板的另一表面，使该二极管灯条可借该散热鳍片散热。该光学元件具有一容置该二极管灯条的容置空间，而其用于将该二极管灯条的发光形成一预定光型。该光学引擎的散热装置可依照散热需求而弹性增减散热鳍片的设计，因此具有轻量化，大有效散热面积等的优点。此外，本发明中的光学引擎的各个元件，无需使用精密模具加以制作，故具有低成本的优点。
文档编号F21V5/00GK101737752SQ20081017666
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者吴威宏, 张家诚, 涂上德, 邓彦衢 申请人:先进开发光电股份有限公司