行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
白光 LED 非軸對稱燈具之光機設計程式與自動量測設備之 研究與開發 研究成果報告(精簡版) 計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 98-2221-E-151-008- 執 行 期 間 ： 98 年 08 月 01 日至 99 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學電機工程系 計 畫 主 持 人 ： 李孝貽 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：廖克豪 碩士班研究生-兼任助理人員：陳再祐 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 99 年 08 月 23 日行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
白光 LED 非軸對稱燈具之光機設計程式與自動量測設備
之研究與開發
類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：98-2221-E-151-008 期間： 2009 年 8 月 1 日至 2010 年 7 月 31 日 計畫主持人：李孝貽 共同主持人：無 計畫參與人員：陳再祐、廖克豪、林子淵 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 ■完整報告 本成果報告包括以下應繳交之附件： □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份 □涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢 執行單位：國立高雄應用科技大學中文摘要
一種發光二極體燈具，包括一發光二極體元件以及一反射燈 罩。反射燈罩具有一出光截面，且包括至少兩個部件，如一第一 部件以及一第二部件。第一部件具有一第一內凹曲面，而第二部 件與第一部件連接，並具有一相對於第一內凹曲面之第二內凹曲 面。第一內凹曲面的形狀不等於第二內凹曲面的形狀，且第一內 凹曲面的部分邊緣與第二內凹曲面的部分邊緣圍繞出光截面。發 光二極體元件配置於反射燈罩內。上述之發光二極體燈具能提供 具非對稱照度分佈的光束。英文摘要
A light emitting diode lamp including a light emitting diode component and a reflector is provided. The reflector has a light output section and includes at least two parts, such as a first part and a second part. The first part has a first concavecurved surface, and the second part is connected with the first part and has a second concave curved surface opposite to the first concave curved surface. The curvature of the first concavecurved surface is not equal to the curvature of the second concave curved surface. The partial edge of the first concavecurved surface and the partial edge of the second concave curved surface surround the light output section. The light emitting diode component is disposed in the reflector. The said light emitting diode lamp is able to provide a light beam with asymmetric illumination distribution.
簡介
ㄧ般的照明燈具通常都是朝向高照度（high illumination）以 及高發光效率的趨勢發展，因此習知照明燈具大多包括燈源以及 具有拋物面（paraboloid）或球面（spherical surface）的反射燈罩。 反射燈罩利用其球面或拋物面以匯聚燈源所發出的光線，進而提 高照明燈具的照度以及發光效率。 圖 1 是習知一種照明燈具在發光時的剖面示意圖。請參閱圖 1，照明燈具 100 包括一燈源 110 以及一反射燈罩 120。燈源 110 通 常 是 螢 光 燈 管 或 白 熾 燈 泡 ， 而 反 射 燈 罩 120 具 有 一 拋 物 面 120a。為了能有效率地利用燈源 110 所發出的光線，燈源 110 配 置於拋物面 120a 的焦點 F 處。如此，反射燈罩 120 能匯聚燈源 110 所發出的光線，而照明燈具 100 得以提供高亮度的光束 B。 然而，光束 B 基本上是一種對稱照度分佈（symmetric illumination distribution）的光束，且容易產生眩光（glare）。使 用者長時間觀看照明燈具 100 常容易感到眼睛不適。此外，有些 室內環境需要較為柔和的光線以及減少眩光的產生，例如：寢室 或餐廳等，而習知照明燈具 100 並不適合應用在這一類室內環境 中。對此，目前有人提出利用多層光學膜片來產生非對稱照度分 佈（asymmetric illumination distribution）的光束，以解決上述對 稱照度分佈的光束之問題。內容說明
本發明提供一種發光二極體燈具，以提供非對稱照度分佈的 光束。 本發明另提供一種反射燈罩，能反射發光二極體元件發出的 部分光束，以產生非對稱照度分佈的光束。 本發明提供一種反射燈罩，其具有一出光截面。反射燈罩包括至少二部件。每個部件具有一內凹曲面，且任一個部件的內凹 曲面的形狀與其他部件的內凹曲面的形狀互不相同。這些部件包 括一第一部件與一第二部件；第一部件具有一第一內凹曲面，而 第二部件與第一部件連接，並具有一相對於第一內凹曲面之第二 內凹曲面。第一內凹曲面的形狀不等於第二內凹曲面的形狀，且 第一內凹曲面的部分邊緣與第二內凹曲面的部分邊緣圍繞出光 截面。 在本發明之一實施例中，上述之第一部件的邊緣與第二部件 的邊緣切齊。 在本發明之一實施例中，上述之第一內凹曲面為非球面。 在本發明之一實施例中，上述之第二內凹曲面為非球面，且 第一內凹曲面的非球面係數（aspheric coefficient）不等於第二內 凹曲面的非球面係數。 在本發明之一實施例中，上述之第一內凹曲面的曲率半徑不 等於第二內凹曲面的曲率半徑。 在本發明之一實施例中，上述之反射燈罩更包括多個凸塊， 而這些凸塊位於第一內凹曲面上。 在本發明之一實施例中，上述之凸塊位於第二內凹曲面上。 在本發明之一實施例中，上述之反射燈罩更具有多個凹槽， 而這些凹槽位於第一內凹曲面。 在本發明之一實施例中，上述之凹槽位於第二內凹曲面。 在本發明之一實施例中，上述之凹槽包括多個條狀凹槽。 本發明提供一種發光二極體燈具，包括一發光二極體元件以 及上述之反射燈罩，其中發光二極體元件配置於反射燈罩內。 由於這些部件的內凹曲面，例如第一部件的第一內凹曲面與 第二部件的第二內凹曲面二者的形狀不相同，因此，反射燈罩的 第一內凹曲面與第二內凹曲面能反射發光二極體元件所發出的
光束，以形成多條傳遞方向不同的光束，進而產生非對稱照度分 佈的光束，因此本發明可以控制發光二極體燈具的照度分佈，同 時減少眩光的產生。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實 施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 圖 2A 是本發明第一實施例之發光二極體燈具的立體示意 圖，而圖 2B 是圖 2A 的發光二極體燈具在發光時沿著線 I-I 剖面 的示意圖。請同時參閱圖 2A 與圖 2B，發光二極體燈具 200 可做 為路燈、車前燈、室內燈具或是其他照明燈具的光源，且多個發 光二極體燈具 200 還可以構成矩陣排列形式或其他排列形式的 光源模組（未繪示）。發光二極體燈具 200 包括一反射燈罩 210 以及一發光二極體元件 220。 反射燈罩 210 具有一出光截面 210a，並包括一第一部件 212 與ㄧ第二部件 214，其中第一部件 212 連接第二部件 214，而第 一內凹曲面 212a 的部分邊緣與第二內凹曲面 214a 的部分邊緣圍 繞出光截面 210a。第一部件 212 具有一第一內凹曲面 212a，而 第二部件 214 具有ㄧ第二內凹曲面 214a，其中第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 正面相對，且第一內凹曲面 212a 的形狀不 等於第二內凹曲面 214a 的形狀。因此，反射燈罩 210 在結構上 具有非對稱性，如圖 2B 所示。 值得注意的是，在其他未繪示的實施例中，本實施例的反射 燈罩也可包括兩個以上的部件。舉例而言，反射燈罩可包括 N 個部件，例如第一至第 N 部件，其中 N 為大於或等於三的正整 數。這些部件均具有其所屬的內凹曲面，且這些部件的內凹曲面 之形狀互不相同。此外，這些部件的內凹曲面之部分邊緣相接以 共同圍繞出光截面。因此，在此強調，圖 2A 與圖 2B 所示的反 射燈罩 210 僅為舉例說明，並非限定本發明。
發光二極體元件 220 配置於反射燈罩 210 內。詳細而言，第 一部件 212 與第二部件 214 之間存有一容置空間 S，而發光二極 體元件 220 配置於容置空間 S 內。由於第一內凹曲面 212a 的形 狀不等於第二內凹曲面 214a，因此容置空間 S 的形狀也具有非 對稱性。發光二極體元件 220 包括至少一發光二極體晶片 222 以 及一封裝膠體 224。雖然圖 2B 繪示ㄧ個發光二極體晶片 222，但 是發光二極體元件 220 亦可以包括二個或二個以上的發光二極 體晶片 222。 發光二極體元件220 在發光二極體晶片 222 通電之後可發出 一光束 L1，且光束 L1 的主光線（chief ray）是沿著一行進方向 D1 傳遞。封裝膠體 224 完全覆蓋發光二極體晶片 222，以保護 發光二極體晶片 222 免於損傷。此外，發光二極體元件 220 更可 以包括一螢光材料 226，以提供多種波長的光線。 由於第一部件 212 的第一內凹曲面 212a 與第二部件 214 的 第二內凹曲面 214a 二者的形狀並不相同，加上反射燈罩 210 的 第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 能反射光束 L1，因此 發光二極體燈具 200 能提供一具有非對稱照度分佈以及非對稱 光強度分佈的光束 L2。 此外，第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 二者的形狀 參數（例如曲率半徑與非球面係數等）的差異能控制光束 L2 的 照度分佈與光強度分佈。如此，發光二極體燈具 200 便能利用此 形狀參數的差異之特性以有效地減少眩光的產生。另外，由於光 束 L2 會大致沿著一行進方向 D2 傳遞，且行進方向 D2 不同於行 進方向 D1。也就是說，光束 L1 與光束 L2 二者的傳遞方向並不 相同。 另外，反射燈罩 210 的第一部件 212 之部分邊緣可以與第二 部件 214 之部分邊緣切齊。也就是說，反射燈罩 210 可具有ㄧ相
當平整的外表面 210b，且第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 之間存有較為平整的連接處。因此，第一部件 212 與第二 部件 214 可以是ㄧ體成型。 第一內凹曲面212a 與第二內凹曲面 214a 可以是彼此曲率半 徑不相等的球面。此外，第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 可以是拋物面、雙曲面（hyperboloid）、橢圓球面或其他非球面 （aspheric surface），即第一內凹曲面 212a 的非球面係數可以不
等於第二內凹曲面 214a 的非球面係數。
在本實施例中，反射燈罩 210 更包括多個凸塊 216a，而這
些凸塊 216a 位於第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 上， 如圖 2B 所示。當然，這些凸塊 216a 可以僅在第一內凹曲面 212a 與第二內凹曲面 214a 其中之ㄧ上。凸塊 216a 能散射光線，以控 制光束 L2 的照度分佈與光強度分佈。詳細而言，這些凸塊 216a 的數量、分佈的區域以及分佈的密度能控制光束 L2 的照度分佈 與光強度分佈。除此之外，發光二極體元件 220 的位置也會影響 光束 L2 的照度分佈與光強度分佈，因此發光二極體燈具 200 亦 可以利用調整發光二極體元件 220 的位置來控制光束 L2 的照度 分佈與光強度分佈。 圖 2C 是圖 2A 中的發光二極體燈具應用於車輛的車前燈之 示意圖。請參閱圖 2C，在車輛 20 的車前燈 22 配備本實施例的 發光二極體燈具 200 之情況下，發光二極體燈具 200 所發出的光 束 L2 能廣泛地照射在路面 G 上。相較於習知照明燈具而言，光 束 L2 照射在路面 G 上的面積較大，因此當車輛 20 在夜間、在 隧道內或在其他昏暗的環境中行駛時，駕駛人所能察覺到的路面 G 之範圍得以增加。如此，本實施例的發光二極體燈具 200 能提 高駕駛人在夜間或在昏暗的環境中的行車安全。 【第二實施例】
圖 3A 是本發明第二實施例之發光二極體燈具的立體示意 圖，而圖 3B 是圖 3A 的發光二極體燈具在發光時沿著線 J-J 剖面 的示意圖。請參閱圖 3A，本實施例之發光二極體燈具 200’包括 反射燈罩 210’以及發光二極體元件 220，其中反射燈罩 210’包括 第一部件 212’與第二部件 214’。發光二極體燈具 200’的主要結 構和功效皆與第一實施例相似，因此以下僅介紹發光二極體燈具 200’與第一實施例的差異。 發光二極體燈具 200’與第一實施例的發光二極體燈具 200 之差異在於：反射燈罩 210’具有多個凹槽 216b，而這些凹槽 216b 位於第一部件 212’的第一內凹曲面 212a’與第二部件 214’的第二 內凹曲面 214a’上。當然，這些凸塊 216a 可以只位在第一內凹曲 面 212a’與第二內凹曲面 214a’其中之ㄧ上。由於凹槽 216b 的功 用與前述實施例的凸塊 216a 相同，故在此不再重複敘述。 在本實施例中，這些凹槽 216b 可以是多個條狀凹槽。除了 凹槽 216b 可以是條狀凹槽之外，在其他未繪示的實施例中，凹 槽 216b 的開口形狀亦可以是圓形、橢圓形、正方形、菱形、正 方形或其他多邊形。因此，圖 3A 的凹槽 216b 僅為舉例說明， 並非限定本發明。 綜上所述，由於反射燈罩具有形狀互不相同的第一內凹曲面 與第二內凹曲面，並能反射部分發光二極體元件所發出的光束， 因此本發明之照明燈具能提供具有非對稱照度分佈的光束，以有 效地減少眩光的產生。 此外，第一內凹曲面與第二內凹曲面二者形狀參數的差異、 發光二極體元件的位置以及反射燈罩的凸塊或凹槽的數量、分佈 的區域以及分佈的密度均能控制發光二極體燈具所發出的光束 之照度分佈與光強度分佈。如此，本發明的發光二極體燈具更可 以應用於需要柔和的光線以及低眩光的環境中。相較於習知技術
而言，本發明的發光二極體燈具將使發光二極體所能應用的領域 更為廣泛。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發 明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖 1 是習知一種照明燈具的剖面示意圖。 圖 2A 是本發明第一實施例之發光二極體燈具的立體示意 圖。 圖 2B 是圖 2A 的發光二極體燈具在發光時沿著線 I-I 剖面的 示意圖。 圖 2C 是圖 2A 中的發光二極體燈具應用於車輛的車前燈之 示意圖。 圖 3A 是本發明第二實施例之發光二極體燈具的立體示意 圖。 圖 3B 是圖 3A 的發光二極體燈具在發光時沿著線 J-J 剖面的 示意圖。 【主要元件符號說明】 20：車輛 22：車前燈 100：照明燈具 110：燈源 120、210、210’：反射燈罩 120a：拋物面
200、200’：發光二極體燈具 210a：出光截面 210b：外表面 212、212’：第一部件 212a、212a’：第一內凹曲面 214、214’：第二部件 214a、214a’：第二內凹曲面 216a：凸塊 216b：凹槽 220：發光二極體元件 222：發光二極體晶片 224：封裝膠體 226：螢光材料 B、L1、L2：光束 D1、D2：行進方向 G：路面 S：容置空間
98 年度專題研究計畫研究成果彙整表 計畫主持人：李孝貽 計畫編號： 98-2221-E-151-008-計畫名稱：白光 LED 非軸對稱燈具之光機設計程式與自動量測設備之研究與開發 量化 成果項目 實際已達成 數（被接受 或已發表） 預期總達成 數(含實際已 達成數) 本計畫實 際貢獻百 分比 單位 備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ... 等） 期刊論文 1 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 2 0 100% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 申請中件數 2 0 100% 專利 已獲得件數 2 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 2 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國內 參與計畫人力 （本國籍） 專任助理 0 0 100% 人次 期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 0 0 100% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 章/本 申請中件數 1 0 100% 專利 已獲得件數 1 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國外 參與計畫人力 （外國籍） 專任助理 0 0 100% 人次
其他成果 (無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。) 民國 99 年協助碩士論文指導學生獲得『第二屆海峽兩岸大學生職業技能大賽一 等獎』 成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0 科 教 處 計 畫 加 填 項 目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0
