專利名稱：發(fā)光裝置及照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及照明設(shè)計的領(lǐng)域，且更特別地，涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分的發(fā)光裝置及照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的白熾光源具有鎢絲，其被制成為因電流通過而發(fā)光。燈絲一般是懸吊于玻璃燈泡的中心附近，借此提供在所有徑向方向幾乎恒定的光強。在過去，光的徑向分布與燈絲的高亮度的組合已使白熾光源受到一般照明目的的歡迎，例如在枝形吊燈中的使用。枝形吊燈中的水晶展現(xiàn)被視為高度裝飾性的閃爍光效。然而，白熾光源遭受諸如壽命短及高功耗的缺點。利用LED光源取代白熾光源可減輕或消除上述問題，并顯著提高效能。然而，大多數(shù)的LED僅可將光發(fā)射為半球(立體角，Ω = 2 π sr)，而使用發(fā)光燈絲的白熾光源通常將光均勻地發(fā)射為幾乎為完整球體(立體角，Ω = 4 π sr)。美國專利US 7，352，510公開了一種包括第一光混合組件及第二光混合組件的裝置，第一光混合組件及第二光混合組件經(jīng)由光學(xué)聚焦元件光學(xué)地耦合，以從單色或多色光源(例如LED陣列)產(chǎn)生具有均勻強度及輻照度的光束。第一光混合組件產(chǎn)生來自多色光源的光產(chǎn)生均勻的輻照度分布，但是使得強度分布不均勻。聚焦元件及第二光混合組件用于均勻化從第一光混合組件接收的光束的強度分布，同時光強分布相對于光軸大體上不變。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種發(fā)光裝置及一種相應(yīng)的照明設(shè)備，其能夠重新分布來自具有窄光強分布或有限光強分布的光源的光，并輸出具有至少一較寬空間光強分布的光。此目的由根據(jù)如獨立權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明的發(fā)光裝置及相應(yīng)的照明設(shè)備而實現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種發(fā)光裝置，其包括具有至少一個光源的光單元以及光導(dǎo)單元。光導(dǎo)單元包括用于接收來自光源的光的光輸入部分、光輸出部分及光混合部分。光混合部分布置于光輸入部分與光輸出部分之間。此外，光輸出部分呈漏斗狀，且具有基座及較高表面及較低表面，該基座被布置以接收來自光混合部分的光。光輸出部分經(jīng)進一步布置為具有圓周光輸出表面。光輸出部分的較高表面及較低表面限定了從基座至圓周光輸出表面的光導(dǎo)路徑。因此，提供一種發(fā)光裝置，其被布置用于將具有窄角度光強分布的光轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^寬角度光強分布的光。來自至少一個光源的光在光混合部分中被混合且接著均勻地射入至漏斗狀光輸出部分中，該漏斗狀光輸出部分被布置成經(jīng)由圓周輸出表面引導(dǎo)及輸出光。因此，該配置容許使用具有窄角度光強分布的光源，卻仍獲得大體上與白熾光源的光強分布(這是在例如一般照明應(yīng)用中所期望的)類似的輸出角度光強分布。公開的發(fā)光裝置可用以取代既有的白熾燈泡，并可用作例如枝形吊燈中的高亮度光源。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，至少一個光源是發(fā)光二極管，LED。LED具有很多優(yōu)點，諸如長壽命、低能耗、小尺寸等等。在本發(fā)明理念下，LED可以以有利方式用于照明應(yīng)用中，在該照明應(yīng)用中LED因他們有限的角度光強分布而在傳統(tǒng)上并不是合適的。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，較高表面及較低表面是彎曲的，這是有利的。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，光混合部分的截面為六邊形及正方形其中之一。這些配置容許射入的光的高效混合。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，較高表面被布置為光輸出。在這樣的配置中，除圓周光輸出之外，漏斗狀光輸出部分的較高表面有助于來自發(fā)光裝置的輸出光的全角度強度分布圖。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，光混合部分的長度被布置以容許對預(yù)定色彩的光的色彩均勻性的調(diào)諧。有利地，該光混合部分的長度用以當(dāng)該光單元被布置而具有不同色彩的多個光源時調(diào)諧所需色彩的均勻性。例如，光源可為不同色彩的LED的組合，例如冷白色與暖白色組合、冷白色與琥珀色組合、紅色與綠色及藍色(RGB)，或紅色與綠色及藍色及琥珀(色 RGBA)。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，光混合部分的表面的至少一子區(qū)域被布置為具有用于增加光混合部分內(nèi)的光混合的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。通過增加光混合部分的光混合性能，可減小光混合部分的長度。因此，可以減小發(fā)光裝置的尺寸，而仍獲得所需的光混合。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，圓周光輸出表面被布置成垂直于光輸入部分。因此，漏斗狀光輸出部分將至少一個光源的光朝向圓周光輸出表面?zhèn)鬏敳⒏淖児獾闹鞣较?，且在所有方向?qū)⒐庖?0度分布，這造成輸出光的環(huán)形光強分布。為實現(xiàn)較為完全的分布，可替代地，光輸出部分可被布置成使得容許一些光離開漏斗的較高表面。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，光單元進一步包括至少一個準直元件。自光源輸出的光的輻射分布圖影響自裝置輸出的最終角度光強分布。來自至少一個光源的光在進入光混合部分之前的準直容許對輸出自發(fā)光裝置的光的角度光強分布的增加的控制。借由適當(dāng)準直，射入光輸入部分的大體上所有的光可以經(jīng)由圓周光輸出表面?zhèn)鬏敿拜敵?。另外，有利地，準直也可用以改良由光輸入部分接收的光的耦合效能。根?jù)發(fā)光裝置的實施例，圓周光輸出表面是彎曲的。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可進一步控制角度光強分布?？墒菇嵌裙鈴姺植及l(fā)散以容許較為完全的角度光強分布。期望的光強分布可以通過以相應(yīng)方式設(shè)計圓周光輸出表面的曲率來有利地實現(xiàn)。曲率可以例如選為Belzer 曲線。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，圓周光輸出表面是至少部分地布置為具有附加的表面結(jié)構(gòu)，其有利地容許對輸出光的性能的附加控制或操縱。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，附加的表面結(jié)構(gòu)是用于調(diào)適輸出光以適于預(yù)定的照明應(yīng)用的折射結(jié)構(gòu)、全息結(jié)構(gòu)、薄粒子涂層及粗糙表面之一。作為一個實例，圓周光輸出表面可具有向前散射結(jié)構(gòu)，其將入射光線的角度光強分布分布為一般照明應(yīng)用所期望的朗伯(Lambertian)分布。這可以經(jīng)由全息結(jié)構(gòu)來有效地實現(xiàn)。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，光單元進一步包括反射器。該反射器可被布置以將來自光源的光朝向光混合部分反射，因此增加射入光混合部分的光量，從而隨后增加自發(fā)光裝置輸出的光的總通量。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，該裝置經(jīng)進一步調(diào)適以改進為使用白熾光源的照明設(shè)備。因此，本發(fā)明的裝置可有利地用于取代白熾光源或安裝至通常用于例如燈絲型燈泡、鹵素?zé)舻劝谉牍庠吹碾姛艚M件，這樣是有利的，因為使用者可以使用根據(jù)本發(fā)明理念的發(fā)光裝置便利地取代現(xiàn)有照明設(shè)備中昂貴且低效的白熾光源。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括至少一個發(fā)光裝置的照明設(shè)備。該照明設(shè)備示出了如發(fā)光裝置所述的相應(yīng)的優(yōu)點。參考下文描述的實施例，本發(fā)明其他的方面、特征及優(yōu)點將會變得清楚。


現(xiàn)將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中相同的參考數(shù)字被用于相同或相似的元件，其中圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的示意性截面圖。圖Ib是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的示意性透視側(cè)視圖。圖Ic是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的示意性透視側(cè)視圖。圖2說明了從根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例發(fā)射的光的遠場角度光強分布的示例性光強分布圖。圖3a是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的示意性透視側(cè)視圖。圖北是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的光輸出部分的細節(jié)特寫圖。圖3c說明了從根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例發(fā)射的光的遠場角度光強分布的示例性光強分布圖。圖4說明了包括根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的示例性燈。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文中參考附圖更完整地描述本發(fā)明的實施例，其中附圖示出了本發(fā)明的特定實施例。然而，本發(fā)明可以以很多不同形式來具體實施，且不應(yīng)認為局限于這里所闡述的實施例。這些實施例作為實例而被提供，以使得這里的公開將會是透徹且完整的，并將本發(fā)明的范圍完全傳達至本領(lǐng)域技術(shù)人員。貫穿始終相同數(shù)字指代相同元件。圖Ia說明了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的一實施例的示意性截面圖。發(fā)光裝置100包括光單元101，其被布置成具有兩個光源102。此處，該光源安裝于反射器103上。在這個示例性實施例中，使用朗伯(Iambertian)LED作為光源102。朗伯LED是遵守朗伯余弦定律(Lambert ‘ s cosine law)的光源，I = I0Cos (α),等式 1其中α等于視角，且I。為在α =0(即垂直于該LED)處的光強。如可自等式1推導(dǎo)得出的那樣，在接近于α =90的視角處的光強極低。商業(yè)上可得到的朗伯LED的實例有 Luxeon Rebel 或 Luxeon K2 LED。應(yīng)注意其它類型及其它數(shù)目的光源可應(yīng)用于發(fā)光裝置中，并被認為落在本發(fā)明理念的范圍內(nèi)。此外，不同顏色的光源和/或不同顏色光源的組合可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置中。此外，發(fā)光裝置100包括光導(dǎo)單元110，其包括細長的光混合部分120及光輸出部分112。光混合部分120可以為例如圓柱狀。光混合部分120被布置在該光單元101處。 其被進一步布置以在第一端處經(jīng)由光輸入部分111(例如光混合部分的表面)接收由光源 102發(fā)射的光，且當(dāng)接收的光被傳輸穿過光混合部分120并沿著主光軸oa時，混合接收的光，其中主光軸oa沿著并且平行于光混合部分120延伸，并隨后將混合的光均勻地射入該光輸出部分112內(nèi)。用于光導(dǎo)單元110的合適材料可以為透明聚合物，例如像是聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯酸樹脂類、玻璃或其任意組合。光輸出部分112成形為漏斗狀。光輸出部分112的基座117被布置以接收來自該光混合部分120的混合的光。此外，漏斗狀輸出部分112的較低表面114及較高表面113 限定用于傳輸光的圓周光路。圓周光輸出表面115被布置在漏斗狀光輸出部分112的頂緣處，借此為由較高表面113及較低表面114限定的光路提供光輸出表面以導(dǎo)引光。在該示例性實施例中，圓周光輸出表面115布置成垂直于光軸的平坦表面。在該示例性實施例中， 較高表面113及較低表面114是彎曲的，使得較高表面113為凸形且較低表面114為凹形。在替代實施例中，平坦表面可被布置以相對于該光軸(未示出)具有另一預(yù)定角。 作為一實例，大于90度的預(yù)定角提供了布置一種更向下的照明系統(tǒng)(例如60%通量低于 “水平線”且40%通量高于水平線)的有效方式。以相同的方式，可通過將預(yù)定角布置為小于90度而實現(xiàn)向上照明系統(tǒng)。現(xiàn)參考圖lb，其說明了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的示意透視側(cè)視圖，當(dāng)在 xy平面觀察時，光混合部分120具有六邊形截面。在如圖Ic中示出的發(fā)光裝置的實施例中，當(dāng)在xy平面觀察時，光混合部分120具有正方形截面。截面的這兩種形狀提供用于混合不同色彩的光的有效光混合。根據(jù)發(fā)光裝置的實施例，光混合部分120可選擇地具有用于增加光混合部分120 的光混合性能的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。見圖la，該光學(xué)微結(jié)構(gòu)可布置于光混合部分120的表面120a 上。通過增加光混合性能，可縮短光混合部分120的所需長度。根據(jù)該發(fā)光裝置的實施例，光混合部分120的長度被布置以容許對預(yù)定色彩的光的色彩均勻性的調(diào)諧。舉個例子，光混合部的長度可被調(diào)諧以容許來自冷白光LED與琥珀色LED的光的高度混合。借此，混合的光可實現(xiàn)適于模擬白熾燈的外觀的色彩均勻性。圖2說明了將自如先前所述的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的發(fā)光裝置100所發(fā)射的光線的、投射至XZ平面上的遠場角度光強分布Ι(θ，φ)的示例性光強分布圖。此處，θ表示相對于Z軸的極角，且φ表示在xy平面內(nèi)自X軸的方位角座標(biāo)。在該示例性實施例中，Z軸與 ζ軸重合，且在圖Ia及圖2中通過使A及B分別指示該發(fā)光裝置的頂部及底部的定位來說明該裝置定向。全三維強度是圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)的表面。圖2及圖3c中示出的光強分布圖是通過使用來自O(shè)ptical research Associates (LightTools )的光線追蹤軟件，分別對如圖Ib及圖3中說明的實施例100 進行建模而產(chǎn)生的。自光混合部分112射入至光輸出部分的光的主要部分經(jīng)由圓周光輸出表面115輸出。然而，在發(fā)光裝置100的實施例中，較高表面113被布置以提供附加光輸出。因此，作為一實例，光的10%至20%可經(jīng)由較高表面113輸出，因此其促成角度光強分布圖的寬度增加。在參考圖Ib描述的示例性實施例的角度光強分布中(該角度強度分布在圖2中示出)，自較高表面113輸出的光的貢獻通過沿著光軸(圖2中朝向A的方向)的強度分布表
7J\ ο光源102的輻射分布圖可影響自發(fā)光裝置100、200輸出的光的角度光強分布圖。根據(jù)發(fā)光裝置的一實施例，光單元101進一步具有準直元件(未示出)，例如準直透鏡或準直鏡，以增加對于自發(fā)光裝置100、200輸出的光的角度光強分布的控制。在發(fā)光裝置的一替代實施例中，較低表面114和較高表面113的低曲率被布置以確保射入光輸出部分112的大體上所有的光均經(jīng)由彎曲的光導(dǎo)部分而被引導(dǎo)并隨后經(jīng)由圓周光輸出表面115被輸出。在示例性實施例中，圓周光輸出表面115的定向相對于光輸出部分112的基座117以及相對于光輸入部分111形成大約90度的角。該漏斗狀元件將至少一個光源，例如(朗伯)LED光源，的光朝向圓周光輸出表面115傳輸，并借此在所有方向上將光的主方向改變90度。這造成了輸出光的環(huán)形強度分布(見圖幻。為實現(xiàn)全分布， 容許一些光離開漏斗狀光輸出部分的較高表面113。在發(fā)光裝置的另一示例性實施例中，如圖3a中所示出的，公開了提供幾乎完美的全向角度光強分布的發(fā)光裝置200。裝置200包括光單元101及光導(dǎo)單元110，并在其基本結(jié)構(gòu)中，其被配置為與參考圖Ib所描述的先前示例性實施例相似。光單元101被布置成具有反射空腔103，兩個LED (具有2X30度的銳截止的朗伯LED)被布置于該反射空腔103 中。來自該光源的光在射入光混合部分120之前由準直結(jié)構(gòu)(未示出)準直。此外，光輸出部分112被布置以具有彎曲的圓周光輸出表面215，見圖北中的特寫。彎曲的圓周輸出表面215由貝賽爾(Bezier)曲線描述。在替代實施例中，可應(yīng)用其它形狀的彎曲的圓周輸出表面215。光輸出表面215被進一步布置以具有向前散射結(jié)構(gòu)，其將入射光分布為朗伯分布圖。此處的向前散射結(jié)構(gòu)為全息結(jié)構(gòu)。在替代實施例中，具有例如 TiO2粒子、ZrO2粒子或多孔聚合物的粒子薄層，或粗糙結(jié)構(gòu)可布置于光輸出表面215上，以重新分布角度光強分布。在裝置的制造中，例如在通過提供具有該相應(yīng)結(jié)構(gòu)的鑄造模具利用注塑時，可并入折射和/或全息結(jié)構(gòu)。粒子的薄層可借由薄膜技術(shù)、濺射等等來布置。圖3c說明了自根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例200發(fā)射的光的遠場角度光強分布的示例性光強分布圖。此處光強分布在大體上均勻角度光強分布下幾乎是全向的。本發(fā)明進一步涉及包括如上所述的發(fā)光裝置100、200的照明設(shè)備。根據(jù)該發(fā)光裝置的一實施例，該裝置被進一步調(diào)適以改進為意欲使用白熾光源的照明設(shè)備，即，被調(diào)適以安裝到通常用于例如燈絲型燈泡、鹵素?zé)舻鹊鹊陌谉牍庠吹碾姛艚M件中。因此，在這樣的照明設(shè)備中使用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置來取代白熾光源成為可能。圖 4說明了被調(diào)適用于改進的發(fā)光裝置400的示例性實施例。發(fā)光裝置400經(jīng)布置以具有用于接合通常用于白熾光源的電燈組件的下部401。下部401被布置以與發(fā)光裝置100、200 機械以及電學(xué)地接合。下部401將進一步幫助移除光源產(chǎn)生的熱?？蛇x擇地，光單元101 被布置以具有分離的散熱器(未示出)。發(fā)光裝置400可選擇地配置有例如在枝形吊燈中用于給出蠟燭火焰的印象的玻璃燈泡402，并用以保護光學(xué)元件免受觸摸、灰塵及污垢。上文已描述根據(jù)如在所附的權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例。
8這些應(yīng)僅被視為非限制性實例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能存在很多修改及替代實施例。 應(yīng)注意，為了此申請的目的，并且特別關(guān)于在所附的權(quán)利要求書中，詞語“包括”并不排除其它元件或步驟，詞語“一”或“一個”并不排除多個，這本身對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置(100)，包括光單元(101)，其具有至少一個光源(102)；和光導(dǎo)單元(110)；所述光導(dǎo)單元包括光輸入部分(111)，用于接收來自所述光源的光；光輸出部分(112)；以及光混合部分(120)，其布置于所述光輸入部分與所述光輸出部分之間；所述光輸出部分(11 呈漏斗狀，其包括基座(117)，其被布置以接收來自所述光混合部分的光；較高表面(113)；較低表面(114)；以及圓周光輸出表面(115)；其中，所述較高表面及所述較低表面限定了自所述基座至所述圓周光輸出表面的光導(dǎo)路徑。
2.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其中所述較高表面(11 及所述較低表面(114)是彎曲的。
3.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述光混合部分(120)的截面是六邊形及正方形中的一個。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述較高表面(11 被布置為光輸出。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述光混合部分(120)的長度被布置為容許對預(yù)定色彩的光的色彩均勻性的調(diào)諧。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述光混合部分(120)的表面(120a)的至少一子區(qū)域被布置為具有用于增加所述光混合部分內(nèi)的光混合的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述圓周光輸出表面(11 被布置成垂直于所述光輸入部分(111)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述光單元(101)進一步包括至少一個準直元件。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述圓周光輸出表面(11 是彎曲的。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述圓周光輸出表面(115、215)至少部分地被布置為具有附加的表面結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其中所述附加表面結(jié)構(gòu)為折射結(jié)構(gòu)、全息結(jié)構(gòu)、薄粒子涂層及粗糙表面其中的一個。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述光單元(101)進一步包括反射器(103)。
13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，進一步適于改進為使用白熾光源的照明設(shè)備。
14.如前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)光裝置，其中所述至少一個光源(10 為發(fā)光二極管。
15. 一種照明設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的至少一個發(fā)光裝置(100)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置100，其使用具有窄光強分布或有限光強分布的光源102，且該裝置被布置用于重新分布來自光源的光及經(jīng)由布置于漏斗狀光輸出部分112上的圓周光輸出表面115而輸出具有較寬空間光強分布的光。發(fā)光裝置進一步包括光混合部分120，用于在自光源102發(fā)射的光進入光輸出部分112內(nèi)之前混合該光。
文檔編號F21K99/00GK102378928SQ201080015196
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者E·布尼坎普, L·海南 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司