專利名稱：在發(fā)光體中產(chǎn)生裝飾光效的發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置，該裝置包括側發(fā)光源和光導板，光導板具有至少一個光輸入?yún)^(qū)和至少一個光輸出區(qū)；光導板被布置成在大體上橫穿光導板縱軸的方向上延伸。
背景技術：
對于許多應用而言希望例如在專業(yè)或者家庭場景中產(chǎn)生吸引人和令人愉快的環(huán)境。例如裝飾燈表現(xiàn)出被認為高度裝飾性的光效。裝飾燈和其它類型的發(fā)光體通常利用常規(guī)白熾光源以實現(xiàn)令人愉快和裝飾性的照明。白熾光源通常通過向燈絲施加電流使燈絲熾熱來將電流轉換成光。燈絲一般懸置于玻璃燈泡的中心附近，由此提供可以用來照射例如房間的徑向光分布。希望有這樣的徑向光分布，但是白熾光源受諸如壽命短并且灼燒與玻璃燈泡接觸的物體這樣的潛在危險此類的弊端所困擾。玻璃燈泡一般由于燈絲的高溫而變得很熱。用LED光源取代白熾光源可以減輕或者消除上文提到的問題并且提供功效的明顯增加。然而多數(shù)LED僅能向半球體(立體角為2 Jisr)中發(fā)光，而采用熾熱燈絲的白熾光源一般向全球體(立體角為4 π sr)中均勻發(fā)光。在US 2006/0076568 Al中描述了全圓光發(fā)射，該文獻涉及用于在LED—側導引和發(fā)射光的發(fā)光二極管封裝和透鏡。在US 2006/0076568中的裝置的一個典型方面是相當窄的光強度分布從而允許在薄光導板中輸入耦合光。然而為了取代明確的(clear)白熾光源，需要一種可以產(chǎn)生寬光強度分布的發(fā)光
直ο也需要一種可以被調節(jié)成在專業(yè)或者家庭場景中產(chǎn)生各種光(和裝飾)效果的裝置；例如在一些實例中希望實現(xiàn)平滑而均勻的光強度輸出，而在其它實例中可能希望產(chǎn)生 “閃光效果”。這樣的裝置應當緊湊、高效并且制造成本低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于滿足上文提到的需要并且提供一種提供令人愉快和裝飾性的照明環(huán)境并且克服上述弊端的發(fā)光裝置。本發(fā)明的這一和其它目的由根據(jù)所附權利要求的一種發(fā)光裝置實現(xiàn)。因此本發(fā)明在第一方面中涉及一種發(fā)光裝置，該裝置包括至少一個側發(fā)光源，包括至少一個發(fā)光二極管和與發(fā)光二極管間隔開布置的反射層，以及光導板，具有至少一個光輸入?yún)^(qū)和至少一個光輸出區(qū)。光導板在大體上橫穿光導縱軸的方向上延伸。光導板包括側發(fā)光源布置于其中的凹陷，并且這一凹陷形成光輸入?yún)^(qū)。LED發(fā)射的光在光源的反射層上入射，并且將獨立于入射角被反射。光在大體上橫穿LED縱軸的方向上(即經(jīng)過在LED與反射層之間的開口)離開光源。發(fā)射的光由光導板的至少一個光輸入?yún)^(qū)接收。因而，光源發(fā)射的光經(jīng)過光輸入?yún)^(qū)進入光導板并且按照全內反射(TIR)原理經(jīng)過板傳播。然后從光導板的至少一個光輸出區(qū)提取光。光導板用來混合和引導來自光源的光而且對提取的光強度分布進行調整。由于無需附加光學器件如透鏡，所以本發(fā)明的裝置緊湊并且制造成本低。在本發(fā)明的裝置中，以對于所有視角而言幾乎恒定的寬強度分布從光輸出區(qū)提取光。在裝置周圍的強度分布基本上類似于在白熾光源周圍的光強度分布。因而可以布置本發(fā)明的裝置用于翻新到采用白熾光源的發(fā)光體中。在實施例中，光源還可以包括布置于發(fā)光二極管與反射層之間的至少一種波長轉換材料。因此，光在離開光源之前受到波長轉換。因而，可以按照用戶的需要來定制光輸出的顏色而不增加裝置的尺寸或者向裝置添加外部元件。對光輸出顏色的調節(jié)和變化可以視為在專業(yè)或者家庭場景中有高度裝飾性。波長轉換材料也可以具有對光的散射效果使得重新分布光，由此增加從光源的橫邊輸出的光。在本發(fā)明的實施例中，光導板為圓形。在這些實施例中，光輸出區(qū)沿著整個圓板延伸使得在全圓方向上提取光。因而，發(fā)射的光在裝置周圍具有與在白熾光源周圍的光強度分布基本上類似的空間強度分布。因此，本發(fā)明的裝置可以有利地用于取代白熾光源或者用于裝配到通常用于諸如有燈絲的燈泡、鹵素燈等白熾光源的燈具中。為了獲得平滑光強度模式，凹陷通常位于光導板的中心。在優(yōu)選實施例中，凹陷具有與至少一個光源的形狀基本上匹配的形狀。這允許光向光導板中的最佳輸入耦合效率。光經(jīng)過光輸入?yún)^(qū)高效進入板，并且進一步增加從裝置輸出的光。通過變化凹陷的形狀和尺度，可以產(chǎn)生各種裝飾照明效果。例如在一些實例中可能希望產(chǎn)生平滑和均勻的光強度輸出，而在其它實例中可能希望閃光效果。在替代實施例中，光導板的厚度朝著光輸入?yún)^(qū)變??；即光導板在光輸入?yún)^(qū)附近更薄而在光輸出區(qū)附近更厚。這產(chǎn)生調整光強度分布的額外自由度。為了進一步增加光向光導板中的輸入耦合，凹陷(形成光輸入?yún)^(qū))可以是光導板中的通孔。在替代實施例中，發(fā)光裝置還包括布置成將熱從光源傳走的散熱器。因此可以保持本發(fā)明的發(fā)光裝置相對冷以避免因接觸而引起的用戶灼傷。另外由于減少的光源部件中的熱應力和/或應變而可以增加光源的壽命。為了增加從裝置提取出的光的散射，光輸出區(qū)可以包括微結構。在第二方面中，本發(fā)明涉及一種采用如上文所述發(fā)光裝置的發(fā)光體。
根據(jù)下文具體公開內容、根據(jù)所附權利要求以及根據(jù)附圖將顯現(xiàn)本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的橫截面圖。圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的燈。圖3圖示了從根據(jù)本發(fā)明一個示例實施例的光源發(fā)射的光的遠場角度光強度分布的示例光強度分布圖。圖4圖示了從根據(jù)本發(fā)明另一示例實施例的光源發(fā)射的光的遠場角度光強度分布的示例光強度分布圖。
具體實施例方式在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置100的一個實施例。裝置100包括至少一個側發(fā)光源102，該發(fā)光源包括至少一個發(fā)光二極管103和與 LED 103間隔開布置的反射層104。另外，該裝置包括光導板101，該光導板具有至少一個光輸入?yún)^(qū)IOla和至少一個光輸出區(qū)101b。光導板101被布置成在大體上橫穿光導板101縱軸的方向上延伸。光導板101包括側發(fā)光源102布置于其中的凹陷；所述凹陷形成所述光輸入?yún)^(qū) 101a。LED 103發(fā)射的光在反射層104上入射，并且將獨立于入射角被反射。反射層104 通?；静煌该?，從而基本上沒有光將經(jīng)過反射層104離開裝置100。取而代之，離開裝置 100的光必須在LED 103與反射層104之間的開口(即在大體上橫穿LED 103縱軸的方向上)離開。布置反射層104使得反射其上入射的光的至少部分。反射層并不限于具體材料而是可以使用任何材料，例如金屬(比如Ag或者Al)。另外，反射層104可以包括散射特征從而在裝置100中產(chǎn)生光的角度重新分布，這增加光提取。這樣的散射特征可以例如是Ti02、ZiO2的粒子或者有孔聚合物。層104也可以包括小平面以增強裝置的閃爍效果。側發(fā)光源100布置于光導板101中的凹陷中，并且這一凹陷形成光輸入?yún)^(qū)101a。如這里所用，術語“光輸入?yún)^(qū)”意味著光導板的如下區(qū)域或者表面，LED發(fā)射的光在該區(qū)域或者表面由光導接收。因此，在大體上橫穿方向上從光源102發(fā)射的光由光導板101的光輸入?yún)^(qū)IOla接收，然后在板101內傳播而無明顯光損失。一般無需在光進入光導之前校準它。一般而言， 光導按照全內反射(TIR)的原理操作，由此經(jīng)過光導行進的光基于光導的材料和緊接包圍光導的諸如空氣、包層等材料的折射率差異在光導的表面反射。僅當光以與法線充分接近的角度與表面相遇時光才可能離開光導。在本發(fā)明中，光將經(jīng)過至少一個光輸出區(qū)IOlb離開光導板101(圖中的箭頭所示)°如這里所用，術語“光輸出區(qū)”意味著光導板的如下區(qū)域或者表面，在該區(qū)域或者表面從光導板提取光。通常，光導板101包括光學透明或者半透明材料，比如玻璃或者聚合物(例如聚 (甲基丙烯酸甲酯)或者聚碳酸酯)。術語“光學透明”意味著光導未吸收穿過光導的所需波長的光或者吸收僅少量這樣的光。透明材料可以被透視，即它們允許清晰的圖像通過。術語“光學半透明”是指僅允許光擴散穿過它們的材料，即材料使圖像變模糊。并且至少一種波長轉換材料105布置于LED (103)與反射層104之間。光以對于所有視角而言幾乎恒定的寬強度分布離開光輸出區(qū)101b。在裝置100周圍的強度分布基本上類似于在白熾光源周圍的光強度分布。因此適當布置本發(fā)明的裝置用于翻新到采用白熾光源的發(fā)光體中。如這里所用，術語“翻新”意味著裝配到通常用于諸如有燈絲的燈泡、鹵素燈等白熾光源的燈具中。換而言之，將根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置翻新到通常采用白熾光源的發(fā)光體中意味著用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置取代發(fā)光體中的白熾光源。在本發(fā)明的實施例中，光源102還包括布置于發(fā)光二極管103與反射層104之間的至少一種波長轉換材料105。如這里所用，術語“波長轉換材料”是指如下材料，該材料吸收第一波長的光從而發(fā)射第二更長波長的光。在吸收光時，材料中的電子變成激發(fā)至更高能級。在從更高能級弛豫返回時，以比吸收的光的波長更長的光這一形式從材料釋放過量能量。因此，該術語涉及熒光和磷光波長轉換兩者?？梢栽诒狙b置中使用任一類波長轉換材料，例如磷光體粒子(比如YAG:Ce)。在光源102中使用波長轉換材料105允許按照用戶的需要來定制光輸出的顏色而不增加裝置的尺寸或者向裝置添加外部元件。這也可以視為在專業(yè)或者家庭場景中有裝飾性。此外，波長轉換材料105可以表現(xiàn)出對光的散射效果，由此重新分布光并且增加從光源102的橫邊輸出的光。術語“布置于發(fā)光二極管與反射層之間”意味著波長轉換材料105夾入于LED 103 與反射層104之間。然而它也可以意味著LED 103和反射層104可以針對至少一個發(fā)光二極管發(fā)射的光界定波導區(qū)(未示出)，其中波長轉換材料105可以布置于這樣的波導區(qū)的橫邊處。在實施例中，光導板101為圓形。這允許向全球體(立體角為4 π sr)中基本上均勻發(fā)光。使用圓形光導板也允許光強度分布調整為使得它看似常規(guī)白熾燈絲。因此，本發(fā)明的裝置100有利地用于取代白熾光源或者用于裝配到通常用于諸如有燈絲的燈泡、鹵素燈等白熾光源中的燈具中。在圖2中圖示了包括透光玻璃封套201的燈200。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置202位于封套201以內。發(fā)光裝置202能夠發(fā)射空間強度分布與如熾熱燈絲的白熾光源類似的光。 燈200還可以包括基部203，發(fā)光裝置202布置到該基部上或者它耦合到該基部?；?03 通常包括電連接器，該連接器被布置成使得它能夠與采用白熾光源的燈(比如有燈絲的燈泡)的插座連接器配對。
本發(fā)明的圓形光導板可以是平坦的或者向上或者向下彎曲。例如光導板可以繞著經(jīng)過LED并且與LED的軸垂直的軸具有拋物線形狀。取而代之，光導板可以成形為規(guī)則多邊形；即等角并等邊的多邊形。小平面由此形成于光導板101的光輸出區(qū)101b，這即使在“繞燈行走”時仍可產(chǎn)生或者增強裝置的閃爍效果。如提到的那樣，側發(fā)光源102布置于光導板101中的凹陷中，并且這一凹陷形成至少一個光輸入?yún)^(qū)101a。凹陷優(yōu)選位于光導板101的中心。由此可以實現(xiàn)平滑光強度模式。凹陷可以以各種形狀存在，比如以圓柱體、方形、多邊形的形狀存在。根據(jù)所需光分布效果，也可以變化形成光輸入?yún)^(qū)IOla的凹陷的諸如長度、直徑、 深度等參數(shù)。另外也可以變化光導板的諸如長度、厚度、對稱性等尺度。通過調節(jié)光導板101和凹陷的性質可以實現(xiàn)多個特有三維光強度分布。當凹陷IOla具有與至少一個光源103的形狀基本匹配的形狀時實現(xiàn)最佳結果。例如，如果光源為圓柱形，則凹陷優(yōu)選具有圓柱體或者多邊形的形狀，而方形凹陷優(yōu)選容納方形光源。因此實現(xiàn)向光導板101中的最優(yōu)光輸入耦合效率。光經(jīng)過光輸入?yún)^(qū)IOla高效進入板101，并且進一步增加了從裝置100輸出的光。在本發(fā)明的實施例中，光導板101的厚度朝著光輸入?yún)^(qū)IOla變薄。在這樣的實施例中，光導板101在光輸入?yún)^(qū)IOla附近更薄而在光輸出區(qū)IOlb附近更厚。這產(chǎn)生調整光強度分布的額外自由度。光導板101也可以略微變形以模擬白熾燈的常規(guī)燈絲。通過變化凹陷和光導板的形狀和尺度，可以分別實現(xiàn)多個光強度分布和裝飾照明效果。圖3圖示了離開根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的光投影到XZ平面上的遠場角度光強度分布/(^( 勿的示例光強度分布圖，其中θ為相對于ζ軸的極角而爐.為xy平面中的相對于 χ軸的方位角坐標。全三維強度為繞著ζ軸的旋轉表面(在這一示例情況下產(chǎn)生繞著ζ軸的環(huán)面)。通過使用照射應用軟件產(chǎn)品LightTools 版本6. 1. 0對本發(fā)明的一個實施例進行建模產(chǎn)生了圖3中所示光強度分布。應當理解，除非另有指明，以類似方式產(chǎn)生附圖中呈現(xiàn)的與本發(fā)明的特定實施例關聯(lián)的任何其它光強度分布圖。圖3中所示平滑而均勻的光強度分布圖適合于直接取代常規(guī)白熾燈。圖4圖示了在希望閃光效果時適合的光強度分布圖。因而調節(jié)光導板101和凹陷的屬性允許制造各自一般根據(jù)特定用戶需要和/或照明環(huán)境要求而具有不同光強度特性的大量各種發(fā)光裝置。在本發(fā)明的實施例中，凹陷是光導板101中的通孔(圖1中所示)。這允許增加的光向光導板101中的輸入耦合。在替代實施例中，發(fā)光裝置100還包括適合于將熱從光源102傳走的散熱器106。 因此可以保持本發(fā)明的發(fā)光裝置100相對冷以避免因接觸而引起的用戶灼傷。另外由于光源部件中的減少的熱應力和/或應變而能夠增加光源102的壽命。在實施例中，光輸出區(qū)IOlb包括微結構。因此，從光導提取出的光在離開裝置100 的光輸出區(qū)IOlb時受到散射。
本發(fā)明并不限于具體類型的微結構而是任一類微結構可以用來增加輸出光的散射，例如全息結構。這些結構可以進一步增強發(fā)光裝置的閃爍效果，這可以視為有高度裝飾性。另外，光導板101可以包括凹口以便調諧所需要的強度分布圖。這樣的凹口可以布置于光導的從光輸入?yún)^(qū)向光輸出區(qū)延伸的區(qū)域中。在替代實施例中，該裝置還包括光導板101被布置到其上的反射層(未示出)；即反射層可以夾入于散熱器106與光導板101之間。這樣的反射層將反射在向下方向上發(fā)射的光并且防止光損失，由此增加從裝置100的光提取。另外，使用優(yōu)選為鏡面反射的附加反射層避免在散熱器與光導之間的光學接觸， 這可能因吸收而引起光損失。在本發(fā)明的實施例中，多個光源102可以布置于光導板101的分離的凹陷中。然后可以實現(xiàn)動態(tài)和連續(xù)的閃爍效果。也可以使用顏色不同的多個LED，這可以甚至進一步增加裝飾照明效果。本發(fā)明也涉及一種包括如上文所述發(fā)光裝置100的發(fā)光體。另外，本發(fā)明涉及發(fā)光裝置的用途及其制造過程。上文已經(jīng)主要參照少數(shù)實施例來描述本發(fā)明。然而如本領域技術人員容易理解的那樣，除了上文公開的實施例之外的實施例在如所附權利要求限定的本發(fā)明范圍內同樣是可能的。例如本發(fā)明并不限于具體數(shù)目的光源或者發(fā)光二極管。也不限于具體類型的發(fā)光二極管、波長轉換材料或者反射材料而是可以使用任何這樣的材料或者材料組合。作為結論，本發(fā)明涉及一種可以用于取代白熾光源或者用于裝配到通常用于白熾光源的燈具中的發(fā)光裝置，該裝置也可以被布置成產(chǎn)生各種裝飾閃光效果。光源包括側發(fā)光源和光導，光導具有至少一個光輸入?yún)^(qū)和至少一個光輸出區(qū)。光源布置于光導板的凹陷中，該凹陷形成至少一個光輸入?yún)^(qū)。本發(fā)明的發(fā)光裝置能夠向全球體(立體角為中基本上均勻發(fā)光，并且實現(xiàn)很緊湊的設計。本發(fā)明的裝置允許寬的光強度分布得以實現(xiàn)并且與在白熾光源周圍的光強度分布匹配。
權利要求
1.一種發(fā)光裝置(100)，包括至少一個側發(fā)光源(102)，包括至少一個發(fā)光二極管(10 和與所述發(fā)光二極管(103) 間隔開布置的反射層(104)；以及光導板(101)，具有至少一個光輸入?yún)^(qū)(IOla)和至少一個光輸出區(qū)(IOlb)；所述光導板(101)在大體上橫穿所述光導板(101)的縱軸的方向上延伸；所述光導板(101)包括所述側發(fā)光源(10 布置于其中的凹陷；所述凹陷形成所述光輸入?yún)^(qū)(IOla)0
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光裝置(100)，布置用于翻新到采用白熾光源的發(fā)光體中。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的發(fā)光裝置(100)，其中所述光源(10 還包括布置于所述發(fā)光二極管(10 與所述反射層(104)之間的至少一種波長轉換材料(105)。
4.根據(jù)權利要求1-3中的任一權利要求所述的發(fā)光裝置(100)，其中所述光導板(101) 為圓形。
5.根據(jù)前述任一前述權利要求的發(fā)光裝置(100)，其中所述凹陷在所述光導板(101) 的中心。
6.根據(jù)任一前述權利要求所述的發(fā)光裝置(100)，其中所述凹陷(IOla)具有與所述至少一個光源(10 的形狀基本匹配的形狀。
7.根據(jù)任一前述權利要求所述的發(fā)光裝置(100)，其中所述光導板(101)的厚度朝著所述光輸入?yún)^(qū)(IOla)變薄。
8.根據(jù)任一前述權利要求所述的發(fā)光裝置(100)，其中所述凹陷為所述光導板(101) 中的通孔。
9.根據(jù)任一前述權利要求所述的發(fā)光裝置(100)，還包括布置成將熱從所述光源 (102)傳走的散熱器(106)。
10.根據(jù)任一前述權利要求所述的發(fā)光裝置(100)，其中所述光輸出區(qū)(IOla)包括微結構。
11.一種燈000)，包括根據(jù)權利要求1-10中的任一權利要求所述的發(fā)光裝置(100)。
12.根據(jù)權利要求11所述的燈000)，還包括玻璃封套O01)和基部003)，所述基部 (203)具有布置用于翻新白熾光源的電連接器。
13.一種發(fā)光體，包括根據(jù)權利要求1-12中的任一權利要求所述的發(fā)光裝置(100)或者燈(200)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括側發(fā)光源(102)和光導板(101)的發(fā)光裝置(100)，該光導板(101)具有至少一個光輸入?yún)^(qū)(101a)和至少一個光輸出區(qū)(101b)。這樣的裝置(100)可以用于取代白熾光源或者布置成產(chǎn)生各種裝飾閃光效果?？梢詫崿F(xiàn)與白熾光源的光強度分布匹配的寬光強度分布。
文檔編號G02B6/00GK102257414SQ200980151193
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者E·布尼坎普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司