CN102760823A - 发光设备以及包括该发光设备的照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种发光设备包括多个固态发光元件；固态发光元件以阵列的形式布置于其上的板；以及用于调节从固态发光元件输出的光的分布的光分布调节元件。光分布调节元件提供为共同地覆盖至少两个固态发光元件，并且包括容纳固态发光元件的容纳部分；设置于固态发光元件的光输出表面上方并且在固态发光元件正上方的凹形弯曲表面部分；以及一对设置于凹形弯曲表面部分的相对侧中的凸形弯曲表面部分，每个凸形弯曲表面部分平滑地连接至凹形弯曲表面部分。一种照明装置包括该发光设备。

Description

发光设备以及包括该发光设备的照明装置
技术领域
本发明涉及一种包括多个固态发光元件作为光源的发光设备，以及包括该发光设备的照明装置。
背景技术
因为其低能耗、高亮度和高耐用性，发光二极管(LED)瞩目于作为用于照明装置的光源，其替代了白炽灯、荧光灯等。然而，由于单个LED提供的光强度低于荧光灯，包括多个LED的发光设备用于具有LED作为光源的通用照明装置。
作为这种类型发光设备的一个例子，如图19A所示，已知一种发光设备101，其中多个LED 102成直线地安装于细长板103上并且半柱形透明树脂件104提供来覆盖LED 102(参见例如日本专利申请公开No.2002-299697(JP2002-299697A))。
另外，如图20A所示，已经提出了一种照明装置110，其中布置多个具有相应半球形透明树脂件的LED组件101并且散射和透射板107布置为邻近LED组件101的前侧。
然而，在JP2002-299697A中公开的发光设备101中，从LED 102发出的光直线地传播穿过半柱形透明树脂件104或者在LED 102的直接向上方向上由半柱形透明树脂件104折射以便被收集。因此，发出的光的分布显示了在光输出方向上的高度方向性，如图19B所示。于是，在包括这种发光设备的照明装置中，在LED 102正上方的部分的亮度增大，并且，即使光散射盖等提供来覆盖LED 102，光输出表面处的亮度分布也变得不均匀，并且很可能发生表面反射。
另外，在上述照明装置110中，散射和透射板107的在LED组件101正上方的部分的亮度增大。这导致了亮度在照明装置的输出表面(散射和透射板107)处的不均匀分布，从而产生光的粒状分布，并且因此表面反射，如图20B所示。
发明内容
考虑到以上情况，本发明提供了一种能扩宽输出光的光分布并且防止光分布不均匀的发光设备，以及包括这种发光设备的照明装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种发光设备，其包括多个固态发光元件；固态发光元件以阵列的形式布置于其上的板；以及光分布调节元件，用于调节从固态发光元件输出的光的分布。光分布调节元件提供为共同地覆盖至少两个固态发光元件，并且包括容纳固态发光元件的容纳部分；设置于固态发光元件的光输出表面上方并且紧邻地在固态发光元件上方的凹形弯曲表面部分；以及一对设置于凹形弯曲表面部分的相对侧中的凸形弯曲表面部分，每个凸形弯曲表面部分平滑地连接至凹形弯曲表面部分。
发光设备可还包括覆盖光分布调节元件的散射和投射盖元件。
光分布调节元件的光输出表面可以是粗糙表面。
固态发光元件的光输出表面可由透明树脂元件覆盖。
空气层可介于固态发光元件与容纳部分的内表面之间。
容纳部分可在垂直于其纵向的横截面中具有斜坡，其方式为使得斜坡的角度随着斜坡更靠近延伸穿过每个发光元件的中心部分的光输出轴线而变小。
多个凸透镜可在光分布调节元件的纵向上设置于光分布调节元件的光输出表面上。
多个凹透镜可在光分布调节元件的纵向上设置于光分布调节元件的光输出表面上。
透明树脂元件可包含荧光材料以形成波长转换元件。
在与光分布调节元件的纵向垂直的横截面中，波长转换元件可形成为在固态发光元件的竖直方向上的厚度大于在其侧向上的厚度。
波长转换元件可形成为在垂直于光分布调节元件的纵向的横截面中具有竖直地长的凸形形状。
波长转换元件可形成为在垂直于光分布调节元件的纵向的横截面中具有竖直地长的三角形形状。
波长转换元件可形成为在从上面看时具有圆形形状。
波长转换元件可形成为在从上面看时在光分布调节元件的纵向上具有椭圆体形状。
波长转换元件可通过用包含荧光材料的树脂或荧光材料片材覆盖透明树脂而形成。
多个固态发光设备可成直线地布置并且光分布调节元件也可成直线地形成。
多个固态发光设备可布置为环形并且光分布调节元件也形成为环形。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包括这种发光设备的照明装置。
根据本发明的这些方面，由于从固态发光设备发射进入光分布调节元件的容纳部分中的大多数光由凹形弯曲表面部分全反射以在侧向中传播并且一些光由凹形弯曲表面部分折射为贯穿其中地透射。另外，发光设备提供了低的方向性，由此防止在发光设备结合于照明装置中时的不均匀光分布。
附图说明
本发明的目标和特点将从以下结合附图给出的实施例描述中变得明显，其中：
图1是根据本发明第一实施例的发光设备的侧面横截图；
图2是发光设备的分解透视图；
图3A和3B分别是示出从发光设备中的固态发光元件发射的光的路径以及发光设备的光分布曲线的侧面横截图；
图4A至4C分别是具有发光设备的照明装置的纵向横截图、及其侧面横截图以及其平视图；
图5A至5C是示出照明装置的不同变型的侧面横截图；
图6是根据本发明第二实施例的发光设备的分解透视图；
图7是发光设备的侧面横截图；
图8A和8B分别是根据本发明第三实施例的发光设备的侧面横截图以及示出从发光设备的固态发光元件发射的光的路径的侧面横截图；
图9是根据本发明第四实施例的发光设备的分解透视图；
图10A至10C分别是沿着图9中的线IX-IX`截取的截面图、发光设备的平面图、以及示出发光设备中的光分布的平面图；
图11A至11C分别是用于根据本发明第五实施例的发光设备的光分布调节元件的纵向横截图、其平面图、以及示出从发光设备发射的光的光分布的平面图；
图12是具有变型发光设备的照明装置的纵向截面图；
图13A至13C分别是根据本发明第六实施例的发光设备的侧面横截图、示出发光设备的光分布的侧面横截图、及其平面图；
图14A和14B分别是发光设备的变型的侧面横截图以及示出发光设备的光分布曲线的侧面横截图；
图15是发光设备的另一个变型的侧面横截图；
图16A和16B分别是根据本发明第七实施例的发光设备的侧面横截图及其平面图；
图17A至17D分别是示出包括发光设备中的多个固态发光元件和波长转换元件的结构的平面图、具有发光设备的照明装置的纵向横截图、其侧面横截图、及其平面图；
图18A至18C分别是示出包括根据本发明第八实施例的发光设备中的多个固态发光元件和波长转换元件的结构的平面图、具有发光设备的照明装置的平面图、以及照明装置的局部截面图；
图19A和19B分别是常规发光设备的侧面横截图及其光分布曲线；并且
图20A和20B分别是具有多个常规发光设备的照明装置的侧面横截图以及示出从照明装置上方看到的亮度分布的视图。
具体实施方式
下文，将参照图1至4C描述根据本发明第一实施例的发光设备以及包括该发光设备的照明装置。在这个实施例中，如图1和2中所示，发光设备1包括多个作为固态发光元件的发光二极管(LED)2；LED 2以阵列的形式布置于其上的布线板(下文缩写为“板”)；以及调节从LED 2发射的光的分布的光分布调节元件4。
光分布调节元件4设置为共同地覆盖至少两个LED 2。光分布调节元件4包括容纳LED 2的容纳部分41；设置于LED的光输出表面上方并且在LED 2正上方的凹形弯曲表面部分42；以及设置于凹形弯曲表面部分42的相对侧中的一对凸形弯曲表面部分43，每个凸形弯曲表面部分43具有连续地连接至凹形弯曲表面部分42的平滑表面。
每个凸形弯曲表面部分43具有能通过从其中心位于板3上的基本上精确的圆移除虚线部分(图1中所示)而获得的表面。凹形弯曲表面部分42是在与凸形弯曲表面部分43的方向相反的方向上凹入的表面，其平滑地连接至这对凸形弯曲表面部分43，并且垂直于延伸穿过LED的光输出表面的中心部分的光输出轴线L。
LED 2可以没有特别地受到限制，只要它们能作为发光设备1的光源以发射期望颜色的光。可适当地使用GaN蓝色LED晶片，其发射具有460nm发射峰值波长的蓝光。每个LED 2的尺寸也没有特别地受到限制，但是优选地是0.3mm。在这个实施例中，具有形成于其顶面上的正极和负极的所谓面朝上型元件用于LED 2。作为安装LED 2的方法，LED 2借助于模具结合材料(未示出)结合于板3上并且形成于LED 2的顶面上的电极借助于布线31连接至形成于板3上的布线图(未示出)。因此，LED 2电连接至布线图。
模具结合材料的示例可包括硅树脂、银膏以及其它高耐热环氧树脂。虽然面朝上型元件在这里示出为将通过用于安装LED 2的模具结合和布线结合而安装，但是LED 2可以是具有形成于其底面上的电极的面朝下型元件，在此情况下，LED 2例如通过倒装晶片安装方法来安装。
对于板3，通用的板，比如玻璃质环氧树脂等，用作基底材料。替代地，由氧化铝或氮化铝制成的陶瓷板或其表面上形成有绝缘层的金属板可用于板3。形成于板3上的布线图用来将电源供应至LED 2。板3可具有对于将安装于其上的LED 2和光分布调节元件4这些元件而言适当的尺寸和形状，以及适合提供足够的强度以防止板3在被加工时变形(比如弯曲)的厚度。在LED 2具有0.3mm的尺寸的情况下，使用40mm×200mm的长矩形板3，虽然这可取决于LED 2的数目。
布线图形成于板3上，例如通过使金表面经受电镀处理。电镀处理可在其它金属比如银、铜、镍等上面实施，代替金。另外，每个布线图的表面不限于单层的金结构，而是可具有例如金、镍和银的叠置结构以提高与板3的粘附性。布线图的表面可经受光反射处理以使得从LED 2发射至板3的光能由布线图的表面反射。
另外，板3和布线图的整个表面除了需要连接布线31以及安装LED 2所需的区域以外优选地由白色抗蚀剂覆盖。白色抗蚀剂例如通过剥离方法等形成。因而，布线图由白色抗蚀剂保护，这可产生布线的高度稳定性，在将发光设备1结合于照明装置中时容易操纵，以及高的设备制造效率。
布线31的示例包括通用的金线、铝线、银线、铜线等。布线31借助于任何已知结合方法结合至LED 2的电极和布线图，比如热结合、超声结合等。
在光分布调节元件4中，用于容纳LED 2的容纳部分41在与板3相对的表面中由在LED 2正上方的凹形部分形成，并且这对凸形弯曲表面部分对43设置为相对于面向容纳部分41的凹形弯曲表面部分42对称。在容纳部分41用作来自LED 2的光通过其入射在光分布调节元件4上的光输入表面时，凹形弯曲表面部分42和凸形弯曲表面部分43用作光通过其输出至光分布调节元件4外部的光输出表面44。另外，空气层45在板3上介于LED 2和容纳部分41之间。光分布调节元件4由透明材料比如丙烯树脂、硅树脂、玻璃等制成为上述形状。
容纳部分41在垂直于光分布调节元件4的纵向的横截面上具有斜面，其方式为使得斜面的角度随着斜面更靠近延伸穿过LED 2的中心部分的光输出轴线L而变小(参见图1)。因而，入射在容纳部分41的光输出轴线L附近的光能更侧向地折射。
现在，将参照图3A和3B描述在从LED 2发射的光入射于光分布调节元件4上时如何控制光的光分布。如图3A中所示，从LED 2发射的光入射穿过容纳部分41，传播穿过光分布调节元件4并且入射到凹形弯曲表面部分42上，而一些光折射并且输出至外部。
然而，由于凹形弯曲表面部分42的入射表面相对于从容纳部分41入射的光具有凸形形状，光的入射角在LED 2的光输出轴线L的侧向增大。因此，从容纳部分41入射到凹形弯曲表面部分42上的大部分光在没有折射和透射之下朝着侧向完全地反射，并且入射到在容纳部分41的侧向上定位的凸形弯曲表面部分43上。另一方面，由于凸形弯曲表面部分43的入射表面相对于由凹形弯曲表面部分42完全反射的光具有凹面形状，光的入射角减小并且光由凹形弯曲部分42折射以便在侧向上输出。
也就是，虽然从LED 2发射并且入射至光分布调节元件4上的一些光通过容纳部分41折射和透射，但是大部分光通过凸形弯曲表面部分43输出至侧向。因此，如图3B中所示，从光分布调节元件4发射的光具有所谓的片翼(pad wing)型光分布曲线，其中在光输出轴线L的方向上的输出光通量低，而其侧向上的输出光通量高。因此，发光设备1能扩宽从LED 2发射的光的分布并且降低作为光源的LED所特有的方向性。
另外，对于光分布调节元件4的纵向，具有大入射角的一些光由设置于光分布调节元件4内部以及板3上的白色抗蚀剂(未示出)重复地反射并且散射，并且在纵向上被导向的同时输出至光分布调节元件4的外部。
接着，将参照图4A至4C描述一种照明装置10，其具有包括多个LED2和光分布调节元件4的发光设备1。照明装置10包括主体5、用于将发光设备1固定至主体5的安装板6、布置于发光设备1的光输出方向上的光散射和透射板(下文简写为“光散射板”)7、以及用于将从发光设备1发射的光朝着光散射板7反射的反射器8。
虽然在这个实施例中照明装置10示出为细长的基本光，这个照明装置10形状没有特别地受到限制。例如，照明装置10可包括多排LED 2以阵列的形式安装于其上的方形板3。
主体5包括具有发光设备1固定于此的底部的安装框架51，以及安装至安装框架51的开口用于保持光散射板7的开口框架52。安装框架51是前侧开口的管状元件，并且包括大于板3的矩形底部以及在底部的四个边上直立以便接收发光设备1的侧部。安装框架51的侧部形成为其周边在开口侧处变薄的凹入式装配部分。
在开口框架52的侧部装配入凹入式装配部分并且螺钉53从外面插入时，安装框架51和开口框架52固定在一起。开口框架52是框架状元件，其中心开口以由此发射光；并且其周边向内突出以保持光散射板7。开口框架52的开口形成为大于板3的尺寸并且在光输出方向上加宽。安装框架51和开口框架52通过将板(比如具有刚性的铝板或钢板)压成具体形状而制成。安装框架51的内侧可涂覆白漆等。
安装板6用来保持发光设备1并且在发光设备1的板3与安装框架51的底部之间提供间隙，并且通过将板(比如具有刚性的铝板或钢板)压成具体形状而制成。发光设备1的板3和安装板6借助于贯穿螺钉61固定在一起。安装板6借助于螺钉(未示出)、粘合剂等固定至安装框架51。替代地，树脂片材或挡块(未示出)可插入板3的端部与安装板6之间以将它们固定在一起。
安装板6优选地由具有高导热性的材料制成以使得来自发光设备1的热能有效地消散，并且散热销可形成于与安装框架51的底部相对的表面上。容纳于板3与安装框架51的底部之间的是用于接通和驱动发光设备1的电源、布线等(未示出)。
光散射板7是矩形板状元件，通过将乳状白色材料加工为与开口框架52的内部尺寸基本上相同的形状而制成，乳状白色材料通过将散射颗粒比如氧化钛颗粒等添加至透明树脂比如丙烯树脂等而获得。另外，光散射板7可通过用于在透明玻璃板或树脂板的前或后表面上执行喷砂的粗糙化加工或在其上执行纹理化工艺来制成。
反射器8包括一对反射弯曲板，这对板在光分布调节元件4的纵向上布置于相反侧上并且相对于光输出轴线L(图4B)倾斜，光分布调节元件4覆盖以矩阵的形式布置于板3上的LED 2。对于反射器8，可适当地使用一对光漫反射器，光漫反射器通过将高度反射的白漆涂覆于具有预定形状的树脂结构上而制造。反射器8可具有一对表面，具有高反射性的银或铝沉积于每个表面上。
在如上构造的照明装置10中，从发光设备1发射的光直接地或在由反射器8反射之后入射至光散射板7上，并且然后输出到照明装置10的外部。此时，即使光散射板7贴近地布置为邻近发光设备1，因为发光设备1通过光分布调节元件4发射具有片翼型光分布的光，如图3B中所示，入射至光散射板7上的光的方向性降低。光还由光散射板7散射并且输出。因此，在照明装置10中，光可能看似从光散射板7自身的整个区域发射，由此使得光散射板7的亮度分布均匀。另外，由于光散射板7能贴近地布置为邻近发光设备1，照明装置10能制成为更薄。
另外，由于发光设备1能以宽的角发射光，当反射器8设置于发光设备1周围时，更多的光入射至反射器8上。因此，通过调节反射器8的反射表面的形状，能获得具有高度可控性的光分布的照明装置10。另外，能抑制作为照明装置10的光散射板7的输出表面中的光源的LED 2特有的粒子状分布，从而减少表面反射。
接着，将参照图5A至5C描述根据本实施例的变型的照明装置10。
根据图5A中所示的第一变型，LED 2的光输出表面由透明树脂元件90覆盖。在这个变型中，由光分布调节元件4的容纳部分41和板3包围的空间由透明树脂填充。具有这个构造，透明树脂元件90能保护LED 2以及电流穿过其中流入LED 2的布线31。因此，布线31几乎不会破裂，这产生了设备的高可靠性。
透明树脂元件90由与制成光分布调节元件4的树脂相同种类的树脂制成。例如，透明树脂元件90可由具有介于光分布调节元件4与LED 2的光输出表面的材料的折射率之间的中间折射率的材料制成。这使得能抑制在LED 2的光输出表面、透明树脂元件90与光分布调节元件4之间的界面处的全反射，并且将从LED 2发射的光有效地朝着光分布调节元件4引导，从而提高光使用效率。
根据图5B中所示的第二变型，LED 2的光输出表面由半球形透明树脂元件91覆盖。在这个变型中，空气层45介于透明树脂元件91与光分布调节元件4的容纳部分41之间。半球形透明树脂元件91可例如通过用透明树脂填充模塑为预定形状的模具、将LED 2安装于其上面的板3颠倒地设置于填充模具的树脂上、并且固化整个结构来形成。替代地，半球形透明树脂元件91可通过使用透明树脂提前制备具有凹面部分以用作LED 2将布置于此的空间的碗状模具、用与模具相同的树脂填充凹面部分、将模具装载到板3上以覆盖LED 2、并且固化整个结构来形成。这个构造还能保护LED 2和布线31，如图5A中所示的第一变型那样。
根据图5C中所示的第三变型，LED 2的光输出表面由波长转换元件92覆盖，波长转换元件92通过在制成图5B中所示半球形透明树脂元件91的树脂中包含荧光材料而获得。这个构造还能保护LED 2和布线31并且用来将从LED 2发射的光的波长转换为不同波长的彩色光以输出彩色光。
接着，将参照图6和7描述根据本发明第二实施例的发光设备。在这个实施例中，发光设备1还包括覆盖光分布调节元件4的散射和透射盖元件(下文简称为“散射盖”)71，如图6中所示。在这个实施例中，LED 2的光输出表面也由半球形波长转换元件92覆盖，如图7中所示。
散射盖71是设置有容纳空间的管状光学元件，光分布调节元件4能容纳于所述容纳空间中，光学元件具有与板3相对的开口侧，并且由通过将白漆添加至透明树脂比如丙烯树脂等获得的乳状白色材料制成。另外，如图7中所示，在散射盖71宽度方向上的横截面中，其两个相对的侧部由其间的相应弯曲表面平滑地连接至面朝板3的上表面。因而，能抑制侧部中的不均匀分布。
利用这个实施例，由于光能通过散射盖71的侧部发射，能提供更宽范围的照明。另外，照明装置10能在不使用第一实施例的照明装置1中使用的主体5和光散射板7之下仅通过布置电源以及其它单元来构建。因此，能简化照明装置10的组装，这产生了高的制造效率。另外，由于不需要主体5，照明装置10能变薄。
接着，将参照图8A和8B描述根据本发明第三实施例的发光设备以及包括该发光设备的照明装置。在这个实施例中，如图8A中所示，发光设备1构造为使得光分布调节元件4的光输出表面44是粗糙表面。在图8A和8B中，粗糙表面由粗线指示。光输出表面44的粗糙化工艺通过喷砂执行为具有例如#100的粗糙度。在粗糙度中，精细凹面部分(未示出)与平滑部分(未示出)的面积比例如是1∶1，但不限于此，而是可通过控制从光分布调节元件4发射的光的分布来适当地调节。喷砂的粒径也如此。
然而，如果光输出表面44是平滑表面，经折射并且传播穿过光输出表面44而没有完全由光输出表面44反射的光(直射光)以及在完全由光输出表面44反射超过一次之后从光输出表面输出的光(全反射光)很可能在光分布中可能具有波动的密度。因此，在具有发光设备1的照明装置10中(参见图4A)，光散射板7中可能会产生亮度的不均匀。相反，如果光输出表面44是粗糙表面，这种密度波动能降低，从而抑制光散射板7中的亮度不均匀性，这可产生光散射板7的亮度的更均匀分布。
接着，将参照图9至10C描述根据本发明第四实施例的发光设备。在这个实施例的发光设备1中，如图9中所示，多个凸透镜46在纵向上设置于光分布调节元件4的光输出表面44上。图10A是沿着图9的线IX-IX`截取的截面图。在本实施例中，也提供散射盖71，如在第二实施例中那样。如图10B中所示，散射盖71构造为使得其长度与光分布调节元件4的长度基本上相同并且其宽度大于光分布调节元件4的宽度。
图10C示出从发光设备1发射的光的光分布。在该图中，实线指示通过使用具有多个凸透镜46的光分布调节元件4获得的光分布并且虚线指示通过使用没有多个凸透镜46的光分布调节元件4获得的光分布。也就是，根据这个实施例，通过在光分布调节元件4的光输出表面44上提供多个凸透镜46，如该同一图所示，在从上面看时，光分布由凸透镜46变窄。
因此，更多的光能在光分布调节元件4的宽度方向上输出，并且，即使在散射盖71布置于宽度方向上时，散射盖71的光输出表面在宽度方向上的亮度分布能变得均匀。另外，由于散射盖71能更贴近地布置，包括发光设备1的照明装置10能制成为较薄。
接着，将参照图11A至11C描述根据本发明第五实施例的发光设备以及包括该发光设备的照明装置。在这个实施例的发光设备1中，如图11A中所示，多个凹透镜47在纵向上设置于光分布调节元件4的光输出表面上。在本实施例中，还提供散射盖71，如第二和第四实施例中那样。然而，如图11B中所示，散射盖71构造为使得其长度和宽度稍大于光分布调节元件4的长度和宽度。其它构造与第四实施例相同。
如图11C中所示，通过使用具有多个凹透镜47的光分布调节元件4获得的光分布(由实线指示)在光分布调节元件4的纵向上加宽，与通过使用没有多个凹透镜47的光分布调节元件4获得的光分布(由虚线指示)相比将进一步延伸。也就是，根据这个实施例，从以阵列形式布置的相邻LED 2发射的光能有效地混合，从而允许散射盖71的光输出表面中纵向上的亮度分布变得均匀。
接着，将参照图12描述包括根据这个实施例的变型的发光设备的照明装置10。根据这个变型，每个发光设备1(1a和1b)包括设置有凹透镜47以发射不同颜色的光的光分布调节元件4。来自发光设备1的输出光的光颜色通过调节用于相应LED 2的晶片种类、用于相应波长转换元件92的荧光材料的种类和/或量、添加至每个波长转换元件92的颜料或涂料的种类和/或量等设置为任何色度。照明装置10的照射光的颜色可根据照明装置10的周围环境来选择。例如，如果照明装置10是用于起居室的普通照明装置，其可包括用于发射白光的发光设备1a和用于发射灯泡颜色光的发光设备1b的组合，如图中所示。
在常规LED照明装置中，具有这种不同颜色的光可由光散射板7混合至某种程度。然而，在发光设备1和光散射板7彼此相邻地贴近布置时，混合可能就不能充分地实现并且可能会在光散射板7的输出表面中出现不均匀的颜色分布。相反，根据这个构造，每个包括凹透镜47的光分布调节元件4的使用便于从发光设备1a和1b输出的光的混合。
因此，白光和灯泡颜色光的混合光从光散射板7的输出表面均匀地发射，从而防止照明装置10的不均匀颜色分布。发光设备1的光颜色不限于上面的白色和灯泡颜色光。例如，可使用用于发射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光的多个发光设备。
接着，将参照图13A至13C描述根据本发明第六实施例的发光设备。这个实施例的发光设备1包括波长转换元件92，其将从LED 2发射的光的波长转换为不同波长。波长转换元件92构造为使得在垂直于光分布调节元件4的纵向的横截面上看时，其在LED 2的竖向上的厚度大于在其侧向上的厚度。
在这个实施例中，波长转换元件92形成为具有竖向的长凸形形状以及在横截面的高度方向上具有长轴的半椭圆体形，以使得波长转换元件92在横截面上在LED 2的竖向上的厚度比在LED 2的侧向上的厚度大，并且包括在LED 2的输出方向上的顶点93。在这个实施例中，波长转换元件92的长轴与短轴的长度比例如是2∶1，但不限于此。
波长转换元件92是通过将混合材料加工为上述形状而制造的光学元件，混合的材料通过将粒状黄色荧光材料分散在透明树脂(例如，硅树脂)中而获得，荧光材料由从LED 2发射的蓝光激活，由此发射黄光。透明树脂的示例可包括折射率范围从1.2至1.5的硅树脂。
荧光材料的示例可包括已知的黄色荧光材料，其吸收从LED 2发射的一些蓝光并且由吸收的蓝光激活并且具有波长范围从500至650nm的峰值波长。黄色荧光材料具有在黄色波长范围内的发射峰值波长并且其发射波长范围包括红色波长范围。
黄色荧光材料由钇和铝的合成氧化物的石榴石结构的晶体制成。黄色荧光材料的示例可包括(但是不限于)所谓的YAG荧光材料。例如，多个颜色的荧光材料的混合物可用来调节色温和保色性。尤其，红色荧光材料和绿色荧光材料的混合物可用来获得具有高度保色性的白光。除了上述荧光材料以外，光散射材料、填料和/或类似物可添加至波长转换元件92的树脂材料。波长转换元件92以与用于图5B中所示的透明树脂元件91相同的方法形成。
从LED 2发射的光主要沿着光输出轴线L径向地照射。并且一些光照射在包含于波长转换元件92中的荧光材料上以使得荧光材料从基态转化为激活状态。激活的荧光材料在其发射波长与从LED 2发射的光的波长不同的光时返回至基态。因此，荧光材料能发射的光的波长可以是来自LED 2的光的波长转换至的波长。
波长从由荧光材料引起的波长转换所产生的光从荧光材料径向地照射，代替限制为仅沿着光输出轴线L照射。也就是，通过荧光材料，从LED2发射的光被波长转换并且还被径向地散射，而不是限制为沿着从LED 2发出的光的输出轴线L方向传播。另外，波长转换后的光可在其它荧光材料的表面上散射。
在这个实施例中，由于波长转换元件92在横截面中在LED 2的竖向上的厚度大于在LED 2的侧向上的厚度，沿着从LED 2发射的光的光输出轴线L传播的光沿着波长转换元件92中的最长距离经过。因此，沿着光输出轴线L传播的光正好具有穿过波长转换元件92的长距离(光路)，并且因此非常可能与荧光材料相接触，这可阻碍光沿着光输出轴线L的传播。也就是，在波长转换元件92在横截面中在LED 2的竖向上的厚度大于在LED2的侧向上的厚度时，沿着光输出轴线L传播的光的量减少同样多。
另外，波长由荧光材料引起的波长转换所产生的光在散射光的分布(例如，在BZ分类中的BZ5)之下通过波长转换元件92的输出表面输出。因此，侧部与顶部的较高面积比可在侧部提供较宽的光分布。
也就是，如图13B中所示，从波长转换元件92发射的光具有所谓的片翼型光分布曲线，其中光输出轴线L的方向上的输出光通量低并且其侧向上的输出光通量高。因此，发光设备1能扩宽从LED 2发射的光的分布并且降低LED光源特有的方向性。
另外，在具有发光设备1的照明装置10中，通过使用波长转换元件92，能允许更多光在相对于光分布调节元件4的纵向而言的侧向上发射并且提供较宽的光分布。
另外，由于波长转换元件92在从上面看时具有圆形形状，如图13C中所示，光在LED 2的侧向上各向同性地输出。因此，在多个发光设备1以阵列的形式布置时，光可均匀地照射至光散射板7，从而使得光散射板7的亮度分布均匀。
接着，将参照图14A、14B和15描述根据这个实施例的变型的发光设备1。根据图14A中所示的第一变型，波长转换元件92形成为在横截面中具有竖向长的三角形形状。波长转换元件92的顶点93形成为具有倒圆形状，代替尖形。其它构造与上述实施例相同。
在波长转换元件92中，在从LED 2发射的光的光输出轴线L的方向上传播的光输出通过波长转换元件92中的长距离并且，因此，包含于波长转换元件92中的荧光材料可干涉在光输出轴线L的方向上的光传播。另外，波长由荧光材料引起的波长转换所产生的光在散射光的分布(BZ5)之下通过波长转换元件4的输出表面输出。因此，侧部与顶部的面积比与第一实施例相比进一步增大，这引起更显著的片翼光分布，如图14B中所示。
利用这个构造，在包括发光设备1的照明装置10中(参见图4B)，光散射板7与发光设备1之间的距离能形成为较小并且照明装置10能形成为较薄，从而借助于反射器8提高光分布的可控性。
根据图15中所示的第二变型，波长转换元件92具有形成于面向LED 2的那侧中的凹面部分94。波长转换元件92形成为具有均匀厚度的薄元件95，凹面部分94由透明树脂96填充。薄元件95通过用包含荧光材料或荧光材料片材的树脂覆盖形成来覆盖LED 2的透明树脂96而形成。波长转换元件92(薄元件95)的厚度范围例如从0.1至0.5mm。透明树脂96是与薄元件95相同的树脂，除了其未包含荧光材料以外。例如，透明树脂96可以是硅树脂。
如上所述，如果波长转换元件92具有长轴在高度方向上的半椭圆体形状，可能会出现不均匀的颜色分布，因为从LED 2发射的光在波长转换元件92中的路径长度之间出现差异。相反，在波长转换元件92的厚度形成为较薄并且均匀时，波长转换元件92(薄元件95)中的光的路径长度之间的差异变得一致，而不管波长转换元件92的形状，从而防止不均匀的颜色分布。
接着，将参照图16A至17D描述根据本发明第七实施例的发光设备以及包括该发光设备的照明装置。这个实施例的发光设备1包括波长转换元件92，其形成为在从上面看时具有椭圆体形状，如图16B中所示，不过波长转换元件92具有与第六实施例相同的横截面，如图16A中所示。
在从上面看时具有椭圆体形状的波长转换元件92中，波长转换元件92在从短轴方向看时的侧面区域大于其在从长轴方向看时的侧面区域，这使得在短轴方向上的输出光通量比在长轴方向上的输出光通量增加。
如图17A至17D中所示，在具有包括多个LED 2和波长转换元件92的发光设备1的照明装置10中，发光设备1以阵列的形式在波长转换元件92的纵向直径方向上布置于长板3上。照明装置10的其它构造与第一实施例的那些构造相同(参见图4A至4D)。
在这个实施例中，在多个发光设备等距地成排布置于长板3上时，能增大在沿着板3的短边的方向上产生的光的量。如果以阵列的形式布置的多个发光设备1的排之间的间隔较宽，即使在光散射板7贴近地布置为邻近发光设备1时，也能在每排都没有产生不均匀光分布之下使得在光散射板7的输出表面处的亮度分布均匀。
接着，将参照图18A至18C描述根据本发明第八实施例的发光设备以及包括该发光设备的照明装置。如图18A中所示，这个实施例的发光设备1构造为使得多个LED 2布置于环状板3上并且光分布调节元件4相应地形成为环形。
而且，如图18B中所示，圆盘状散射盖71提供为覆盖环状板3和光分布调节元件4。板3借助于螺钉等固定至盘状主体54。另外，如图18C中所示，安装座55布置于主体54的中心部分中并且借助于布线连接至形成于板3上的电路。除此以外，电源(未示出)和其它必要设备安装于主体54的后表面上并且经由安装座55电连接至发光设备1。
根据这个实施例，通过将LED 2和光分布调节元件4布置为环形，能实现具有光输出表面的环状均匀亮度分布的发光照明装置。
本发明不限于公开的实施例，而是能以不同的方式变型，只要发光设备能包括光分布调节元件4以扩宽与以阵列形式布置的LED 2的布置方向垂直的光分布。例如，通过允许第六实施例的波长转换元件92的输出表面的形状与光分布调节元件4的容纳部分41的形状一致，能将从波长转换元件92输出的光控制为高效率地入射至光分布调节元件4上。
虽然本发明已经相对于实施例示出和描述，本领域技术人员将理解到，各种改变和变型可在不脱离本发明如以下权利要求所限定的范围之下做出。

Claims (18)

1.一种发光设备，其包括：
多个固态发光元件；
板，所述多个固态发光元件以阵列的形式布置于板上；以及
光分布调节元件，用于调节从固态发光元件输出的光的分布，
其中光分布调节元件被提供为共同地覆盖至少两个固态发光元件，并且包括：容纳固态发光元件的容纳部分；设置于固态发光元件的光输出表面上方并且在固态发光元件正上方的凹形弯曲表面部分；以及一对设置于凹形弯曲表面部分的相对侧中的凸形弯曲表面部分，每个凸形弯曲表面部分平滑地连接至凹形弯曲表面部分。
2.根据权利要求1的发光设备，还包括覆盖光分布调节元件的散射和透射盖元件。
3.根据权利要求1的发光设备，其中光分布调节元件的光输出表面是粗糙表面。
4.根据权利要求1的发光设备，其中固态发光元件的光输出表面由透明树脂元件覆盖。
5.根据权利要求1的发光设备，其中空气层介于固态发光元件与容纳部分的内表面之间。
6.根据权利要求1的发光设备，其中容纳部分在垂直于其纵向的横截面中具有斜坡，其方式为使得斜坡的角度随着斜坡更靠近延伸穿过每个发光元件的中心部分的光输出轴线而变小。
7.根据权利要求1的发光设备，其中多个凸透镜在光分布调节元件的纵向上设置于光分布调节元件的光输出表面上。
8.根据权利要求1的发光设备，其中多个凹透镜在光分布调节元件的纵向上设置于光分布调节元件的光输出表面上。
9.根据权利要求4的发光设备，其中透明树脂元件包含荧光材料以形成波长转换元件。
10.根据权利要求9的发光设备，其中波长转换元件被形成为；在与光分布调节元件的纵向垂直的横截面中，波长转换元件在固态发光元件的竖向上的厚度大于在其侧向上的厚度。
11.根据权利要求10的发光设备，其中波长转换元件被形成为在垂直于光分布调节元件的纵向的横截面中具有竖向长的凸形形状。
12.根据权利要求10的发光设备，其中波长转换元件被形成为在垂直于光分布调节元件的纵向的横截面中具有竖向长的三角形形状。
13.根据权利要求10的发光设备，其中波长转换元件被形成为在从上面看时具有圆形形状。
14.根据权利要求10的发光设备，其中波长转换元件被形成为在从上面看时在光分布调节元件的纵向上具有椭圆体形状。
15.根据权利要求9的发光设备，其中波长转换元件通过用包含荧光材料或荧光材料片的树脂覆盖透明树脂而形成。
16.根据权利要求1的发光设备，其中固态发光设备成直线布置并且光分布调节元件也成直线形成。
17.根据权利要求1的发光设备，其中固态发光设备布置为环形并且光分布调节元件也形成为环形。
18.一种照明装置，其包括权利要求1至17的任何一个的发光设备。
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