CN103148361A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明装置，包括在其上安装有至少一个LED芯片(1)的电路板(2)、从电路板(2)伸出的多个侧壁(4)以及支撑在侧壁上的荧光罩(3)，电路板(2)、荧光罩(3)以及侧壁(4)限定出容纳至少一个LED芯片(1)的腔体(R)，其特征在于，照明装置还包括设置在腔体(R)内的至少一个光学器件(5)，光学器件(5)具有可调整的反射率，以调节穿过荧光罩(3)的出射光的光谱能量分布和/或色温。根据本发明的这种照明装置制造简单、结构紧凑并且可以在出光面上获得均匀的、连续可调的色温。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置。 
背景技术
随着LED照明技术的发展，人们越来越多地将LED照明装置作为光源应用到各种环境中。对于光源固定的照明装置而言，通常设定了光源输出的光的特性，例如光谱能量分布、色温(CCT)、显色指数(CRI)等等。但是在许多特定的应用环境中，例如酒店、商场或居民住宅中，经常需要对照明装置的输出光的色调、特别是色温进行调节，以便可以根据用户的需要或是情绪来改变光氛围。例如在用户休闲时照明装置发出暖白光，而在用户学习工作时照明装置发出冷白光。 
在现有技术中，通常为单色的LED、例如蓝光LED设置荧光罩来进行混光。由US 2009/0103293 A1公开了一种照明装置，其中可以设置多个荧光罩，这些荧光罩可混出具有不同的色温的出射光。在这种照明装置中需要为部分未被使用的荧光罩设置附加的容纳空间，并且色温在出光面上并不均匀，或仅仅能非连续地调节色温。由US 7942540 B2公开了一种利用荧光罩对LED进行混光的照明装置。其中交替排列的荧光罩以侧壁的形式插入照明装置中以便调节色温。但是在这种照明装置中需要较大的容纳部来放置插入的荧光罩，并且该制造过程及插入过程较为复杂。 
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种照明装置，这种照明装置制造简单、结构紧凑并且可以在出光面上获得均匀的、连续可调的色温。 
根据本发明的照明装置，包括在其上安装有至少一个LED芯片的电路板、从所述电路板伸出的多个侧壁以及支撑在侧壁上的荧光罩，电路板、荧光罩以及侧壁限定出容纳至少一个LED芯片的腔体，其特征在于，照明装置还包括设置在腔体内的至少一个光学器件，光学器件具有可调整的反射率，以调节穿过荧光罩的出射光的光谱能量分布和/或色温。 
本发明的构思在于，改变了传统设计中仅仅添加或替换能实现不同混光效果的多个荧光罩来调节，而是在使用一个唯一的荧光罩的前提下，利用光学器件主要对经过荧光罩的出射光进行光谱能量分布和/或色温调整。具体地说，至少部分由LED芯片发出的光线和激发光由荧光罩反射到光学器件上，利用光学器件的可改变的反射率来控制使多少LED芯片发出的光线和激发光经光学器件反射至荧光罩处，进而实现了控制照明装置中穿过荧光罩出射的不同波长的光的比例，即光谱能量分布和/或色温。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，光学器件的反射率可在从全反射状态到反射状态直到未反射状态的范围内调节。当光学器件的反射率大于90％，则光学器件被认为处于全反射状态；当光学器件的反射率在在0％和10％之间，则光学器件被认为处于未反射状态。由此可以实现在照明装置内部对射向光学器件的光线、特别是转换光进行反射、透射或吸收，从而实现了对于色温的连续调节。优选地，光学器件的反射率在反射状态时在10％-20％的第一区间到80％-90％的第二区间之间调节。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，光学器件具有多个区域，所述多个区域具有不同的反射率。优选地，光学器件为多个，所述多个光学器件具有彼此不同的反射率。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，光学器件设置在电路板和/或设置侧壁的内表面上。通过增加光学器件的面积可以增大尤其是转换光反射或透射的面积，因此可以对照明装置出射的光的色温进行较为精准地控制和调节。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，光学器件的反射率通过改变光学器件的供给电压进行调整。可以通过调节由外部输入给光学器件的电压来调整光学器件的反射率。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，光学器件和电路板电连接以接收供给电压。照明装置中的电路板可以为光学器件供电，以调整光学器件的供给电压，由此可以根据不同的电压调整光学器件的反射率。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，LED芯片是蓝光LED芯片，LED芯片的第一部分蓝光穿过荧光罩的荧光颗粒之间的间隙射出，第二部分蓝光与荧光颗粒作用产生黄光，第三部分蓝光入射到电路板和/或侧壁上。由蓝光LED芯片朝向荧光罩射出的第一部分蓝光并未与荧光颗粒相互作用直接穿过荧光罩射出，第二部分蓝光与荧光颗粒作用混合为暖色的黄光。由蓝光LED芯片发出的第三部分蓝光可以直接射向安装在电路板和/或侧壁上。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，第二部分蓝光产生的黄光中的第一部分黄光通过荧光罩出射，与出射的第一部分蓝光混合成为白光。第二部分黄光射回封闭腔体内部，例如射回电路板和/或侧壁上。通过设置在电路板和/或侧壁的光学器件，可以调整第三部分蓝光和第二部分黄光有多少可以反射到荧光罩。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，在光学器件在未反射状态以外的状态时，第三部分蓝光和第二部分黄光通过光学器件至少部分反射至荧光罩。在此状态下，光学器件具有反射镜的特性，可以对第二部分黄光和第三部分蓝光根据应用环境的要求或多或少地进行反射，使这些光线穿过荧光罩射出。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，未反射状态是全透射状态。优选地，光学器件设计为液晶屏。当然光学器件可以是其它反射率可调的器件，例如基于Mg-Ni合金、过渡金属元素化合物或者稀土元素化合物制成的多层薄膜或类似物。光学器件例如设计为具有光学特性的液晶屏，其光反射率在全反射状态下例如可以大于87％；其透射率在全透射状态下例如可以大于87％；并且在半透明状态下，其透射率和反射率例如均为43％。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，在光学器件处于全透射状态时，第二部分黄光和第三部分蓝光穿过光学器件透射到侧壁上。在此状态下，光学器件具有类似玻璃的透光特性，可以使第二部分黄光和第三部分蓝光尽可能大量地直接透过光学器件达到侧壁和/或电路板上。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，侧壁由吸光性材料制成。侧壁例如可以由黑色多孔的材料制成，或者可以在侧壁上涂覆吸光涂料，从而可以将穿过光学器件射到侧壁上的第二部分黄光和第三部分蓝光高效地吸收。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，未反射状态是全吸收状态。这可以通过选择不同的材料和不同的供电电压来实现。优选地，光学器件由Mg2NiHx、Mg2CoHx和Mg2FeHx中的一种制成。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，在光学器件处于全吸收状态时，第二部分黄光和第三部分蓝光被光学器件吸收。 
在根据本发明的一种优选的实施方式中，光学器件具有多个区域，这些区域具有不同的反射率。例如光学器件设置在侧壁内表面上的区域的反射率可以和设置在电路板上的区域的反射率不同。因此可以得到所希望的光效果。 
附图说明
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出： 
图1是根据本发明的照明装置的第一实施例的截面图，其中照明装置的光学器件处于全反射状态； 
图2是根据本发明的照明装置的第二实施例，其中照明装置的光学器件处于未反射状态； 
图3是根据本发明的照明装置在其他条件相同的情况下，只改变安装在电路板上的光学器件的反射率时的波长-辐射功率曲线图。 
具体实施方式
图1示出了根据本发明的照明装置的第一实施例的截面图。从图中可见，该照明装置例如设计为封闭的圆柱体、立方体或长方体，包括作为顶面的荧光罩3、作为底面的电路板2以及与荧光罩3和电路板2共同限定出腔体R的侧壁4。在封闭腔体R中，至少一个蓝光LED芯片1安装在电路板上，LED芯片1朝向荧光罩3射出第一部分蓝光B1和第二部分蓝光B2，LED芯片1还朝向侧壁4射出第三部分蓝光B3。在根据本发明的照明装置中，荧光罩3由掺杂有荧光颗粒6的透光材料制成，例如PC、 PMMA等；侧壁4由吸光性材料制成，例如由黑色多孔的材料制成，或者可以在侧壁4上涂覆吸光涂料。 
为了实现对照明装置进行色温调节、也就是控制并调节穿过荧光罩3的出射光的光谱能量分布，根据本发明在侧壁4和/或电路板2上的朝向封闭腔体R的一侧布置有反射率可调整的光学器件5、优选地是在电路板2上也围绕LED芯片1安置有这种光学器件5，其例如是具有光学特性的液晶屏。这种光学器件5和电路板2电连接，并且通过电路板2供给不同的电压来调整光学器件5的反射率，例如可从全反射状态逐渐调节到为未反射状态。当光学器件5处于全反射状态时，其反射率可以在80％到100％之间，特别是在90％到100％之间；当光学器件5处于未反射状态时，其反射率可以在0％到20％之间，特别是在0％到10％之间。也可以将光学器件5的反射率在反射状态时在10％-20％的第一区间到80％-90％的第二区间之间调节。在本实施例中，10％-20％的第一区间可以被认为是一个低反射率的区间，80％-90％的第二区间可以被认为是一个高反射率的区间。 
图1中示出了根据本发明的照明装置在光学器件5处于全反射状态下的第一实施例。蓝光LED芯片1的第一部分蓝光B1直接穿过荧光罩3中的荧光颗粒6之间的间隙射出，因此出射光并未激发荧光颗粒6产生黄光，而是保持为蓝光；同时蓝光LED芯片1的第二部分蓝光B2也射入荧光罩3中，但与第一部分蓝光B1不同的是，第二部分蓝光B2激发荧光颗粒6并产生黄光。所产生的黄光的第一部分黄光Y1作为出射光穿过荧光罩3出射，以用于与第一部分蓝光B1混合成为白光，而第二部分黄光Y2被反射回腔体R内部，直接射向设置在侧壁4和/或电路板2上的光学器件5。LED芯片1还直接朝向侧壁4射出第三部分蓝光B3，这只占总的蓝光的很小的一部分。由于光学器件5在此时被电路板2输出的控制电压调节到反射状态，因此可以将光学器件5看作反射镜。光学器件5利用例如大于85％的反射率对第二部分黄光Y2和第三部分蓝光B3进行反射。因此在封闭腔体R中可以形成几乎全反射的效果，大量的黄光最终经过反射几乎无 损耗地穿过荧光罩3出射。这样在最终的出射光中黄光比例就比较高，从而得到较低的色温。 
图2示出了根据本发明的照明装置在光学器件5处于未反射状态下的第二实施例。同样可以通过电路板2输出的控制电压将光学器件5逐渐调节到半透明状态并且最终调节直至图2中示出的未反射状态。此时光学器件5例如具有大于84％的透光性，因此近似可以将光学器件5看作透光玻璃。第二部分黄光Y2和第三部分蓝光B3在达到光学器件5的表面后几乎无反射和阻挡地继续射向布置在光学器件5后方的侧壁4或布置在其下方的电路板2。基于侧壁4的吸光性，第三部分蓝光B3和第二部分黄光Y2几乎全部被吸收。在此状态下，黄光的很大一部份被吸收而无法出射，从而使出射光中黄光比例比较低，因此得到较高的色温。 
在该实施例中，光学器件5也可以处于全吸收状态。通过调节光学器件5的控制电压可以使光学器件5直接将第三部分蓝光B3和第二部分黄光Y2几乎全部被吸收。优选地，光学器件可以由Mg2NiHx、Mg2CoHx和Mg2FeHx中的一种制成。 
当然，在将光学器件5从全反射状态到反射状态调整直至未反射状态的过程中，黄光Y2也被逐渐地增多吸收，由此根据实际应用的要求可以连续地调整和控制照明装置的混合产生的白光的色温。此外，光学器件5可以具有多个区域，这些区域具有不同的反射率。例如光学器件5设置在侧壁4的内表面上的区域的反射率可以和设置在电路板2上的区域的反射率不同。因此可以得到所希望的光效果。 
图3是根据本发明的照明装置针对安装在电路板2上的光学元件5调整时的波长-辐射功率曲线图。此测试结果是基于T8灯管。虚线示出的是当电路板2上的光学器件5处于低反射状态时(反射率大约为80％)的出射光谱，其色温(CCT)为5507K，显色指数(CRI)为89；实线示出 的是当电路板2上的光学器件5处于高反射状态时(反射率大约为99％)的出射光谱，其色温(CCT)为5053K，显色指数(CRI)为87.2。 
由曲线图可以看出，由于通常蓝光的波长在420-480nm之间、黄光的波长在500-680nm之间，因此在曲线图中左边的峰值区域均表示蓝光部分，右边的峰值区域均表示黄光部分。当光学部件的反射率增加时，其蓝光的峰值增加了10％，黄光的峰值则增加了25％。并且黄光的谱线宽度大于蓝光的谱线宽度，所以出射光的色温会变低。 
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 
参考标号 
1        LED芯片 
2        电路板 
3        荧光罩 
4        侧壁 
5        光学器件 
6        荧光颗粒 
R        腔体 
B1       第一部分蓝光 
B2       第二部分蓝光 
B3       第三部分蓝光 
Y1       第一部分黄光 
Y2       第二部分黄光 。 

Claims (18)

1.一种照明装置，包括在其上安装有至少一个LED芯片(1)的电路板(2)、从所述电路板(2)伸出的多个侧壁(4)以及支撑在所述侧壁上的荧光罩(3)，所述电路板(2)、荧光罩(3)以及侧壁(4)限定出容纳至少一个所述LED芯片(1)的腔体(R)，其特征在于，所述照明装置还包括设置在所述腔体(R)内的至少一个光学器件(5)，所述光学器件(5)具有可调整的反射率，以调节穿过所述荧光罩(3)的出射光的光谱能量分布和/或色温。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)的反射率可在从全反射状态到反射状态直到未反射状态的范围内调节。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)的反射率在反射状态时在10％-20％的第一区间到80％-90％的第二区间之间调节。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)具有多个区域，所述多个区域具有不同的反射率。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)为多个，所述多个光学器件(5)具有彼此不同的反射率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)设置在电路板(2)上和/或设置所述侧壁(4)的内表面上。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)的反射率可以通过改变所述光学器件(5)的供给电压进行调整。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)和所述电路板(2)电连接以接收供给电压。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述LED芯片(1)是蓝光LED芯片，所述LED芯片(1)的第一部分蓝光(B1)穿过所述荧光罩(3)的荧光颗粒(6)之间的间隙射出，第二部分蓝光(B2)与所述荧光颗粒(6)作用产生黄光，第三部分蓝光(B3)入射到所述电路板(2)和/或所述侧壁(4)上。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述黄光中的第一部分黄光(Y1)通过所述荧光罩(3)出射，第二部分黄光(Y2)反射回所述电路板(2)和/或所述侧壁(4)上。
11.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，在所述光学器件(5)在未反射状态以外的状态时，所述第二部分黄光(Y2)和第三部分蓝光(B3)通过所述光学器件(5)至少部分反射至所述荧光罩(3)。
12.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述未反射状态是全透射状态。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)为液晶屏。
14.根据权利要求13所述的照明装置，其特征在于，在所述光学器件(5)处于全透射状态时，所述第二部分黄光(Y2)和所述第三部分蓝光(B3)穿过所述光学器件(5)射到所述电路板(2)和/或所述侧壁(4)上。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于，所述侧壁(4)由吸光性材料制成。
16.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述未反射状态是全吸收状态。
17.根据权利要求16所述的照明装置，其特征在于，所述光学器件(5)由Mg2NiHx、Mg2CoHx和Mg2FeHx中的一种制成。
18.根据权利要求17所述的照明装置，其特征在于，在所述光学器件(5)处于全吸收状态时，所述第二部分黄光(Y2)被所述光学器件(5)吸收。
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