CN103244844A - 照明装置 - Google Patents

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李巡宇
陈品诚
温俊祥
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Abstract

本发明公开一种照明装置，其包括一底座、至少一发光二极管光源以及一第一扩散元件。底座具有一承载平面。发光二极管光源配置于底座的承载平面上，且发光二极管光源的一出光面实质上平行于承载平面。第一扩散元件设置于底座的承载平面上。第一扩散元件为中空柱状以环绕至少一发光二极管光源，且第一扩散元件的内径宽度由底座向外逐渐减小，其中第一扩散元件具有包括多个表面结构的一粗糙表面。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置，且特别是涉及一种使用发光二极管光源的照明装置。
背景技术
随着半导体技术的进步，发光二极管(light-emitting diode，LED)所能达到的功率越来越大，且所发出的光的强度越来越高。此外，发光二极管更具有省电、使用寿命长、环保、启动快速、体积小...等优点。因此，发光二极管也被广泛地应用于照明设备、交通号志、显示器、光学鼠标...等产品，且更有逐渐取代传统荧光灯管或是白炽灯泡等照明装置的趋势。然而，以发光二极管灯泡而言，目前市场上发光二极管灯泡尚存在有一些缺点。例如，发光二极管本身所提供的光线的指向性强，因此发光二极管灯泡的配光分布(light distribution)不甚理想。
一般来说，照明装置的配光分布可以通过照明装置的照度角(beam angle)来表示。图1绘示为照明装置的配光分布的测量方式。请参照图1，照明装置L会设置于暗房R内，照度计S则是沿着测量轨迹T来测量照明装置L所发出的光线。当照明装置L的主出光方向A(发光二极管灯泡的出光面的法线方向)限定为0°时，测量轨迹T例如设置于+150°至-150°的范围中。同时，照度计S需与照明装置L相隔固定的距离d，例如为1米。
简言之，配光分布的测量方式是使照度计S与照明装置L相隔固定的距离d之下，在+150°至-150°的范围中进行扫描以获得照明装置L的配光分布曲线。并且，测量的配光分布曲线中，光线强度大于等于1/2峰值强度所对应的角度范围为即可限定为照度角。
图2绘示为现有发光二极管灯泡的配光分布曲线的示意图。请参照图2，配光分布曲线10是测量现有发光二极管灯泡所获得的结果，其中+60°与-60°之间的光线强度皆大于1/2峰值强度。因此，由配光分布曲线10可知，现有发光二极管灯泡的照度角约为120°。
发明内容
本发明的目的在于提供一种照明装置，以解决上述问题。
为达上述目的，本发明提出一种照明装置，其包括一底座、至少一发光二极管光源以及一第一扩散元件。底座具有一承载平面。发光二极管光源配置于底座的承载平面上，且发光二极管光源的一出光面实质上平行于承载平面。第一扩散元件设置于底座的承载平面上。第一扩散元件为中空柱状以环绕至少一发光二极管光源，且第一扩散元件的内径宽度由底座向外逐渐减小，其中第一扩散元件具有包括多个表面结构的一粗糙表面。
本发明另提出一种照明装置，包括一底座、至少一发光二极管光源以及一扩散元件。底座具有一承载平面。发光二极管光源配置于底座的承载平面上，且发光二极管光源的一出光面实质上平行于底座的承载平面。扩散元件配置于底座的承载平面上，以覆盖发光二极管光源。扩散元件包括一第一部分以及一第二部分。第一部分位于发光二极管光源上方。第二部分连接第一部分与底座之间，其中第一部分与第二部分具有不同的光学特性，以在第一部分与第二部分之间形成一不连续交界。
为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为照明装置的配光分布的测量方式；
图2为现有发光二极管灯泡的配光分布曲线的示意图；
图3A为本发明第一实施例的照明装置的上视示意图；
图3B为图3A的照明装置沿剖线I-I′的剖面示意图；
图4A为本发明一实施例中扩散元件的示意图；
图4B与图4C分别为本发明一实施例中扩散元件的两种表面结构的示意图；
图5为本发明第二实施例的照明装置的剖面示意图；
图6为本发明第三实施例的照明装置的剖面示意图。
主要元件符号说明
10：配光分布曲线
100、200、300、L：照明装置
110、210、310：底座
112、212、312：承载平面
120、220、320：光二极管光源
122、222、322：出光面
130、230：扩散元件
130L、234L：线性轨迹
132：粗糙表面
140、240、340：反射层
232、332：第一部分
234、334：第二部分
236、336：交界
330A：第一扩散元件
330B：第二扩散元件
A：主出光方向
I-I’：剖线
P：间距
R：暗房
S：照度计
SS、SS1、SS2：表面结构
T：测量轨迹
Wi：内径宽度
Wo：外径宽度
X、Y：长度
α、β：角度
具体实施方式
图3A绘示为本发明第一实施例的照明装置的上视示意图，图3B绘示为图3A的照明装置沿剖线I-I′的剖面示意图。请参照图3A与图3B，照明装置100包括一底座110、至少一发光二极管光源120、一扩散元件130以及一反射层140。发光二极管光源120、扩散元件130以及反射层140在本实施例中都是设置于底座110上，且位于底座110的同一侧。底座110例如具有一承载平面112，反射层140配置于承载平面112上，并平行于承载平面112。在本实施例中，发光二极管光源120为多个，并设置于承载平面112上，且各发光二极管光源120的出光面122也实质上平行于承载平面112。另外，扩散元件130例如为中空柱状的结构物以环绕于发光二极管光源120。
发光二极管光源120的数量在本实施例中是以多个为例，但在其他实施例中发光二极管光源120的数量可以是一个。并且，发光二极管光源120在本实施例虽以环形排列为例，然而在其他实施例中可以呈现行列排列、三角排列等设置于扩散元件130围设的范围内。
扩散元件130例如是一锥形的中空柱状结构物，其内径宽度Wi由底座110向外逐渐减小。同时，扩散元件130的外径宽度Wo也是由底座110向外逐渐减小。此时，扩散元件130有助于导引发光二极管光源120所发出的光线而成为锥状的发光体。具体而言，图3B绘示为照明装置100沿剖线I-I’的垂直于出光面122的剖面结构。此时，扩散元件130垂直于承载平面112的剖面结构例如限定出一线性轨迹130L，且线性轨迹130L与承载面112的夹角α实质上可以为30°至70°。另外，由图3B所绘示的剖面结构来看，扩散元件130垂直于承载平面112的剖面结构的斜面长度X可以为20mm至70mm。不过，在其他实施例中，扩散元件130的尺寸及形状可以随不同设计需求而有所调整，因此不以上述尺寸设计为限。
图4A绘示为本发明一实施例中扩散元件的示意图。请参照图4A，本实施例的扩散元件130具有包括多个表面结构SS的一粗糙表面132。粗糙表面132的设置可以提供光线扩散作用。请同时参照图4A与图3B，本实施例的扩散元件130是利用本身表面上的立体结构设计来达成光线的扩散作用。所以，扩散元件130可以利用注塑成型或是相关的模具制作工艺来制作以具有粗糙表面132。此外，在本实施例中，扩散元件130可以不需掺杂有扩散粒子或是涂布有扩散涂层。但在其他实施例中，扩散粒子与扩散涂层可以进一步地设置于扩散元件130上。
详细来说，图4B与图4C分别为本发明一实施例中扩散元件的两种表面结构的示意图。由图4B可知，表面结构SS1可以是多个圆弧形结构，而使扩散元件130的外观呈现为多个半径不同的环堆叠而成的结构。另外，由图4C可知，表面结构SS2可以是多个具有尖角的棱镜型结构，而使扩散元件的外观呈现为阶梯状的结构。然而，本发明的表面结构SS并不限定图4B与图4C所绘示的环状分布的态样，在其他的实施例中，表面结构SS可以是点状、区块状或是不规则状的分布。此外，表面结构SS的间距P可以为25μm至1mm，但本发明不以此为限。
在一实施例中，表面结构SS的设计可使扩散元件130具有不同的光学特性，例如光穿透率、雾度与光扩散率等。以下表一表示为具体范例1的照明装置100中，扩散元件130具有图4B所绘示的多个圆弧形表面结构SS1时，其光学特性与对应的照明装置100的照度角与出光效率。下表二表示为具体范例2的照明装置100中，扩散元件130具有图4C所绘示的尖角的棱镜型表面结构SS2时，其光学特性与对应的照明装置100的照度角与出光效率。
表一
Figure BDA0000152527160000051
表二
Figure BDA0000152527160000052
注解：照明装置出光效率＝照明装置流明值/发光二极管光源流明值
上述的光穿透率和雾度例如是采用日本NIPPON DENSHOKU公司的NDH2000分析设备以ASTM D1003分析法进行测量，而扩散率例如是采用日本电色工业(Nippon Denshoku Industries Ltd.)的GC-5000分析器以ASTMC1044分析法进行测量，灯罩出光流明值采用Light Ports Inc.INV 12457ψ100cm的积分球流明测量系统进行测量。由上表一与表二的结果以及图3B绘示的结构可以清楚知道，照明装置100可以提供锥形发光的效果，并具有约180°的照度角，其较现有设计的照度角明显增加。因此，照明装置100的发光效果可以比现有设计的发光二极管灯泡更为接近白炽灯泡的发光效果，而有利于提供更为广泛的照明范围。
图5绘示为本发明第二实施例的照明装置的剖面示意图。请参照图5，照明装置200包括一底座210、至少一发光二极管光源220、一扩散元件230以及一反射层240。发光二极管光源220、扩散元件230以及反射层240在本实施例中都是设置于底座210上，且位于底座210的同一侧。底座210例如具有一承载平面212，反射层240配置于承载平面212上，并平行于承载平面212。在本实施例中，发光二极管光源220为多个，并设置于承载平面212上，且各发光二极管光源220的出光面222也实质上平行于承载平面212。另外，扩散元件230配置于底座210的承载平面212上，以覆盖至少一发光二极管光源220，详细来说，扩散元件230与底座210共同地将发光二极管光源220密封。
具体来说，扩散元件230包括一第一部分232以及一第二部分234。第一部分232位于发光二极管光源220上方。第二部分234连接于第一部分232与底座210之间，其中第一部分232与第二部分234具有不同的光学特性，以在第一部分232与第二部分234之间形成一不连续交界236。
请参照图5，为了提供如灯泡般的发光效果，第一部分232可以为中空半球状，而第二部分234则为连接于第一部分232与底座210之间的中空柱状结构。此时，第二部分234的内径宽度Wi例如由底座210向外逐渐增加。也就是说，第二部分234在本实施例是一个上大下小中空锥形结构物，其中上下的关系是以接近于底座210的一侧为下方来界定。
详言之，图5绘示的剖面结构例如是垂直于承载平面212的剖面结构。在这样的剖面下，第二部分234垂直于承载平面212的剖面结构限定出一线性轨迹234L，此线性轨迹234L与承载平面212的夹角β实质上为45°至90°。另外，第二部分234在垂直于承载平面212的剖面结构的斜面长度Y例如为20mm至40mm，而第一部分232的球半径可以为20mm至40mm。同时，第一部分232的圆弧可以涵盖为150°至300°的弧度范围。当然，上述数值仅是举例说明之用，而在其他实施例中，扩散元件230的尺寸及外型设计都可以随不同需求而调整。
发光二极管光源220的发光效果一般是具有较集中的配光分布。也就是说，发光二极管光源220的光线强度分布在其正上方(也就是主出光轴方向)一般是最强的，由发光二极管光源220正上方向外则光线强度将逐渐减弱。因此，本实施例让第一部分232与第二部分234具有不同的光学特性用于调整照明装置200的发光效果以符合各种设计需求。
在此，第一部分232与第二部分234可以具有相异的光穿透率，且两者光穿透率差异例如至少为4％，以实现光学特性不同的设计。在一实施例中，第一部分232的光穿透率可以小于第二部分234的光穿透率。例如，第一部分232的光穿透率是50％时，第二部分234的光穿透率可以是54％或以上。通过这样的设计，位于发光二极管光源220正上方的第一部分232光穿透率较低而环绕于发光二极管光源220的第二部分234光穿透率较高。所以，扩散元件230可以调整发光二极管光源220的配光分布使得照明装置200具有较大的照度角。
再者，第一部分232与第二部分234可以具有相异的雾度，且两者雾度的差异例如至少为5％，以实现光学特性不同的设计。在一实施中，第一部分232的雾度可以大于第二部分234的雾度。例如，第一部分232的雾度是90％时，第二部分234的雾度可以是85％或更低。通过这样的设计，让发光二极管光源220发出的光线有更多比例由第二部分234射出而增加照明装置200的照度角。
进一步而言，第一部分232与第二部分234的光学特性更可以在光扩散率上有所不同，其中第一部分232与第二部分234的光扩散率差异可以至少为5％。以本实施例而言，为了调整发光二极管光源220的配光分布，第一部分232的光扩散率可以大于第二部分234的光扩散率使得照射于第一部分232的光线较显著地被扩散而达到较大的照度角。举例来说，第一部分232的光扩散率为95％时，第二部分234的光扩散率可以为90％或更低。
值得一提的是，上述所有光学特性的参数都是举例说明之用，并非用以限定本发明的范围与精神。
此外，上述所有光学特性的差异可以通过各种手段来实现。例如，第一部分232与第二部分234可以是由相同特性的材料制作，不过具有不同的厚度，以具有相异的光学特性。或是，第一部分232与第二部分234例如分别掺杂有不同浓度的扩散粒子，也可以具有相异的光学特性。
进一步来说，第一部分232与第二部分234具有不同的外型特征以提供不同的光学特性，其中第一部分232与第二部分234可以各自具有粗糙度不同的粗糙表面。另外，第一部分232与第二部分234的表面可以各自涂布有不同材质的涂层，或是各自涂布有不同厚度的涂层。在本实施例中，第一部分232与第二部分234为各自独立的构件，两者可以通过个别的制作工艺加以制作。所以，第一部分232与第二部分234之间会形成不连续的交界236。第一部分232与第二部分234的光学特性不需在交界236处呈现渐变的分布，而有助于简化整体照明装置的制作流程。在一实施例中，第一部分232与第二部分234本身都可以具有均匀的光学特性。
具体而言，以下表三与表四表示为不同具体范例的照明装置200中，扩散元件230的第一部分232与第二部分234的光学特性与对应的照明装置200的照度角与出光效率。
表三
表四
Figure BDA0000152527160000091
由表三与表四可知，本实施例的照明装置200所具有的照度角可以增大，而改善现有发光二极管灯泡的照度角过小的问题。
图6绘示为本发明第三实施例的照明装置的剖面示意图。请参照图6，照明装置300包括一底座310、至少一发光二极管光源320、一第一扩散元件330A、一第二扩散元件330B以及一反射层340。发光二极管光源320、第一扩散元件330A、第二扩散元件330B以及反射层340在本实施例中都是设置于底座310上，且位于底座310的同一侧。底座310例如具有一承载平面312，反射层340配置于承载平面312上，并平行于承载平面312。在本实施例中，发光二极管光源320为多个，并设置于承载平面312上，且各发光二极管光源320的出光面322也实质上平行于承载平面312。另外，第一扩散元件330A例如为中空柱状的结构物以环绕于发光二极管光源320。第二扩散元件330B配置于底座310的承载平面312上，以覆盖至少一发光二极管光源320与第一扩散元件330A，详细来说，第二扩散元件330B与底座310共同地将发光二极管光源320与第一扩散元件330A密封其中。
在本实施例中，第一扩散元件330A与第二扩散元件330B例如可分别参照于前述第一与第二实施例中的扩散元件130与230，而具有前述实施例所描述的特性。在这样的设置方式下，照明装置300可以具有理想的发光效果。举例而言，以下表五表示为具体范例5的照明装置300中，第一与第二扩散元件330A、330B的光学特性与对应的照明装置300的照度角与出光效率。表六表示为具体范例6的照明装置中，第一与第二扩散元件330A、330B的光学特性与对应的照明装置的照度角与出光效率，其中具体范例6的照明装置是将具体范例5的照明装置中具有图4B的多个圆弧形表面结构SS1的光扩散元件改变为具有图4C的尖角的棱镜型表面结构SS2的光扩散元件。
表五
Figure BDA0000152527160000101
表六
Figure BDA0000152527160000102
Figure BDA0000152527160000111
由表一至表六可知，上述多个实施例的照明装置100、200、300所具有的照度角可以较现有设计增大需多，例如照度角为160°至220°，而可以明显改善现有发光二极管灯泡的照度角过小的问题。
综上所述，本发明的照明装置利用发光二极管光源提供照明光线，而具有发光效率高、省电节能等优点。再者，本发明的照明装置利用扩散元件的设置使得发光二极管光源提供的照明光线呈现150°以上的照度角。因此，本发明的照明装置的发光效果更接近白炽灯泡的发光效果，有利于取代白炽灯泡而成为高品质、低能源损耗以及照明范围广的照明装置。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (17)

1.一种照明装置，包括：
底座，具有承载平面；
至少一发光二极管光源，配置于该底座的该承载平面上，且该发光二极管光源的一出光面实质上平行于该底座的该承载平面；以及
第一扩散元件，设置于该底座的该承载平面上，该第一扩散元件为中空柱状以环绕该至少一发光二极管光源，且该第一扩散元件的内径宽度由该底座向外逐渐减小，其中该第一扩散元件具有包括多个表面结构的一粗糙表面。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中该多个表面结构的间距为25μm至1mm。
3.如权利要求1所述的照明装置，其中该第一扩散元件垂直于该承载平面的一剖面结构限定出一线性轨迹，且该线性轨迹与该承载平面的夹角实质上为30°至70°。
4.如权利要求1所述的照明装置，其中该第一扩散元件垂直于该承载平面的一剖面结构的长度为20mm至70mm。
5.如权利要求1所述的照明装置，还包括第二扩散元件，配置于该底座上，以覆盖该至少一发光二极管光源与该第一扩散元件，其中该第二扩散元件包括：
第一部分，位于该至少一发光二极管光源上方；以及
第二部分，连接该第一部分与该底座之间，其中该第一部分与该第二部分具有不同的一光学特性，以在该第一部分与该第二部分之间形成一不连续交界。
6.如权利要求5所述的照明装置，其中该第一部分与该第二部分具有不同的该光学特性符合下述条件至少其一：
该第一部分与该第二部分的光穿透率差异至少为4％；
该第一部分与该第二部分的雾度差异至少为5％；以及
该第一部分与该第二部分的光扩散率差异至少为5％。
7.如权利要求5所述的照明装置，其中该第二扩散元件符合下述条件至少其一：
该第一部分与该第二部分具有不同的厚度；
该第一部分与该第二部分分别掺杂有不同浓度的扩散粒子；
该第一部分与该第二部分各自具有粗糙度不同的粗糙表面；
该第一部分与该第二部分的表面各自涂布有不同材质的涂层；以及
该第一部分与该第二部分的表面各自涂布有不同厚度的涂层。
8.如权利要求5所述的照明装置，其中该第一部分为中空半球状，而该第二部分为中空柱状，且该第二部分的内径宽度由该底座向外逐渐增加。
9.如权利要求8所述的照明装置，其中该第二部分垂直于该承载平面的一剖面结构限定出一线性轨迹，该线性轨迹与该承载平面的夹角实质上为45°至90°。
10.如权利要求8所述的照明装置，其中该第一部分的球半径为20mm至40mm，且该第二部分垂直于该承载平面的一剖面结构的长度为20mm至40mm。
11.如权利要求1所述的照明装置，其中该多个表面结构包括多个棱镜型结构或多个圆弧形结构。
12.一种照明装置，包括：
底座，具有承载平面；
至少一发光二极管光源，配置于该底座的该承载平面上，且该发光二极管光源的一出光面实质上平行于该底座的该承载平面；以及
扩散元件，配置于该底座的该承载平面上，以覆盖该至少一发光二极管光源，其中该扩散元件包括：
第一部分，位于该至少一发光二极管光源上方；以及
第二部分，连接该第一部分与该底座之间，其中该第一部分与该第二部分具有不同的一光学特性，以在该第一部分与该第二部分之间形成一不连续交界。
13.如权利要求12所述的照明装置，其中该第一部分与该第二部分具有不同的该光学特性符合下述条件至少其一：
该第一部分与该第二部分的光穿透率差异至少为4％；
该第一部分与该第二部分的雾度差异至少为5％；以及
该第一部分与该第二部分的光扩散率差异至少为5％。
14.如权利要求12所述的照明装置，其中该第二扩散元件符合下述条件至少其一：
该第一部分与该第二部分具有不同的厚度；
该第一部分与该第二部分分别掺杂有不同浓度的扩散粒子；
该第一部分与该第二部分各自具有粗糙度不同的粗糙表面；
该第一部分与该第二部分的表面各自涂布有不同材质的涂层；以及
该第一部分与该第二部分的表面各自涂布有不同厚度的涂层。
15.如权利要求12所述的照明装置，其中该第一部分为中空半球状，而该第二部分为中空柱状，且该第二部分的内径宽度由该底座向外逐渐增加。
16.如权利要求15所述的照明装置，其中该第二部分垂直于该承载平面的一剖面结构限定出一线性轨迹，该线性轨迹与该承载平面的夹角实质上为45°至90°。
17.如权利要求15所述的照明装置，其中该第一部分的球半径为20mm至40mm，且该第二部分垂直于该承载平面的一剖面结构的长度为20mm至40mm。
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