CN103375695A - 发光设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种发光设备，其包括：发光元件，其发出的光在不同方向上的强度不同；安装部件，其上安装有发光元件；以及外壳，其用于容纳发光元件和安装部件。其中，外壳的至少一部分区域被形成为透光区域，使得从发光元件发出的光可以穿过透光区域发射到发光设备外部；并且透光区域在每个位置处的厚度与发光元件发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关。通过这样的配置使得发光设备发出的光在各个方向上的强度变得更加各向同性。

Description

发光设备

技术领域

本公开涉及一种发光设备，更具体地，涉及一种具有在不同方向上发光强度不同的发光元件的发光设备。

背景技术

传统的荧光灯经常被构造为灯管的形式。由于荧光灯灯管内含有重金属物质“汞”，因此对环境的污染十分严重。近年来，随着LED越来越多地应用于照明等各种领域，出现了LED灯管，用以取代传统的荧光灯灯管。LED灯管采用发光二极管LED作为光源，发光效率更高、更为节能、使用寿命更长，而且更为环保，因此成为了代替荧光灯灯管的最理想产品。

图1是示出了现有的LED灯管1的主要结构的立体视图。其中LED灯管1包括安装部件4，在安装部件4的一侧上安装了具有多个LED元件2的阵列，在安装部件4的相反侧上安装了金属材料的散热器3，此外，在LED元件2的外侧罩有透光部件5。透光部件透光部件5与散热器3一起形成管状结构。此外，LED灯管1还包括必要的驱动部件(未示出)以及位于所述管状结构两端的外壳部分(未示出)和外盖(未示出)等。

图2是示出了现有的LED灯管1的分解视图。在图2中，分立地示出了图1中的安装部件4、散热器3、透光部件5以及图1中未示出的、用于连接安装部件4和散热器3的连接层6。

根据以上示出的现有的LED灯管的结构，可以发现，与传统的荧光灯灯管相比，现有的LED灯管1具有一些缺点。

首先，由于LED元件2是具有朗伯发光体特性的平面光源，因此现有的LED灯管1在各个径向方向上的光强度并不相同，而传统的荧光灯灯管在各个径向方向上的光强度是相同的。

其次，在现有的LED灯管1中，LED元件2仅仅分布在安装部件4的一侧。因此，在现有的LED灯管1的径向截面中的光分布角度(lightdistribution angle)通常仅仅有120度，而传统的荧光灯灯管的光分布角度是360度。

而且，现有的LED灯管1的结构较为复杂，通常需要使用螺栓固定安装部件4、连接层6、散热器3等。

还有，由于每个LED元件均需要散热，因此每个LED元件之间需要保持一定的距离，这影响了LED灯管发光的均匀性(uniformity)。

最后，现有的LED灯管1通常需要设置有金属材料的散热器3，从而增加了整个灯管的重量。

需要理解，虽然上面描述的是现有LED灯管存在的一些问题，但是，具有与LED类似的发光特性的其他发光元件作为光源的发光设备也会存在类似的问题。

发明内容

至少基于以上问题，需要一种新型的发光设备，其可以实现光强度分布的各向同性、更大的光分布角度、结构的简化、发光均匀性以及减轻设备重量这些目标中的至少一项。

本公开的发明人提出了一种新型的发光设备，其包括：发光元件，其发出的光在不同方向上的强度不同；安装部件，其上安装有发光元件；以及外壳，其用于容纳发光元件和安装部件。其中，外壳的至少一部分区域被形成为透光区域，使得从发光元件发出的光可以穿过透光区域发射到发光设备外部；并且透光区域在每个位置处的厚度与发光元件发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关。所谓“负相关”指的是，发光元件发出的光在指向透光区域的某一位置的方向上的强度越大，透光区域在该位置处的厚度越小。这样的配置使得在发光元件发出的光的强度原本较大的方向上，穿过透光区域发射到发光设备外部的光的强度被相对地减弱，而在发光元件发出的光的强度原本较小的方向上，穿过透光区域发射到发光设备外部的光的强度被相对地增强。因而，发光设备发出的光在各个方向上的强度变得更加各向同性。

在上述发光设备中，发光元件可以包括至少一个LED元件。并且，在上述发光设备中，发光元件可以是具有朗伯特性的平面光源，并且透光区域的厚度是逐渐地改变的。这是因为具有朗伯特性的平面光源发出的光在不同方向上的强度是逐渐地改变的。

优选地，在上述发光设备中，外壳可以是管状的，发光元件发出的光可以至少在外壳的各径向方向上的强度不同；并且透光区域可以被配置为使得通过透光区域发射到发光设备外部的光在外壳的、与透光区域相对应的径向方向当中的任意两个径向方向之间的强度的差小于预定阈值。

优选地，在上述发光设备中，透光区域形成在外壳的所有径向方向上；并且安装部件可以在彼此相反两侧上均安装有发光元件。因而，可以实现在径向截面上360度的发光角度。

此外，由于安装部件在彼此相反的两侧上都安装有发光元件，因此与仅仅在安装部件的一侧安装发光元件的发光设备相比，可以用数量更多、单个发光元件的功率更小的方式来实现相同的发光效果。而单个发光元件的功率更小意味着由发光元件的散热需求导致的发光元件之间的距离可以更近(例如，在发光元件是LED元件的情况下，发光元件之间的距离可以仅为几毫米)，因而可以改善发光设备的发光均匀性。

优选地，在上述发光设备中，发光元件可以不被安装在位于安装部件的任一相同位置处的相反的两侧上。这样可以进一步有利于发光元件的散热，从而无需在发光设备中安装金属材料的散热器，降低了发光设备的重量。

优选地，在上述发光设备中，安装部件可以通过在外壳的轴向方向贯穿整个透光区域的固定结构来固定在外壳中。因而，省去了灯管内用于固定的螺栓等，使得灯管能够以简单的方式来进行组装。特别地，该固定结构可以是形成在透光区域中的槽状结构，用于容纳安装部件。

优选地，在上述发光设备中，外壳可以在其轴向方向上沿直线或曲线延伸。特别地，该曲线可以是U型曲线和螺旋形曲线。

此外，优选地，上述发光设备可以是T5、T8或T12规格的灯管。

通过根据本公开的实施例提供的发光设备，可以实现光分布的各向同性、更大的光分布角度、结构的简化、发光均匀性以及减轻设备重量这些目标中的至少一项。

附图说明

从对说明本发明的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看，本发明的以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的，在附图中：

图1是示出了现有的LED灯管的主要结构的立体视图。

图2是示出了现有的LED灯管的分解视图。

图3是示出了根据本公开的实施例的管状发光设备的立体视图。

图4示出了在图3的发光设备中，印刷电路板组件与透光区域之间的固定方式的示例。

图5是以示意的方式给出了固定结构的其他示例的、发光系统的径向剖视图。

图6示出了在图3的实施例中，LED发光元件发出的光在各径向方向上的强度与在发光设备的径向截面上环绕LED发光元件的透光区域的厚度变化之间的关系。

图7A示出了从LED元件发出的光强度在各径向方向上的分布以及传统的荧光灯灯管发射到灯管外部的光强度在各径向方向上的分布。

图7B示出了从LED元件发出的光强度在各径向方向上的分布以及通过透光区域发射到发光设备外部的光强度在各径向方向上的分布。

图8、9A和9B示出了根据本公开的另一实施例。

具体实施方式

根据本公开的实施例，提供了一种发光设备，其包括：发光元件，其发出的光在不同方向上的强度不同；安装部件，其上安装有发光元件；以及外壳，其用于容纳发光元件和安装部件。其中，外壳的至少一部分区域被形成为透光区域，使得从发光元件发出的光可以穿过透光区域发射到发光设备外部；透光区域在每个位置处的厚度与发光元件发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关；并且透光区域在各位置处的厚度是逐渐改变的。以下将结合附图来详细描述本公开的各实施例及其变型。

要注意的是，此处的“透光区域”指的是使得由发光元件发出的光中的至少一部分可以穿过透光区域发射到发光设备的外部的区域。透光区域的透光率可以由本领域普通技术人员根据实际应用需要来选择。透光区域可以由例如玻璃、树脂等材料来制成。而且，由发光元件发出的光可以是可见光，也可以是其他波段的辐射。

图3是示出了根据本公开的实施例的管状发光设备10的立体视图。发光设备10包括：用于连接发光设备与灯座的第一外盖(first out cap)11、用于对驱动电流进行整流、滤波等的驱动器12、用于容纳驱动器12和发光设备10所需的其他部件(未示出)的第一外壳(first housing)13、安装有LED元件阵列的印刷电路板组件15、以及用于使得从LED元件发出的光发射到发光设备外部的透光区域14。第一外盖11、驱动器12、第一外壳13等均与现有的LED灯管中的相应元件相同或相似，在此不再赘述。管状发光设备10在另一端具有用于连接发光设备与灯座的第二外盖和用于容纳发光设备10所需的其他部件(未示出)的第二外壳，在此也不再赘述。

在图3中示出的发光设备10中，第一外盖11、第一外壳13、透光区域14和第二外盖、第二外壳共同形成了发光设备10的外壳。该外壳是管状的，并且在其轴线方向上沿直线延伸。但是本领域普通技术人员应该理解，该外壳也可以在其轴线方向上沿曲线延伸，例如沿U型曲线延伸或者螺旋形地延伸。此外，尽管本实施例中管状发光设备10的径向剖视图的形状是圆形，但是管状发光设备10的径向剖视图的形状也可以根据具体应用情况来设定，例如可以是诸如椭圆形的其他形状。

要注意的是，此处的布置在印刷电路板组件15上的LED元件阵列也可以是其发出的光在外壳的各个径向方向上的强度不同的其他类型的发光元件。例如，LED元件阵列也可以替换为由小型卤素灯组成的阵列。当发光元件是LED元件之外的其他类型的发光元件时，印刷电路板组件15也可以是其他类型的、用于将发光元件安装到其上的安装部件15。

图4示出了在图3的发光设备10中，印刷电路板组件15与透光区域14之间的固定方式的示例。其中，以阵列方式布置在印刷电路板组件15的两侧(图中仅示出了一侧)的是LED元件16。印刷电路板组件15可以通过在外壳的轴向方向上贯穿整个透光区域14的固定结构来固定在外壳中。具体地，在图4的示例中，固定结构是形成在透光区域中的、用于容纳印刷电路板组件15的槽状结构17。

要注意的是，固定结构17也可以其他形式的结构，例如在图5示出的发光设备的径向剖视图中以示意的方式给出其他示例性的固定结构17’。以这种方式，发光设备10可以简单地组装，而不需要用于固定的螺栓等部件。

此外，要注意的是，虽然图4中仅示出了LED元件16以阵列方式布置在印刷电路板组件15的一侧，但是LED元件16也可以以阵列的方式布置在印刷电路板组件15的另一侧。优选地，LED元件16可以不被安装在位于印刷电路板组件15的任一相同位置处的相反的两侧上。也就是说，在印刷电路板组件15的两侧，LED元件16优选地是交替出现的，安装在印刷电路板组件15的一侧上的LED元件16不与安装在印刷电路板组件15的另一侧上的LED元件16相重叠。这样的布置有利于LED元件16的散热，从而无需在发光设备中安装金属材料的散热器，降低了发光设备的重量。

此外，LED元件16还可以以其他方式安装在印刷电路板组件的相对的两侧上，例如，安装在印刷电路板组件15的另一侧上的LED元件16与安装在印刷电路板之间15的另一侧的LED元件16仅部分地重叠。

图6示出了LED发光元件发出的光在各径向方向上的强度与在发光设备的径向截面上环绕LED发光元件的透光区域14的厚度变化之间的关系。图6是发光设备10的径向剖视图，其中示出了透光区域14，印刷电路板组件15，以及安装在印刷电路板组件15两侧上的LED元件16。

由于LED元件16是具有朗伯发光体特性的平面光源，因此在垂直于LED元件16的发光平面的方向(即双向箭头20所表示的两个方向)上的光强度较大，在与双向箭头20的方向的偏离角度越大的方向上的光强度越小。相应地，在与双向箭头20的方向相对应的位置处，透光区域14的厚度较小，而在与双向箭头20的方向的偏离角度较大的方向相对应的位置处，透光区域14的厚度较大。就是说，透光区域14在每个位置处的厚度与LED元件16发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关。这样的配置使得在LED元件16发出的光的强度原本较大的方向上，穿过透光区域14发射到发光设备10外部的光的强度被相对地减弱，而在LED元件16发出的光的强度原本较小的方向上，穿过透光区域14发射到发光设备10外部的光的强度被相对地增强。因而，发光设备10发出的光在各个方向上的强度变得更加各向同性。

为了简明起见，上述参照图6仅仅描述了在管状外壳的透光区域14的一部分(即，图6中的上半部分)的配置和工作过程，但是，本领域技术人员理解，透光区域14的其他部分的工作原理是类似的。而且，在外壳不是管状，或者透光区域14不是围绕外壳的整个外周设置的情况，上述对透光工作区域的配置及其工作过程的描述同样是适用的。

作为实现透光区域14在每个位置处的厚度与LED元件16发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关的一种具体示例而非限制，可以根据LED元件16的发光特性来配置透光区域14在不同位置处的厚度，使得通过透光区域14发射到发光设备10外部的光在各径向方向当中的任意两个径向方向之间的强度的差小于预定阈值。也就是说，使得通过透光区域14发射到发光设备10外部的光的光强度尽可能各向同性。

图7A示出了从LED元件16发出的光强度在各径向方向上的分布以及传统的荧光灯灯管发射到灯管外部的光强度在各径向方向上的分布，而图7B示出了从LED元件16发出的光强度在各径向方向上的分布以及通过透光区域14发射到发光设备10外部的光强度在各径向方向上的分布。其中，曲线a示出了从LED元件16发出的光强度在各径向方向上的分布，曲线b示出了传统的荧光灯灯管发射到灯管外部的光强度在各径向方向上的分布，而曲线c示出了通过透光区域14发射到发光设备10外部的光强度在各径向方向上的分布。图中的0度和180度方向是垂直于印刷电路板组件15两侧的LED元件16的发光平面的方向，而正负90度方向则是印刷电路板组件15延伸的方向。在图中，曲线a、b或c在某一径向方向上距离极坐标系原点越远，表示该曲线在该径向方向上上的光强度越大。

可以看到，曲线c的形状比曲线a明显更接近于曲线b的形状。由此，一方面，发光设备10的光分布角度达到了360度，另一方面，发光设备10的光强度分布在各向同性方面接近于荧光灯灯管的光强度分布。

要注意的是，尽管在印刷电路板组件15的两侧上均安装有LED元件16，但是LED组元件16可以仅安装在印刷电路板组件15的一侧上。相应地，透光区域14可以仅对应于外壳的部分径向方向而存在，也即，使得透光区域被设置为是外壳上的、需要使得LED元件16发出的光透射到发光设备10外部的部分，而非将外壳的至少一部分区域在所有径向方向上均形成为透光区域14，即，使得透光区域14围绕外壳的整个外周而设置(例如参见图3和4)。因而，可以优选地根据LED元件16的布置方式及其发光特性来配置透光区域14在外壳上的设置范围以及透光区域14在不同位置处的厚度，使得通过透光区域14发射到发光设备外部的光在与透光区域14相对应的、各径向方向当中的任意两个径向方向之间的强度的差小于预定阈值。由此得到的发光设备10的光强度在各径向方向上比现有的LED灯管更加各向同性。

以上所述的管状发光设备10可以是规格为T5、T8或T12的灯管。当然，管状发光设备还可以是其他规格的灯管。

此外，本公开的实施例还适用于管状发光设备之外的发光设备。此时，发光元件可以是单个的平面光源，诸如具有朗伯发光体特性的平面光源C，如图8中所示。平面光源C的发光面的法线方向是图8中示出的XYZ坐标系中的+Z方向。可以将透光区域配置为使得透光区域在XZ和YZ平面上的剖视图分别如图9A和图9B所示，即，透光区域(如图9A和9B中具有阴影线的部分)在每个位置处的厚度与发光元件发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关。作为实现这种负相关的一种具体示例而非限制，可以将透光区域配置为使得通过透光区域发射到发光设备外部的光在与从XYZ坐标系中的原点指向Z坐标大于0任一点的矢量相对应的各方向当中的任意两个方向之间的强度的差小于预定阈值。

在具有按以上方式配置的透光区域的发光设备中，可以在XYZ坐标系的+Z子空间中，得到发光强度接近于各向同性的半球形发光体。

此外，要注意的是，发光元件可以是具有朗伯发光体特性的平面光源，也可以是以其他方式具有各向异性的发光强度的光源。因为具有朗伯特性的平面光源发出的光在不同方向上的强度是逐渐地改变的，所以透光区域14的厚度相应地是逐渐地改变的，使得经由透光区域14透射出的光的强度各向同性。如果发光元件发出的光在各个方向上的强度不是逐渐地改变的，则透光区域14的厚度也可以相应地不是逐渐地改变的。本领域技术人员可以根据实际需要设置透光区域14的具体厚度，具体细节在此不再赘述。

以上虽然结合附图详细描述了本实用新型的实施例，但是本领域普通技术人员应当理解，上面所描述的实施方式只是用于说明本实用新型，而并不构成对本实用新型的限制。本领域普通技术人员还应当理解，在不脱离由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替代和变换。因此，本实用新型的范围仅由所附的权利要求及其等同含义来限定。

Claims (11)

1.一种发光设备，其包括：

发光元件，其发出的光在不同方向上的强度不同；

安装部件，其上安装有发光元件；以及

外壳，其用于容纳发光元件和安装部件；其中

外壳的至少一部分区域被形成为透光区域，使得从发光元件发出的光可以穿过透光区域发射到发光设备外部；

透光区域在每个位置处的厚度与发光元件发出的光在指向该位置的方向上的强度负相关。

2.根据权利要求1所述的发光设备，其中

发光元件包括至少一个LED元件。

3.根据权利要求1或2所述的发光设备，其中

发光元件是具有朗伯特性的平面光源，并且

透光区域的厚度是逐渐地改变的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中

外壳是管状的，

发光元件发出的光至少在外壳的各径向方向上的强度不同；并且

透光区域被配置为使得通过透光区域发射到发光设备外部的光在外壳的、与透光区域相对应的径向方向当中的任意两个径向方向之间的强度的差小于预定阈值。

5.根据权利要求4所述的发光设备，其中

透光区域形成在外壳的所有径向方向上；并且

安装部件在彼此相反两侧上均安装有发光元件。

6.根据权利要求5所述的发光设备，其中

发光元件不被安装在位于安装部件的任一相同位置处的相反的两侧上。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的发光设备，其中，

安装部件通过在外壳的轴向方向贯穿整个透光区域的固定结构来固定在外壳中。

8.根据权利要求7所述的发光设备，其中

固定结构是形成在透光区域中的槽状结构，用于容纳所述安装部件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的发光设备，其中

外壳在其轴向方向上沿直线或曲线延伸。

10.根据权利要求9所述的发光设备，其中

所述曲线是U型曲线或螺旋形曲线。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的发光设备，其中

发光设备是T5、T8或T12规格的灯管。

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