CN103851387A - 具有光电的元器件的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有设置在外罩泡壳（2）中的LED（3）的发光装置（1）；为了实现从主射线（5）到侧面的光分布，以这种方式设置散射介质（21），即倾斜角度（7）越小，沿着相对于主射线（5）倾斜一定的倾斜角度（7）的射线（8）发出的光的散射越强。

Description

具有光电的元器件的发光装置

技术领域

本发明涉及一种具有发射光的光电的元器件和外罩泡壳的发光装置，在该外罩泡壳之中布置元器件。

背景技术

与传统白炽灯或荧光灯相比，目前开发的光电光源的特征在于经过改进的能源效率。基于半导体材料的光电的元器件在本公开文件的范畴内也被简称为“LED”，这通常是指无机和有机发光二极管。

只要例如按照某种近似将LED描述为朗伯辐射体，简单地说就可以向半部空间中发光。为了生产也向相反方向发出代替传统白炽灯的光的灯具，就此而言由背景技术中已知的是，设置多个相应地装配了一个或多个LED的电路板并布置为向彼此倾斜，例如布置为长方体的侧面。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种相对于背景技术有利的发光装置。

根据本发明，这一目的通过一种发光装置来实现，该发光装置具有：外罩泡壳，发射光的光电的元器件（下文中称为“元器件”或“LED”）布置在该外罩泡壳内部；以及具有（对由元器件发射的光）进行漫散射的散射介质，这样布置该散射介质，即，在（由元器件发射的光的主射线所在的）截面中看，沿着相对于主射线倾斜一定倾斜角度的射线发出的光的散射随着倾斜角度减小而更强烈；在此，在从至少30°按照顺序增大到优选地至少40°，50°，60°，70°或80°的连续角度范围内散射增加。

以全部由元器件发射的、根据功率加权的未经散射的光路的平均值形成主射线，并且主射线通常是由对称决定的中间轴。主射线的垂足点位于元器件的光射出面上；在光射出面内的位置取决于元器件的发射特性（Abstrahlcharakteristik），并且可以出于对称原因并且特别是在使用朗伯辐射体的情况下与表面中点，例如矩形光射出面的中心重合。以下考虑涉及这种主射线所在的截面（该截面例如垂直切割元器件）。

简单地说，在根据本发明的发光装置中，射线越“靠近”主射线，相应射线与主射线之间所夹的倾斜角度越小，则沿射线发出的光的散射越强。换言之，散射系数应随着倾斜角度减小而增加。

“射线”在本公开文件的范畴内是指垂足点位于光射出面中的几何射线。与之相对，“光路”是用于描述或者是建模（首先）沿几何射线发出的、在较远的传播中然后又完全（例如由于散射）与之偏离的光的方案（图3在所谓的射线跟踪模拟的基础上图示说明了“射线”/“光路”的区别）。就此而言，“沿射线发出的光”的说法与通过大量沿射线发出的光路形成的平均值有关，或者与方向分解的（richtungsaufgeloeste）强度测量有关。

随着散射系数朝向主射线增加，即随着散射在角度范围内变“更强”，在主射线上（或在靠近这个主射线的方向上）发出的光的强度在外罩泡壳下游，相应地与直接位于元器件下游的强度相比，比在“侧”向上（远离主射线的方向）发出的光的强度更强烈地由于散射减弱；沿射线相应发出的强度的减弱由于散射在角度范围内随着倾斜角度减小而增加。

如果例如将散射颗粒设置为散射介质，则可以朝向主射线相应地增加其“密度”，使得例如被射线分别相交的散射中心数量随着射线与主射线之间的角度减小而增加，或者散射颗粒的密度沿着外罩泡壳的表面朝向主射线增加（二者的结果都是使散射“更强”）。

在上述情况中，例如也可以在外罩泡壳上设置厚度恒定的散射颗粒层并对其进行相应的结构化，例如在靠近主射线的位置可以有封闭层，该封闭层随着与主射线的距离增大而逐渐中断（每个表面元件的散射颗粒密度朝向主射线增加）。同样地，例如也可以通过使外罩泡壳的表面粗糙来调整散射特性，并且，根据本发明，散射横剖面会随着朝向主射线增大的粗糙度而增大。

在散射中心处对光进行“漫散射”，这在本公开文件的上下文中非常普遍地表示相互作用，其结果是光朝向偏离原来方向的方向传播；所得出的方向的分布更强，确切地说与成像/“成像散射”相反地随机分布。就此而言，随机分布与宏观研究有关，在所述宏观研究中，例如没有为了给静态分布的散射颗粒建模而描绘每个颗粒的位置和/或形状，而是例如考虑了平均颗粒间距。

例如在利用透镜成像时，如果在成像下游确定各个光路的变化曲线，则光路方向变化与之相对地在漫散射时从宏观上考虑在一定程度上属于随机分布；例如只有通过给大量光路取平均值才能实现前文所述的强度在主射线上减弱。依次沿同一个射线发出的光路也相应地随机分布，并因此而在不同的方向上偏转；强度的分布是平均的（参见图3和4）。通过朝向主射线提高散射系数，可以加大散射或转过较大角度的散射（也是多个彼此连续的散射过程的结果）的概率。

根据本发明，散射应在“连续的”角度范围内，也就是在相关联的角度范围内增加，该角度范围不是只有通过增加彼此间隔的角度范围才得出的。散射的增加与至少一个布置在（散射系数的）取决于角度的散射变化曲线中的平衡线（Ausgleichsgerade）有关（对变化曲线的线性适配随着角度减小而增加）；一般地，例如周期性波动也可能与这种增加叠加（其也可能在角度范围内逐段地减小一点），例如在使用具有在宏观上相应地经过结构化的，例如波浪形的表面的外罩泡壳的情况下。

一般地，散射系数的变化曲线例如也可以近似于阶梯函数（Stufenfunktion）；优选的仍然是连续的变化曲线并且特别是也是连续的增加，也就是说，散射不只是平均地增加，而是在角度范围内不断增强。换言之，散射的变化，即散射系数的梯度（Gradient）在角度范围内向主射线优选地连续为正。

“发光装置”例如可以是灯具，也就是将用在发光件中用于发光，并且可以更换；然而，一般地，“发光装置”例如也应指自身直接连接至电源的、不继续用在发光体中的装置（发光装置甚至也可以自身是发光件）。

如果在本公开文件的范畴内涉及光的传播，这当然不意味着必须为了实现主题而进行光的传播；更确切地说，描述了为相应的光的传播而设计的装置（只在运行发光装置时才进行光的传播）。

其它的优选设计方案由从属权利要求和下文的描述中得出，其中，在对特征的描述中没有总是在细节上区分本发明的不同范畴；无论如何不言而喻的是，本公开文件涉及一种发光装置及其使用。

优选地，在外罩泡壳壁上设置散射介质，即，例如设置为与这种外罩泡壳壁特别优选地直接相邻的层和/或嵌入外罩泡壳壁中；在表面粗糙的情况下也在外罩泡壳壁上设置散射介质。一般地，例如也可以利用散射介质使散射系数朝向主射线增加，将散射介质均匀地嵌入设计为实心体的外罩泡壳的体积材料中；可以通过实心体的取决于射线的“厚度”对散射系数进行调整。

然而，优选的是，外罩泡壳是空心体，并且将在外罩泡壳壁上的散射介质设置为，具有朝向主射线增加的密度；这例如可以在减少材料需求方面和涉及在可能的情况下减少制造费用时是有意义的。

在优选的设计方案中，设置散射颗粒作为散射介质，例如氧化铝颗粒和/或二氧化钛颗粒；另外优选的是，在外罩泡壳上以涂层设置这种颗粒，在可能的情况下也可以置入到基体材料中，例如通过涂刷、喷射、配制或者也可以通过印刷法。例如可以通过涂层中散射颗粒的密度和/或涂层厚度以及相应地增加该涂层厚度来调整逐渐增加的散射系数。

在优选的设计方案中，在截面中看，角度范围直接与主射线直接相邻，也就是根据定义主要沿主射线发出的光也得到最大程度的散射；散射（散射系数）在角度范围内朝向主射线增加，并与之相应地在角度范围与主射线相邻的情况下也达到最大。

另外优选的是，主射线区域内的散射额外提高，散射的增加（散射系数的梯度）在该区域内也就是在局部大于相邻区域。在相邻区域内，散射例如可以基本均匀地增加（梯度恒定）；在主射线范围内，梯度与之相反地较大，并且例如可以连续地或跳跃式地增大。于是，散射可以在与主射线相邻的“增大角度范围”内附加增加例如至少5°，10°或15°。

一般来说，散射介质优选地是惰性散射体，光通过随机分布的向外偏转而不与散射介质相互影响，从而特别是光的波长保持不变。一般地，此时例如也可以将荧光物质设置为散射介质，因为这种荧光物质可以吸收在特定方向上传播的光（泵浦光），然后在该方向方面或多或少地发射出随机分布的转换光。

然而，就这方面来说，可能由此产生转换度也依据方向而改变的缺点，也就是说例如随着倾斜角度减小，转换光的份额可能增加。其结果可能导致光在不同方向上发出不同的颜色，因此，优选的是惰性散射体，例如不改变光的波长的散射颗粒或表面磨毛（Oberflaechenmattierung）。

在优选的设计方案中，将散射颗粒嵌入外罩泡壳壁中；例如可以预防由于与周围空气的相互作用而产生的散射颗粒分解或在错误使用时对散射介质的机械损伤，例如刮伤。

另外，在另一种设计方案中，外罩泡壳壁的厚度在角度范围内朝向主射线增加，散射颗粒例如基本均匀地分布在外罩泡壳壁中，并且通过壁厚调整散射/散射系数。

就此而言，当外罩泡壳在优选设计方案中构造为垂直于截面平移对称并且特别优选地由挤压机生产而成时，这也可以是有利的。通过压印和底模的相应形状可以将沿着外罩泡壳壁（朝向主射线）壁厚增厚的型材也生产为挤压型材，从而尽可能优化生产成本。

就这方面来说，也优选将塑料材料用于外罩泡壳，其中，特别优选的是聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。由塑料材料制成的外罩泡壳的特征例如也在于对机械破坏的抵抗力或重量的减小。

在优选设计方案中，设置在外罩泡壳的侧壁上的散射介质进一步优选地不只是设置在由元器件发出的、未经散射的光（直接）照射在外罩泡壳侧壁上的位置，而是还设置在（不考虑通过散射的光分布）遮光区域内。换言之，例如不仅为由主射线所贯穿的半部空间中的外罩泡壳的区域配备散射介质，而且还为相对的半部空间（“后空间Rueckraum”）中的外罩泡壳的区域，至少部分地，配备散射介质。通过相应设置的散射介质，将之前已经散射的光也进一步分布到朝向侧面并且特别是分布到与主射线相对的方向。

在这方面，也能够以特别有利的方式将根据本发明的发光装置与具有反射器的发光件组合；例如可以将该发光件设计用于传统的荧光灯，从而使得只有在反射器也被照亮时才可以达到最佳的光分布。可以通过以根据本发明的方式设置的散射介质来调整该反射器。

一般来说，本发明还涉及相应的使用，也就是将根据本发明的发光装置、特别是灯具，用作适合发光件的传统灯座的部件，特别是用作改型部件。特别优选的是用作型号“T”，例如T2，T3，T4，T5或T8或者T12的荧光灯的备件或改型部件。

优选地，外罩泡壳在截面中看具有圆形外轮廓，特别优选的是圆环形外轮廓。一般来说，与对称结构有关的散射介质分布也是优选的，确切地说在截面中看以主射线作为对称轴；一般地，散射优选地从两侧朝向主射线增加，特别优选为镜面对称。

因为利用散射介质可以实现向侧面或者甚至向后空间中的良好的光分布，所以，优选地设置多个元器件特别优选地与指向同一个半部空间的、特别是平行的主射线布置在一起；特别优选地将元器件安装在共同的装配面中，例如安装在共同的基板上，如电路板。

例如不必向彼此倾斜地安装多个电路板或昂贵地在不同侧面装备三维结构，这样可以简化生产并且也可以有助于降低成本。一般地，可以将构件的背面区域用于例如致冷剂，其中，在只有一个构件的装配面的情况下，也可以简化其设计方案。

附图说明

以下根据实施例对本发明做详细阐述，其中，各个特征也可以以其它组合对本发明起重要作用，并且不言而喻地与本发明的全部范畴有关。

图中示出：

图1在截面图中示出根据本发明的发光装置，该截面图示出散射系数的变化曲线；

图2是调整散射系数的相应变化曲线的各种可能性；

图3是根据本发明的发光装置中的各个光路的传播。

图4是根据图3位于外罩泡壳下游的发光装置的强度变化曲线。

具体实施方式

图1A示出根据本发明的、具有外罩泡壳2和设置在外罩泡壳2内部的LED3的发光装置1。LED3安装在冷却体4上并且主要沿主射线5发光，确切地说在光射出面6上。

图1A示出的装置构造为垂直于绘图平面平移对称，该绘图平面相当于包括主传播方向5的截面。外罩泡壳2是略长的管状物体，在所述管状物体中按照一定的彼此间距设置多个LED。

根据本发明，此时沿着外罩泡壳壁调节朝向主射线5增大的散射系数（关于调节散射系数的不同可能性参见图2）；主射线5与向其倾斜的射线8之间的倾斜角度7越小，沿相应射线8发出的光的散射越强烈。所以，沿射线8以较小的倾斜角度7发出的光的强度在外罩泡壳2下游更强烈地由于散射而削弱。

因此，在主射线5方向上或在与该主射线接近的方向发出的光至少部分地朝向侧面分布，这使发光装置1的发射特性接近于传统荧光灯的发射特性。

图1A中（并且图1B中也）将散射系数的变化曲线示意性地表示为沿着外罩泡壳壁（在其内部）延伸的曲线（曲线与外罩泡壳壁之间的间距越大，散射系数就越大）。散射系数从零点沿着外罩泡壳壁在两个相反的旋转方向上朝向主射线5增加，该零点位于与主射线5相反的方向（6点钟位置）；增加在每个旋转方向上经过180°的角度范围延伸。

不仅在外罩泡壳2的区域内设置散射介质，由LED3发射出的光直接照射在该区域上（此时的光辐射为朗伯辐射），还在背面区域（后空间）内设置散射介质。所以，不仅使光朝向侧面分布加强，而是还通过多重散射过程朝向后空间分布。

图1B示出了一个实施方式，其围绕主射线5的区域内的散射系数变化曲线与图1A所示实施方式不同，但结构相同。在靠近主射线5的区域内，散射系数过度增加，散射系数的梯度大于从6点钟位置到主射线5。

因此，在主射线5方向上发射出的光的散射进一步增强；强度在外罩泡壳2下游相应地也过度减弱。更多的光朝向侧面或向后空间中分布。

图2示出了对根据本发明朝向主射线5增加的散射系数进行调整的各种可能性。

在根据图2A的实施方式中，散射颗粒21，在这种情况下是氧化铝颗粒，被嵌入外罩泡壳的壁中，确切地说基本上均匀分布，也就是以平均颗粒间距分布，该平均颗粒间距沿着外罩泡壳壁基本上保持相等。然而由于外罩泡壳壁的厚度朝向主射线5增加，因此随着倾斜角度7减小，每个射线8的散射颗粒21的数量也增多，并且偏转或偏转较大角度的概率也相应增大。这种外罩泡壳2例如可以通过挤压机由聚碳酸酯生产而成。

在根据图2B的实施方式中，在外罩泡壳2上设置涂层22，将嵌入到基体材料中的散射颗粒21施加在外罩泡壳2上。涂层厚度沿外罩泡壳壁2基本上是恒定的；但是，平均颗粒间距随着倾斜角度7减小而减小，也就是说，散射颗粒21密度上升，从而使散射系数升高。

结果是沿着主射线5发出的光的散射比朝向侧面发出的光更强烈，外罩泡壳2（或涂层22）下游的强度在主射线5方向上减弱并朝向侧面增强，确切地说因为通过散射使光重新分配。

在根据图2C的实施方式中，没有设置散射颗粒21，而是使外罩泡壳2的外表面粗糙，例如通过蚀刻或喷砂。在此，粗糙度随着朝向主射线5的倾斜角度7减小而增大；散射系数相应增加，并且光的散射随着倾斜角度7减小而增强。

图3在示意图中示出四个沿不同倾斜角度7的射线8发出的光路的传播（基于射线跟踪模拟；在这种模拟的上下文中也将“光路”称为“光束”，所述光束的传播考虑在内）。

具有根据本发明的散射特性的外罩泡壳借助于层建模，该层的厚度按照图2A所示实施方式朝向主射线5增加；在该层内部，散射属于随机分布，并且该随机分布沿着外罩泡壳壁是恒定的（这相当于根据图2A均匀分布的散射颗粒）。

对于沿射线8发出的光，要渗透的层厚（“试样深度”）随着倾斜角度8减小而增加，从而使平均地沿着主射线5发出的光的散射增强-由于散射的随机分布，各个在较大倾斜角度下发出的光路（尽管“试样深度”较小）虽然完全经过散射层中的较长距离，但是强度平均地（通过大量光路）朝向主射线5减弱。

光路从元器件3的光射出面6（沿射线）线性传播，直到散射层，然后分别通过大量彼此连续的散射过程偏转，确切地说随着每个散射过程随机分布。模拟的光路分别经过与两个散射过程之间的自由路程长度和散射过程中的偏转有关的属于随机分布的路径；相应地，光路在散射层下游相对于其原来的传播方向倾斜。

另外，还通过全反射来改进光向侧面或在后空间中的传播-在大于取决于散射层和周围媒质的折射率的临界角度的角度下，入射的光路不逸出散射层，而是反射回这个散射层。

图4示出图3所示装置的强度变化曲线作为模拟结果，也就是为大量模拟的光路取平均值。在根据图3的12点钟位置（即图3上部）取0°数值；强度沿逆时针（至-180°）或顺时针（至180°）方向降低，在主射线5所在的半部空间中发出的光（仍然）最多。

如果没有根据本发明设置的散射层，就只在这半部分空间中发光，则强度在+/-90°时就已经并且对整个后空间来说等于零。散射层（在外罩泡壳2下游）降低在主射线方向上发出的光的强度，并将光分布到后空间中（-90°至-180°或90°至180°）。

Claims (15)

1.一种发光装置（1），具有：

发射光的光电的元器件（3）；

外罩泡壳（2），所述元器件（3）布置在所述外罩泡壳内部；

以及具有漫散射的散射介质（21），

其中，这样布置所述散射介质（21），即在包括由所述元器件（3）发射的光的主射线（5）的截面中看，沿着相对于所述主射线（5）倾斜的射线（8）发出的光的散射随着在所述射线（8）与所述主射线（5）之间的倾斜角度（7）减小而更强烈，并且所述散射的增加在至少为30°的连续角度范围内实现。

2.根据权利要求1所述的发光装置（1），其中，在外罩泡壳壁上设置所述散射介质（21），并且在所述截面中看，所述散射介质（21）的密度在所述角度范围内沿着所述外罩泡壳壁朝向所述主射线（5）增加。

3.根据权利要求1或2所述的发光装置（1），其中，在所述角度范围内所述散射的变化曲线是连续的并且所述散射优选地只是增加。

4.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置（1），其中，在所述截面中看，所述角度范围直接与所述主射线（5）相邻。

5.根据权利要求4所述的发光装置（1），其中，在所述截面中看，所述散射在围绕所述主射线（5）的区域内额外提高，所述散射的所述增加也就是在局部大于相邻区域。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置（1），在所述发光装置中设置惰性散射体作为所述散射介质（21）。

7.根据权利要求2所述的发光装置（1），也与前述权利要求中的另一项相联系，在所述发光装置中设置以涂层（22）形式施加在所述外罩泡壳（2）上的散射颗粒（21）作为所述散射介质（21）。

8.根据权利要求2所述的发光装置（1），也与前述权利要求中的另一项相联系，在所述发光装置中设置嵌入所述外罩泡壳壁中的散射颗粒（21）作为所述散射介质（21）。

9.根据权利要求8所述的发光装置（1），其中，所述外罩泡壳壁的厚度在所述截面中看在所述角度范围内朝向所述主射线（5）增加。

10.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置（1），具有多个所述元器件（3），其中，全部所述元器件（3）设置有指向同一个半部空间的主射线（5）并且优选地布置在共同的装配面中。

11.根据权利要求2所述的发光装置（1），也与前述权利要求中的另一项相联系，其中，在所述外罩泡壳壁的区域中也设置所述散射介质（21），由所述元器件（3）发射的光没有直接照射在所述区域上，优选地具有沿着所述外罩泡壳壁朝向所述主射线（5）增加的密度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置（1），其中，所述外罩泡壳（2）构造为垂直于截面平移对称。

13.根据权利要求12所述的发光装置（1），其中，所述外罩泡壳（2）是挤压型材。

14.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置（1），其中，所述外罩泡壳（2）由塑料材料，特别是由聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯的至少其中之一制成。

15.一种发光装置（1）的应用，根据前述权利要求中任一项所述的发光装置作为与发光件的、特别是具有反射器的发光件的传统灯座相匹配的发光装置（1），特别是作为这种所述发光件的改型部件。

Images