CN105637284A

CN105637284A - 照明装置

Info

Publication number: CN105637284A
Application number: CN201480058252.8A
Authority: CN
Inventors: J.M.希斯森; D.J.C.范奥尔斯; N.J.弗勒尤伦
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: EP3039333A1; EP3039333B1; CN105637284B; US20160290594A1; JP6190531B2; US9644815B2; WO2015067677A1; JP2016540345A

Abstract

本发明涉及照明装置，其包括布置在由具有内表面（308）的半透明罩（302）围住的光室内的一个或多个LED光源（102），其中LED光源（102）布置成照亮半透明罩（302）的内表面（308）。半透明罩（302）包括在内表面（308）上的用于全向地反射和/或折射来自LED光源（102）的光的棱镜式光学结构（304）。棱镜式光学结构（304）设计成使得借助于在棱镜式光学结构处的全内反射阻碍从照明装置的外部直接观看LED光源。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及包括布置在由半透明罩围住的光室内的LED光源的照明装置。

背景技术

白炽光源使用由电流加热的灯丝线产生光，电流被驱动穿过灯丝线直到它发光。灯丝通常安置在被填充有惰性气体或被排空以保护加热的灯丝免受氧化和可能有害的其它过程的影响的玻璃或石英灯泡内。在卤素照明装置中，进一步通过使用用于将金属蒸汽重新沉积到灯丝上的化学过程来防止灯丝挥发，由此，它的寿命相当大地延长了。因此，卤素照明装置通常用于照明应用。

发光二极管（LED）是今天可得到的目前最有效的光源之一。包括LED光源的照明装置比白炽光源消耗更少的能量。LED还具有比常规光源更长的寿命，且需要被更不频繁地更换，有在不使用用于容易更换的插座的情况下可将光源集成在照明装置中的优点。

然而由于很多原因，提供模拟白炽光源例如卤素照明装置的光发射分布和外观的LED照明装置是成问题的。

US-2012/0262050公开了具有包括棱镜的壳体的LED灯，棱镜布置成使得LED灯的视觉效果被改进。

然而，存在对进一步改进模拟白炽光源例如清澈卤素囊灯的视觉外观和光发射的LED照明装置的性能和外观的需要。

发明内容

本发明的目的是解决或至少减少上面讨论的问题。

特别是，根据本发明的第一方面，提供了照明装置，其包括：光室；围住光室的半透明罩，半透明罩具有内表面和外表面；以及布置在光室内以照亮半透明罩的内表面的一个或多个LED光源。

半透明罩包括具有第一折射率的材料，且光室包括具有第二折射率的材料。半透明罩还包括在内表面上的棱镜式光学结构，棱镜式光学结构具有等于或小于2×[90－arcsin(n2/n1)]的顶角。

存在于半透明罩的内表面上的棱镜式光学结构布置成全向地反射和/或折射来自LED光源的光。它此外布置成阻碍从照明装置的外部直接观看LED光源。

优点是，提供了具有改进的视觉外观和与传统基于卤素的照明装置比较具有改进的性能（例如更大的光输出和更长的寿命）的LED照明装置。通过使用具有反射和/或折射来自LED光源的光的光学结构的半透明罩来再分布来自LED的光，使得来自LED照明装置的光分布被改进。因此，提供更好地模拟白炽光源（例如卤素照明装置）的照明装置。由于很少的部件，此外简化了LED照明装置的制造。

措辞“半透明”应被理解为允许光的通过。半透明罩因此可包括清澈的、换言之对光透明的一部分和/或透射和扩散光的一部分，以使得在光学罩内的物体不能从半透明罩的外部被清楚地看到。

因此，半透明应被理解为“允许光的通过”，且半透明材料可以是清澈的（透明的）或透射并扩散光，使得在另一边的物体不能被清楚地看到。

透明应被理解为“能够被看穿”。

棱镜式光学结构允许穿过LED照明装置的半透明罩发射的光的有效再分布，使得模拟来自卤素照明装置的发射的光分布被得到。LED照明装置允许当从半透明罩的外部观看LED照明装置时，LED的相对大的光发射区域是作为不连续的区域而可见的。换句话说，LED照明装置更好地模拟白炽照明装置的视觉外观。

光学结构布置在半透明罩的内表面上，使得它被半透明罩保护，半透明罩减小磨损和/或污染物影响LED照明装置的性能的概率。从而得到具有增加的耐久性的LED照明装置。

LED光源布置在由半透明罩围住的光室内，且在半透明罩的内表面上的光学结构布置成使得借助于在棱镜式光学结构处的全内反射来阻碍从LED照明装置的外部直接观看LED光源。这减少了例如可引起观看LED照明装置的人的不舒适或伤残的眩光之类的问题。这进一步减小了关于LED的发光区域与白炽光源的传统灯丝比较相对大的问题。

全内反射（TIR）是当光线相对于边界表面的法线在大于临界角的角度下到达在第一和第二介质之间的边界时出现的光学效应。为了使TIR出现，需要第一介质的折射率大于第二材料的折射率，即为了使光线在边界处被完全反射，使得没有光越过边界传播且所有光实质上在边界处被反射。

半透明罩可以是圆柱形的。这允许半透明罩的容易制造。半透明罩的圆柱形形状还提供穿过半透明罩发射的光的有效再分布，使得模拟来自卤素照明装置的发射的光分布被得到，即光可在圆柱体的径向方向上更均匀地发射。圆柱形形状还可提供在垂直于圆柱体的径向方向的方向上的减小的光强。这提供类似于白炽光源（例如卤素照明装置）的发射型式的光分布。

LED光源可包括布置在半透明罩内的至少两个LED。这是有利的，因为LED照明装置的光输出功率提高了。

两个LED可背靠背布置在双面PCB上，其中PCB与导热材料热接触。这个布置允许LED照明装置的高效制造。进一步得到光发射的提高的热管理和均匀性。

替代地或此外，光学结构可布置在半透明罩的外表面上。

优点是，提供了具有改进的视觉外观和与传统基于卤素的照明装置比较具有改进的性能（例如更大的光输出和更长的寿命）的LED照明装置。

通过使用反射和/或折射来自LED光源的光的半透明罩来重新分布来自LED的光，使得来自LED照明装置的光发射被改进。

布置在半透明罩的外表面上的光学结构可包括交替的透明和散射部分。这样的布置允许来自LED照明装置内的光的有效再分布，使得它的光发射模拟灯丝型白炽照明装置的光发射。这个布置进一步减小了例如可引起观看LED照明装置的人的不舒适或伤残的眩光之类的问题。

注意，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能的组合。

附图说明

现在将参考示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的这个和其它方面。

如在附图中所示的，层和区的尺寸为了说明性目的而被放大并因此被提供来说明本发明的实施例的一般结构。相似的参考数字始终指相似的元件。

图1和2是根据本发明的一个实施例的LED照明装置的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的LED照明装置的示意图。

图4是现有技术LED照明装置的示意图。

图5a是根据本发明的另一实施例的LED照明装置的示意性横截面视图。

图5b是根据本发明的另一实施例的LED照明装置的示意性成角度的视图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更充分描述本发明，附图中示出本发明的当前优选的实施例。然而本发明可体现在很多不同的形式中且不应被解释为限于本文阐述的实施例；更确切地，这些实施例为了彻底性和完整性而被提供，并将本发明的范围充分传达给技术人员。

本发明的基本思想是提供模拟白炽光源（例如卤素照明装置）的LED照明装置。这通过提供包括一个或多个LED光源、具有内和外表面的半透明罩的LED照明装置来实现。（多个）LED光源进一步布置成照亮半透明罩的内表面，其中半透明罩包括布置成全向地反射和/或折射来自LED光源的光的光学结构。通过使用反射和/或折射来自LED光源的光的半透明罩来再分布来自LED的光，使得来自LED照明装置的光发射被改进。由于更少的部件，此外简化了LED照明装置的制造。

图1和2图示根据本发明的LED照明装置100的实施例。在图1中，为了清楚起见，没有示出半透明罩。LED照明装置100包括背靠背放置在双面印刷电路板（PCB）104上的两个LED102。LED的布置允许LED照明装置100的高效制造。LED102在这里位于PCB上，使得光在两个相反的方向上被发射并显示朗伯发射型式。因此，具有较大的角分布的光发射被实现。

PCB104进一步与导热材料106热接触，使得得到改进的热管理。根据这个实施例，导热材料形成LED照明装置100的底座。导热材料106为了简单起见被示为圆盘。本领域中的技术人员应理解，导热材料106可具有任何形状，例如圆柱形，只要它适合于减小PCB104的温度。LED照明装置的组装因此被简化，因为半透明罩202可直接布置在PCB104上。可例如通过注射成型来形成半透明罩202，其优选地包括便于在LED照明装置100的底座上的容易固定的边缘。LED照明装置100的内部可因此被密封，使得它被保护。LED照明装置可进一步被容易固定在例如照明装置管上，配线可集成在该照明装置管中。因此提供了在机械上稳定的LED照明装置。

然而应注意，LED照明装置也可包括一个LED。根据另一实施例，LED照明装置包括多于两个LED。

在本发明的另一实施例中，LED照明装置可包括在LED照明装置内的LED的三角形的（每个120度）、矩形的（每个90度）或多个放置，使得来自LED照明装置的发射的旋转对称性被改进。在这样的布置中，来自LED照明装置的光发射可以在角分布中更均匀和/或提供更大的总光强。

PCB在另一实施例中可以是单面PCB。

图2图示有半透明罩202存在的实施例。因此，LED照明装置100包括两个LED光源102、具有内表面208和外表面206的半透明罩202，其中LED光源102布置成照亮半透明罩202的内表面208。半透明罩202包括棱镜式的光学结构204。光学结构204布置成反射和/或折射来自LED光源102的光。光因而被再分布，使得来自LED照明装置100的光发射被改进。从而得到全向LED照明装置。

光学结构204布置在半透明罩202的内表面208上，并沿着半透明罩202的长轴延伸。优点是，耦合到光学结构内的光增加了。光学结构204进一步被半透明罩202保护，半透明罩202减小磨损和/或污染物影响LED照明装置200的性能的概率。从而得到具有增加的耐久性的LED照明装置200。

半透明罩202在这个实施例中是圆柱形的。这允许半透明罩202的容易制造。半透明罩202的圆柱形形状进一步提供穿过半透明罩202发射的光的有效再分布，使得模拟来自卤素照明装置的发射的光分布被得到，即光可在圆柱体的径向方向上更均匀地发射。圆柱形形状还可提供在垂直于圆柱体的径向方向的方向上的减小的光强。这提供类似于白炽光源（例如卤素照明装置）的发射型式的光分布。

半透明罩在另一实施例中可包括覆盖半透明罩的一部分的光学结构。可因此通过调节光学结构所覆盖的部分的尺寸来在LED照明装置的设计期间修整LED照明装置的发射剖面。光学结构此外可覆盖半透明罩的顶部。

还可通过调节半透明罩的形状来修整LED照明装置的发射剖面。半透明罩可例如具有圆盘形状。

半透明罩在另一实施例中可以是圆顶形的。光学结构可沿着圆顶形半透明罩的长轴延伸到半透明罩的顶部。这个实施例的优点是，耦合到光学结构内的光可被增加。两个LED光源102在这个实施例中布置在透明罩202内，且光学结构204布置成使得阻碍从LED照明装置200的外部直接观看LED光源102。这减小了例如可引起观看LED照明装置200的人的不舒适或伤残的眩光之类的问题。

图3图示根据本发明的LED照明装置300的实施例。半透明罩302包括棱镜式的光学结构304。这允许穿过LED照明装置的半透明罩发射的光的有效再分布，使得模拟来自卤素照明装置的发射的光分布被得到。该布置允许当从半透明罩的外部观看LED照明装置时，LED的相对大的光发射区域是作为不连续的区域而可见的。换句话说，LED照明装置更好地模拟白炽照明装置的视觉外观。

棱镜式光学结构304的角度被选择为使得当观看LED照明装置时借助于在光学结构304处的全内反射（TIR）来阻碍对LED光源102的直接观看。当光线306相对于内表面308的法线在比等于arcsin(n2/n1)的临界角θcritical更大的角度θ下到达在具有n1的折射率的半透明罩302和具有n2的折射率的光室310之间的内表面308时，TIR出现。在这样的角度θ下，光线306在内表面308处被全部反射，使得没有光将越过内表面传播且实质上所有光在内表面308处被反射。

对等于或小于2×(90－θcritical)的棱镜式光学结构的顶角（α），实现TIR。例如在这个实施例中，半透明罩302由具有1.480的折射率n1的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成，且其中容纳LED和PCB的光室310包括具有1的折射率n2的空气。这导致等于42.5度的临界角θcritical。因此，使用等于或小于95度例如小于90度的棱镜式光学结构304的顶角来实现TIR。作为结果，光线306被反射回，但被光学结构302改变方向，使得反射的光线312相对于光线306在一角度下传播。在例如LED光源102的位置P处的直接观看因此被缓和了。

根据本发明的另一实施例，半透明罩可由具有1.585的n1折射率的聚碳酸酯（PC）制成。这导致等于39.1度的临界角θcritical。棱镜式光学结构的顶角于是应等于或小于102度，例如小于100度以实现TIR。

应注意，假设光线302垂直于棱镜式结构304的虚构三角形底座被发送，来计算这些数字。

根据优选实施例，棱镜式结构的顶角是大约10度，小于由所使用的材料设定的所需TIR角度（θcritical）。

图4为了参考图示现有技术LED照明装置400，其中半透明罩402包括光学结构404，其未布置成反射和/或折射来自LED光源402的光。LED光源406从而在位置P处是直接可见的，这导致可引起观看LED照明装置400的人的不舒适或伤残的眩光。

应进一步注意，根据本发明的上述实施例的具有半透明罩的LED照明装置显示不均匀的光发射分布。LED照明装置的光发射实现根据LED照明装置的观看方向在其形状上改变的光发射型式。这是由于两个LED102布置成在两个相反的方向上发射光所致的结果。例如，发射型式可包含当在实质上平行于LED之一的光发射表面的法线的方向上观看LED照明装置时，被观察到以那个LED的光发射表面为中心的具有更高强度的主中央斑点。然而，当在垂直于上面给出的方向的方向上观看LED照明装置时，观察到两个分离的瓣。从而提供LED照明装置，其具有大的角分布，但也有模拟在白炽光源中的灯丝的强度分布的强度分布，即当沿着或垂直于灯丝的延伸部观看灯丝时观察到类似的发射型式。

图5a示出根据本发明的另一实施例的LED照明装置500的横截面视图。LED照明装置500包括LED光源102、半透明罩502和光学结构504。光学结构504布置在半透明罩502的外表面506上。优点是，提供了具有改进的视觉外观和与传统基于卤素的照明装置比较具有改进的性能（例如更大的光输出和更长的寿命）的LED照明装置。通过使用反射和/或折射来自LED光源102的光的半透明罩502来再分布来自LED光源102的光，使得来自LED照明装置500的光发射被改进。

图5b示出LED照明装置500的成角度的视图。从附图中可看到，光学结构504沿着圆顶形半透明罩502的长轴延伸到半透明罩502的顶部。这个实施例的优点是，如在图5a和5b中公开的，LED光源102可放置成使得它主要在平行于半透明罩502的长轴的方向上发射光。通过提供沿着半透明罩502的全长的光学结构504，来自LED光源102的光被光学结构504更有效地反射和折射。这改进了来自LED照明装置500的光输出，以便提供更高效的照明装置。根据这个实施例的光学结构504进一步提供LED照明装置500，当从半透明罩502外部观看LED照明装置500时，LED照明装置500的LED光源102的相对大的光发射区域是作为不连续的区域而可见的。换句话说，得到包括具有较大的发射强度的线的视觉外观。因此，实现模拟在白炽光源中的灯丝的光强分布的光强分布。

棱镜式结构在另一实施例中可以不延伸到罩的顶部。

根据本发明的实施例，LED照明装置的光学结构包括交替的透明和散射部分。这样的布置允许来自LED照明装置内的光的有效再分布，使得它的光发射模拟灯丝型白炽照明装置的光发射。这样的LED照明装置减小了例如可引起观看LED照明装置的人的不舒适或伤残的眩光之类的问题。

本领域中的技术人员认识到，本发明决不限于上面所述的优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，很多修改和变化是可能的。

例如，在半透明罩的外部上的棱镜式结构的侧翼包括交替的透明和散射部分。这样的布置允许在LED照明装置内的光的有效再分布，使得它的光发射模拟灯丝型白炽照明装置的光发射。这个布置进一步减小了例如可引起观看LED照明装置的人的不舒适或伤残的眩光之类的问题。

应注意，多个LED也可被任意放置，只要来自LED照明装置的有效光发射被实现。

此外，技术人员在实践所主张的发明时可从附图、本公开和所附权利要求的研究中理解和实现对所公开的实施例的改变。在权利要求中，词“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一种”并不排除多个。某些措施在相互不同的从属权利要求中被记载的简单事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims

1.一种照明装置（300），包括：

-光室（310），

-围住所述光室（310）的半透明罩（302），所述半透明罩（302）具有内表面（308），以及

-LED光源（102），其布置在所述光室（310）内以照亮所述半透明罩（302）的所述内表面（308），

其中所述半透明罩（302）包括具有第一折射率（n1）的材料，并且其中所述光室（310）包括具有第二折射率（n2）的材料，以及

其中所述半透明罩（302）包括在所述内表面（308）上的棱镜式光学结构（304），所述棱镜式光学结构（304）具有等于或小于2×[90－arcsin(n2/n1)]的顶角。

2.根据权利要求1所述的照明装置（300），其中所述半透明罩（302）是圆柱形的。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置（300），其中所述LED光源（102）包括布置在所述半透明罩（302）内的至少两个LED。

4.根据权利要求3所述的照明装置（300），其中两个LED背靠背布置在双面PCB（104）上，以及其中所述PCB（104）与导热材料（106）热接触。