TWI384180B - 照明裝置 - Google Patents

Description

照明裝置

本發明涉及一種照明裝置，尤其涉及一種具有防眩光功能的照明裝置。

發光二極體(LED，Light Emitting Diode)以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域，具體可參見Joseph Bielecki等人在文獻2007 IEEE,23rd IEEE SEMI-THERM Symposium中的Thermal Considerations for LED Components in an Automotive Lamp一文。

眩光(glare)作為一種光害，一般包括直接眩光和間接眩光。直接眩光是指來自視場中高亮度或沒有充分遮蔽的眩光源/發光物發出的光線直接對眼睛造成的刺激，眩光源發光物處於被觀察物的同一方向或鄰近方向。間接眩光是指眩光源處於非觀察方向產生的眩光，通常由高度光滑的表面的反射光引起。如圖1所示，當光源101位於人眼102上方時，自人眼102所在垂直面103偏轉45度至85度之間的範圍內，光源101會對人眼102造成直接眩光。

先前的路燈照明裝置普遍會對駕駛者的眼睛造成直接眩光。如圖2所示，路燈201發出的光線以其自身為中心向路面進行投射，先前技術中可以實現路燈201在車輛行駛的X方向上的輻射範圍大於與X方向垂直的Y方向的輻射範 圍，以有效地提高路燈201的光利用率。然而，路燈201在X方向上形成的輻射範圍係以路燈201為中心對稱分佈的，即路燈201在X方向上向其兩側的輻射角θ 1與θ 2相等，通常θ 1=θ 2=75度，這會對人眼產生直接眩光，在此，輻射角也可稱為半峰邊角(half-peak side angle)，係指以垂直路面為中心向左右兩側量測最大光強度的一半所得的角度，也就係光源所發出的發光強度為平面上最大發光強度的50%的光線與垂直線的夾角。在此，可參見圖3所示路燈201的配光曲線，圖中A點對應光線的光強度為該路燈201在0度到90度中最大光強度的50%，B點對應光線的光強度為該路燈201在0度到90度中的最大光強度，路燈201的輻射角θ約等於70度。由此可見，先前的路燈照明裝置還是會對駕駛者的眼睛造成直接眩光。

所以，有必要提供一種具有防眩光功能的照明裝置。

下面將以實施例說明一種具有防眩光功能的照明裝置。

一種照明裝置其包括一個光源該光源包括至少一個發光二極體以及一個光學元件，該發光元件發出的光線經過該光學元件偏折向該光源的兩側並沿路面的延伸方向出射，且經由該光學元件出射的光線在該光源的兩側分佈具有非對稱的形式；一個電力儲存裝置，其與該至少一個發光元件電性連接；一個太陽能電池，其與該電力儲存裝置電性連接，用於將太陽光直接轉化為電能並將電能儲存在該電力儲存裝置中；一個透光封裝體，該光源 及該太陽能電池包覆於該透光封裝體中。

相對于先前技術，所述照明裝置發出的光線沿路面延伸方向的光分佈具有不對稱性，從而不會對車輛中的駕駛員造成直接眩光的影像。同時，包覆於透光封裝體中的太陽能電池將太陽光直接轉化為電能並將電能儲存在該電力儲存裝置中，從而利於夜間電力儲存裝置提供電力給發光元件以作為路面照明之用，使得該路面照明裝置具有節能環保之功效。

下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說明。

請參閱圖4，本發明第一實施例提供的照明裝置100，其用於對路面11進行照明，其中，路面的延伸方向為X，該照明裝置100包括一個光源12，一個電力儲存裝置13，一個太陽能電池14，一個透光封裝體15。

光源12包括一個發光元件121及一個光學元件122。

發光元件121可為發光二極體，發光二極體晶片或其他發光體。該發光元件121可為一個，也可為複數個。

光學元件122與發光元件121光學耦合，即發光元件121發出的光線直接進入光學元件122，並經由光學元件122的光學作用射出。在本實施例中，光源12設置於路面11上，發光元件121發出的光線向上射出至光學元件122中，光學元件122用於使發光元件121發出的光線偏折向該光源12的側向並沿路面11的延伸方向X出射。

光學元件122具有一縱軸1220，該光學元件122具有一個 垂直於路面11的延伸方向X的縱軸1220路面11的延伸方向分為+X方向和-X方向。光學元件122包括漏斗狀(funnel-shaped)頂面1221、1222及垂直側壁1223、1224。發光元件121設置於光學元件122底部的幾何中心處，與頂面1221、1222相對。頂面1221、1222為一個二次曲面，在本實施例中，該光學元件122頂面1221、1222為一抛物線面，頂面1221的斜率小於頂面1222的斜率，頂面1221、1222的內表面為反射面，垂直側壁1224相對於路面11的高度高於垂直側壁1223相對於路面11的高度。

電力儲存裝置13，例如電池，與發光元件121電性連接。電力儲存裝置13用於儲存電能，並給發光元件121提供電能。

透光封裝體15設置於路面11上，並且光源12和太陽能電池14包覆於透光封裝體15中。在本實施例中，透光封裝體15具有截頂圓錐的輪廓，其具有一頂面151及環繞該頂面151的側面152，該光源12位於透光封裝體15的底部，而太陽能電池14與該光源12相對地設置於透光封裝體15的頂部且鄰近於頂面151，這樣有利於太陽能電池14直接吸收太陽光，提高了太陽能電池14的吸收效率。

在本實施例中，發光元件121發出的光線主要射向頂面1221，並且在頂面1221處發生全反射後經由垂直側壁1223射向透明封裝體15的側面152，並在側面152處發生折射後射向路面11，並且射向路面11的光線與路面11的-X方向之間的夾角為θ 1。發光元件121發出的光線主要 射向頂面1222，並且在頂面1222處發生全反射後經由垂直側壁1224射向透明封裝體15的側面152，在側面152處發生折射後射向路面11，射向路面11的光線與路面11的+X方向之間的夾角為θ 2。由於光學元件122的垂直側壁1224相對於路面11的高度高於垂直側壁1223的，因此，該發光元件121發出的光線經光學元件122及透光封裝體15出射後沿著路面11在光源12的兩側的光場分佈是不對稱的，即θ 1<θ 2。所以，該照明裝置100發出的強光，在來車方向(-X方向)不會直接射向車輛中的駕駛員的眼睛，主要射向路面，而在去車方向(+X方向)，對於車輛中的駕駛員來說能夠進一步看清楚前方路面。

在本實施例中，θ 1、θ 2在一預定的範圍內，例如，-15度<θ 1<+15度、-30度<θ 2<+30度，其中，經由發光元件121的頂面1221反射的光線形成的配光曲線可參見圖5，而經由發光元件121的頂面1222反射的光線形成的配光曲線可參見圖6。優選地，-10度<θ 1<+10度、-20度<θ 2<+20度。在此，夾角θ 1、θ 2是指經由該光學元件122出射的發光強度為平面上最大發光強度的50%的光線與路面11的夾角。

可以理解地，光源12所包括的光學元件的結構並不限於此，還可以採用其他設計只要光學元件在結構上不對稱，以使得光源12發出的光線與路面11之間的夾角θ在一預定範圍內且在路面兩側的光線分佈是非對稱的，以下將舉例說明幾種具有不同光學元件的光源。

請參閱圖7，一種光源32，其包括一發光元件321，一個 與發光元件321光學耦合的光學元件322。該光學元件322具有一個垂直於路面11的延伸方向X的縱軸3220，路面11的延伸方向分為+X方向和-X方向。光學元件322包括漏斗狀(funnel-shaped)第一頂面3221、第二頂面3222，第一側面3223及與第一側面3223相對的第二側面3224。發光元件321設置於光學元件322底部的幾何中心處，與第一頂面3221及第二頂面3222相對。第一頂面3221及第二頂面3222為一個具有複數個不同斜率平面的曲面，在本實施例中，第一頂面3221、第二頂面3222的斜率由內向外依次變小。第一側面3223及第二側面3224為一平滑曲面，第一側面3223相對於路面11的高度小於第二側面3224的。從發光元件321發出的光線主要射向第一頂面3221及第二頂面3222，在第一頂面3221、第二頂面3222發生全反射並以與縱軸3220幾乎成90度角射出。從發光元件321發出的光線直接射向第一側面3223及第二側面3224的光線也會以與縱軸3220幾乎成90度角射出。經由該光學元件322的第一側面3223出射的光線中大部分平行於路面11的延伸方向+X，少部分會偏離路面11的延伸方向+X些許角度，在此，經由該光學元件322出射的光線與路面11之間的夾角為θ 1。經由該光學元件322的第二側面3224出射的光線中大部分平行於路面11的延伸方向-X，少部分會偏離路面11的延伸方向-X些許角度，在此，經由該光學元件322出射的光線與路面11之間的夾角為θ 2。

由於，光學元件322的第一側面3223相對於路面11的高 度小於第二側面3224的，因此，該發光元件321發出的光線經光學元件322及透光封裝體15出射後沿著路面11在光源32的兩側的光場分佈不對稱的，發光元件321發出的光線經由光學元件322出射後的光線與路面的夾角θ 1<θ 2，且θ 1、θ 2在一預定的範圍內，例如：-10度<θ 1<+10度、20度<θ 2<+20度。在此，夾角θ 1、θ 2是指經由該光學元件322出射的發光強度為平面上最大發光強度的50%的光線與路面11的夾角。另外，光學元件322的第一頂面3221上還可設置一反射層3225，在第二頂面3222上可設置一反射層3226以進一步提高反射效率。

參閱圖8，一種光源42，其包括一發光元件421，一個與發光元件421光學耦合的光學元件422。光學元件422具有一垂直於路面的延伸方向X的縱軸4220，路面11的延伸方向分為+X方向和-X方向。光學元件422包括一底部4221及頂部4222。該底部4221中央位置具有一用於收容該發光二極體421的凹陷4223。該底部4221的外表面4224為一平滑曲面。該頂部4222包括漏斗狀圓錐形頂面4225、4226及垂直側壁4227、垂直側壁4228，頂面4225、4226的內表面為反射面。從發光二極體421發出的光線經由凹陷4223的底面與側面進入光學元件422中，進入底部4221的光線中的大部分會以與縱軸4220幾乎成90度角經由外表面4224射出，而被外表面4224反射的光線會進入頂部4222或被再次反射而經由外表面4224射出。進入頂部4222的光線在頂面4225、4226發生全反射並以與縱軸4220幾乎成90度角經由垂直側壁4227、4228射 出。所以，經由該光學元件422出射的光線中大部分平行於路面11的延伸方向+X或-X，少部分會偏離路面11的延伸方向些許角度，經由該光學元件422出射的光線與路面11的延伸方向-X方向之間的夾角為θ 1，與路面11的延伸方向+X方向之間的夾角為θ 2。

由於，光學元件422的垂直側壁4227相對於路面11的高度小於垂直側壁4228的高度，因此，該發光元件421發出的光線經光學元件422及透光封裝體15出射後沿著路面11在光源42的兩側的光場分佈不對稱的，所以發光元件421發出的光線經由光學元件422出射後的光線與路面的夾角θ 1<θ 2，且θ 1、θ 2在一預定的範圍內，例如：-10度<θ 1<+10度、20度<θ 2<+20度。在此，夾角θ 1、θ 2是指經由該光學元件422出射的發光強度為平面上最大發光強度的50%的光線與路面11的夾角。

請參閱圖9，本發明第二實施例提供第一種光源的照明裝置200，其用於對路面11進行照明，其中，路面的延伸方向為X，該照明裝置200與所述的第一實施例照明裝置100基本相同，其不同之處在于光源22包括一個圓柱狀的基板221及複數個發光元件222，兩個與發光元件222光學耦合的光學元件223、224，所述光學元件223相對於路面11的高度小於所述光學元件224的。光學元件223、224，複數個發光元件222結合於該基板221的圓周側面上，從而形成一個環狀的放射光源使發光元件222產生的光經由光學元件223、224後沿該光源22的側向方向出射。

請參閱圖10、圖11，該光學元件223、224具有一個平行於路面11延伸方向X的中心對稱軸2220，路面11的延伸方向分為-X、+X。該光學元件223具有一個與發光元件222相對的出光面2231。該出光面2231上具有複數個鋸齒狀微結構2232，當然，該微結構也可為其他形狀，如梯形鋸齒狀凸起等，每個微結構2232包括一個第一平面2232a以及一個連接該第一平面2232a的第二平面2232b。該第一平面2232a與該第二平面2232b所成的角度為銳角β 1。該微結構2232可使光均勻分佈於出光面2231上以實現光均勻化。該光學元件224具有一個與發光元件222相對的出光面2241。該出光面2241上具有複數個鋸齒狀微結構2242，當然，該微結構也可為其他形狀，如梯形鋸齒狀凸起等，每個微結構2242包括一個第一平面2242a以及一個連接該第一平面2242a的第二平面2242b。該第一平面2242a與該第二平面2242b所成的角度為銳角β 2，並且，β 2>β 1。該微結構2242可使光均勻分佈於出光面2241上以實現光均勻化。

本實施例中，發光元件222發出的光線主要射向光學元件223、224的出光面2231、2241後進入透光封裝體25後在照明裝置200的側面252處發生折射後偏向路面11延伸方向+X、-X方向射向路面11，並且與路面11延伸方向+X方向的夾角為θ 1，與路面11延伸方向-X方向的夾角為θ 2。由於，光學元件223的出光面2231的微結構2232的第一平面2232a與該第二平面2232b所成的角度β 1小於光學元件224的出光面2241的微結構2242的第一平面 2242a與該第二平面2242b所成的角度β 2，所以，光學元件223的出光面2231的微結構2232的第一平面2232a的傾斜度大於光學元件224的出光面2241的微結構2242的第一平面2242a的傾斜度，故，經由光學元件223出射於路面11的光線的彙聚好於經由光學元件224出射於路面11的光線的彙聚，因此，該發光元件222發出的光線經光學元件223及透光封裝體25出射後沿著路面11在光源22的兩側的光場分佈是不對稱的，即θ 1<θ 2。所以，照明裝置200發出的強光，在來車方向(-X方向)不會直接射向車輛中的駕駛員的眼睛，主要射向路面，而在去車方向(+X方向)，對於車輛中的駕駛員來說能夠進一步看清楚前方路面。

在本實施例中，θ 1、θ 2在一預定的範圍內，例如，-10度<θ 1<+10度、-20度<θ 2<+20度。在此，夾角θ 1、θ 2是指經由該光學元件223、224出射的發光強度為平面上最大發光強度的50%的光線與路面11的夾角。

可以理解地，本實施例中的光源結構不限於此，下面舉例說明不同於本實施例的光源結構。

請參閱圖12，一個光源52，用於對路面11進行照明，其中，路面11的延伸方向為X，其包括一個圓柱狀的基板521及至少一個發光元件522，一個與發光元件522光學耦合的光學元件523，該圓柱狀的基板521具一個垂直於路面11的中心對稱軸5210及第一側面5211及與第一側面5211以中心對稱軸5210對稱的第二側面5212，該第二側面5212延伸方向為路面11的+X延伸方向。該至少一個發 光元件522，光學元件523結合於該基板521的第二側面上從而形成一個半環狀的放射光源使發光元件522產生的光經由光學元件523沿該光源52側向方向出射。

該光學元件523具有一個平行於路面11的延伸方向X的中心對稱軸5230，路面11的延伸方向分為-X、+X。該光學元件523具有一個與發光元件522相對的出光面5231，該出光面5231上具有複數個鋸齒狀微結構5232，當然，該微結構也可為其他形狀，如梯形鋸齒狀凸起等。該微結構5232可使光均勻分佈於出光面5231上且產生光均勻化的效果。發光元件522發出的光線主要射向光學元件523的出光面5231後進入透明封裝體25在照明裝置200的側面252處發生折射後偏向路面延伸方向+X方向射向路面，並且與路面延伸方向+X方向的夾角為θ，且θ在一預定的範圍內，例如，-20度<θ<+20度。在此，夾角θ是指經由該光學元件523出射的發光強度為平面上最大發光強度的50%的光線與路面11的夾角。由於，發光元件522結合於基板521的第二側面5212上，並且第二側面5212延伸方向為路面11的+X延伸方向。所以，由光源52的發出的光線經光學元件523出射後只在路面11的+X延伸方向形成光場。

由於經光源52的發出的光線經光學元件523出射後只在路面11的+X延伸方向形成光場，而在路面11的-X延伸方向無光場形成，因此，在來車方向(-X方向)上就不會對車輛中的駕駛員造成直接的眩光影響。

請參閱圖13，一個光源62，用於對路面11進行照明，其 中，路面11的橫向延伸方向為X，縱向延伸方向為Y，其包括一個圓柱狀的基板621，至少一個發光元件622，一個光學元件623、一個光學元件624。

該圓柱狀的基板621具有一圓周側面6211，該圓周側面6211具有一個幾何對稱中心點O。

發光元件622結合於該基板621的圓周側面6211上，從而形成一個環狀的放射光源。

該光學元件623、624與發光元件622光學耦合並且設置於發光元件622的兩側。該光學元件623、624以該圓柱狀基板621的幾何對稱中心O為對稱點設置於該圓柱狀基板621的側面6211上。該光學元件623、624分別具有一個內表面6231、6241，且內表面6231、6241為反射面，該反射面為圓滑的凸曲面，當然，該反射面也可為平面。

發光元件622發出的光線主要射向光學元件623、624，並且在光學元件623、624的內表面6231、6241處發生反射使光線主要朝發光元件622的一側出射，即發光元件622出射的光線經光學元件623、624後出射向路面11的延伸方向+X、-X方向，並且路面11上的光場分佈以圓柱狀基板621的幾何對稱中心O為中心對稱點對稱分佈，即在路面11的水平面XOY內光場的分佈面積與在路面11的水平面-XO-Y內光場的分佈面積相等，而在路面11的延伸方向-X、+X上光場的分佈是不對稱的。

因此，圖9中所述的照明裝置200設置於相對方向的車道 之間的分隔標線上時，從該照明裝置200發出的光分佈在來車方向即在路面11的水平面XOY、-XO-Y內，不會對車輛中的駕駛員產生直接的眩光影響。

可以理解地，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。

100、200‧‧‧照明裝置

11‧‧‧路面

12、22、32、42、52、62‧‧‧光源

13‧‧‧電力儲存裝置

14‧‧‧太陽能電池

15‧‧‧透光封裝體

121、222、321、421、522、622‧‧‧發光元件

122、223、224、322、422、523、623、624‧‧‧光學元件

221、521、621‧‧‧基板

1220、3220、4220‧‧‧縱軸

2220、5210‧‧‧中心對稱軸

1221、1222、3221、3222 4225、4226‧‧‧頂面

1223、1224、4227、4228‧‧‧側壁

3223、3224、5211、5212‧‧‧側面

4221‧‧‧底部

4222‧‧‧頂部

4223‧‧‧凹陷

2231、2241、5231‧‧‧出光面

2232、5232‧‧‧鋸齒狀微結構

2232a、2242a‧‧‧第一平面

2232b、2242b‧‧‧第二平面

6211‧‧‧圓周側面

6231、6241‧‧‧內表面

O‧‧‧幾何對稱中心

XOY、-XO-Y‧‧‧水平面

-X、+X‧‧‧路面延伸方向

θ、θ 1、θ 2、β 1、β 2‧‧‧夾角

圖1係先前技術中產生眩光的原理示意圖。

圖2係一種現有路燈對路面進行照射的狀態示意圖。

圖3係一種現有路燈的配光曲線圖。

圖4係本發明第一實施例提供的具有第一種光學元件照明裝置的剖面示意圖。

圖5係圖4中照明裝置的配光曲線圖。

圖6係圖4中照明裝置的配光曲線圖。

圖7係本發明第一實施例提供的照明裝置中第二種光學元件的剖面示意圖。

圖8係本發明第一實施例提供的照明裝置中第三種光學元件的剖面示意圖。

圖9係本發明第二實施例提供的具有第一種光源的照明裝置的剖面示意圖。

圖10係圖9中光學元件的示意圖。

圖11係圖9中光學元件的示意圖。

圖12係本發明第二實施例提供的照明裝置中第二種光源的剖面示意圖。

圖13係本發明第二實施例提供的照明裝置中第三種光源的剖面示意圖。

100‧‧‧照明裝置

11‧‧‧路面

12‧‧‧光源

13‧‧‧電力存儲裝置

14‧‧‧太陽能電池

15‧‧‧透光封裝體

121‧‧‧發光元件

122‧‧‧光學元件

1220‧‧‧縱軸

1221、1222‧‧‧頂面

1223、1224‧‧‧垂直側壁

152‧‧‧側面

θ 1、θ 2‧‧‧夾角

Claims (12)

1. 一種照明裝置，其包括：一個光源，該光源包括至少一個發光元件以及一個光學元件，該發光元件發出的光線經過該光學元件偏折向該光源的兩側並沿路面的延伸方向出射，且經由該光學元件出射的光線在該光源的兩側分佈具有非對稱的形式，從該光源的一側出射的光線與路面延伸方向的夾角大於等於-30度或小於等於+30度，而從該光源的另一側出射的光線與路面延伸方向的夾角大於等於-15度或小於等於+15度；一個電力儲存裝置，其與該至少一個發光元件電性連接；一個太陽能電池，其與該電力儲存裝置電性連接，用於將太陽光直接轉化為電能並將電能儲存在該電力儲存裝置中；一個透光封裝體，該光源及該太陽能電池包覆於該透光封裝體中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，從該光源的一側出射的光線與路面延伸方向的夾角大於等於-20度或小於等於+20度，而從該光源的另一側出射的光線與路面延伸方向的夾角大於等於-10度或小於等於+10度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該透光封裝體具有截頂圓錐形輪廓，其具有一頂面及一環繞該頂面的側面，該光源位於該透光封裝體的底部，該太陽能電池與該光源相對地設置於該透光封裝體的頂部且鄰近于該透光封裝體的頂面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該透光封 裝體具有一圓頂結構，該太陽能電池位於該圓頂結構的底部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光學元件包括漏斗狀頂面及兩個不同高度的垂直側壁，該頂面為全反射面，該發光元件設置於該光學元件底部的幾何中心處且與該頂面相對。
6. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光學元件包括漏斗狀頂面及具有兩個不同高度的側面，該頂面為一個具有複數個不同斜率平面的曲面，該發光二極體設置於該光學元件底部的幾何中心處且與該頂面相對，該頂面用以對入射至其上的光線進行全反射，該側面為一平滑曲面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光學元件包括一底部及頂部，該底部中央位置具有一用於收容該發光元件的凹陷，該底部的外表面為一平滑曲面，該頂部包括漏斗狀圓錐形頂面及兩個不同高度的垂直側壁，該圓錐形頂面為全反射面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光學元件進一步包括一個反射層，且該光學元件具有漏斗狀頂面及圍繞該頂面的側壁，該反射層設置於該漏斗狀頂面上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該光源進一步包括一個基板，該光源設置於該基板上，該發光元件與該基板電性連接，該光源、該太陽能電池及該基板均包覆於該透光封裝體中。
10. 如申請專利範圍第9項所述的照明裝置，其中，該光學元件包括一個與發光元件相對的出光面，該出光面上設有複 數個微結構，該複數個微結構可以使光均勻的分佈於出光面。
11. 如申請專利範圍第10項所述的照明裝置，其中，該微結構為鋸齒形條狀凸起，且每個微結構包括一個第一平面以及一個與第一平面相連接的第二平面，該第一平面與第二平面成銳角。
12. 如申請專利範圍第9項所述的照明裝置，其中，光學元件包括一個內表面，該內表面為反射面，該反射面為圓滑的凸曲面，也可為平面，該反射面用於反射光源發出的光線並使其延路面一側射出。