照明裝置和光導(dǎo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種照明裝置和光導(dǎo)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，照明裝置包括光源，該光源包括發(fā)光面、和與沿著垂直于發(fā)光面的方向延伸的軸線同軸設(shè)置的光導(dǎo)。該光導(dǎo)包括：入射面，其面向發(fā)光面；外周面，其被配置成從入射面的外周緣在遠(yuǎn)離光源延伸的方向上突出從而圍繞軸線，并全反射從入射面進(jìn)入光導(dǎo)的來自光源的光；以及中空部，其沿在軸向上設(shè)置在遠(yuǎn)離入射面的位置。中空部包括與軸線平行的第一光擴(kuò)散面，其中外周面上全反射的光沿第一光擴(kuò)散面被引導(dǎo)。
【專利說明】照明裝置和光導(dǎo)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)基于并要求2013年6月11日提交的在先日本專利申請(qǐng)?zhí)?013-123101的 優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本文描述的實(shí)施例一般涉及一種照明裝置和光導(dǎo)。

【背景技術(shù)】
[0004] 在用于通用照明的LED燈的領(lǐng)域，要求光的擴(kuò)散和閃耀遵循（改造）白熾燈泡。具 體而言，存在著對(duì)如在透明電燈泡中一樣從玻璃球體的中心部設(shè)置的點(diǎn)光源大范圍擴(kuò)散光 的強(qiáng)烈要求。
[0005] 然而，LED具有強(qiáng)的指向性，因此如果LED被直接作為光源使用，則LED燈的配光 角狹窄至大約120度。
[0006] 因此，通過使用導(dǎo)光柱大范圍散射從LED發(fā)射的光的LED燈是眾所周知的。常規(guī) 的導(dǎo)光柱沿LED的光軸同軸設(shè)置。
[0007] 導(dǎo)光柱包括入射面和設(shè)置在入射面的相反側(cè)上的末端。散射部件設(shè)置在導(dǎo)光柱的 末端。
[0008] 當(dāng)使從LED發(fā)射的光進(jìn)入導(dǎo)光柱的入射面時(shí)，入射光穿過導(dǎo)光柱的內(nèi)部被引導(dǎo)到 散射部件并透過散射部件，而入射光同時(shí)在散射部件上被反射。由此，已經(jīng)透過導(dǎo)光柱并由 導(dǎo)光柱散射的光從導(dǎo)光柱的末端被發(fā)射和擴(kuò)散。
[0009] 當(dāng)光被散射部件散射的次數(shù)增加時(shí)，使用上述導(dǎo)光柱的LED燈的配光角增加。
[0010] 然而，當(dāng)散射部件被使用時(shí)，一部分散射光在發(fā)光模塊的方向上穿過導(dǎo)光柱返回， 并被發(fā)光模塊吸收。在普通散射部件中，內(nèi)部散射顆粒略微吸收光。因此，當(dāng)散射發(fā)生更 多次時(shí)，光以更高的比例被發(fā)光模塊和散射部件吸收。
[0011] 結(jié)果，光以改進(jìn)的方式擴(kuò)散，而整個(gè)LED燈的光源效率惡化。由此，仍然存在著有 效使用從LED發(fā)射的光的改進(jìn)余量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種照明裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的光分布并且 同時(shí)能夠改進(jìn)光源效率。
[0013] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，照明裝置包括光源，該光源包括發(fā)光面、和與沿著垂直于發(fā)光面 的方向延伸穿過發(fā)光面的形心的軸線同軸設(shè)置的光導(dǎo)部件。該光導(dǎo)部件包括：入射面，其面 向發(fā)光面；外周面，其被配置成從入射面的外周緣在遠(yuǎn)離光源延伸的方向上突出從而圍繞 軸線，并全反射從入射面進(jìn)入光導(dǎo)部件的光；以及中空部，其沿軸線的軸向設(shè)置在遠(yuǎn)離入射 面的位置。中空部包括與軸線平行的第一光擴(kuò)散面，其中外周面上全反射的光沿第一光擴(kuò) 散面被引導(dǎo)。
[0014] 具有上述結(jié)構(gòu)的照明裝置能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的光分布并且同時(shí)能夠改進(jìn)光源效率。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種與沿垂直于發(fā)光面的方向延伸的軸線同軸設(shè)置、并 使從發(fā)光面發(fā)射的光能夠透過的光導(dǎo)，包括：入射面，其面向發(fā)光面；全反射面，其在遠(yuǎn)離 發(fā)光面延伸的方向上從入射面的外周緣延伸從而圍繞軸線，并被配置成全反射從入射面進(jìn) 入光導(dǎo)的光；以及中空部，其沿軸向設(shè)置在遠(yuǎn)離入射面的位置，并包括與軸線平行的第一光 擴(kuò)散面，其中在外周面上全反射的光被引導(dǎo)到第一光擴(kuò)散面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是不出根據(jù)第一實(shí)施例的LED燈的局部截面的剖視圖；
[0017] 圖2是示出第一實(shí)施例中光導(dǎo)部件和C0B型發(fā)光模塊之間位置關(guān)系的剖視圖；
[0018] 圖3是用在第一實(shí)施例中的發(fā)光模塊的剖視圖；
[0019] 圖4是第一實(shí)施例中第一光擴(kuò)散面的描述中提到的圓柱形導(dǎo)光柱的透視圖；
[0020] 圖5是示出對(duì)從第一實(shí)施例中圓柱形導(dǎo)光柱的外周面發(fā)射的整個(gè)光通量執(zhí)行射 線追蹤模擬的結(jié)果的圖；
[0021] 圖6是示出已經(jīng)從第一實(shí)施例中的入射面進(jìn)入光導(dǎo)部件的光線的路徑的圖；
[0022] 圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的LED燈的側(cè)視圖；
[0023] 圖8是示出第二實(shí)施例中使用的光導(dǎo)部件的局部截面的側(cè)視圖；
[0024] 圖9是第二實(shí)施例中使用的光導(dǎo)部件的末端的剖視圖；
[0025] 圖10是第二實(shí)施例中使用的光擴(kuò)散體的剖視圖；
[0026] 圖11是示出第二實(shí)施例中光導(dǎo)部件的外周面上反射的光線的路徑的圖；
[0027] 圖12是示出已經(jīng)透過第二實(shí)施例中光導(dǎo)部件的光的分布的圖；
[0028] 圖13是根據(jù)第三實(shí)施例的LED燈的側(cè)視圖；
[0029] 圖14是第三實(shí)施例中使用的光導(dǎo)部件的剖視圖；并且
[0030] 圖15是示出已經(jīng)從第三實(shí)施例中的入射面進(jìn)入光導(dǎo)部件的光線的路徑的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 在下文中將參考附圖描述各種實(shí)施例。
[0032] 第一實(shí)施例
[0033] 在下文中，將參考圖1、2、3、4、5和6描述第一實(shí)施例。
[0034] 圖1是示出作為照明裝置示例的LED燈的局部截面的側(cè)視圖。圖2是示出光導(dǎo)部 件和C0B型發(fā)光模塊之間位置關(guān)系的剖視圖。圖3是發(fā)光模塊的剖視圖。圖4是第一光擴(kuò) 散面的描述中提到的圓柱形導(dǎo)光柱的透視圖。圖5是示出對(duì)從圓柱形導(dǎo)光柱的外周面發(fā)射 的整個(gè)光通量執(zhí)行模擬的結(jié)果的圖。圖6是示出從入射面進(jìn)入圓柱形導(dǎo)光柱的光線的路徑 的圖。
[0035] 圖1公開了一種具有例如類似于透明型枝形吊燈燈泡的形狀的LED燈1。該LED 燈1包括燈體2、球體3、COB (板上芯片）型發(fā)光模塊4、照明電路5、和光導(dǎo)6作為主要構(gòu) 件。
[0036] 燈體2是由諸如鋁的具有比鐵更優(yōu)良的熱導(dǎo)率的金屬材料制成，并且還充當(dāng)散熱 器。燈體2是形狀大致為圓柱狀的構(gòu)件，其具有一端和另一端，并被成形為具有從一端向另 一端逐漸增加的直徑。
[0037] 具有E形狀的基座7安裝到燈體2的一端。凹部8形成于燈體2的另一端的中心 部。凹部8設(shè)置在燈體2的中心軸上。凹部8的內(nèi)周面被最終加工為例如白色的光擴(kuò)散面 8a〇
[0038] 球體3通過使用例如透明的合成樹脂材料（諸如丙烯酸類樹脂（acryl))或透明 玻璃被形成為大致圓錐狀形狀。球體3包括具有球形形狀的頂部3a、和面向頂部3a的開口 端部3b。開口端部3b限定球體3的最大直徑，并與燈體2的另一端同軸連接。
[0039] 根據(jù)本實(shí)施例，包括基座7和球體3的燈體2彼此配合形成類似于枝形吊燈燈泡 的外部形狀。
[0040] 球體3并不僅僅局限于錐形，也可以是半球形。此外，球體3可以可替換地由例如 乳白色合成樹脂材料制成，以使球體3可擴(kuò)散光。
[0041 ] 發(fā)光模塊4是LED燈1的光源，并被包含在燈體2的凹部8中。如圖3所示，發(fā)光 模塊4包括絕緣襯底10、多個(gè)發(fā)光二極管11、框架12、和密封材料13。
[0042] 絕緣襯底10是方形，其每個(gè)邊的長(zhǎng)度是例如3. 2_，并通過螺紋連接等固定于凹 部8的底面。此外，絕緣襯底10通過例如導(dǎo)熱脂熱連接到凹部8的底面（燈體2)。
[0043] 發(fā)光二極管11是半導(dǎo)體發(fā)光器件的示例，并以矩陣形式排列在絕緣襯底10上?？?架12粘接到絕緣襯底10的外周部，并包圍發(fā)光二極管11。
[0044] 密封材料13是包含熒光顆粒的透明或半透明樹脂材料。密封劑13被填充在框架 12包圍的區(qū)域中，以便覆蓋全部發(fā)光二極管11。
[0045] 密封材料13中包含的熒光顆粒通過從發(fā)光二極管11發(fā)射的光被激勵(lì)，并發(fā)射從 發(fā)光二極管11發(fā)射的光的互補(bǔ)色的光。結(jié)果，從發(fā)光二極管11發(fā)射的光和從熒光顆粒發(fā) 射的光在密封材料13內(nèi)部混合形成白光。該白光從密封劑13的表面射出。
[0046] 因此，密封材料13的表面構(gòu)成發(fā)射平面光的矩形發(fā)光面14。根據(jù)本實(shí)施例，從發(fā) 光面14發(fā)射的光是波長(zhǎng)為400nm至800nm的可見光，盡管光的波長(zhǎng)并不局限于該波長(zhǎng)。
[0047] 如圖1和2所示，發(fā)光模塊4具有作為其軸的直線光軸01。該光軸01沿垂直于發(fā) 光面14的方向延伸穿過發(fā)光面14的中心或中心附近。
[0048] 發(fā)光面14的中心對(duì)應(yīng)于發(fā)光面14的形心。因此，中心可以在發(fā)光面14上的區(qū)域 外（下文中，短語(yǔ)"面上"只在意指"面的部分"）。例如，在發(fā)光面具有環(huán)形形狀的情況下， 其中心是限定發(fā)光面的環(huán)形形狀的外圓或內(nèi)圓的中心，且并不存在于發(fā)光面上。
[0049] 從發(fā)光面14發(fā)射的光的光分布幾乎關(guān)于光軸01對(duì)稱。具體而言，發(fā)光面14具有 接近例如朗伯型的光分布，盡管光分布并不局限于該類型。
[0050] 此外，在本實(shí)施例中，光軸01的常規(guī)方向被限定為沿光軸01從發(fā)光面14引出的 光的方向。沿光軸01引出的光的方向是分布角為〇度處的方向，并對(duì)應(yīng)于從發(fā)光面14朝 向球體3的外法向量。
[0051] 照明電路5是用于將恒定電流提供給發(fā)光模塊4的構(gòu)件。照明電路5被包含在燈 體2的內(nèi)部，并與基座7和發(fā)光二極管11電連接。
[0052] 如圖1所示，光導(dǎo)6被包含在球體3的內(nèi)部，以便面向發(fā)光模塊4的發(fā)光面14。本 實(shí)施例的光導(dǎo)6包括導(dǎo)光柱16和光擴(kuò)散體17。
[0053] 導(dǎo)光柱16是光導(dǎo)部件的不例，并設(shè)置成與光軸01同軸。此外，導(dǎo)光柱16具有關(guān) 于光軸01旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀。本文的術(shù)語(yǔ)"旋轉(zhuǎn)對(duì)稱"意指當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度小于360度時(shí)，圍繞 光軸01旋轉(zhuǎn)的物體的形狀對(duì)應(yīng)于該物體在初始位置（未旋轉(zhuǎn)）的形狀。在本實(shí)施例中，導(dǎo) 光柱16具有直圓柱形。
[0054] 導(dǎo)光柱16由例如透明丙烯酸類樹脂制成。丙烯酸類樹脂的折射率n為1. 49。導(dǎo) 光柱16并不局限于丙烯酸類樹脂，還可以是使可見光能夠透過的諸如聚碳酸酯或玻璃的 透明材料。對(duì)于導(dǎo)光柱16的材料沒有特殊的限制。
[0055] 如圖1和2所示，導(dǎo)光柱16包括入射面18、外周面19、末端面20、和中空部21。
[0056] 入射面18是垂直于光軸01的平坦圓形面，并面向發(fā)光模塊4的發(fā)光面14。入射 面18具有比發(fā)光面14更大的形狀。此外，入射面18包括入射面與光軸01相交的點(diǎn)07。
[0057] 外周面19沿遠(yuǎn)離發(fā)光模塊4延伸的方向延伸，以便從入射面18的外周緣同軸地 圍繞光軸01。外周面19與光軸01平行延伸。外周面19可充當(dāng)將從入射面18進(jìn)入導(dǎo)光 柱16的發(fā)光二極管11的光全反射的全反射面。作為全反射面的外周面19被最終加工為 平滑光滑面。
[0058] 相對(duì)于外周面19實(shí)現(xiàn)全反射的臨界角0?？赏ㄟ^使用導(dǎo)光柱16的折射率n被表 示為如下：
[0059]

【權(quán)利要求】
1. 一種照明裝置，包括： 光源，其包括半導(dǎo)體發(fā)光元件和配置成發(fā)射光的發(fā)光面；W及 光導(dǎo)部件，其與沿垂直于所述發(fā)光面的方向延伸的軸線同軸設(shè)置，所述光導(dǎo)部件被配 置成使光能夠透過，其中 所述光導(dǎo)部件包括： 入射面，其面向所述發(fā)光面； 外周面，其在遠(yuǎn)離所述光源延伸的方向上從所述入射面的外周緣延伸從而圍繞所述軸 線，并被配置成全反射從所述入射面進(jìn)入所述光導(dǎo)部件的光；W及 中空部，其沿軸向設(shè)置在遠(yuǎn)離所述入射面的位置，并包括與所述軸線平行的第一光擴(kuò) 散面，其中在所述外周面上全反射的光被引導(dǎo)到所述第一光擴(kuò)散面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述光導(dǎo)部件具有沿所述軸向延伸并且關(guān)于所述軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述光導(dǎo)部件還包括設(shè)置在所述中空部中的光擴(kuò)散體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中 所述光擴(kuò)散體具有第二光擴(kuò)散面，其面向所述光導(dǎo)部件的所述第一光擴(kuò)散面并與所述 軸線平行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明裝置，其中 在所述第一光擴(kuò)散面和所述第二光擴(kuò)散面之間設(shè)有空氣層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中 所述光擴(kuò)散體包括實(shí)也的后部和圍繞所述后部的圓柱部； 在所述圓柱部的外周面和所述第一光擴(kuò)散面之間設(shè)有第一空氣層，W及 在所述圓柱部的內(nèi)周面和所述后部的外周面之間設(shè)有第二空氣層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述第一光擴(kuò)散面被包括在所述光導(dǎo)部件的內(nèi)部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述中空部包括按照在從所述第一光擴(kuò)散面朝向所述發(fā)光面的方向上接近所述軸線 的方式傾斜的擴(kuò)散區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述光導(dǎo)部件的所述外周面包括有限區(qū)域，所述有限區(qū)域圍繞所述中空部，并按照在 整個(gè)所述有限區(qū)域上隨著距所述光源的距離的增大而接近所述軸線的方式傾斜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述光導(dǎo)部件的所述外周面具有按照在垂直于所述軸線的方向上變寬的方式彎曲的 形狀，并且所述入射面按照朝向所述中空部凹陷的方式彎曲。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，還包括： 覆蓋所述光導(dǎo)部件的球體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其中 包括所述第一光擴(kuò)散面的所述中空部被設(shè)置在所述球體的中也部。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明裝置，其中 從所述第一光擴(kuò)散面沿垂直于所述軸線的方向到所述軸線的距離為Ri， 從包括所述第一光擴(kuò)散面的所述外周面沿垂直于所述軸線的方向到所述軸線的最大 距離為尺2， 所述第一光擴(kuò)散面沿所述軸線的軸向的長(zhǎng)度為以^及 所述光導(dǎo)部件的全反射臨界角為0。， 則所述第一光擴(kuò)散面滿足表達(dá)式 L > 2 化-Ri) tan 0 C... (2)， 并且 在所述光導(dǎo)部件的折射率為n的情況下，所述光導(dǎo)部件的臨界角0 e滿足表達(dá)式 6*c = sin_i _ ...(I)。 ynj
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的照明裝置，其中 在沿包括所述軸線的平面切開所述光導(dǎo)部件的情況下，所述光導(dǎo)部件的所述外周面具 有該樣的形狀：在從所述外周面上的任意點(diǎn)朝向軸線延伸的法向量和朝向所述發(fā)光面的外 邊緣延伸的向量之間限定的角度不小于臨界角0C。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明裝置，其中 所述外周面上的點(diǎn)包括：所述法向量W直角與所述軸線相交、且與所述軸線的距離被 最大化的點(diǎn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 所述光導(dǎo)部件的所述第一光擴(kuò)散面具有沿所述軸線的軸向設(shè)置在所述入射面的相反 一側(cè)的末端；W及 在沿包括所述軸線的平面切開所述光導(dǎo)部件、W及從所述發(fā)光面的外周緣上的點(diǎn)沿垂 直于所述軸線的方向到所述軸線的距離為Rs的情況下，從所述第一光擴(kuò)散面的末端沿所述 軸線的軸向到所述發(fā)光面的距離H滿足表達(dá)式 H > (2R2+R3-R1) tan 0 C- (4)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明裝置，其中 在所述發(fā)光面的發(fā)光面積是C的情況下， 所述距離Rs滿足表達(dá)式 巧3 = …巧)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明裝置，其中 沿包括所述軸線的平面切開所述光導(dǎo)部件， 與所述軸線相交的線段的交點(diǎn)被取為原點(diǎn)，所述線段與所述軸線垂直、并從所述入射 面的所述外周緣延伸， 從所述原點(diǎn)沿所述軸線發(fā)射光的方向?yàn)榉较騔， 垂直于所述方向Z并從所述原點(diǎn)沿所述發(fā)光面延伸的方向?yàn)榉较騒， 從X軸上最接近所述發(fā)光面的外周緣的點(diǎn)到所述入射面上的任意點(diǎn)的距離為1，W及 從所述發(fā)光面的所述外周緣沿垂直于所述軸線的方向到所述軸線的距離為Rs, 則所述光導(dǎo)部件的所述外周面由W下表達(dá)式限定： X = Iexp (tan 目 a ?) cos ? -民3 Z 二 Ie邱（tan 目 a 0) sin 0 …（23)， 參數(shù)?是被包括在范圍〇^0<;，..(24)中的有限區(qū)域， 實(shí)常數(shù)9。滿足表達(dá)式 6,含白"< I …(25)， W及實(shí)常數(shù)1為 1 > 2IV" (26)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中 在所述第一光擴(kuò)散面沿所述軸線的軸向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的情況下， 所述光導(dǎo)部件滿足表達(dá)式 1<-.-―,-< 16...(27)"
20. -種與沿垂直于發(fā)光面的方向延伸的軸線同軸設(shè)置、并使從所述發(fā)光面發(fā)射的光 能夠透過的光導(dǎo)，包括： 入射面，其面向所述發(fā)光面； 全反射面，其在遠(yuǎn)離所述發(fā)光面延伸的方向上從所述入射面的外周緣延伸從而圍繞所 述軸線，并被配置成全反射從所述入射面進(jìn)入所述光導(dǎo)的光；W及 中空部，其沿軸向設(shè)置在遠(yuǎn)離所述入射面的位置，并包括與所述軸線平行的第一光擴(kuò) 散面，其中在所述外周面上全反射的光被引導(dǎo)到所述第一光擴(kuò)散面。
【文檔編號(hào)】F21V8/00GK104235644SQ201410258924
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月11日
【發(fā)明者】大野博司, 山本雄一郎, 加藤光章, 久野勝美 申請(qǐng)人:株式會(huì)社 東芝