具有LED的光学元件以及包括该光学元件的光源制造技术

本发明专利技术涉及一种光学元件，该光学元件包括：光导，来自设置在该光导一端的光单元中的一个或多个发光二极管的光射入所述光导中；以及反射器，其设置在光导的另一端，能够反射入射到该反射器上的光。该光导还包括棱镜表面，该棱镜表面包括多个棱镜，每个棱镜与该光导的轴向成角度地设置，用于朝该光导的输出端引导从光单元发射的光。本发明专利技术还涉及一种包括依照本发明专利技术的光学元件的光源，该光源被设置用于对采用白炽光源的照明器改装。

Optical element with LED and light source including the optical element

The invention relates to an optical element, the optical element includes a light guide, set in the light of the optical element from the end of one or more of the light emitting diode light into the light guide; and a reflector is arranged at the other end of the light guide, reflecting incident to the reflector on the light. The light guide also includes a prism surface that includes a plurality of prisms each angled to the axial direction of the light guide for guiding light emitted from the light cell toward the output of the light guide. The invention also relates to a light source including an optical element according to the present invention, which is configured for refitting an illuminator using an incandescent light source.

【技术实现步骤摘要】
具有LED的光学元件以及包括该光学元件的光源本申请是申请日为2010年1月5日、申请号为201080004191.9且专利技术名称为“具有LED的光学元件以及包括该光学元件的光源”的专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及照明设计领域。特别地，本专利技术涉及发光二极管（LED）光学元件以及被设置用于对采用诸如灯泡之类的白炽光源的照明器改装（retrofit）的光源。
技术介绍
常规的白炽光源通常通过将电流施加到典型地由钨制成的灯丝而将电流转化成光，将电流施加到灯丝使得灯丝发光。灯丝通常悬挂在玻璃灯泡中心附近，从而提供可以用来照明例如房间的具有径向分布的光。这样的常规白炽光源典型地用在枝形吊灯中。由于发光灯丝的高亮度（~1Mcd/m2）的原因，枝形吊灯中的晶体表现出装饰性的闪烁光效。然而，白炽光源的寿命典型地相对较短，通常限制为灯丝的寿命。此外，玻璃灯泡通常由于灯丝的高温而变得非常热，造成使与玻璃灯泡接触的物体燃烧的潜在危险。利用LED光源替换白炽光源通常减轻或消除上述问题。此外，这样的替换提供了效能的显著增加，所述效能即光源产生的光通量与产生该光通量所需能量（或功率）的量之比。然而，大多数LED仅能够将光发射到半球（立体角2πsr）中，而采用发光灯丝的白炽光源通常将光均匀地发射到整球（立体角4πsr）中。为了克服这个缺点，可以提供一种包括圆柱形光导的光源，该圆柱形光导具有设置在其一端的反射器以及一个或多个LED，所述一个或多个LED设置在另一端并且位于围绕着LED具有反射壁的圆柱状腔内。这样的配置可以允许实现光源的各种各样的光强度分布。然而，这样的配置通常需要层压在腔的内壁上的高反射箔或类似物以便实现光源的高光学效率。另一种类似的方法是利用光导的下部作为反射腔。因此，依照该方法，不需要容纳LED的圆柱状腔。这样的配置通常需要将反射涂层施加到光导的下部。两种方法都可以用于实现具有高光学效率的光源。然而，这样的反射箔或涂层可能增加整个设备的成本，因为可能需要附加的材料以及附加的制造步骤。而且，上述方法通常要求光导的尺寸相对较大，然而，在照明设计中通常希望保持尺寸尽可能地小。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术的一个目的是提供一种能够发射具有类似于白炽光源的光强度分布的光的光学元件，该光学元件具有低成本并且允许与常规的设备相比更容易制造。本专利技术的另一个目的是提供一种具有类似于白炽光源的光强度分布的LED光源，该光源具有低成本并且允许与常规的设备相比更容易制造。这些和其他目的完全或部分地由依照独立权利要求的光学元件和光源实现。依照本专利技术的第一方面，提供了一种包括光透射光导的光学元件，该光透射光导具有输入端、输出端以及它们之间的中心区，该光导沿轴向延伸。所述光学元件还包括：包括至少一个LED的光单元，该光单元被设置成邻近输入端以便将光射入中心区；以及反射器，其被设置成使得至少一部分入射到该反射器上的光被反射。光导被设置成使得其折射率高于光导外部的介质的折射率，并且光导的内部边界表面的至少一部分包括棱镜表面，该棱镜表面包括沿轴向连续地设置的多个棱镜，其中每个棱镜与轴向成角度地设置。包括光导内部边界表面的至少一部分的棱镜表面的棱镜允许将从所述光单元发射的光反射回光导中。这些棱镜与轴向的角度可以被选择成使得从光单元发射并且在棱镜上反射的光的大部分被传送到光导的输出端，而在光导中邻近输入端处发生的光的多次反射最少。棱镜与轴向的角度可以被选择成使得其足够大以便发生入射到棱镜上的光的全内反射。可替换地，每个棱镜在轴向的延伸和/或与轴向的角度通常可以被单独地选择以获得希望的反射角。通过这样的配置，即使在光单元中采用了相对较大尺寸的LED，例如来自首尔半导体的4瓦AcricheLED，光导的尺寸也可以保持为小。另外，所述光学元件不需要任何附加的反射箔或类似物，从而降低了该光学元件的成本和/或简化了其制造。例如，光导的配置允许通过注射成型制造该光导，因为该光导可以被配置成使得沿轴向的棱镜间距（棱镜表面上相邻棱镜之间在轴向的距离）相对较大。例如，光单元于是可以安装到诸如印刷电路板（PCB）之类的衬底上，并且光导可以随后直接安装到PCB上。同时，相比于常规的设备，光导的配置允许维持或改善光学元件的光学效率。另外，依照所述光学元件的配置，不必将光单元设置在反射腔内。因此，光导较低的输入端中的任何多次反射可以基本上被消除，并且从而可以基本上避免将从光单元发射且射入光导中的光反射回光单元。这也允许将光导的尺寸保持为小。依照本专利技术的第二方面，提供了一种光源，其被设置用于对采用白炽光源的照明器改装，包括依照本专利技术第一方面或其实施例的光学元件。因此，提供了一种LED光源，其通常比常规的LED光源更容易制造，同时相比于常规的LED光源维持相同或改进的光学效率。另外，通过这样的配置，提供了一种光源，其克服或减轻了如前所述的常规白炽光源的缺点，也提供了光源效能的显著增加。在本专利技术的上下文中，术语“改装”是指装配到通常用于白炽光源的灯具中，所述白炽光源例如灯丝灯泡、卤素灯等。换句话说，对通常采用白炽光源的照明器改装依照本专利技术的光源是指利用依照本专利技术的光源替换照明器中的白炽光源。另外，在本专利技术的上下文中，术语“光学效率”是指从光学元件（或光源）输出的光通量与设置的光通量的初始量的比值。此外，在本专利技术的上下文中，术语“内部边界表面”是指在光导与光导的直接围绕物之间界面的表面，该表面在光导中具有面向内的法线。依照本专利技术的一个实施例，所述棱镜中的至少一个在轴向的延伸不同于其他棱镜在轴向的延伸。依照本专利技术的另一个实施例，所述棱镜中的至少一个与轴向成角度地设置，该角度不同于其他棱镜与轴向的角度。依照本专利技术的又一个实施例，每个棱镜在轴向的延伸不同于其他棱镜在轴向的延伸。此外，依照本专利技术的又一个实施例，每个棱镜与轴向的角度不同于其他棱镜与轴向的角度。通过上面这四种配置中的每一种，在光单元中采用变化的尺寸和数量的LED方面，实现了适应性的增加，而基本上不使光学元件的制造过程复杂，同时相比于常规的设备仍然维持或改善了光学元件的光学效率。依照本专利技术的又一个实施例，所述棱镜表面被设置成紧邻光导的输入端。通过这种方式，可以进一步最小化光导中邻近输入端处的光的任何多次反射，因为棱镜可以有效地将从光单元发射的大部分光引导到光导的输出端。依照本专利技术的又一个实施例，所述反射器包括下列各项中的一个或多个：金属涂层，例如铝涂层；干涉滤光器，例如多层薄的SiO2和ZrO2层；漫射涂层以及磷光体涂层。通过漫射涂层，可以大大减小所发射的光的亮度，这在一些提高视觉舒适性的应用中可能是希望的。通过施加金属涂层，例如铝，实现了相对廉价然而高反射的表面。依照本专利技术的又一个实施例，在所述反射表面上设置至少一个反射小平面（facet），使得至少一部分入射到该小平面上的光被反射。这样的反射小平面可以用来产生作为用户视角的函数的大量光强度变化。因此，通过这样的配置，可以提供一种光学的发光设备，该发光设备展示出强的依赖于视角的闪烁光效。依照本专利技术的又一个实施例，所述反射器包括至少一个透射部分，所述透射部分被设置成使得至少一部分入射到该透射部分上的光透射通过反射器。依照另一个实施例，该透射部分包括沿轴延伸的通孔。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发射具有类似于白炽光源的光强度分布的光的光学元件（1），包括：光透射光导（2），其具有输入端（2a）、输出端（2b）以及它们之间的中心区（2c），该光导沿轴向延伸；光单元（3），其包括至少一个发光二极管（LED），该光单元被设置成邻近所述输入端以便将光射入到所述中心区中；反射器（4），其被设置成邻近所述输出端并且被设置成使得至少一部分入射到该反射器的反射表面（4a）上的光被反射；以及该反射器的该反射表面是凹入的并且向内弯曲到该光导内，其中：所述光导被设置成使得其折射率高于该光导外部的介质的折射率；该光导紧邻其输入端的内部边界表面的一部分包括棱镜表面（5），该棱镜表面（5）包括用于将从该光单元发射的光的大部分传送到该光导的输出端的多个沿所述轴向连续地设置的棱镜（5a，5b，5c），每个棱镜与所述轴向成角度地设置，使得所述棱镜中的至少一个与所述轴向的角度不同于其他棱镜与所述轴向的角度，并且该光导的该中心区的至少一部分在所述轴向上分隔所述棱镜表面和所述反射表面。

【技术特征摘要】
2009.01.09 CN 20091000262121.一种用于发射具有类似于白炽光源的光强度分布的光的光学元件（1），包括：光透射光导（2），其具有输入端（2a）、输出端（2b）以及它们之间的中心区（2c），该光导沿轴向延伸；光单元（3），其包括至少一个发光二极管（LED），该光单元被设置成邻近所述输入端以便将光射入到所述中心区中；反射器（4），其被设置成邻近所述输出端并且被设置成使得至少一部分入射到该反射器的反射表面（4a）上的光被反射；以及该反射器的该反射表面是凹入的并且向内弯曲到该光导内，其中：所述光导被设置成使得其折射率高于该光导外部的介质的折射率；该光导紧邻其输入端的内部边界表面的一部分包括棱镜表面（5），该棱镜表面（5）包括用于将从该光单元发射的光的大部分传送到该光导的输出端的多个沿所述轴向连续地设置的棱镜（5a，5b，5c），每个棱镜与所述轴向成角度地设置，使得所述棱镜中的至少一个与所述轴向的角度不同于其他棱镜与所述轴向的角度，并且该光导的该中心区的至少一部分在所述轴向上分隔所述棱镜表面和所述反射表面。2.依照权利要求1的光学元件，其中所述棱镜中的至少一个在所述轴向的延伸不同于其他棱镜在所述轴向的延伸。3.依照权利要求1的光学元件，其中每个棱镜的角度被选择成使得入射在所述棱镜上的光经历全内反射。4.依照权利要求1的光学元件，其中每个棱镜在所述轴向的延伸不同于其他棱镜在所述轴向的延伸。5.依照权利要求1的光学元件，其中至...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昀，刘烨，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL