照明器件和燈具的製作方法

2023-07-17 01:25:31

本發明涉及包括管狀體的照明器件，多個固態照明元件適配到管狀體內。

本發明還涉及包括這種照明器件的燈具。

背景技術：

隨著人口的持續增長，越來越難以滿足世界的能源需求以及控制碳排放以抑制被認為是全球變暖現象的原因的溫室氣體排放。這些關注點驅動更加有效地使用電能以試圖減少能源消耗。

一個這樣的關注領域是照明應用，無論是家用還是商業設置。清楚的趨勢是用更加節能的替換品來替換傳統的能源低效的燈泡(諸如白熾燈或螢光燈泡)。確實，在許多管轄區域中，白熾燈泡的製造和銷售被宣告為不合法，由此迫使消費者購買節能的可選物，例如當更換白熾燈泡時。

通過固態照明(SSL)器件來提供尤其具有潛力的可選物，該固態照明器件可以產生白熾燈泡或螢光燈泡的能源成本的幾分之一的單位光輸出。這種SSL元件的示例是發光二極體。

與基於SSL元件的照明器件相關聯的問題是遠不能製造可與諸如白熾燈或螢光燈泡的傳統照明器件相比的外觀的照明器件。由於消費者習慣於這種傳統照明器件的外觀，所以基於SSL元件的照明器件的接受度通常很大程度上取決於當與這種傳統照明器件相比時該設備在操作中的外觀的相似性。與傳統照明器件不同的外觀會阻礙基於SSL元件的照明器件的市場滲入，因為消費者可能不喜歡這種設備的不同外觀。這例如在基於SSL元件的管狀照明器件(諸如管狀燈泡)中存在問題。

在圖1中示出了這種現有技術的管狀照明器件的示例。照明器件10包括管狀體20，其內部空間包括印刷電路板30，多個LED 32以規則的間隔安裝在印刷電路板上。LED 32用作點光源，其可以為照明器件10給出顯著不同於螢光管的外觀(其通常產生基本均質或均勻的發光輸出)的斑點狀發光外觀。

為了使照明器件10產生更均勻的發光輸出，管狀體20可用作漫射器，例如由均勻漫射的塑料形成管狀體20或者通過提供具有漫射器塗層的玻璃或塑料的管狀體20。可進一步期望這種漫射器以防止LED可被直接觀察到，例如防止炫光。然而，可以要求高等級的漫射以生成期望的均勻發光分布。這例如是如果照明器件10包括相對較少數量的LED 32的情況，在這種情況下，LED 32通過相對較大的距離隔開。如果要求這種高水平的漫射，這意味著由LED 32生成的光通常在離開該管狀體之前在管狀體20內反射多次。這會顯著降低照明器件10的光學效率，而這是不期望的。

此外，由於印刷電路板30防止由LED 32生成的光朝向在印刷電路板30下方管狀體20的圓弧部分反射(即，管狀體20的沒有被直接暴露給LED 32的發光輸出的一部分)的事實，近似只有一半的管狀體20的圓周用作光出射窗。圖2示出了圖1的照明器件10的截面光分布圖，以及圖3示出了沿著管狀體20的圖1的照明器件10的光分布圖，清楚看出，由照明器件10產生的發光分布被限制於近似180°的視角範圍內，這是因為橫跨管狀體20的寬度延伸的平面印刷電路板30的存在。

JP 2010-272496(A)公開了一種具有管狀體的LED螢光照射裝置，該管狀體由半透明合成樹脂製成的第一弧形部分和由金屬製成的第二弧形部分組成。具有水平面和一對傾斜面的內壁位於管狀體內，其中水平面被定位為比管狀體中心更接近第二弧形部分。LED發光器件和磷光體安裝在內壁的水平面的上表面上。所生成的螢光從內壁的幾乎所有表面輻射到第一管狀體，使得與圖1的照明器件10相比，在增加的角度分布上產生漫射光輸出。然而，該裝置仍然要求很多的 漫射來得到期望的發光分布，這降低了裝置的效率。

技術實現要素：

本發明尋求提供一種根據開始部分的照明器件，其可以以良好的效率在寬範圍的視場角上產生發光分布。

本發明還尋求提供一種包括這種照明器件的燈具。

根據一個方面，提供了一種照明器件，其包括管狀體，所述管狀體包括安裝在管狀體內的載體，使得管狀體包括：第一內部體積，通過管狀體的第一弧形部分和載體來界定；以及第二內部體積，通過管狀體的第二弧形部分和載體來界定，其中：載體支撐配置為向第一內部體積發射光輸出的多個固態照明元件；並且第一弧形部分包括透明區域和模糊固態照明元件的半透明區域，所述透明區域從半透明區域延伸到載體。載體包括沿著管狀體的長度延伸的中心區域，並且限定其中定位固態照明元件的凹部，凹部防止直接通過第一弧形部分的透明區域觀察到固態照明元件。

本發明基於在淺角度下包括透明區域的實現，即，在載體和管狀體的相會點附近，允許增加以最小的反射逃脫照明器件的光量，從而增加照明器件的發光效率，同時避免由照明器件產生的炫目的大量增加的風險。例如，這可通過成形載體來實現，使得固態照明元件不能夠直接通過透明區域觀察到，或者通過在諸如天花板燈具的燈具中定位管狀照明器件來實現。

在一個實施例中，第一弧形部分包括一對透明區域，每一個透明區域都從半透明區域延伸到載體，所述透明區域相互面對，其中，半透明區域在透明區域之間延伸。通過在載體的任一側上設置透明區域，由SSL元件生成的更多光可以最小反射逃脫管狀體，從而進一步增加照明器件的發光效率。

半透明區域可以實現為管狀體的集成部分，例如通過蝕刻管狀體的一部分或者通過共同擠壓。可選地，半透明區域可以包括位於管狀體的表面部分上的半透明膜。

載體可包括散熱器以確保由SSL元件生成的熱量被有效耗散，從而確保SSL元件在期望的溫度範圍內進行操作。

固態照明元件可安裝在被所述載體支撐的印刷電路板上。可選地，SSL元件可直接安裝在載體上。

在一個實施例中，載體包括面對第一內部體積的反射表面。這增加了被載體反射的光量，使得提高了照明器件的總體發光效率。反射表面可以是鏡面反射或散射反射。

反射表面可包括：中心部分，包括多個開口，每一個都暴露固態照明元件中的一個；一對傾斜第一部分，從所述中心部分延伸並且限定其中定位固態照明元件的溝槽；以及一對第二部分，每一個都從一個第一部分延伸到管狀體。通過在反射溝槽中設置SSL元件，進一步減小了可直接觀察到SSL元件的視場角的範圍，使得可以增加透明部分，從而進一步增加了可直接逃脫管狀體的光量，這進一步增加了照明器件的發光效率。

有利地，第一部分與第二部分成角度至管狀體，使得第一弧形部分在大於180°的角度範圍上延伸。這增加了照明器件輸出光的角度範圍(因為第一弧形部分限定照明器件的光出射部分)，這可以使照明器件進一步改進外觀，並且可進一步增加照明器件的發光效率。

反射表面可實現為是散熱器上的反射層，這具有散熱器本身不必須反射的優勢，從而增加了散熱器的設計靈活性，因為還可以考慮非反射材料。可選地，散熱器本身可以是反射性的，在這種情況下，可以省略反射層。

在一個實施例中，載體還包括一對弧形載體部分，每個弧形載體部分都沿著管狀體的第二弧形部分的一部分延伸。這增加了載體和管狀體之間的接觸表面，可幫助在管狀體內固定載體，並且可增加載體和管狀體之間的熱傳送，這在載體用作散熱器的情況下尤其有利，因為增加的熱傳送意味著散熱器將具有改進的能力，利於在照明器件中包括大量的SSL元件或更大功率的SSL元件。

管狀體可以是玻璃體或塑料體。在管狀體是塑料體的情況下，可 以從聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或它們的混合物中選擇塑料。這種塑料或聚合物可以被製造為具有極好的光學特性以及良好的導熱性，因此尤其適合用作這種管狀體的材料。

在一個實施例中，半透明區域形成管狀體(120)的25-40％，諸如三分之一的所述管狀體。換句話說，半透明區域可在90°-144°的範圍內覆蓋管狀體的弧形部分，因為包括半透明區域的第一弧形部分通常在管狀體的至少180°上延伸，這意味著第一弧形部分的至少大約36°是透明的，以確保照明器件具有期望的發光效率。

照明器件可進一步包括用於驅動多個固態照明元件的驅動電路，所述驅動電路定位在第二內部體積中。這具有驅動電路不能被外部觀察者觀察到的優勢，從而改進了照明器件的外觀。

根據另一方面，提供了一種燈具，其包括根據上述一個或多個前述實施例的照明器件。這種燈具例如可以是照明器件的保持器(例如天花板燈具)或者集成照明器件的裝置。

附圖說明

通過參照附圖的非限制性示例並且更加詳細地描述本發明的實施例，其中

圖1示意性示出了現有技術的管狀照明器件的立體圖；

圖2描繪了圖1的現有技術的管狀照明器件產生的截面發光分布的曲線；

圖3描繪了在管狀體的方向上由圖1的現有技術的管狀照明器件產生的發光分布的曲線；

圖4示意性描繪了根據本發明實施例的照明器件的截面；

圖5示意性描繪了圖4的照明器件的立體圖；

圖6更詳細描繪了圖4的照明器件的方面；

圖7描繪了由圖4的照明器件產生的截面發光分布的曲線；

圖8描繪了在管狀體的方向上由圖7的照明器件產生的發光分布 的曲線；

圖9示意性描繪了根據本發明另一實施例的照明器件的截面；

圖10示意性描繪了根據本發明又一實施例的照明器件的截面；以及

圖11示意性描繪了根據本發明的示例性實施例的燈具的截面。

具體實施方式

應該理解，附圖僅僅是示意性的並且不按比例繪製。還應該理解，在附圖中使用相同的參考標號以表示相同或相似的部分。

圖4示意性描繪了根據本發明實施例的照明器件100的截面，而圖5示意性描繪了照明器件100的立體圖。照明器件100包括容納載體130的管狀體120，其中載體橫跨管狀體120的寬度延伸，從而將管狀體120的內部體積劃分為由載體130和管狀體120的第一弧形部分121界定的第一內部體積102以及由載體130和管狀體120的第二弧形部分124界定的第二內部體積104。

載體130通常承載多個固態照明(SSL)元件32，例如發光二極體。多個SSL元件32可以以任何適當的圖案沿著載體130隔開。例如，SSL元件32可以在管狀體120的長度方向上沿著載體30等距隔開。可通過載體130承載任何適當數量的SSL元件32。在一個實施例中，SSL元件32可以安裝在諸如印刷電路板30的支撐結構上，如圖4所示，可以通過載體130來承載支撐結構。每個SSL元件32可以安裝在獨立的支撐結構上或者至少一個SSL元件32可以共享支撐結構。例如，SSL元件32可安裝在單個支撐結構上。可選地，SSL元件32可直接安裝在載體130上。

在一個實施例中，載體130用作用於多個SSL元件32的散熱器。載體130可由任何適當的材料製成，在載體130用作散熱器的情況下，該材料可以是導熱材料。這種導熱材料的示例包括金屬和合金合金。尤其適合的金屬是鋁，因為鋁比較柔韌，使得載體130可以容易地成形為期望形狀。然而，應該理解，其他適當的導熱材料(諸如其他適 當的金屬)對於本領域技術人員來說是容易得到的，並且任何這些適當的可選可被構思用於根據本發明實施例的照明器件100。

SSL元件32被放置為它們的發光表面面向第一內部體積102。換句話說，SSL元件32被配置為將光發射到第一內部體積102中。為了防止SSL元件32在照明器件100的正常使用中被直接觀察到，管狀體120的第一弧形部分121包括半透明區域122，用於在這種正常使用中模糊SSL元件32。半透明區域122可用作由SSL元件32生成的光的漫射器，使得SSL元件32不能被檢測為獨立的發光點源而是照明器件100將在正常使用中給出均勻的外觀。

在至少一些實施例中，半透明區域122覆蓋管狀體120的圓周的至少25％，諸如圓周的三分之一。在一個實施例中，半透明區域122覆蓋管狀體120的圓周的25-40％，即，在管狀體120的全360°圓周的大約90°至大約145°的角度範圍上延伸，儘管可選範圍可根據照明器件100使用的應用領域而同樣可行。在至少一些實施例中，SSL元件32和半透明區域122相對於管狀體120的垂直對稱面而呈中心布置。

第一弧形部分121還包括至少一個透明區域123(通過虛線表示其邊界)，該透明區域從半透明區域122延伸到載體130。在圖4中，照明器件100包括彼此面對的一對透明區域123，即位於載體130的相對端。在圖4中，相對的透明區域123的尺寸相等。然而，應該理解，這僅僅是非限制性示例，並且一個透明區域123大於另一個同樣可行。相似地，一個透明區域123被半透明區域代替同樣可行，例如，半透明區域122從在載體130的一端處的透明區域123延伸到載體130的另一端。此外，一個或多個透明區域123是圖案化區域(例如包括透明和半透明部分的圖案的區域)同樣可行。其他變形對本領域技術人員來說是顯而易見的。

半透明區域122與一個或多個透明區域123的組合的具體優勢在於，SSL元件32可以以相對較大的距離隔開(即，相對較少數量的SSL元件32可集成在照明器件100中)，因為重度漫射半透明區域122 可用於確保由SSL元件32生成的光被漫射到SSL元件32不再被觀察為獨立的發光電源(光斑)的這種程度。由於至少一個透明區域123的存在，由於大量的光在管狀體120內最少量的反射之後通過至少一個透明區域123離開照明器件100的事實，在用於這種重度漫射半透明區域122的發光效率方面僅存在適度的性能代價，因此減小了這種反射光在照明器件100內被不利地吸收的可能性。

在正常操作中，照明器件100可裝配到諸如天花板支架(armature)的燈具中，其中，半透明區域122將面對照明器件100的任何外部觀察者。從而，這些觀察者不經歷照明器件100的炫目，因為觀察者不直接暴露給SSL 32生成的光。然而，由於照明器件100中至少一個透明區域123的存在，至少一些光可通過至少一個透明區域123離開照明器件100而不被反射或具有最小的反射，從而增加了照明器件100的發光輸出，即提高了照明器件100的發光效率。由於至少一個透明區域123在照明器件100的正常使用期間不直接被外部觀察者看到，所以至少一個透明區域123的存在不會顯著增加這些觀察者面對炫目問題的風險。

在一個實施例中，載體130包括定位SSL元件32的中心區域，該中心區域沿著管狀體120的長度延伸。中心區域可以限定SSL元件32所位於的凹部或溝槽，凹部防止SSL元件32直接通過第一弧形部分121的一個或多個透明區域123被觀察到。此外，載體130可以包括從載體130的中心區域延伸到管狀體120的內壁的部分131。部分131還可以稱為從中心區域延伸的翼。

部分131可以相對於管狀體120的水平對稱面以任何角度從中心區域延伸。然而，在優選實施例中，部分131被成角度為使得它們至少部分地在管狀體120的內壁的方向上在水平對稱面的下方延伸並且遠離該水平對稱面延伸，從而第一弧形部分121在大於180°的角度範圍上延伸，即形成大於一半的管狀體120的弧形表面。這樣的優勢在於一個或多個透明區域123的大小可以增加，使得可以增加可通過這些一個或多個透明區域123離開管狀體120的光量，從而提高照明 器件100的發光效率以及增加由照明器件100產生的角度發光分布，這將在下面更詳細地說明。

在一個實施例中，載體130還包括一對弧形載體部分132，每個弧形載體部分132都沿著管狀體120的第二弧形部分124的一部分從部分131延伸。可包括在載體132的設計中的弧形載體部分132增加了載體130與管狀體120之間的接觸面積。例如，這可期望用於固定管狀體120內的載體130和/或增加載體130與管狀體120之間的熱量傳送，這例如尤其當載體130還用作用於SSL元件32的散熱器時相關。增加的熱量傳送利於使用大量和/或更強大的SSL元件32，因為在這種情況下生成的增加的熱量可以有效地被散熱器消散並經由管狀體120傳送至照明器件100的周圍。

載體130的面對第一內部體積102的表面部分優選是反射性的，以確保由SSL元件32生成通過半透明區域122以及一個或多個透明區域123離開照明器件100的光量被最大化。為此，載體130可以由反射材料製成，諸如拋光金屬或金屬合金，例如拋光鋁。可選地，如圖4和圖5所示，照明器件100可進一步包括安裝在載體130上方的反射層140，使得反射層140位於載體130和第一內部體積102之間。任何適當的反射材料(例如，反射箔等)可用於反射層140。

反射層140優選包括中心部分142，其包括多個開口143，每一個開口都暴露一個所述固態照明元件32。這在圖6中更詳細示出，其中圖6示意性描繪了照明器件100的一部分的立體圖，其中為了清楚而去掉了管狀體120的一部分。反射層140還包括從反射層140的中心部分142延伸的一對傾斜第一部分144。傾斜第一部分144限定固態照明元件所位於的溝槽145。

如前所述，這種溝槽145的目的在於防止SSL元件32直接從照明器件100外觀察到，這例如幫助防止炫目。反射層140可進一步包括一對第二部分146，每個第二部分146都從一個第一部分144延伸到管狀體120。第二部分146可以與載體130的翼部131緊密接觸。從而，每個第二部分146都可以朝向管狀體120與第一部分144成角 度，使得如上面更詳細說明的，第一弧形部分121在大於180°的角度範圍上延伸。

如前所述，可以在載體130包括面對第一內部體積102的反射表面的情況下省略反射層140。另一方面，反射層140的存在允許載體130的形狀和反射層140的形狀的單獨優化。這尤其在載體130和反射層140的對應中心區域中相關，其中，載體130例如可以要求與支撐結構(例如，SSL元件32的印刷電路板30)的形狀匹配的形狀，其中反射層140的中心區域通過中心部分142來限定，並且第一部分144可以成形為使得溝槽145具有期望的光學特性以實現由SSL元件32生成的光在期望的反射角度下的反射，例如通過選擇用於第一部分144的適當傾斜角度。傾斜角度可以定義為管狀體120的水平對稱面與第一部分144的平面之間的角度。

由於具有與SSL元件32的尺寸匹配的尺寸的反射膜140中的中心部分142中的開口143的存在，獨立的反射層140具有SSL元件32可以有效被反射表面包圍的進一步的優勢。從而，由於極大避免了發光設備100內的SSL元件32發射的光的吸收的事實，照明器件100的發光效率被最大化。

第二內部體積104可用於容納用於驅動多個SSL元件32的一個或多個驅動電路150。第二內部體積104通常不能在照明器件100的正常使用期間被看到，使得不需要模糊第二內部體積104，即，界定第二內部體積104的第二弧形部分124可以是透明的，這具有管狀體120可具有由第二弧形部分124和第一弧形部分121的透明部分123形成的單個透明部分。然而，第二弧形部分124至少部分半透明同樣可行。

圖7描繪了圖4至圖6的照明器件100的截面光分布圖，以及圖8描繪了圖4至圖6的照明器件100沿著管狀體20的光分布圖。從圖7的光分布圖中明顯看出，照明器件100能夠以良好的光強度在近似260°的角度範圍上產生光分布，從而表明與現有技術的照明器件(諸如照明器件10)相比提高了照明器件100的發光效率。

應該理解，如上面更詳細解釋的，可以通過改變管狀體120的第一弧形部分121擴展的角度範圍來調整角度發光分布。在一個實施例中，第一弧形部分121擴展的角度範圍被最大化，即，第二內部體積104的尺寸被最小化，使得一個或多個驅動電路150緊緊地裝配到第二內部體積104中，即，第二內部體積104的不被佔用的部分被最小化。如上面更詳細說明的，這可以通過提供部分131(以及反射層140的第二部分146，如果存在的話)與之相應成角度的載體130(以及反射層140，如果存在的話)來實現。

關於這點，注意，管狀體120可以由任何適當的透明材料(諸如玻璃)或適當的聚合物(諸如PC、PMMA和PET)製成。以任何適當的方式來形成半透明區域122，例如通過蝕刻玻璃或聚合物的一部分以形成半透明部分122。可選地，在聚合物管狀體120的情況下，可通過以下方式形成半透明區域122：將漫射顆粒或顏料混合到管狀體120的一部分中以限定半透明區域122，或者通過使用透明聚合物共同擠壓以形成第二弧形部分124和透明區域123以及半透明聚合物來形成半透明區域122。

圖9示意性描繪了照明器件100的另一實施例。圖9所示的照明器件100與圖4至圖6所示的照明器件100相同，除了半透明區域122通過向管狀體120的外部表面部分施加半透明膜160來形成。任何適當的材料都可用於形成半透明膜160。半透明膜160可以任何適當的方式(例如使用粘合劑、通過靜電接合等)粘附至管狀體120的外部表面部分。半透明膜160不是必須施加至管狀體120的外表面部分；圖10示意性描繪了照明器件100的一個實施例，其中，半透明膜160被施加至管狀體120的內表面部分以形成半透明區域122。

在一個實施例中，照明器件100是諸如管狀LED燈泡的管狀燈泡。儘管在任何附圖中都未示出，但照明器件100可在管狀體120的端部處包括蓋或者在管狀體120的相對端處包括一對蓋，用於將照明器件120連接至電源，這是本領域公知的。

根據本發明實施例的照明器件100可有利地包括在燈具中，諸如 照明器件的保持器，例如天花板燈具、用於在櫥櫃等下方裝配的支架、集成照明器件的裝置(例如，抽油煙機)等。圖11示意性描繪了燈具200，其包括裝配在燈具200的殼體210中的多個照明器件100。燈具200還包括光出射窗220，光出射窗220任選地可以包括波束成形裝置，諸如一個或多個透鏡陣列、反射器等。可選地，光出射窗220可簡單地通過殼體210中的開口來形成。殼體210的內表面可以是反射性的，以在除朝向光出射窗220的方向之外的方向上反射離開照明器件100的光，諸如通過對應的透明區域123(在圖4、圖5、圖9和圖10中詳細示出)離開照明器件100的光。

具體地，由於如圖7所示照明器件100能夠在90°角度外生成大量的光量(相對於SSL元件32產生的發光分布的光軸來限定)，所以照明器件100能夠生成向後的光，即朝向殼體210與光出射光220相對的表面，儘管SSL元件32的對應發光表面面對光出射窗220。從而，包括照明器件100的燈具200能夠產生非常類似於由包括傳統銀光或磷光燈管的燈具產生的外觀的外觀，而不經歷所生成的朝向殼體210與光出射窗220相對的表面的光在垂直於該表面的方向上引起的發光效率的損失，猶如具有這種螢光或磷光燈管的情況，因為在這種垂直角度上生成的光被反射回到燈管。

此外，由照明器件100產生的發光分布角度的增加用於照射居所區域(諸如辦公空間、房間、門廳、運動區域等)的多個燈具200的發光輸出中產生更好的均勻性，即使這些燈具200相對較遠地隔開。在非限制性示例中，這種燈具200可以是天花板支架，例如集成在懸置天花板中的支架。這種燈具200的其他示例對於本領域技術人員來說是直接顯而易見的。

應該注意，上述實施例是示意性的而不用於限制本發明，並且本領域技術人員能夠設計許多可選實施例而不背離所附權利要求的範圍。在權利要求中，括號之間的任何參考標號不應解釋為限制權利要求。詞語「包括」不排除權利要求中所列元件或步驟之外的元件或步驟的存在。元件前的詞語「一個」不排除多個這種元件的存在。本發 明可以通過包括多個分立元件的硬體來實施。在包括多個裝置的設備權利要求中，多個這些裝置可以通過同一個硬體實施。在相互不同的從屬權利要求中引用的特定措施的僅有事實不表示這些措施的組合不能用於獲利。