CN102913781B - 发光装置和照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能得到与白炽灯泡类似的照明效果的发光装置和照明装置。发光装置（10）包括作为光源的发光二极管（12）、和由光透射性材料形成的水滴状透明体（20）。水滴状透明体（20）具有被入射从发光二极管（12）出射的光的底面部（20b）、被形成为将从底面部（20b）入射的光全反射的侧面部（20c）、以及在侧面部（20c）全反射后的光所成像的前端部（20a）。<!--1-->

Description

发光装置和照明装置

技术领域

本发明涉及被用于照明或装饰的发光装置，特别涉及使用了发光二极管（LED）的发光装置和照明装置。

背景技术

近年来，随着发光二极管性能的显著提高，其不仅能用于小型的指示器（Indicator）、背光灯等以往的用途，发光二极管还正在被用于店铺照明、装饰照明、甚至家庭用照明。

发光二极管的方向性较强，故难以直接作为白炽灯泡的代替来使用。因此，例如在专利文献1中，公开了一种在发光二极管的周围设置表面被施以蒙砂（フロスト）加工的透光性的外围器件，使得在外围器件的外侧能得到几乎均等的扩散发光的发光装置。

〔在先技术文献〕

〔专利文献〕

〔专利文献1〕日本特开2007－220432号公报

发明内容

〔发明所要解决的课题〕

然而，即使如专利文献1那样在发光二极管的周围设置了外围器件，发光装置的背面方向也几乎没有照射光到达，难以像以往的白炽灯泡那样向全方向照射光。

此外，也考虑利用反射板来使光照向发光装置的背面方向的方法，但在该方法中，成为反射板整体发光那样的照明，难以得到如白炽灯泡的灯丝发光那样的照明效果。

本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种能得到与白炽灯泡类似的照明效果的发光装置和照明装置。

〔用于解决课题的手段〕

为解决上述课题，本发明一个方案的发光装置一种发光装置包括：光源；由光透射性材料形成的透明体，该透明体具有被入射来自光源的光的底面部、被形成为将从底面部入射的光全反射的侧面部、以及在侧面部全反射后的光所成像的成像部。

通过该方案，能在离开实际光源的位置形成假想的发光部，并且使得看不到实际的光源。由此，能实现就宛如白炽灯泡的灯丝那样发亮的照明效果。

透明体可以被构成为将光源形状变形地成像。

透明体可以被构成为将光源形状放大或缩小。

透明体可以还具有被嵌入透明体内部的多个反射体。

透明体可以还包括用于将成像于成像部的光扩散到透明体外部的扩散部。

光源可以是发光二极管。

透明体可以被形成为水滴状。另外，成像部可以位于水滴状的透明体的前端部或其附近。

本发明的另一方案是一种照明装置。该照明装置具有上述的发光装置、和用于控制从发光装置出射的光而形成预定的配光的光学部件。

光学部件可以包括用于将从发光装置出射的光反射向预定方向的反射部。

此外，将以上构成要素的任意组合、本发明的表现形式在装置、方法、系统等之间变换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。

〔发明效果〕

通过本发明，能得到与白炽灯泡类似的照明效果。

附图说明

图1是用于说明本发明实施方式的发光装置的纵剖面图。

图2是用于说明本实施方式的发光装置的发光情况的纵剖面图。

图3是表示光线追踪仿真的结果的图。

图4是表示实际试制出的发光装置的图。

图5的（a）～（d）是用于说明水滴状透明体的设计方法的图。

图6是表示各种各样外形的水滴状透明体的图。

图7是用于说明光源为面光源时的水滴状透明体的设计方法的图。

图8是用于说明发光装置的变形例的图。

图9是用于说明发光装置的另一变形例的图。

图10是表示本发明实施方式的照明装置的图。

图11是表示本发明另一实施方式的照明装置的图。

具体实施方式

图1是用于说明本发明实施方式的发光装置的纵剖面图。如图1所示，发光装置10具有作为光源的发光二极管12、用于为发光二极管12供给电流的电路基板14、支承电路基板14的基部16、接受来自发光二极管12的光的水滴状透明体20、用于在基部16上支承水滴状透明体20的支承部件18。基部16还作为使发光二极管12产生的热散热的散热器来发挥功能。

在图1所示的实施方式中，发光二极管12是表面装配型的发光二极管。表面装配型的发光二极管与炮弹型的发光二极管相比易于安置散热器，故能流过大电流，使之以较高的亮度发光。

水滴状透明体20由丙烯树脂等光透射性材料形成。在此，所谓水滴状，是使大致旋转椭圆体的长轴方向的一端部成为尖细状的形状。水滴状透明体20具有尖细状的前端部20a、形成在大致旋转椭圆体的长轴方向的另一端部的底面部20b、以及形成在前端部20a与底面部20b之间的侧面部20c。底面部20b被制成与水滴状透明体20的中心轴Ax垂直的圆形平面。水滴状透明体20的侧面部20c被形成使得将从底面部20b入射到水滴状透明体20内的光全反射，并在前端部20a附近成像。

水滴状透明体20被配置使得底面部20b位于发光二极管12的发光面上。水滴状透明体20优选被配置使得中心轴Ax与发光二极管12的发光面的中心垂直交叉。在图1所示的实施方式中，发光二极管12的发光面与水滴状透明体20的底面部20b是相抵接的，但也可以相分离。

图2是用于说明本实施方式的发光装置的发光情况的纵剖面图。发光二极管12是面发光的光源，但在此视作点光源进行说明。光从发光二极管12以各种各样的放射角放射。

从发光二极管12放射出的光从底面部20b入射到水滴状透明体20内。入射到水滴状透明体20内的光在侧面部20c全反射后，在前端部20a附近形成线状的像22。形成线状的像22后的光从前端部20a附近的侧面部20c出射到水滴状透明体20外。因此，从外部来看水滴状透明体20时，看起来就像前端部20a附近呈线状发光的样子。线状的像22也可以说是假想的发光部。此外，从底面部20b入射到侧面部20c的光在侧面部20c至少发生1次全反射。因此，从水滴状透明体20外部来看侧面部20c时，看不到发光二极管12。

图3表示光线追踪仿真的结果。如图3所示，可知从水滴状透明体的底面部入射的光在水滴状透明体的前端部附近形成了线状的像。此外，在图3中看到的光源的光是不介由水滴状透明体地直接看到的，不能透过水滴状透明体看到光源的样子。

图4表示实际试制的发光装置。由图4可知，水滴状透明体的前端部就如白炽灯泡的灯丝那样发着光。这样，根据本实施方式的发光装置，通过使用水滴状透明体，能在光源以外的位置形成假想发光部。

例如在如使用通常的LED那样，直接用反射器反射从面发光的LED出射的光时，存在发光面变大，反射器的设计变难这样的课题。此外，目前使用了LED的照明器具被要求高亮度化。为满足该要求，在使用了LED的照明器具中，在1个封装上设有多个LED芯片（也称作“多芯片LED”）。使用多芯片LED，还具有各LED芯片的发光色的不均被平均化、变得不再显眼这样的效果。然而，在如这样使用多芯片LED构成光源的情况下，难以避免发光面的大型化，反射器的设计变难。但通过本实施方式的发光装置，即使光源某程度地较大，也能在水滴状透明体的前端部或其附近集光、成像，能形成任意大小的假想发光部，故以该假想发光部为光源容易设计反射器。由此，使用了表面装配型的大型LED或多芯片LED的筒灯（down light）、聚光灯（spot light）等照明器具的设计变得容易。

此外，在装饰照明领域，明亮型（clear type）的白炽灯泡的需求较多，并且多寻求由白炽灯泡的灯丝发出的光的质感。因此，以往有过将LED元件实际如灯丝那样使用的尝试、以及将安装表面装配型的LED的基台设置成延伸至灯泡的中心部来使之发光的尝试。前者由于难以散热故而寿命较短，有难以制作高亮度的灯泡这样的缺点。此外，后者由于需要将基台设置到灯泡的中心附近，故在明亮型的灯泡中基台会过于显眼，美观上存在问题。关于这一点，本实施方式的发光装置能在远离光源的位置形成类似灯丝的线状的假想发光部，无需特别地升高基台，故美观上问题较少。此外，由于假想发光部与实际的光源是相分离的，故能对实际的光源构建足够的散热方案。

图5的（a）～（d）是用于说明水滴状透明体的设计方法的图。首先，假定如图5的（a）所示那样点光源被置于基板等平面上的状态。并且竖立一条通过点光源的平面的垂线。然后，引出将垂线与平面间的角度n分割的n－1条辅助线。在此，假定引出将垂线与平面间8分割的7条辅助线a1～a7。辅助线a1最靠平面侧，辅助线a7最靠垂线侧。在本说明中为便于理解而进行了等分割，但也可以并非等分割。接着，决定底面部的半径A。该底面部的半径A成为决定水滴状透明体的大小的参数。如图5的（a）所示那样，将自点光源离开半径A的平面上的点记为P1。

然后，如图5的（b）所示那样引一条通过点P1的辅助线b1。在此，连接点光源和点P1的线段与辅助线b1所成的角θ1被设成比水滴状透明体的临界角θc大的值。临界角θc通过水滴状透明体的折射率n1和其外侧的媒质（例如空气）的折射率n2由下式（1）确定。

θc＝arcsin（n2／n1）???（1）

然后，引一条通过点P1的垂直于辅助线b1的辅助线c1。将该辅助线c1与辅助线a1的交点记为P2。

然后，如图5的（c）所示那样引一条通过点P2的辅助线b2。在此，连接点光源和点P2的线段与辅助线b1所成的角θ2被设为比临界角θc大的值。θ1和θ2可以相同，也可以不同。然后，引一条通过点P2的垂直于辅助线b2的辅助线c2。将该辅助线c2与辅助线a2的交点记为P3。之后反复进行同样的作业，最终定出辅助线c9与垂线的交点P9。

连接如上这样定出的点1～点9后，如图5的（d）所示那样水滴状透明体的侧面部的外形就确定了。越加大垂线与平面间的分割数n，就越能使水滴状透明体的外形成为平滑的曲线。另外，近似地，也可以如图5的（d）所示那样用平滑的曲线连接各点。在此说明了横剖面中的水滴状透明体的右侧部分，当然也能同样地设计出左侧部分。

点Pn处的辅助线bn的角度θn只要超过水滴状透明体的临界角θc的角度即可，可以任意设定。通过改变角度θn的值，能如图6所示那样设计出各种各样外形的水滴状透明体。

图7是用于说明光源为面光源时的水滴状透明体的设计方法的图。面光源用横剖面图来看，可以视为多个点光源横向排列的状态。在此，考虑三个点光源A～C横向排列的状态。在该情况下，首先针对中心的点光源B，利用图5的（a）～（d）中所说明的方法描绘出水滴状透明体的右侧侧面部的外形线70。然后，使外形线70向内侧（左侧）方向偏置面光源半径d的量。该偏置后的外形线72成为针对左端的点光源A所设计的外形线。只要设计外形线72使得从左端的点光源A出射的光74发生全反射，从中心的点光源B及右端的点光源C出射的光76因以比光74更大的入射角入射向外形线72，故必然发生全反射。通过同样地设计水滴状透明体的左侧侧面部的外形线，就能设计出面光源时的水滴状透明体。在面光源的情况下，具有水滴状透明体的横向宽度比点光源时更小这样的特征。

图8是用于说明发光装置的变形例的图。如图8所示那样，本变形例的发光装置10在水滴状透明体20内嵌入有多个微小的反射体80。反射体可以是棱镜或反射镜等。反射体80的形状不特别限定，可以取三角形、四角形等多角形状。

在像这样在水滴状透明体20内嵌入了反射体80的情况下，不仅使从发光二极管12入射到水滴状透明体20内的光在前端部20a附近成像，还能使其向各种各样的方向扩散。

图9是用于说明发光装置的另一变形例的图。如图9所示那样，本变形例的发光装置10在前端部20a形成有剖面V字型的凹部82。该凹部82作为用于使成像于前端部20a的光的一部分向透明体外部扩散的扩散部来发挥功能。通过像这样在水滴状透明体20的前端部20a设置凹部82，不仅使从发光二极管12入射到水滴状透明体20内的光在前端部20a附近成像，还能使其向各种各样的方向扩散。

图10表示本发明实施方式的照明装置。如图10所示那样，照明装置100具有图9所示的发光装置10、用于使从发光装置10的凹部82扩散后的光向发光装置10上方反射的抛物线状的反射镜84、以及包围发光装置10和反射镜84周围的透光性的罩部件（未图示）。罩部件的形状可以是与通常的白炽灯泡同样的形状。通过像这样对发光装置10设置反射镜84，能实现发出平行光或聚光等所希望的配光的照明装置。作为这样的照明装置，可以例示筒灯或聚光灯。如上所述通过采用能在不同于实际光源的位置形成假想发光部的发光装置10，即使光源某程度地较大，也能容易地设计反射镜84。

图11表示本发明另一实施方式的照明装置。如图11所示那样，本实施方式的照明装置100在水滴状透明体20的前端部20a连接有光纤86。水滴状透明体20能使光集中到前端部20a，故能使光入射到光纤86的一个端部。此外，在光纤86的另一端部设有小型的水滴状透明体88。从光纤86另一端部入射到水滴状透明体88的底面部的光从设于水滴状透明体88的前端部的凹部90扩散。这样，照明装置100能够作为光纤技术（fiber optics）设备的光源来使用。

在本照明装置100中，光纤86的端部远离于作为实际光源的发光二极管12。因此，不容易受到发光二极管12发出的热的影响，故作为光纤86，能使用廉价且加工简单的塑料制的光纤。

以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员当理解本实施方式只是例示，其各构成要素的组合可以有各种各样的变形例，并且这样的变形例也包含在本发明的范围内。

例如，在上述实施方式中，是形成水滴状透明体的侧面部以使得在前端部附近形成线状的像的，但也可以形成侧面部以使得形成其它形状的像。此外，也可以形成侧面部以使得形成将光源形状缩小或放大了的像。例如在要形成使光源形状缩小了的像的情况下，可以在远离光源的位置设置比原光源亮度高的小的发光部。此外，形成像的成像部并不限定于水滴状透明体的前端部或其附近，可以位于水滴状透明体的任意位置。另外，在上述实施方式中使用了水滴状透明体，但透明体的形状不限于水滴状。只要是具有将从底面部入射的光全反射，并在预定位置成像的侧面部的透明体，可以采用任意形状。

〔标号说明〕

10发光装置、12发光二极管、14电路基板、16基部、18支承部件、20水滴状透明体、80反射体、82凹部、84反射镜、86光纤、100照明装置。

Claims (8)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

光源，和

由光透射性材料形成的水滴状透明体，该水滴状透明体具有被入射来自上述光源的光的底面部、被形成为将从上述底面部入射的光全反射的侧面部、以及在上述侧面部全反射后的光所成像的成像部；

其中，上述水滴状透明体是实心体，具有使大致旋转椭圆体的长轴方向的前端部成为尖细状后的形状；

上述成像部位于上述水滴状透明体的尖细状的前端部或其附近。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述水滴状透明体被构成使得将光源形状变形地成像。

3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述水滴状透明体被构成使得将光源形状放大或缩小。

4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述水滴状透明体还包括被嵌入在透明体内部的多个反射体。

5.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述水滴状透明体还包括用于将在上述成像部成像了的光扩散到透明体外部的扩散部。

6.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述光源是发光二极管。

7.一种照明装置，其特征在于，包括：

权利要求1所述的发光装置，和

用于控制从上述发光装置出射的光而形成预定的配光的光学部件。

8.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，

上述光学部件包括用于将从上述发光装置出射的光反射向预定方向的反射部。