TW200846599A - Lighting device comprising at least one LED - Google Patents
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Description
200846599 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種包括至少一 LED及至少一包括該至少 一LED之準直器結構的照明裝置。本發明特別關於一種包 括複數個此種結構的照明裝置。 【先前技術】 本技術中包括複數個發光二極體（led)的照明裝置係已 知。例如，W02006/045897描述一種實施於一單板中的發 光裝置陣列。該發光裝置包括一發光二極體及一反射表 面。在此裝置中，該發光二極體係調適以發射一發散光束 至一方向中，且該反射表面係調適以將自該發光二極體發 射的光實質上導引至此方向中。另外，美國專利第 2005/0265029 (W02005/1193 14)描述一種包括安裝在一基 板上之發光二極體陣列的發光二極體。該等LED發射一通 常垂直於基板之方向中的光。一光學板係佈置該等led 上。自該等LED進入光學板其一側的光的至少一部分係引 導至該光學板通常平行於該基板的一方向中。光擷取特徵 導引來自該光學板於一通常前向方向中的光。此一陣列對 於數個包括空間照明、液晶顯示器的直接資訊顯示及背光 之應用係有益的。該光學板之光擴展效應減少led像素之 間的黑色空間量。 【發明内容】 此些先前技術燈具有一或多個缺點’其係具有一複雜的 結構或使用相對較複雜的構件以獲得—發射在所需方向中 I28736.doc 200846599 不（輕易地）允許該 不同LED之光的混 之光的裝置。另外，先前技術裝置可能 裝置或包括LED陣列之顯示器單元中之 合0 本發明的一目的係提供一替代性昭 ^ ^ /+ ^ …明裝置，其較佳係進
^消除上述-或多個缺點。在—特定具體實施例中，本 ::的-目的係提供一照明褒置’其中於使用期間眩光可 、貝上不存在或極低。在另_特定具體實施例中，本發明 的-目的係提供-照明裝置，其中在該照明裝置中不同 咖的光可以混合’藉此減少例如對於—觀察者而言顯而 易見的"分類（binning)·，效應，且因此減少可能的不需要效 應；不同的LED可具有不需要的輕微不同發射特性，如特 別輕微的不同色彩及/或允許具有不同色彩之led的使用， 且該等LED的光可充分混合。 根據本發明的第一態樣，_照明裝置包括至少一 [ED及 至少一包括該至少一 LED的結構，其中·· a· 該結構具有一正面及一背面； b.該結構進一步包括一凹部，其配置以提供在該正面中 的一開口，該凹部具有一凹部底部及一凹部高度，該凹部 進一步係配置以包括該LED ; c·該LED係位在該凹部的凹部底部且配置以發射透過該 正面中該開口的光；以及 d.该結構進一步包括一沿周圍環繞該凹部的狹縫，及提 供一具有一邊緣的截面錐狀元件；其中該截面錐狀元件的 半徑（r)係配置成在該LED至该正面中的方向增加，且其中 128736.doc 200846599 該截面錐狀元件包括一透明材料。 尤其係，提供一照明裝詈， .^ ^ 其中該照明裝置包括複數個 此等結構。以此方式，一昭 一止# …、月裝置（或照明器具），例如以 一光磚（light tile)的形式， ，、有例如一二或三維LED陣 列（或其他型式或配置， 七夕7 万开/ 八角形、隨機配置或兩 或夕個此等配置的組合）。
根據本發明的照明裝置具有優點為，其係一相對較簡單 =糸統，具有相對較少的光學組件，允許一高亮度裝置實 質亡無眩光。其進-步可能混合不同LED的光。其更可能 獲知，、、、明衣置’其中當使用時，個別的LED再也看不見 且該‘％明裝置及其光係經歷為—種光碑。另外，其亦可能 將光量調諧導引到正面、背面及側面方向。 【實施方式】 本發明提供一種照明裝置！，其包括至少一 LED〗〇。縮 寫「LED」（發光二極體）在此指複數個led。例如，可使 用一多色LED或一多LED(multiLED)，其可產生白色及/或 有色光。使用在本發明中的LED 1〇可包括任何已知的 LED，包含多色LED、磷光體LED組合（如一藍色LED配置 以照亮一發黃光之磷光體塗層或一含磷光體塗層，藉此提 供白光）’如熟知本技術者人士所熟知般。led 1〇可為， 例如，一頂部LED或側邊led(側邊發射LED)。亦可使用 發射白光及/或有色光的商用LED 10。 該照明裝置係基於一包括LED 10之結構單元（參見下文） 及一特定準直器30。此準直器30進一步亦指示為截面錐狀 I28736.doc 200846599 元件3〇，或者是由於其可為一分離體，亦可作為截 體3〇〇(參見下文）。於圖la至圖le中詳細解說該截面錐狀元 件30。名詞，，截面錐"為本技術中所為人所知且參照—具
由-交又平面所切斷之頂點的圓錐體。一般而言:、該= 千面係平行於基底。此一截面錐亦名為”平截頭體 (frustum)”。事實上，於此處所描述的具體實施例中，該 截面錐狀元件30(或截面錐狀體）具有一截錐體的形狀，^ 一平行交又平面及基底。-截面錐具有_底面(基底）及一 頂面（削切頂點的交叉平面），其中前者大於後者，且其中 爾者的半徑大於後者的半徑。然而，圖la_示該截面錐狀 元件30為上下顛倒的，其具有一底面32及一頂面％。另 外，該截面錐狀元件3〇具有一邊緣34及一高度以、一於頂 面33處的最小直徑d2及一於底面32處的最大直徑以。在本 發明中，邊緣34可為彎曲的、平直的或有小面的，因此使 用名詞「錐狀」。邊緣34較佳係彎曲或平直的，更佳為平 直的。另外，截面錐30可具有一不同形狀，例如，底面32 及頂面33皆可具有一橢圓形，藉以提供一具有橢圓形的截 面錐狀元件30。此處亦針對此理由而使用名詞"錐狀，，。其 他不同的形狀亦為可行。截面錐狀元件3〇較佳係不要呈不 同的形狀且係一截錐體，其視需要具有一彎曲或小面邊緣 34 〇 在不思圖la至lc中，邊緣34係繪示為一平直邊緣，但是 本發明並未限制於此一平直邊緣截面錐狀元件3〇。此處， 角度α指示邊緣34相對於一正交於底面32或頂面33的角 128736.doc 200846599 度。角度OC將會小於90。且大於0。，但其較佳係在1〇。至8〇。 的範圍中，更佳係在15。至45。的範圍中。此允許該LED或 该等LED 10一相對較窄的光分佈，即一良好準直，藉此減 )眩光（亦參見下文）。該戴面錐狀元件3〇進一步具有一孔 洞135，自頂面33延伸至底面32,藉以提供底面32及頂面 33中的開口。該孔洞135係配置以包括該[£1) 1〇，即其 具有允許LED 10至少部分位在該孔洞135中的尺寸，較佳 係允許該LED全部位在該孔洞135中，如圖“示意性所 >|n ° 該孔洞135包括一具有高度h2的孔壁3 1。此孔壁3丨可為 平直、彎曲或有小面的。孔洞135較佳係具有一圓筒形， 或亦為一截面錐狀，且具有一直徑d3。於前者情況中，直 徑d3實質上對於孔洞135的高度h2從頭到尾保持不變；在 後者情況中，直徑d3可根據高度h2而改變，其中直徑们於 自頂面33至底面32的方向中增加。孔壁31較佳係垂直於底 面32(及頂面33)，即直徑d3實質上對於高度匕從頭到尾保 持不變。然而，孔壁31亦可配置在一相對於一正交於底面 32的角度δ。角度δ較佳係在80。至1〇〇。的範圍中，更佳係 在90。至100。的範圍中。當9〇。<5<18〇。時，孔洞135的孔壁 3 1具有一截面錐狀。 該截面錐狀元件30具有一可變半徑r，於頂面33有一最 小半徑r2及與底面32有一最大半徑rl(如同熟知本技術人士 所知，此亦可應用在橢圓形的截面錐狀元件3〇 ;該截面錐 狀元件30在此進一步描繪為截錐體）。該截面錐狀元件⑽ I28736.doc -10- 200846599 的半徑r係配置成在自頂面33至正面32的方向中增加。另 外，於頂面33處，該截面錐狀元件3〇具有一自孔壁31至邊 緣34的距離X’即，截面錐狀元件3〇於頂面33處的壁寬（亦 參見下文)。 圖la(及1c)中的截面錐狀元件3〇圍住一 LED 。該 〇係配置以發射在底面3 2之開口方向中的光。孔洞13 5中 該led的最高點係指示為LED頂部13 ;而最低點係指示為 LED底部12。可自圖U至lc中推知，所描繪的配置係一具 有一準直器配置的LED。因此，該截面錐狀元件3 〇於此處 亦指示為準直器30。然而，該截面錐狀元件3〇係一具有孔 洞135的「塊狀」準直器。該準直器3〇的材料係透明的。 因此，本發明亦提供一透明準直器或截面錐狀元件3〇(此 處亦指示為截面錐狀體300，參見下文）。以此方式，LED 光可透過孔洞135(及透過正面32中的開口）逸出，但是該光 的部分亦可透過孔壁31進入準直器30。LED光進入該準直 器30的部分可於正面32離開該準直器3〇，例如，於面“反 射之後（由於全内反射（TIR))。然而，LED光進入該準直器 30的部分亦可於面34離開該準直器30。此進一步顯示於圖 3中，參見下文。因此，該準直器或截面錐狀元件3〇係透 明的，即，其本質上由一（實質）透明材料組成。 所使用的透明材料，例如可自玻璃、聚甲基丙烯酸 (PMA)，聚甲基丙烯酸甲酯（pmma) (Piexiglas或 Perspex)、乙酸丁酸纖維素（CAB)、聚碳酸脂（pc)、聚氣乙 烯（PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯（pet)及乙二醇改質聚對苯 128736.doc 200846599 一甲酸乙二醋（PETG)的群組中選擇。在另一具體實施例 中，該材料包括一丙浠酸，例如PMA或PMMA，尤其是 PMMA。此種材料在本技術中亦已知為透明塑膠。在又另 具體實施例中，該材料包括商業上已知為PErspexTm或 PRISMEX™的透明塑膠。亦可使用熟知本技術者人士所知 的其他實質上透明材料。可使用兩（或多種）材料之組合。 熟知本技術者人士應理解本文所用之名詞"透明"，且參照 於一特定具體實施例中，當以LED 1〇之可見光垂直地照射 1 cm尽的透明材料時’可透射此lEd光之至少7〇%、較 佳係至少8〇%、更佳係至少9〇%，甚至更佳係至少95%的 材料。 該LED 10係配置以提供光，其可為白光或有色光（或兩 者白疋，例如於一多LED的情況中）。照明裝置1亦可配置 以提供白光或有色光或兩者皆有。名詞"光"於本文中特別 才曰可見輻射（Vis)，即在約38〇至78〇 nm之範圍内的輻射。 在一具體實施例中，由-或多個LED H)產生的光包括白色 賴射（即白光），雖然在另一具體實施例中一或多個此等 LED 10亦可產生有色光。 在上述"尤明戴面錐狀元件或準直器30及LED 10之後，現 將詳細描述農置1。 、圖2a不思性顯示本發明之裝置1的一項具體實施例。應 注意該裝置1可齡士 平又大’且包括多個LED 10及準直器30，亦 參見下文。；^ gg 一山 _貝不出熟知本技術人士已知的周邊設備，如 鎮流器、懸津备# 予系統、壁裝飾等等。 128736.doc -12- 200846599 圖2a中的照明裝置1包括一主體2〇〇及一載體5〇;其包括 該LED 10及準直器30。該載體50係配置以承載該LED 10，即該LED 1〇係位在該載體5〇上。該主體2〇〇包括準直 器30。該主體200具有一正面22及一背面29 ;該載體5〇具 有一頂面51及一底面26。載體50的頂面51及主體2〇〇的背 面29係彼此附著。該主體2⑽及載體5〇兩者較佳皆係板。 載體50具有一高度h7;該裝置1〇具有一高度h6。 如圖中可看出，根據本發明的照明裝置1包括至少一 LED 10至少一包括該至少一 LED 1〇的結構2〇。該至少一 結構20可指示為基本結構、結構單元或元件單元，其可為 重複的，即該照明裝置！可包括一或多個此種結構2〇。圖 2e、4a及4b顯示其一範例。該結構具有正面22及背面％， 且進一步包括一凹部3 5，配置以在該正面22中提供一開口 37。在準直器3〇的上述說明中，描述一孔洞135。此處， 該孔洞具有一凹部底部36,其中配置有該LED 10。一般而 口凹σ卩底部36將為載體50之一頂面5 1的部分。因此，於 該截面錐狀元件3 〇中的孔洞丨3 5係指示為凹部3 5。名詞，，凹 4心其中提供有一加深（相對於表面22的構造）。該凹部35 具有凹部底部36及一高度h3(亦參見下文）。注意，於圖 la-1C中’於本文中可比較於該凹部35的該孔洞135具有一 同度h2(此處可比較為高度h3) 〇 如上述’該凹部35係進一步配置以包括該LED 10。此意 口月該等凹部35的尺寸係選擇成允許包括該lEd 10。凹部35 的回度h3較佳係足夠高以具有相對於裝置1的正面22以 128736.doc -13- 200846599 一 ”下沈"方式配置的LED，即該LED 10的頂部13係（充分 地）低於該正面22。該LED 10係位在該凹部35的凹部底部 3 6處，且係配置以發射透過該正面22之開口 37中的光：該 載體50及主體200係彼此附著且配置以允許該LED 10發射 透過（主體200之)正面22中之開口 37的光’。因此，於本發明 的具體實施例中，該裝置1包括主體200及載體50，其中該 主體200及該載體50包括該至少一結構20，且該載體5〇係
配置以承載該LED 1 〇，而該主體200包括該截面錐狀元件 30 〇 此處，該凹部35具有一凹壁，亦由參考符號3〗表示。如 上述，一個別的LED 10亦可包括一或多個LED，如一多 LED或一多色LED。較佳係，該凹部35實質上具有一圓柱 體的形狀，即d3實質上對於高度h3而言從頭到尾保持不變 (亦參見下文）。於此處描述更詳細且示意性繪示的具體實 施例中，凹部35具有一圓柱體的形狀。 如圖la所I會*，職面錐狀元件3〇實質上與孔洞135的 高度h2具有相同的高㈣。於圖2a等等中，該凹扣的高 度h3原則上可大於或小於截面錐狀元件3()的高度hi。因 此，此高度係藉由參考符號h3所代表。㈣，其較佳係Μ 及h3為實質相同的。於此處描述更詳細且示意性繪示的具 體實施例中，h3=hl。在一較佳呈科每^ ^ 平乂1土具體實施例中，h3=hl(即 該凹部兩度]^3係等於該截面雜一 戰®錐狀疋件3〇的準直器高度 hi)。 該結構20進一步包括一沿周 圍環繞該凹部35的狹縫38 128736.doc •14- 200846599 且提供一具有邊緣34的截面錐狀元件30，其中該截面錐狀 元件30的半徑r係配置成在從LED 10至正面22的方向中增 加（即從頂面33至底面32的方向中）。半徑r一般將會在約 1·5 mm (r2)至約25 mm (rl)的範圍中（亦參見圖ia)。 貝際上’此狹縫38的存在導致截面錐狀元件3〇的存在： 該狹縫38具有一狹縫高度h4(即穿透過主體200的穿透深 度，由正面22計算出），且該狹縫高度h4係等於截面錐狀 元件3 0的高度hi。該狹縫高度h4較佳係在凹部高度μ的等 級中。於此處描述更詳細且示意性繪示的具體實施例中， h4=hl=h3 〇 狹縫38具有寬度wl ’其原則上為可變的。該狹縫寬度 wl較佳係至少約10 μιη或更大，例如在1〇至1〇〇〇 μιη的範 圍中。另外’該狹縫具有一内部表面3 4，即截面錐狀元件 30的邊緣；及一外表面24，即壁24(亦參見下文）。壁34及 壁24兩者可獨立地為彎曲的、有小面的或平直的。例如， 壁34(及/或壁24)可為彎曲的，用於光之光束形狀的進一步 精細調諧。在示意性的圖示中，角度α，即邊緣34相對於 正父裝置1之正面22的角度（或如上述，相對於一正交於截 面錐狀元件30之底面32的角度）；及角度β，即邊緣24相對 於一正交於裝置1之正面22的角度係選擇成α+β==90。。然 而，α+β亦可小於9〇。，即狹縫38的寬度wl可由增加與狹 縫38之底部39的距離而增加：狹縫38的寬度在正面22處係 較大且在主體200中較深。在一較佳具體實施例中，該邊 緣34係一平直邊緣34，其中相對於法線的該角度以係在15。 128736.doc -15- 200846599 至45°的範圍中。在一進一步較佳具體實施例中，邊緣34 (準直器邊緣）及邊緣24 (準直器凹部邊緣），即狹縫3 8的邊 緣兩者，係平直的且α+β=90。（即，平直平行於邊緣34及邊 緣24)，即，狹縫38的寬度^對於狹縫38的高度114為不變 的。於此處描述更洋細且示意性繪示的具體實施例中，該 狹縫38係平直的，且具有一恆定狹縫寬度wi。在一較佳具 體實施例中’ h4=h3(事實上，hl=h3)。在一進一步較佳具 體實施例中，該狹縫38具有一恆定狹縫寬度wl。狹縫底部 39因此一般將為載體50之頂面51的一部分。 在一特定具體實施例中，底表面3 2，即至少部分該LED 光自裝置1離開透過的面，可為彎曲的或有小面的。例 如，底面32相對於正面22可為中空（凹面的），或相對於正 面22可為球狀（凸面的）。以此方式，可進一步成形leD 1〇 的光束。然而，在一較佳具體實施例中，底面32相對於正 面22係平坦的（即此等面實質上為平行的，較佳係實質上 在相同的平面中）。 狹縫38較佳係填有一具有不同於截面錐狀元件3〇之材料 的折射率的材料。該狹縫38較佳係填有空氣❶該截面錐狀 元件30包括一透明材料（亦參見上文），或較佳係本質上由 一透明材料組成。 如上述，較佳係δ=90〇(即凹部35具有一圓柱體的形狀）。 在較佳的具體實施例中’ h4=h3=hlaa=pe在一較佳具體 實施例中，1〇γαβ〇。，更佳係15%K45。。此產生一有益 的成果，即一窄光束保持低眩光或實質上不存在。在一= 128736.doc -16- 200846599 一步的較佳具體實施例中，〇<r2/hl$2，較佳係 0<r2/hlSl。較佳係，r2/hl至少為〇·1。在一進一步的較佳 具體實施例中，0<d3/hKl，更佳係〇<d3/hH5。較佳 係，d3/hl至少為〇·〇2。在另一進一步的較佳具體實施例 中，Ocrl/hlU，較佳係0<rl/hU2。較佳係，rl/hl至少為 0.2。 在一較佳具體實施例中，δ=90ο、h4=h3=lil、α=β、 1〇%α0〇。、0<r2/hB2、G<rl/hlU 及 0<d3/hm，較佳係 15。$〇^45。、0<r2/hlSl、Ocrl/hlQ 及 0<d3/hlS0.5。特別 地在這些條件下，獲得良好準直的光束且無實質眩光。 在一具體實施例中，凹部高度h3係在1至25 mm的範圍 中’較佳係在1至1〇 111111的範圍中。凹部直徑心較佳係在 〇·5至10 mm的範圍中。在另一具體實施例中，凹壁31及截 面錐狀元件30之邊緣34之間的最短距離\係在〇.5至25爪瓜 的範圍中。 因此，結構20具有正面22及背面26，且包括凹部35，其 係配置以提供該正面22中的開口37 ;該凹部35具有凹部底 部36及高度h3,且進-步配置以包括該㈣1〇。於該結構 中的LED 1G係位在該凹部35的凹部底部％，且係配置以發 射透過該正面22中該開口 37的光。該結構2()進—步包括沿 周圍環繞該凹部35的狹縫38且提供具有邊緣34的截面㈣ 元件3 0(該準直益），其中該截面錐狀元件％的半徑『係配置 在從㈣1〇至正面22的方向中增加，及該截面錐狀元件30 包括一透明材料。 128736.doc -17- 200846599 此結構20可為重複的，即，本發明的裝置可包括一或多 個結構20。例如，此一裝置可包括2至1〇〇〇個結構，即2至 1〇〇〇個LED 1〇分別配置在2至1〇⑽個截面錐狀元件或準直 器3〇中，其中該等截面錐狀元件或準直器3〇包括一透明材 料。以此方式，可獲得包括主體20〇、載體5〇、正面2〇、 背面26及邊緣27的裝置！，該裝置1進一步包括複數個結構 例如至y 16個結構。此種裝置的範例示意性地顯示在 圖2e、4a及4b中。而且，該主體2〇〇較佳係包括一透明材 ❿ 料(參見下文）。 當生產根據本發明的裝置丨時，尤其係藉由選擇如以、 β δ、d3、h3、hi(即h4)的參數及該主體2〇〇和該截面錐 狀凡件30之材料類型，可調諧逸出裝置丨之光的光束形 狀所需的光束形狀、截斷角度（參見下文）等等可接著以 相對較簡單的方式獲得。本發明的裝置〗允許LED 1〇在 一方向中的輻射通常垂直於該正面22。 • 壯圖2a進一步顯示具有正面22、背面26及邊緣27的裝置。 衣置1的主體200較佳係亦包括一透明材料，其可與該截面 錐狀το件3 0之透明材料相同或不同。以此方式，該裝置可 :為波導。因此，該裝置1的一具體實施例包括由一實 勹透月材料組成的主體2〇〇。另外，一或多個邊緣27可 包括-反射材料。例如，一或多個邊緣2?可塗布有一反射 t料，選擇成反射該至少一LED 1〇之(可見)光的至少部 :°在另-具體實施例中，背面29(亦）可包括一反射材 ；月面29可塗布有一反射材料，選擇成反射該至少一 128736.doc -18* 200846599 LED 10之（可見）光。或者是，載體5〇的頂面51可具有一反 射材料，如一反射塗層，以反射該至少一 LED i之（可見） 光的至少部分。
該裝置1較佳係包括一板，如一圓形、方形或矩形板， 其具有正面22、背面26及邊緣27，其中該等面及邊緣較佳 係配置在彼此實質上成直角處。該裝置的寬度/高度係由 參考符號h6表示。高度h6一般將係在2至3〇 mm的範圍中。 以此方式，可獲得一光磚。此光磚個別包括該至少一LED 1〇及該至少一準直器30,即，該光磚包括至少一結構2〇。 該截面錐狀元件30可為主體200的一整體部分。的確， 此為可能的，且例如藉由雷射切割或其他本技術中已知的 方法能得到一或數個凹部35及一或數個狹縫。因此，於一 特定具體實施例中，藉由雷射切割裝置i之主體2〇〇中的一 或多個凹部35及狹縫38，能得到一或多個該等凹部35及狹 縫38。以此方式，可獲得如請求項定義的裝置。 但是，其他方法亦為可行。圖沘及以示意性繪示獲得本 發明之裝置1的其他可能方法。 於圖2b中，主體200包括一準直器凹部25，其有一類似 於截面錐狀元件30的形狀’本文中係指示為分離體扇， 且配置以收納此準直器_。名詞"分離"仙以區別：其 中該截面錐狀元件30係主體2〇〇(或一第二體，參見下八 的-整體部分的具體實施例，及其中該準直器或載面錐： 兀件30係一引入該主體2〇〇的分離體的具體實施例。 因此，於一特定具體實施例中，該照明裝置1包括主體 128736.doc -19- 200846599 200、載體50及至少一作為分離體300的截面錐狀元件30， 其包括底面32、頂面33及邊緣34且進一步包括自該頂面33 延伸至該底面32的孔洞135，該孔洞135係配置以包括該 LED 10。該主體200包括至少一準直器凹部25，其係配置 以提供一在該正面22中的開口 23，該準直器凹部25具有一 準直器凹部底部28及一高度h5，且係配置以收納該截面錐 狀體300。該LED 10係位在該準直器凹部底部28且配置以 發射透過孔洞135的光（於組裝之後），且藉由以一陰陽組態 (male-female configuration)配置該截面錐狀體3〇〇於該主體 200中的該準直器凹部25中而能得到該照明裝置i。圖几經 由箭頭顯示上述配置，”陽，，截面錐狀元件3〇作為配置於 π陰”主體中，即於該準直器凹部中的分離體3〇〇。較佳 係，該準直器凹部25具有實質上與該準直器或截面錐狀體 3 00之尚度hi相同的高度h5。以此方式，提供一實質上平 坦的正面22，且該截面錐狀體300的底面係和該正面以的 其餘部分的高度相同。藉由以陰陽組態配置該截面錐狀體 300於該主體200中的該準直器凹部25中，亦可獲得如請求 項1所定義之裝置。在描述更詳細且示意性繪示的具體實 施例中，h5=hl，即該準直器凹部高度係實質上等於截面 錐狀元件3 0的高度。 本發明之裝置1 (及組裝方法）的另一具體實施例係示意 性繪示於圖2c中。此處，該主體2〇〇可由一第二體5〇〇覆 盍，該第二體500包括覆蓋部54〇，其進一步包括對於該覆 盍部作為一種凸出體的截面錐狀元件3〇。該孔洞135較佳 128736.doc -20- 200846599 係延伸入覆蓋部500中，藉此提供一延伸孔洞535。因此， 在另一具體實施例中，提供一照明裝置1，其進一步包括 一第二體500，其包含一具有一正面5 22及一背面5 26的覆 盍部540，其中該覆蓋部54〇係配置以覆蓋該主體2〇〇的至 少部分；該第二體500進一步包括一具有邊緣34及頂面33 的凸出截面錐狀元件30 ;該覆蓋部540包括從覆蓋部540之 正面522延伸至凸出截面錐狀元件3〇之頂面33的孔洞535 ; 及該孔洞535係配置以包括該LED 1〇。另外，該主體200包 括準直器凹部25，其配置以提供一在該正面22中的開口 23 ’其中該準直器凹部25具有準直器凹部底部28及凹部高 度h5 ’及該準直器凹部25係配置以從第二體5〇〇收納該凸 出截面錐狀元件30。該LED 1 0係位在該準直器凹部25的凹 部底部28 ’且係配置以發射透過孔洞535 (以及透過覆蓋部 540)中之開口 537的光（於組裝之後）。藉由以一陰陽組態配 置该第二體500及該主體200而得到該照明裝置工，其中該 第一體500包括該凸出截面錐狀元件3〇，且該主體2〇〇包括 ”亥準直益凹部25。該弟二體500較佳係透明的，即其包括 一透明材料，或較佳係由一透明材料製成，且至少在介於 截面錐狀元件30及覆蓋部表面522之間的區域中。整個第 一體500較佳係一由一透明材料製成的透明體。在一較佳 具體實施例中，截面錐狀元件3〇、第二體5〇〇以及視需要 的覆盍部540本質上由相同材料組成，如pMMA。然而， 截面錐狀元件30、第二體500以及視需要的覆蓋部54〇的材 料彼此亦可不同，例如，截面錐狀元件30係由玻璃製成， 128736.doc -21 - 200846599 而主體200係由PC製成。 在此具體實施例中，該主體2〇〇實質上可被第二體500覆 蓋，即覆蓋部540。該裝置的總高度再次為h6，在此具體 實施例中其可實質上等於主體之高度（在此具體實施例中 指示為h8)和覆蓋部540之高度h9的總和，即h6«h8+h9。此 可導致一其中正面22和底面526實質上彼此接觸的組態。 第二體500可為一單體，但其亦可為一覆蓋部54〇，其上配 置有截面錐狀元件30。例如，覆蓋部54〇及正面主體2〇〇彼 此可膠合。 注意，於組裝之後，邊緣34及邊緣24界定狹縫38，即， 此等邊緣之間有一距離（W1，參見上文）。 於上文描述的兩項一般具體實施例中且在圖沘及及中示 意性繪示，該LED 10通常係於將該截面錐狀元件3〇〇或該 第二體500個別地組裝至主體2〇〇之前配置在該準直器凹部 25。一般而言，準直器凹部底部28將係載體5〇之一頂面η 的部分。 因此，本發明之製造或組裝該裝置1的方法一般將包括 以下步驟：提供一具有！^〇 1〇的載體5〇(如一pcB广配置 該主體200於該載體5〇上，其中該主體包括—或數個準直 器凹部或其中提供一或數個準直器凹部25 ;隨後配置該截 面錐狀元件30於該（等）準直器凹部25中，作為分離體 300(即截面錐狀元件3〇〇)或作為第二體5〇〇的部分，如上所 述。以此方式可實現如請求項！所定義之本發明的裝置。 該截面錐狀元件300或該第二體5()()分別可藉由，例如膠合 128736.doc •22- 200846599 劑，如uv膠或其他熟知本技術者人士已知的方法，如藉 由一雷射的局部熔化，附接至該主體2〇〇。以此方式實現 包括主體200及載體50的照明裝置i，其中該主體2〇〇分別 包括該至少一 LED 10及該至少一準直器或截面錐狀元件 3 0圖^及4b力別顯示圖2b及2c示意性繪示之該等具體實 施例的二維陣列。例如，藉由例如射出成型而能 得到截面錐狀元件3〇〇、第二體5〇〇及主體2〇〇。 該LED 10可直接地連接至如一印刷電路板（pcB)的載體 50。圖2d示意性繪示此一具體實施例的一範例。此處，該 載體，如一PCB，由參考符號5〇表示。此一載體5〇可為不 透明的。可藉由配置主體2〇〇於具有LED 1〇的該載體5〇 上，且接著配置截面錐狀元件3〇〇於具有LED 1〇的該載體 50上（亦參見圖2b)而獲得圖2d的裝置1，如上述。在另一具 體實施例中，亦可藉由分別配置主體2〇〇及第二體5〇〇於具 有LED 10的該載體50上（亦參見圖2c)而獲得此一裝置，如 上述。一反射該LED 10之至少可見光的反射層（未示出）可 配置於載體50及主體200之間。此一層可為一在載體5〇之 底面29及/或頂面51的塗層。例如，可在主體2〇〇及載體5〇 之間塗敷一（鏡面）反射塗層或薄板（或箔片）。如同熟知本 技術者人士清楚了解，一薄板或箔片可具有用於LED 1〇的 穿孑I» (perforation) ° 載體50亦可為透明的，且由一透明材料組成，如上述。 該載體50較佳係剛性的。 圖2e係根據本發明之照明裝置i的一具體實施例的示意 128736.doc -23- 200846599 側視圖，其中使用LED丨〇的一陣列，每一 LED丨〇係配置 在準直斋30中。此圖式顯示具有三個結構2〇的照明裝 置該如、明裝置1包括主體200，其具有複數個結構2〇(此 處經由非限制性範例，為三個結構20)。主體200的材料較 佳係透明的。以此方式，鄰接結構2〇之狹縫之間的材料 係透明的’藉此允許光的至少部分行經透過主體2〇〇(亦參 見下文）。因此，在一具體實施例中，主體2〇〇係一波導， 其對於來自至少一LED 10之可見光而言係透明的。 例如，能藉由熟知本技術者人士已知的射出成型技術而 得到主體200、截面錐狀元件300及第二體5〇〇。 圖3示意性繪示LED光的光線如何行經於該裝置丨中，其 中該準直器30及主體200係由一透明材料製成。光直接透 過孔洞135逸出’但是亦可在準直器或截面錐狀元件3〇中 準直部分的光然後再自裝置丨逸出。然而，部分的光亦可 離開準直器30且進入主體200。此光可行經至另一準直器 (於此圖中未示出），且於此其他準直器3〇處自裝置2〇〇逸 出。為了促進此效應，在一具體實施例中，截面錐狀元件 30的邊緣34具有一抗反射塗層。該led 10之至少部分的光 不會進入主體200且行經過該主體（”波導”）至另一準直器3〇 的效應具有的優點係，不同LED 10的光係混合的，藉此提 供經混合光且減少”分類”的不需要效應。另外，若需要色 彩混合，一透明主體、邊緣34上視需要地的一抗反射塗層 及邊緣24上亦視需要地的抗反射塗層的使用可允許此色彩 混合。 128736.doc -24- 200846599 圖h及4b顯示本發明之裝£1具有結構觀一三維 的具體實施例，其以結構2G⑴、2()(2)、2〇(3)、···等等表
丁此裝置可為一光磚，尤其係當該主體細的材料亦係 透月的(透明光磚)時’即，由一透明材料製成。該等結 構，即在其中的該等截面錐狀元件3〇ALED 1〇，可配置於 -規則或不規則圖案中，或規則及不規則圖案的一組合。 例如，糟由將LED整合在一（透明）載體5〇上（如—pcB)(未 不出）、配置該主體200於該載體上及以一陰陽組態配置該 截面錐狀元件300或第二體5〇〇於具有準直器凹部25的主體 上（分別為圖4a及4b)，可獲得此一裝置。在一較佳具體實 鈿例中，該等LED 1 〇係配置在一 PCB上，且光學元件，即 (透明）主體200及該截面錐狀體3〇〇係配置在其頂部上，如 圖2d及2e所繪示般。圖2e、4a及4b示意性繪示的具體實施 例顯示照明裝置1包括複數個結構2〇。因此，本發明可提 供照明裝置1作為一透明LED磚（未包含該視需要載體5〇、 一或數個LED 10及視需要反射塗層），其包括複數個led 10配置在嵌入該光磚中的透明截面錐狀元件或準直器30 中。 在一照明裝置中該等LED 1〇的間距p包括複數個結構 20，即，兩個鄰接LED之中心之間的距離較佳係 2*rl<pSl〇*rl 〇 如上述，本發明之裝置1允許光分佈基於選擇參數，如 α、β、δ、d3、h3、hi(即h4)及透明材料的類型（如 PMMA、PC、玻璃）而具有所需的角度分佈。在一較佳具 128736.doc -25- 200846599 體實施例中，該照明裝置丨係配置以提供一相對於一正交 於正面22，γ>65。處的光度$1〇〇〇 cd/m2(及因此，於角度 γ<65。處光度>1〇〇〇 Cd/m2)。角度γ係視角，且係相對於一 正父於照明裝置1之正面22的角度。以此方式，可獲得一 實質上無眩光的裝置1，適用於辦公室照明或其他用途。 於悴60。處較佳係獲得一光度<1〇〇〇 cd/m2。經歷超過一光 度<1000 cd/m2的角度γ指示為截斷角度（即超過無發射直接 光的範圍）。名詞”截斷角度”已為熟知本技術者人士所知， 且指示為由從LED相對於一超過無發射直接光之範圍的垂 直線之直接光的方向所繪的線形成的角度。措辭"超過無 發射直接光之範圍”應理解為歐洲標準ΕΝ I 12464-1(-SC/02168，2002年12月11日修訂）的觀念，其中該限制係 設定為一光度<1000 cd/m2。 圖4a及4b示意性繪示的裝置1或照明器具允許具有所需 之角度分佈的光（例如）滿足眩光標準，允許色彩混合，減 少分類，及亦可意想不到地提供一其中再也觀察不到作為 個別光源的個別LED(即獲得其中一種光磚）的照明裝置。 該照明裝置1可進一步包括一控制器（未示出），用於控 制一或多個LED 10的光強度及色彩（視需要）。此可包括控 制複數個LED之個別LED的強度或色彩。該控制器可為 一 ’’只有硬體（only hardware)’’系統，其具有例如開關，如 觸控開關、滑動開關等等，用以控制LED 10的強度或用以 選擇所需色彩，根據照明裝置1的應用、使用者的心情等 等而定。另外，LED 1 〇的強度及/或色彩可取決於外部參 128736.doc -26- 200846599 數’如時間、溫度、外部來源的光強度（如太陽），其可藉 由感測器（未示出）測量。可經由遙控而操作該控制器。該 控制器可控制一或多個LED 10的強度。在另一具體實施例 中，該控制器可包括一具有可執行指令的記憶體；一輸入 輸出單元，其組態以⑴自（1) 一或多個感測器及（2) 一使用 者輸入裝置的一或多個群組中接收一或多個輸入信號，及 (ii)傳送或多個輸出b號以控制一或多個LED 1 〇的強度 及/或色彩；及一處理器，其設計以基於該等可執行指令 將該一或多個輸入信號處理成一或多個輸出信號。該控制 器可提供一或多個選自由下列群組的功能：開啟或關閉一 或多個LED 10 ;決定一或多個LED 1〇的光的強度；決定 一或多個LED 10的光的色彩；決定一或多個lED 1〇的光 的色彩或強度之一或多者是否取決於一或多個外部參數， 如時間、溫度、外部來源的光強度等等。 本發明的裝置1可使用於數個應用，包括液晶顯示器的 直接育訊顯示及背光、一般照明、辦公室照明、工作崗位 照明、重點照明等等。 範例1 : 圖5顯示一安裝在一完全透明LED磚之單一 LED(朗伯，1 1ΐΏ)的強度分佈，其中該LED磚（100x200 mm2，厚度 hl=h3(h2)=h4=h5 = 8 mm)具有 8x4 個 LED位置。一截面錐狀 兀件3〇係用作嵌入主體2〇〇的分離體3〇〇，如上述。使用一 /、有平直邊緣34的錐形物3〇 ;邊緣24亦為平直的；及應用 艮定狹縫寬度wl(約為100 μπι);另外，凹部35係圓筒型 128736.doc -27- 200846599 的（如圖中所示）。長度&係選擇成3 mm，及α係可變的。上 方曲線顯示該強度與α為32。（r2/hl=0.375 ; hl=h3=h4 ; rl/h=l000)時、下方曲線顯示（兩個最大值）與〇1為36 9。 (r2/hl=0_375 ; hl=h3=h4 ; rl/h=1.125)時及最下方曲線顯 示（約五個最大值）與 α 為 41.2〇(r2/hl=0.375 ; hl=h3=M ; rl/h=1.250)時之γ(視角）的函數關係。其顯現出最大的α， • 即廣闊的準直器30(具有用於d3 (2·8 mm)、h3及X的相同 值）’廣闊的光束。 籲 圖6繪示LED磚（即裝置i的一具體實施例）之正面（三角 形）（即頂面22)、側面（剖面）（即邊緣27)及背面（圓形）處之 通量分數與角度α(圓錐角；參見下列）的函數關係。可藉 由調諧上述的參數而有利地調諧此通量分數。 圖7繪示光度（所安裝的每1〇〇 lm cd/m2)與角度以的函數 關係。 範例2 : _ 圖4a顯示一光磚之特性範例，描述如下。 數個照明裝置（一完全的照明器具）係製成rl/hl = 1125、 f2/hl=0.375、d3/hl=0.35 及 α=36·9°。凹部35具有-圓筒型 • 的形狀，且狹縫38係平直的狹縫，具有一恆定寬度wl(約 ' 為100 μΐΏ)。使用頂部LED(藍色LED+YAG:Ce)，其發射表 面具有一直徑 2.6 mm ;高度hl=h3(h2)=h4：=h5 = 8 mm。該等 LED的間距，即一個LED至下一個LED之中心之間的距離 係25 mm(方形配置）。每一裝置（即每一磚）包括4*8個iED 加上準直器；每一磚具有1〇〇*2〇〇 mm2的尺寸。六個串聯 128736.doc -28- 200846599 光磚（長侧彼此緊鄰)的一照明器具產生1492 lm。 應注意，上述具體實施例為解說而非限制本發明，並且 熟習此項技術者應能夠設計許多替代性具體實施例但不脫 離隨附申請專利範圍之範疇。在申請專利範圍中，任何置 於括弧之間的參考符號不應視為限制該申請專利範圍。動 詞，’包括"及其詞型變化的使用並不排除存在除一請求項中 陳述的元件或步驟以外之元件或步驟。於一元件之前的詞 語”一，’或，，一個”並不排除存在複數個此類元件。本發明可 藉由包括若干不同元件的硬體來實施，亦可藉由適當程式 化之電腦來實施。在列舉數個構件的該裝置請求項中，可 藉由同一項硬體來執行該等構件之數個構件。在互不相同 的相關請求項中對特定度量加以陳述之僅有事實，並不指 示不能有利地使用該些度量之組合。 【圖式簡單說明】 現在僅藉由範例，並參考所附之示意圖說明本發明的具 體實施例，其中相應的參考符號指示相應的零件，其中： 圖1 a至圖1 c分別係使用於照明裝置中用於準直之光 的截面錐狀元件之示意側視圖（a)、俯視圖（b)及透視圖 (c); 圖2a至2e示意性描述根據本發明之照明裝置的數個具體 實施例（側視）； 圖3示意性描述光線如何行經於該照明裝置中； 圖4a至4b示意性描述包括複數個LED之照明袭置的具^體 實施例，其中該複數個LED係包括在複數個結構中； 128736.doc -29 - 200846599 圖5描述一單一LED(朗伯，1 im)的強度分佈，其安裝於 一完全透明之LED磚（100x200 mm2)中（未示出），包括8x4 個LED位置與用於不同角度α(錐形角，參見上述）之角度 γ (視角）成函數，參數X (參見上述）在此範例中為常數· 圖6描述上述LED磚之正面（三角形）、側面（剖面）及背面 (圓形）處的通量分數與角度(X成函數；以及 圖7描述光度（所安裝的每100 lni cd/m2)與角度α成函 數。 【主要元件符號說明】 1 照明裝置 10 發光二極體（LED) 12 LED底部 13 LED頂部 20 結構 22 正面 23 開口 24 外表面/壁/邊緣 25 準直器凹部 26 底面/背面 27 邊緣 28 準直器凹部底部 29 底面/背面 30 準直器/截面錐狀元件 31 孔壁/凹壁 128736.doc -30- 200846599
32 33 34 35 36 37 38 39 50 51 135 200 300 500 522 526 535 537 540 底面 頂面 邊緣/壁/内部表面 凹部 凹部底部 開口 狹縫 狹縫底部 載體 頂面 孔洞 主體 截面錐狀體/分離體 第二體 覆蓋部正面 覆蓋部背面 延伸孔洞 覆蓋部開口 覆蓋部 128736.doc -31 -
Claims (1)
- 200846599 十、申請專利範圍： 1. 一種照明裝置（1)，其包括至少一 LED(10)及至少一包含 該至少一LED(l〇)的結構（20)，其中： a·該結構（20)具有一正面（22)及一背面（26); b.該結構（20)進一步包括一凹部（35)，其配置以提供在 該正面（22)中的一開口（37)，該凹部（35)具有一凹部底部 (36)及一凹部高度（h3)，該凹部（35)進一步係配置以包含 該 LED(l〇); 〇.該1^£0(1〇)係位在該凹部（35)的該凹部底部（36)，且配 置以發射透過該正面（22)中該開口（37)的光；以及 d·該結構（20)進一步包括一沿周圍環繞該凹部（35)的狹 縫（3 8)，且提供一具有一邊緣（34)的截面錐狀元件（3〇)， 其中該截面錐狀元件（30)的半徑（Γ)係配置在從該LED(IO) 至該正面（22)的方向中增加，且其中該截面錐狀元件 (30)包括一透明材料。 2·如請求項1之照明裝置（1)，其中該邊緣（34)係一平直邊 緣，其有一相對於一正交於該正面（22)的角度α，且其中 相對於該法線的該角度α係在15。至45。的範圍中。 3·如前述請求項中任一項之照明裝置（1)，其係配置以提供 一在相對於一正交於該正面（22)的γ^65。時，較佳係在 γ>60° 時的光度 S1000 cd/m2。 4·如請求項1或2之照明裝置〇)，其中該凹部（35)具有一凹 部直徑（d3)，且該截面錐狀元件（3〇)具有一錐形高度 (hi)，其中 h3=hl 且 0<d3/hlSl。 128736.doc 200846599 5·如請求項4之照明裝置，直φ兮哉品& & 衣1 具〒該截面錐狀元件（30)於 一頂面（33)具有一最小半徑（r2)及於一底面（32)與一準直 器高度（hi)具有一最大比率（rl)，其中〇<r2/h匕2且 〇<rl/h$8 〇 6.如請求項4之照明裝置（1)，其中〇<d3/hB〇5、 及 0<rl/hS2。如明求項1或2之照明裝置（1)，其中該截面錐狀元件（3〇) 的該邊緣（34)包括一抗反射塗層。 如請求項1或2之照明裝置（1)，其中該裝置（1)包括一主 體（2〇〇)及一載體（50)，該主體（200)及載體（50)包括該至 少一結構（20)，該載體（50)係配置以承載該LED(10)，及 該主體（200)包括該截面錐狀元件（3 〇)。 如請求項8之照明裝置（1)，其中該主體（200)由一實質上 透明材料組成。 10.如請求項8之照明裝置（1)，其中該載體（50)由一實質上 透明材料組成。 η·如請求項8之照明裝置（1)，其包括該截面錐狀元件（30) 作為分離體（3〇〇)，其中： a·該截面錐狀體（300)包括一底面（32)、一頂面（33)及邊 緣（34) ’該截面錐狀體（3〇〇)進一步包括一從該頂面（33) 延伸至該底面（32)的孔洞（135)，該孔洞（135)係配置以包 括該 LED(l〇); b•該主體（200)包括至少一準直器四部（25)，其配置以提 供一在該正面（22)中的開口（23)，該準直器凹部（25)具有 128736.doc 200846599 一準直器凹部底部（28)及一高度（h5)，且係配置以收納 該截面錐狀體（300); c. 該LED(IO)係位在該準直器凹部底部（28)且配置以發 射透過該孔洞（135)的光；以及 d. 藉由以一陰陽組態配置該準直器凹部（25)中的該截面 _ 錐狀體（300)於該主體（200)中而能得到該照明裝置（1)。 - 12·如請求項8之照明裝置（1)，其進一步包括一第二體 (500)，其中： • a·該第二體（500)包括一具有一正面（522)及一背面（526) 的覆蓋部（540)，該覆蓋部（540)係配置以覆蓋該主體 (200)的至少部分，該第二體（500)進一步包括一具有一 邊緣（34)及一頂表面（33)的凸出截面錐狀元件（30)，該覆 蓋部（540)具有一從該覆蓋部（540)之正面（522)延伸至該 凸出截面錐狀元件（30)之頂表面（33)的孔洞（535)，該孔 洞（53 5)係配置以包括該1^〇(10); b.該主體（200)包括一準直器凹部（25)，其配置以提供一 ® 在該正面（22)中的開口（23)，該準直器凹部（25)具有一準 直器凹部底部（28)及一凹部高度（h5)，且係配置以收納 - 該凸出截面錐狀元件（30); . c·該LED(10)係位在該準直器凹部（25)的該凹部底部 (28)，且配置以發射透過該孔洞（535)的光；以及 d.藉由以一陰陽組態配置包含該凸出截面錐狀元件（30) 的該第二體（500)以及包含該準直器凹部（25)的該主體 (200)而能得到該照明裝置（1)。 I28736.doc 200846599 13.如請求項12之照明裝置（1)，其中該第二體（500)由一實 質上透明材料組成。 14·如請求項1或2之照明裝置（1)，其包括複數個結構（20)。128736.doc
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