[发明专利]具有LED的光学元件以及包括该光学元件的光源

说明书

本申请是申请日为2010年1月5日、申请号为201080004191.9且发明名称为“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。

技术领域

本发明总体上涉及照明设计领域。特别地，本发明涉及发光二极管（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。

背景技术

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2π sr）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4π sr）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。

发明内容

鉴于以上所述，本发明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。

本发明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。

依照本发明的第一方面，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Acriche LED，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。