专利名称：发光二极管脚灯照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于安装在房间或建筑物墙壁上的LED(发光二极管)脚灯照明装置(foot lighting device)。
背景技术：
日本专利公报No.2002-313134公开了一种LED脚灯照明装置，该LED脚灯照明装置利用发光二极管(LED)作为光源，在邻近墙壁的地面上给出照明点。该装置包括壳体，该壳体适于安装在墙壁中，并且适于在其中容纳LED和菲涅耳透镜。将菲涅耳透镜布置在LED的前方，以便将LED的光线向前和向下引导。为此，特别将该菲涅耳透镜构造成向其上端具有比透镜的下端更大的折射性。虽然从将大量的光线向下引导的意义上说，这种布置是令人满意的，但是少量的光线仍然不可避免地向上引导或折射。因此，希望提供一种LED脚灯照明装置，该LED脚灯照明装置最小化向上引导的光线，从而在地面上产生效率更高的照明效果。
发明内容
鉴于上述要求，做出本发明，以提供一种改进的LED脚灯照明装置，该LED脚灯照明装置能够以更高的效率在地面上给出照明点，同时最小化可察觉的直射光。根据本发明的LED脚灯照明装置包括一壳体，所述壳体适于安装在房间或建筑物的墙壁上；一产生光线的LED；和一导光板(20)。该导光板与所述LED一起安装在所述壳体上，其具有正面、大体平行于所述正面的背面以及外周面。所述LED以所述外周面的一端相邻的关系设置，以将来自所述LED的光线引入所述导光板，使得被引入所述导光板的光线以大于所述导光板的临界角的角度入射到所述正面上，以通过全反射被引向相对端。所述导光板形成为具有一偏转器，所述偏转器构造成在破坏所述正面上的全反射的一偏转方向上，反射在所述导光板内通过全反射前进的所述光线，由此使在所述偏转器上反射的光线穿过所述正面，并且将所述光线向所述正面的前方和下方引导。这样，在导光板内发生全反射的光线可以有选择地在破坏全反射的方向上偏转，以便向下引导穿过正面，其同时具有最小化通过正面向上引导的光线量的附加效果。此外，导光板的使用允许以与导光板的外周面相邻的关系设置该LED，与现有技术的装置相对比，这有助于减少该装置的厚度尺寸，现有技术中LED以与之间隔开的关系设置在透镜的后面。在这个意义上，将LED设置在导光板的厚度之内。
在优选实施例中，LED邻近导光板的顶端布置，以通过所述顶端将光线引入导光板，从而在导光板内向下引导所述光线。所述偏转器由多个水平凹槽界定，所述水平凹槽在导光板的背面沿导光板的高度以间隔的关系形成。每个所述水平凹槽成形为具有大体上V形的竖直截面，该V形的竖直截面具有上斜面(31)和下斜面(32)。所述上斜面相对于平行于正面的一竖直平面以第一倾斜角(α)倾斜，使得以大于所述临界角(θcrt)加上所述第一角(α)的角度入射到所述正面上并且从所述正面被反射的光线在所述上斜面上发生全反射。该第一角(α)优选地在20°到30°之间。
所述装置进一步包括背面漫反射器，所述背面漫反射器以与所述导光板的背面相对的关系设置，以便以漫射方式向着所述导光板反射向外穿过上斜面的漏出光线。所述漏出光线是以小于所述临界角的角度入射到上斜面上的光线。由于包括了背面漫射器，可以在背面漫射器处削弱可能的漏出光线，以便防止强烈的光返回穿过导光板从正面被向上反射。
此外，所述正面可以在其上端形成有斜边，该斜边相对于所述竖直平面倾斜一角度，该角度使得在所述斜边上反射的光线以大于所述临界角的角度入射到所述上斜面上。在没有该斜边的情况下，来自该LED的光线将以比其它部分小的角度入射到该导光板的正上面，使得光线会被反射并且以相应的小于临界角的角度入射到一个或多个水平凹槽的上斜面上，由此未能在该上斜面发生全反射，因而通过导光板漏出。因此，上述布置有利于减少光线通过导光板的背面漏出的情况，提高了照明效率。
在优选的实施方式中，所述水平凹槽通过变化的间距竖直间隔开，该变化的间距向着导光板的下端变小，以便在导光板的高度上均匀地引导向下的光线。
此外，所述下斜面相对于竖直平面以35°至45°或60°至70°的第二角度(β)倾斜，以从导光板的正面有效地引导该向下的光线。
所述导光板的外周面可以在接收来自LED的光线的部分形成有漫射器，该漫射器横向向下地将光线漫射入该导光板，以实现横向的照明点。
所述导光板可以设计成具有至少两列水平凹槽。在这种情况下，列中之一具有相对于相邻列的水平凹槽竖直交错的水平凹槽，以便给出均匀的照明点。
此外，该装置进一步包括覆盖该正面的水平偏转器。该水平偏转器构造成水平地偏转通过正面射出的光线，以便横向扩大照明点。
该水平偏转器优选地是具有多个竖直延伸的元件的板的形式，每个元件包括大体上V形的水平截面，该水平截面具有在顶点相交的右斜面和左斜面。每个斜面负责横向向外偏转从导光板的正面射出的光线。该顶角优选在120°到140°之间，以便使从导光板的正面被向下引导的光线横向均匀分布。每个元件可以由凹槽或突起限定。
所述元件可以以预定的间距水平间隔开，以在相邻的元件之间留出一平面。每个平面平行于该正面，并且水平延伸的宽度(W)是该间距的0.5至0.6倍，这有利于实现横向分布均匀的光线。
此外，所述元件可以以预定的间距水平间隔开，以在相邻的元件之间留出一平面。每个元件在其顶点处是圆形的，具有的曲率半径是该间距的0.1至0.2倍，这同样有利于实现横向分布均匀的光线。
所述水平偏转器在其外周形成有漫射边缘，该漫射边缘构造成漫射引入的光线，以便使该外周半透明或不透明，从而在其后隐藏将该导光板装配到该壳体所必要的部件。
结合附图阅读下面对优选实施方式的详细描述，本发明的这些和其它有利特征将变得更加显而易见。
图1是本发明的LED脚灯照明装置的透视图，其中LED脚灯照明装置装配到安装在墙面上的墙壁插座中；图2是结合了脚灯照明装置的墙壁插座的分解透视图；图3是根据本发明优选实施例的脚灯照明装置的透视图；图4是上述装置的俯视图；
图5是上述装置中利用的水平偏转器的局部截面图；图6是图示该装置的操作的垂直截面图；图7是在上述装置中利用的导光板的顶端的局部透视图；图8是图示该导光板顶部的漫射器的功能的示意图；图9是图示该导光板的背面的透视图；图10是图示在该导光板中传播的光线的路径的示意图；图11是图示上述装置的一个变形的垂直截面图；图12是根据上述装置的另一个变形的类导光板的局部透视图；图13A和13B分别是根据该装置的其它变形的类导光板的截面图；图14和15分别是图示该导光板的其它变形的透视图；图16是图示该水平偏转器的光线偏转的示意图；图17是该水平偏转器的局部俯视图；图18是图示该水平偏转器的变形的局部截面图；图19是图示上述变形的光线偏转的示意图；以及图20和21分别是表明上述装置的性能的曲线图。
具体实施例方式
参照图1，其示出了墙壁插座100，该墙壁插座安装在房间或建筑物的墙壁W上，并且特别地构造成结合本发明的LED脚灯照明装置L，以便在邻近墙壁表面的地面上提供照明点S。如图2所示，插座100包括具有框架120和面板130的壳体100。壳体100容纳有安装用于人体检测(humandetection)的传感器112的印刷电路板110，以及承载LED模块40的陈列的支架114，这在下面将说明。该LEDs与导光板20共同构成脚灯照明装置。将导光板20与偏转板60装配在一起，并配合到框架120的中心开口123中，框架120固定在壳体100的前端。框架120形成有传感器窗口122，传感器112通过该传感器窗口突出，该框架还形成有底部开口124，电插口模块140通过该底部开口暴露。面板130安装在框架120之上，以便在其后隐藏该框架，同时暴露偏转板60和传感器112。
现在参照图3至5，讨论根据优选实施方式的脚灯照明装置。导光板20由例如折射率1.5的丙烯酸树脂的透明塑料制成，并且成形为大体上平坦的矩形板，该矩形板具有正面21、背面22以及包括顶面的外周面。如图6最佳地示出的，每个LED模块40包括LED的裸芯片42，其被固定在底部开口的壳41的封闭的顶部，并且通过透明树脂材料44密封，从而在壳41的底部限定出发光区域。LED模块40(其可简单地被称为LED)邻近导光板20的顶面设置，用于将光线向下引入导光板20，以便引入的光线基本上在正面和背面都发生全反射，从而在导光板20中向下前进。也就是说，以大于该导光板的临界角(θcrt)的角度(θi)入射到正面和背面的光线发生全反射，从而在该导光板内被向下引导，而没有引向该导光板20的外面。在本实施方式中，由丙烯树脂确定的临界角是42°左右。如图7所示，在邻近LED模块40的部分，该导光板20的顶面形成有由多个凹槽组成漫射器24，该漫射器将光线横向和向下地漫射入导光板20，如图7所示。
导光板20在其背面22还形成有偏转器，该偏转器由多个竖直间隔的水平凹槽30组成，如图9所示。将水平凹槽30构造成以这样的方向偏转光线，即偏转的光线以小于临界角(θcrt)的角度(θi)入射到正面21，由此破坏全反射，被引向该导光板的正面21的下面和外面，如图6和10所示，从而在地面上给出照明点S。每个凹槽30具有大体上V形的横截面，以具有上斜面31和下斜面32，该上斜面和下斜面相对于竖直面分别以第一角(α)和第二角(β)倾斜，如图10所示。上斜面31负责将光线向外和向下偏转穿过正面21。也就是说，以角(θi)入射到顶面并且从正面21反射的光线以角(θi-α)入射到上斜面31。当(θi-α)大于临界角时，上斜面31进行全反射，从而以角(γ)向着正面21偏转光线，如图10所示。为了实现提供从正面向下发射的光线的最佳性能，将该上斜面的第一角(α)选成20°到30°，但是不应当将本发明解释成限制于此。
又如图6和10中的线L1和L2所示，一些光线不是在上斜面31上反射，而是通过其折射漏出。该漏出光线可以是那些直接从LED模块40传播过来的，从而以小于临界角的角度入射到上斜面31的光线，或者是那些最初以大于临界角(θcrt)，但是不大于临界角(θcrt)和所述第一倾斜角的和的角度(θi)(θcrt＜θi＜＝θcrt+α)入射到正面，并且从该正面反射，从而以小于临界角(θcrt)的角度入射到上斜面31的光线。为了避免这种漏出光线以通过正面向上投射的方向强烈地反射回导光板20，在导光板20的后面设置了背面漫反射体50。通过设置背面漫反射体50，对漏出的光线进行如漫射或衰减似的反射，从而避免出现从该正面向上引导的强烈的光线。
此外，如图10中的线L3所示，一些光线在上斜面31上折射，并且由于又通过下斜面32折射而再进入导光板20，从而引向相邻的水平凹槽30，以比入射前一凹槽30的上斜面更大的角度入射到该上斜面。将下斜面32的第二角(β)选成35°至45°或60°至70°，以便使再进入的光线能够在随后的上表面31发生全反射，从而将光线向下引导穿过正面，并且成功地将上述反射的漏出光线向下引导穿过正面21。从图20的曲线显而易见，对于具有20°至30°的第一角(α)的凹槽30来说，当第二角(β)是35°至45°或60°至70°时，可以得到相对大的照明。平面34形成在竖直凹槽30之间，在该平面上，具有大于临界角的入射角的引入的光线发生全反射，从而在该板内被向下引导，直到光线入射到凹槽30的上斜面上。优选地，水平槽30以0.3mm的间距竖直间隔。导光板20的底面是带斜面的，以便避免光线向上反射穿过正面。
如图11所示，可以以变化的间距将水平凹槽40竖直间隔开，该变化的间距向着导光板的底部越来越小，以便在导光板20的整个高度上给出分布更均匀的向下的光线。同样如图11所示，正面21在其上端形成有斜边25，该斜边相对于竖直面倾斜，其倾斜角度使得在该斜边上反射的光线以大于临界角的角度入射到上斜面上。通过这种布置，来自LED模块40的光线可以以比没有斜边25时更大的角度入射到导光板20的前上端。由此，在斜边25上反射的光线可以以大于临界角的角度入射到一个或多个水平凹槽30的上斜面31上，以便在其上反射，从而向下引导穿过正面，而不是被折射穿过上斜面31。同样如图12所示，可以将该水平凹槽30成形为具有在上斜面31和下斜面32的连接处具有竖直表面33的横截面。此外，如图13A和13B所示，可以将该水平凹槽30成形为具有半圆形的横截面或者略微圆形的三角形横截面。
可以将导光板20做成具有多列水平凹槽30，如图14所示。导光板20还被改进成设置有交错排列的水平凹槽30，如图15所示，其中一列中的水平凹槽相对于相邻列的水平凹槽是竖直交错的。
回到图3，将偏转板60布置成以与之平行的关系覆盖导光板20的正面21，这是为了将从导光板发出的光线横向偏转，从而扩大照明点。偏转器60由例如丙烯树脂的透明树脂构成，并且成形为具有平行的正面和背面的矩形结构。形成在板60的背面中的是多个大体上V形的横截面的竖直凹槽62，该V形横截面具有右斜面和左斜面。斜面负责横向偏转光线，如图16所示。竖直凹槽62构造成具有顶角(θH)，如图16所示，该顶角选择在120°至140°，以实现最佳横向偏转，同时保持图21中显示的令人满意的照明。此外，竖直凹槽62彼此间隔，以在相邻的凹槽之间留下平面66。平面66平行于导光板20的正面，并且平行于板60的正面，以便使光线从中直接穿过。为了给出均匀的光线横向分布，该平面优选地具有宽度(W)，该宽度是竖直凹槽的水平间隔的间距(P)的0.5到0.6倍，如图17所示。在这种情况下，将间距(P)选成0.1mm，宽度(W)在0.05到0.06mm之间。此外，如图18和19所示，竖直凹槽62在其顶点处可以是圆形的，具有的曲率半径(R)是间距(P)的0.1到0.2倍，以便给出横向分布更均匀的光线。
应当注意到，在这方面，虽然上述顶角(θH)、曲率半径(R)、竖直凹槽62的间距(P)以及平面66的宽度(W)的选定值是优选的，但是这些值也可以根据使用脚灯照明装置的特定条件或环境适当地选择。因此，不应当将本发明理解成限制于此。代替形成有竖直凹槽62，偏转器60还可以在其背面形成对应形状的突出部分。此外，还应当注意到，给出附图是为了方便理解本发明的本质，而并不凹槽30和62相对于导光板的实际尺寸，因为该凹槽是非常细的，并且不容易在附图中再现。
如图3所示，漫射板60在前外周区域形成有漫射边缘68，该漫射边缘被抛光以对引入光进行漫射，由此使该外周半透明或不透明，以便在其后隐藏将导光板20装配到壳体10所必要的部件。
权利要求
1.一LED脚灯照明装置，其包括一壳体(100)，所述壳体适于安装在房间或建筑物的墙面上；一产生光线的LED(40)；一导光板(20)，该导光板具有正面、大体平行于所述正面的背面以及外周面，所述导光板与所述LED一起安装在所述壳体上，所述LED以与所述外周面的一端相邻的关系设置，以将来自所述LED的光线引入所述导光板，使得被引入所述导光板的光线以大于所述导光板的临界角的角度入射到所述正面上，以通过全反射被引向相对端，所述导光板包括一偏转器(30)，所述偏转器构造成在破坏所述正面上的全反射的一偏转方向上，反射在所述导光板内通过全反射前进的所述光线，由此使在所述偏转器上反射的光线穿过所述正面，并且将所述光线向所述正面的前方和下方引导。
2.如权利要求1所述的LED脚灯照明装置，其中所述LED设置在所述导光板的厚度以内。
3.如权利要求1所述的LED脚灯照明装置，其中所述LED邻近所述导光板的顶端布置，以通过所述顶端将所述光线引入所述导光板，从而在所述导光板内向下引导所述光线；所述偏转器包括多个水平凹槽(30)，所述水平凹槽在所述导光板的背面沿所述导光板的高度以间隔的关系形成，每个所述水平凹槽成形为具有大体上V形的竖直截面，该V形的竖直截面具有上斜面(31)和下斜面(32)，所述上斜面相对于平行于所述正面的一竖直平面以第一倾斜角(α)倾斜，使得以大于所述临界角(θcrt)加上所述第一角(α)的角度入射到所述正面上并且从所述正面被反射的光线在所述上斜面上发生全反射。
4.如权利要求3所述的LED脚灯照明装置，其中所述第一角(α)在20°到30°之间。
5.如权利要求3所述的LED脚灯照明装置，其中所述装置进一步包括背面漫反射器(50)，所述背面漫反射器以与所述导光板的背面相对的关系设置，以便以漫射方式向着所述导光板反射向外穿过所述上斜面的漏出光线，所述漏出光线是以小于所述临界角的角度入射到所述上斜面上的光线。
6.如权利要求3所述的LED脚灯照明装置，其中所述正面(21)在其上端形成有斜边(25)，所述斜边相对于所述竖直平面倾斜一角度，该角度使得在所述斜边上反射的光线以大于所述临界角的角度入射到所述上斜面上。
7.如权利要求3所述的LED脚灯照明装置，其中所述水平凹槽以变化的间距(P)竖直间隔，该变化的间距向着所述导光板的下端变小。
8.如权利要求4所述的LED脚灯照明装置，其中所述下斜面(32)相对于所述竖直平面以35°至45°或60°至70°的一第二角度(β)倾斜。
9.如权利要求1所述的LED脚灯照明装置，其中所述导光板的所述外周面在接收来自所述LED的所述光线的部分处形成有一漫射器(24)，所述漫射器横向地将所述光线漫射入所述导光板。
10.如权利要求3所述的LED脚灯照明装置，其中所述导光板形成有至少两列所述水平凹槽，所述列之一具有相对于相邻列的水平凹槽竖直交错的所述水平凹槽。
11.如权利要求1所述的LED脚灯照明装置，其中所述LED邻近所述导光板的顶端设置，以通过所述顶端将光线引入所述导光板，从而在所述导光板内向下引导所述光线；所述装置进一步包括覆盖所述正面的水平偏转器(60)，所述水平偏转器构造成水平地偏转通过所述正面射出的光线。
12.如权利要求11所述的LED脚灯照明装置，其中所述水平偏转器是具有多个竖直延伸的元件(62)的板的形式，每个所述元件包括大体上V形的水平截面，其具有在顶点相交的右斜面和左斜面，每个所述斜面负责横向向外偏转从所述导光板的正面射出的光线。
13.如权利要求12所述的LED脚灯照明装置，其中所述顶点的角度(θH)在120°至140°之间。
14.如权利要求12所述的LED脚灯照明装置，其中每个所述元件(62)是凹槽或突起的形式。
15.如权利要求14所述的LED脚灯照明装置，其中所述元件(62)以预定的间距水平间隔开，以便在相邻的所述元件之间留出一平面(66)，每个所述平面平行于所述正面(21)，并且在一宽度(W)上水平延伸，该宽度(W)是所述间距(P)的0.5至0.6倍。
16.如权利要求14所述的LED脚灯照明装置，其中所述元件以预定的间距水平间隔开，以便在相邻的所述元件之间留出一平面(66)，每个所述平面平行于所述正面，每个所述元件在其顶点处是圆形的，具有为所述间距(P)的0.1至0.2倍的曲率半径(R)。
17.如权利要求11所述的LED脚灯照明装置，其中所述水平偏转器在其前外周上形成有漫射边缘(68)，所述漫射边缘使所述外周半透明或不透明。
全文摘要
一种改进的LED脚灯照明装置能够以更高的效率给出地面上的照明点并最小化可察觉直射光。该装置包括壳体、产生光线的LED以及导光板。导光板与LED一起安装在壳体上并具有正面、平行于正面的背面。LED以与导光板顶端相邻的关系设置，以将来自LED的光线引向该板，使得引入板中的光线以大于导光板临界角的角度入射正面，通过全反射引向相对端。导光板在其背面形成有在破坏正面全反射的偏转方向上反射导光板内通过全反射传播的光线的偏转器，由此使偏转器反射的光线穿过正面并将其引向正面前方和下方。在导光板内发生全反射的光线可有选择地在破坏全反射的方向上被偏转以下引穿过正面，这具有最小化通过正面上引的光线量的附加效果。
文档编号F21S2/00GK1779317SQ20051009104
公开日2006年5月31日 申请日期2005年8月4日 优先权日2004年11月26日
发明者奥野裕寿, 桐畑慎司, 内泽克裕, 上津智宏, 岛和义 申请人:松下电工株式会社