混光装置和照明设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及混光装置（10，12）和包括该混光装置（10，12）的照明设备（1）。其中，该混光装置（10，12）包括：至少一个第一入射面（300）和至少一个第二入射面（400），用于分别接收具有第一波长的第一光和具有第二波长的第二光；至少一个第一光路调节面（100），第一光路调节面（100）反射第一光并且将第二光透射；出光面（500），接收来自于第一光路调节面（100）的混合光并将混合光出射。通过这样的混光装置和照明设备，可以获得均匀的发光表面，光源的选择和布置自由度得以显著提高，而且可以实现装置的小型化。
【专利说明】混光装置和照明设备
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种混光装置和照明设备。
【背景技术】
[0002]随着LED (发光二极管)芯片效能的不断提高，LED已被广泛用于各种领域。例如， LED被用于室内和室外的各种应用，如广告灯、橱柜灯、冰柜灯、轮廓灯等。
[0003]其中，对于照明来说，人们更需要白色的光源，所以，发白光的白色LED具有最广 的应用前景。由于白色LED可用作平板电视、电脑、手机等电子设备的液晶显示器的背光 源，因此在电子工业高度发展的今日，白色LED受到了很高的关注。
[0004]在过去，为了实现白色LED，广为采用的方法是将蓝色LED与黄色荧光体相结合。 具体地说，在这样构造的白色LED中，蓝色LED所发出的蓝光(例如，波长约为420nm至 480nm)照射到由黄色突光粉构成的黄色突光体上,从而黄色突光体被蓝光所激发而发射黄 光；LED发出的蓝光与从黄色荧光体激发出的黄光相混合，由于这两种光互补，所以混合之 后产生白光。
[0005]然而，在上述构造的白色LED中，缺少红色光谱。由此，通常会导致显色指数(CRI) 较低，例如小于80，这显然无法满足一些高发光质量的应用的需求(在某些电子设备和照明 环境中，需要85以上、甚至约100的CRI)。而且，缺少红色光谱也会导致所发出的光的色温 较高(一般在5000K以上)。
[0006]为了实现白色LED的高CRI和低色温，在现有技术中，通常在光源(灯具、发光模块 或照明器)中将红色LED与上述通过黄色荧光体转换的白色LED组合来使用。然而，在这样 的光源中，由于不同颜色的LED的空间分布，导致颜色均匀性较差。
[0007]图1所示的是现有技术中的一种LED灯管15。在灯管15中，为了获得混色，白色 LED 102和红色LED 104交替均匀地配置在一个平面上。
[0008]然而，由于采用平面配置的点光源LED，所以这样的LED灯管15的输出光的均匀 性较差，可能会在出光面上产生亮暗不均匀(有LED的地方特别亮，没有的地方比较暗)以 致发生眩光现象，以及色斑、色环、色线等颜色集中的现象。而且，为了获得较为理想的白光 和红光的混色，各LED之间的间距必须设置得足够小，而这对LED的选择和布局设计产生了 限制。此外，为了减轻发光面上的颜色区分，各LED与光出光面之间的距离应该设置得足够 大，从而使得白色和红色光的图案能够充分重叠，但这样会导致光源的体积较大。
【发明内容】
[0009]因此，为了解决上述这些问题，本发明提出了一种混光装置和一种具有该混光装 置的照明设备。
[0010]根据本发明的混光装置包括:至少一个第一入射面和至少一个第二入射面，用于 分别接收具有第一波长的第一光和具有第二波长的第二光；至少一个第一光路调节面，所 述第一光路调节面反射第一光并且将第二光透射；出光面，接收来自于所述第一光路调节面的混合光并将所述混合光出射。本发明的光路调节面反射第一波长的第一光并且透射来自不同光路的不同波长的第二光，可以实现将这两种光均匀混合并经由出光面出射。这样，可以获得均匀的发光表面，并且发光表面所发出的光具有良好的色彩空间分布均匀性。此夕卜，通过这样的结构，不同类型的光源不需要配置在同一平面上，从而不需要通过相互接近并且远离出光面来获得良好的混光效果，所以光源的选择和布置自由度可以提高，且可以实现装置的小型化。
[0011]优选地，该混光装置还包括至少一个第二光路调节面，该第二光路调节面反射第二光并且将第一光透射，出光面接收来自于第一光路调节面以及第二光路调节面的混合光并将所述混合光出射。通过还设置第二光路调节面，使得光源设置的选择可以更加多样化。其中，优选地，第一光的第一部分在被第一光路调节面反射后透过第二光路调节面，而射向出光面，第一光的第二部分在透过第二光路调节面后被第一光路调节面反射，而射向出光面；第二光的第一部分在被第二光路调节面反射后透过第一光路调节面，而射向出光面，第二光的第二部分在透过第一光路调节面后被第二光路调节面反射，而射向出光面。通过这样的光路，能够确保将各光路的光都引导向出光面，从而使混光更为均匀。
[0012]优选地，第一光路调节面和第二光路调节面彼此交叉设置，更优选为正交设置。由此，可以更好地调节光路并限制混光的区域，实现均匀混光。
[0013]优选地，出光面设置在第一光路调节面和第二光路调节面交叉所限定出的区域中。这样，可以使混合光能充分地从出光面出射，减少可能的光泄漏。
[0014]优选地，第一光路调节面和第二光路调节面均与出光面成45°角。这使得光路的设计可以更为规则简单，出光效率得以提高。
[0015]优选地，出光面上设置有波长转换层，其能够受第一波长的第一光照射而被激发出第三波长的第三光。该波长转换层优选是荧光层。由此，可以实现多种波长的光的混合。
[0016]优选地，混光装置为长方体并具有矩形的截面形状，长方体中的一个侧面用作出光面并且第一光路调节面和第二光路调节面设置在长方体内。这样可以使混光装置的入射面和出光面均为平面，能够减少不必要的反射和折射，即减少了光损耗。
[0017]优选地，第一入射面和第二入射面为分别与出光面相邻的两个相对的侧面。这样设置入射面，使得光源的设置可以更为简单紧凑，并且对称的光路可以使混光更均匀。或者，第一入射面为与出光面相邻的一个侧面，第二入射面为与出光面相对的一个侧面。这样的设计有可能减少光路调节面的数量。
[0018]优选地，混光装置具有正方形的截面形状，第一光路调节面和第二光路调节面沿正方形的对角线设置。正方形的边长优选为IOmm至50mm。这样的正方形设计使得混光装置的结构更为简单并且出光效果更好。
[0019]优选地，各光路调节面分别具有A1203、BaF2, CaF2, SiO2, ZnS中的一种或者多种的单层或多层涂层。这使得光路调节面具有良好的透射/反射性。
[0020]优选地，第一光和第二光分别是蓝光和红光，而波长转换层为黄色突光层。其中，优选地，蓝光的波长范围为420nm至480nm，并且红光的波长范围为600nm至700nm。这样波长范围的蓝光和红光与从黄色荧光层激发出的黄光混合，可以获得具有高CRI 090)和低色温(约2500K至4000K)的白光。
[0021]根据本发明的照明设备包括以上所述的混光装置。优选地，其还包括电路板，电路板上安装有发出第一光的第一 LED以及发出第二光的第二 LED。由此,通过电路板驱动第一 LED和第二 LED发光。
[0022]优选地，照明设备还包括:壳体，承载混光装置，并且其内表面上安装有电路板； 散热片，设置在壳体的外表面上，用于将发光所产生的热量播散至外部；底座，用于安装照 明设备；端帽，将底座和混光装置与壳体进行固定。这样的照明设备可以具有均匀的发光表 面，并且发光表面所发出的光具有良好的色彩空间分布均匀性；而且，光源的选择和布置自 由度可以提高，且可以实现设备的小型化。
[0023]优选地，在第一 LED和第二 LED与混光装置之间设置有用于准直要进入混光装置 的光的反射镜或透镜。这样，可以使入射至混光装置的光平行于出光面(垂直于入射面)A 射，从而减少了光的斜向入射产生的多次反射和折射所导致的光损耗。
[0024]根据本发明的混光装置和照明设备，由于通过具有透射/反射性的光路调节面对 不同波长的入射光进行透射或反射从而将这些光均匀混合，所以可以获得均匀的发光表 面，并且发出的光具有良好的色彩空间分布均匀性，由此，不会在出光面上产生亮暗不均匀 (不会产生眩光)，以及色斑、色环、色线等颜色集中的现象。
[0025]而且，由于混光通过光路调节面来进行，所以在这样的混光装置中光源(LED芯片) 的配置间距不需要保持为很小，从而光源的选择和布置自由度得以显著提高；而且，光源与 出光面之间的距离不需要保持为很大，这使得整个装置可以实现小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发 明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号 表示。其中:
[0027]图1是示出了现有技术中的LED灯管的结构的示意图；
[0028]图2是示出了根据本发明的一个实施例的混光装置的结构的示意图；
[0029]图3是示出了根据本发明的一个实施例的混光装置中的光路调节面所具有的涂 层的透射光谱；
[0030]图4是示出了根据本发明的一个实施例的混光装置中的光路的示意图；
[0031]图5是示出了根据本发明的另一个实施例的混光装置的结构的示意图；
[0032]图6是示出了根据本发明的照明设备的透视图；
[0033]图7是示出了根据本发明的照明设备的各部件的分解透视图；
[0034]图8是示出了沿着图7中的A-A线截取的照明设备的截面图。
【具体实施方式】
[0035]在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出 了可以实施本发明的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“左”、“右”等方向性术语参考 所描述的附图的方向使用。由于本发明实施例的组件可以在许多不同方向上放置，所以方 向术语仅用于说明，而没有任何限制的意思。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在 不背离本发明的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解 为限制性的意思，并且本发明由所附的权利要求限定。[0036]应该理解的是，如果没有其他特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。
[0037]图2是示出了根据本发明的一个实施例的混光装置10的结构的示意图。在本实施例中，示出了混光装置10的优选结构。混光装置10包括第一入射面300和第二入射面400、第一光路调节面100和第二光路调节面200、出光面500。
[0038]混光装置10为长方体并且具有正方形的截面形状，该正方形可以具有大约IOmm至50mm的边长。在本实施例中，混光装置10的正方形截面边长为I英寸(约25mm)，所以其可以代替T8灯管。当然，根据不同的需要，混光装置10的截面也可以是除正方形以外的其他形式的矩形。混光装置10的本体由透明材料(例如玻璃、有机树脂等)构成，其可以透射各种波长的光。
[0039]混光装置10的左右两个侧面用作光的入射面而接收来自光源的光。在本实施例中，如图2所示，第一入射面300接收来自蓝色LED 120的蓝光，而第二入射面400接收来自红色LED 140的红光，从而使它们入射至混光装置10中。在本实施例中，蓝光波长范围例如为420nm至480nm,而红光波长范围例如为600nm至700nm。
[0040]然而，光源也可以是其他颜色(其他波长)，并且可以是除LED以外的任何形式的光源。
[0041]在混光装置10的内部，设置有相互交叉的两个光路调节面，即第一光路调节面100和第二光路调节面200。在本实施例中混光装置10具有正方形的截面形状的情况下，第一光路调节面100和第二光路调节面200分别沿正方形的对角线设置并与该截面垂直。所以，第一光路调节面100和第二光路调节面200正交，并且分别与混光装置10的底面成45°角。第一光路调节面100和第二光路调节面200均是具有透射/反射性的表面，它们能够反射一定波长范围的光，而透射其余波长范围的光。在本实施例中，第一光路调节面100能够反射蓝光、透射红光，而第二光路调节面200能够反射红光、透射蓝光。
[0042]为了实现第一光路调节面100和第二光路调节面200的透射/反射性，第一光路调节面100和第二光路调节面200可以具有由Al203、BaF2、CaF2、Si02、ZnS中的一种或多种形成的单层或多层涂层，其中，多层涂层是优选的，因为其具有更好的特性。而且，具有透射/反射性的多层涂层是一种已广为采用的成熟技术。目前市场上可购买到各种具有不同的透射/反射性的涂层产品或涂覆服务，故在此不再赘述。
[0043]在本实施例中，为了实现第一光路调节面100能够反射蓝光、透射红光，而第二光路调节面200能够反射红光、透射蓝光，第一光路调节面100和第二光路调节面200中所包括的涂层应分别具有如图3中的(A)和(B)示意图所示的透射光谱。
[0044]通过如图2所示的混光装置10的结构，能够将来自蓝色LED 120的蓝光和来自红色LED 140的红光均匀混合并射向出光面500。
[0045]出光面500上可以设置有例如由突光粉构成的突光层600。该突光层600可以直接地设置(例如，涂覆)在出光面上，也可以是一个独立的部件。上述混合的两种光中的至少一种激发荧光层发光，并且荧光层的激发光与透过荧光层的两种光再次混合。由于荧光层600由荧光粉构成，荧光粉的颗粒还可以对光起到散射作用，使从荧光层出射的光更加均匀。当然，该荧光层600也可以是任意的波长转换层，只要其能够透射一种波长的光、并且受该种波长的光激发而发出另一波长的光即可。[0046]在本实施例中，荧光层600是由黄色荧光粉构成的黄色荧光层。波长范围为420nm 至480nm的蓝光和波长范围为600nm至700nm的红光混合后，其中的蓝光照射黄色荧光层 600,将其激发出黄光,然后该黄光与透过突光层的蓝光和红光相混合,从而出射均勻的、具 有高CRI (>90)和低色温(约2500K至4000K)的白光。
[0047]图4是具体示出了本实施例的混光装置10中的光路的示意图。这里，以蓝色LED 120所发出的蓝光为例来说明光路。
[0048]如图4所示，在由蓝色LED 120所发出的蓝光中，在混光装置10的横向水平的中 心线M上方入射的蓝光L1、L2先经由第一光路调节面100反射，然后透过第二光路调节面 200而射向出光面500 ;而在中心线M下方入射的蓝光L3、L4先透过第二光路调节面200， 然后经由第一光路调节面100反射而射向出光面500。
[0049]可以注意到，从蓝色LED 120水平入射(即与第一入射面300垂直、与出光面500 平行)的蓝光L1、L3仅经过第一光路调节面100和第二光路调节面200的反射和透射就射 向了出光面500，而从蓝色LED 120斜向入射的蓝光L2、L4则会经历多次反射，从而导致光 损失。
[0050]由此可见，为了防止或尽量减少光损失，优选的是使来自LED的光平行于出光面 (垂直于入射面)入射。为此目的，可以在光源(LED)与混光装置10之间设置使得入射光准 直(平行)的反射镜或透镜，即，在蓝色LED 120与第一入射面300之间、以及红色LED 140 与第二入射面400之间设置用于准直光的反射镜或透镜。这样的反射镜或透镜在本领域中 是常用的并且可以容易地获得，故在此不再赘述。
[0051]应注意，红色LED 140所发出的红光的光路与蓝光的光路是左右对称的，故省略 其描述。
[0052]以上述方式，来自蓝色LED 120的蓝光和来自红色LED 140的红光各自经由第一 光路调节面100和第二光路调节面200而被分布均匀地导向出光面500，实现了良好的光混
八
口 o
[0053]然而，混合不同波长的光的混光装置的结构不限于图2示出的结构，而还可以有 其他变形。例如，上述蓝光和红光的入射方向可以互换，当然它们必须保持与第一光路调节 面100和第二光路调节面200的对应关系，即，与此同时，第一光路调节面100和第二光路 调节面200的设置位置也需要互换。
[0054]除此之外，除了将混光装置的左右两个侧面用作入射面的情况之外，还可将其他 表面用作入射面。例如，图5是示出了根据本发明的另一个实施例的混光装置12的结构的 示意图。
[0055]如图5所示的混光装置12与图2所示的混光装置10的不同之处在于，来自红色 LED 140的红光从混光装置12的顶面入射，即，将顶面用作红光的第二入射面400，并且其 中只设置了一个光路调节面，即第一光路调节面100，其能够反射蓝光、透射红光。
[0056]在本实施例的混光装置12中，从顶面入射的红光透过第一光路调节面100而射向 出光面500，从左侧入射的蓝光经由第一光路调节面100反射而射向出光面500，从而实现 红光和蓝光的均匀混合。
[0057]在一个未示出的实施例中，通过调节光路调节面的透射部分和反射部分与第一入 射面和第二入射面的位置对应关系以及光路调节面的几何结构，也可以获得更好的混光效果O
[0058]同样，出光面500上也可以设置有由荧光粉构成的荧光层600。
[0059]本实施例还可以具有其他的变形。例如，在混光装置12中，也可以使来自蓝色LED120的蓝光从顶面入射，使来自红色LED 140的红光保持从右侧入射，并且只设置一个光路调节面，即第二光路调节面200，其反射红光、透射蓝光。这样的设置也可以实现相同的效果.
[0060]除此情况之外，在本发明中，还可以将两个侧面和顶面均用作入射面，从而实现三种以上的光的均匀混合，在此不再赘述。
[0061]图6是示出了根据本发明的照明设备I的透视图，图7是示出了该照明设备I的各部件的分解透视图，图8是示出了沿着图7中的A-A线截取的照明设备的截面图。
[0062]如图6和7所示，根据本发明的照明设备I是一种LED灯管，其包括如前所述的混光装置10、壳体20、电路板30、LED 120和140、底座40和端帽50。
[0063]混光装置10的结构已如前详细说明，在此不再赘述。应注意，根据需要，此处的混光装置当然也可以是混光装置12或其他的变形。
[0064]壳体20从左、右、顶侧夹持混光装置10以将其承载。在壳体20的内表面上，相对于混光装置10的左右两侧而分别安装有驱动LED发光的电路板30，该电路板30优选为印刷电路板。在左右两侧的电路板30上，分别安装有作为光源的蓝色LED 120和红色LED140，这两个LED彼此相对并且间距为8mm至25mm。在壳体的外表面上(在本实施例中，在顶面上)，设置有散热片160，以将发光所产生的热量播散至外部。
[0065]在照明设备I的两端，设置有用于安装该照明设备I的底座40，以及将底座40和混光装置10与壳体20进行固定的端帽50。
[0066]如在之前说明混光装置10时所述的那样，为了使入射至混光装置10的光平行于出光面(垂直于入射面)入射，可以在光源LED 120和LED 140与混光装置10之间设置使得入射光准直(平行)的现有的反射镜或透镜(图中未示出)。
[0067]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0068]参考标号
[0069]10，12混光装置100第一光路调节面
[0070]200第二光路调节面 300第一入射面
[0071]400第二入射面500出光面
[0072]600荧光层120蓝色LED
[0073]140红色LEDI照明设备
[0074]20壳体30电路板
[0075]40底座50端帽
[0076]160散热片L1-L4蓝光
【权利要求】
1.一种混光装置(10，12)，其特征在于，包括:至少一个第一入射面(300)和至少一个第二入射面(400)，用于分别接收具有第一波长的第一光和具有第二波长的第二光；至少一个第一光路调节面(100)，所述第一光路调节面(100)反射所述第一光并且将所述第二光透射；出光面(500)，接收来自于所述第一光路调节面(100)的混合光并将所述混合光出射。
2.根据权利要求1所述的混光装置(10)，其特征在于，还包括至少一个第二光路调节面(200)，所述第二光路调节面(200)反射所述第二光并且将所述第一光透射，所述出光面 (500)接收来自于所述第一光路调节面(100)以及所述第二光路调节面(200)的混合光并将所述混合光出射。
3.根据权利要求2所述的混光装置(10)，其特征在于，所述第一光的第一部分(L1，L2) 在被所述第一光路调节面(100)反射后透过所述第二光路调节面(200)，而射向所述出光面(500)，所述第一光的第二部分(L3，L4)在透过所述第二光路调节面(200)后被所述第一光路调节面反射，而射向所述出光面(500)；所述第二光的第一部分在被所述第二光路调节面(200)反射后透过所述第一光路调节面(100)，而射向所述出光面(500)，所述第二光的第二部分在透过所述第一光路调节面(100)后被所述第二光路调节面(200)反射，而射向所述出光面(500)。
4.根据权利要求2所`述的混光装置(10)，其特征在于，所述第一光路调节面(100)和所述第二光路调节面(200 )彼此交叉设置。
5.根据权利要求4所述的混光装置(10)，其特征在于，所述第一光路调节面(100)和所述第二光路调节面(200)正交设置。
6.根据权利要求4所述的混光装置(10)，其特征在于，所述出光面(500)设置在所述第一光路调节面(100)和所述第二光路调节面(200)交叉所限定出的区域中。
7.根据权利要求6所述的混光装置(10)，其特征在于，所述第一光路调节面(100)和所述第二光路调节面(200)均与出光面(500)成45°角。
8.根据权利要求1所述的混光装置(10)，其特征在于，所述出光面(500)上设置有波长转换层(600),其能够受所述第一波长的第一光照射而被激发出第三波长的第三光。
9.根据权利要求8所述的混光装置(10)，其特征在于，所述波长转换层(600)是荧光层。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的混光装置(10)，其特征在于，所述混光装置(10)为长方体并具有矩形的截面形状，所述长方体中的一个侧面用作所述出光面(500)，并且所述第一光路调节面(100)和所述第二光路调节面(200)设置在所述长方体内。
11.根据权利要求10所述的混光装置(10)，其特征在于，所述第一入射面(300)和所述第二入射面(400)为分别与所述出光面(500)相邻的两个相对的侧面。
12.根据权利要求11所述的混光装置(10)，其特征在于，所述混光装置(10)具有正方形的截面形状，所述第一光路调节面(100)和所述第二光路调节面(200)沿所述正方形的对角线设置。
13.根据权利要求12所述的混光装置(10)，其特征在于，所述正方形的边长为IOmm至 50mmo
14.根据权利要求1、8或9所述的混光装置(12)，其特征在于，所述第一入射面(300)为与所述出光面(500)相邻的一个侧面，所述第二入射面(400)为与所述出光面(500)相对的一个侧面。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的混光装置(10)，其特征在于，所述光路调节面(100，200)分别具有A1203、BaF2, CaF2, SiO2, ZnS中的一种或者多种的单层或多层涂层。
16.根据权利要求9所述的混光装置(10)，其特征在于， 所述第一光和所述第二光分别是蓝光和红光，所述波长转换层(600)是黄色突光层。
17.根据权利要求16所述的混光装置(10)，其特征在于， 所述蓝光的波长范围为420nm至480nm，并且所述红光的波长范围为600nm至700nm。
18.—种照明设备(1)，其特征在于，包括:根据权利要求1至17中的任一项所述的混光装置(10，12)。
19.根据权利要求18所述的照明设备(1)，其特征在于，还包括电路板(30)，所述电路板(30)上安装有发出所述第一光的第一 LED (120)以及发出所述第二光的第LED (140)。
20.根据权利要求19所述的照明设备(1)，其特征在于，还包括: 壳体(20)，承载所述混光装置(10，12)，并且其内表面上安装有所述电路板(30); 散热片(160)，设置在所述壳体(20)的外表面上，用于将发光所产生的热量播散至外部; 底座(40)，用于安装所述照明`设备(I)； 端帽(50 )，将所述底座(40 )和所述混光装置(10，12 )与所述壳体(20 )进行固定。
21.根据权利要求19或20所述的照明设备，其特征在于， 在所述第一 LED (120)和所述第LED (140)与所述混光装置(10，12)之间设置有用于准直要进入所述混光装置(10，12)的光的反射镜或透镜。
【文档编号】F21V13/14GK103511984SQ201210200438
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月14日 优先权日:2012年6月14日
【发明者】郑盛梅, 李爱爱, 陈鹏, 明玉生 申请人:欧司朗股份有限公司