TW201312051A - 具有用於混合來自複數個發光二極體之光輸出之光學元件之以發光二極體為基礎之照明單元 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示關於一種以發光二極體(LED)為基礎之照明單元(10、110)之方法及設備，該以LED為基礎之照明單元(10、110)具有用於混合來自複數個LED(34、134)之光輸出之一光學元件。在某些實施例中，該光學元件可在其內部包含至少一個反射表面且該等LED(34、134)可圍繞該反射表面垂直配置。該等LED(34、134)中之至少某些LED可產生通常經引導朝向該反射表面之一光輸出。該反射表面可經組態以引導直接入射於其上之該光輸出中之至少某些光輸出穿過該光學元件之一光輸出開口(25、125)。

Description

具有用於混合來自複數個發光二極體之光輸出之光學元件之以發光二極體為基礎之照明單元
本發明大體而言係針對一種以LED為基礎之照明單元。更特定而言，本文中所揭示之各種發明性方法及設備係關於一種以LED為基礎之照明單元，該以LED為基礎之照明單元具有用於混合來自複數個LED之光輸出之一光學元件。
數位照明技術(亦即，基於諸如發光二極體(LED)之半導體光源之照明)為傳統螢光燈、HID燈及白熾燈提供之一可行替代方案。LED之功能性優點及益處包含高能量轉換及光學效率、耐久性、較低操作成本及諸多其他優點及益處。LED技術中之最新進展已提供在諸多應用中達成各種照明效應之高效且穩健之全光譜照明源。體現此等源之器具中之某些器具以一發光模組為特徵，該發光模組包含能夠產生不同色彩(例如，紅色、綠色及藍色)之一或多個LED以及用於獨立控制該等LED之輸出以產生各種色彩及變色照明效應之一處理器，舉例而言，如第6,016,038號及第6,211,626號美國專利中所詳細論述，該等美國專利以引用方式併入本文中。
已提出利用一LED光源代替各種照明器具中之一或多個白熾光源，諸如例如，針對戲劇及其他娛樂應用所設計之照明器具。此等照明器具中之LED光源通常試圖複製白熾光源之光輸出。
然而，利用一LED光源之此等照明器具具有一或多個缺陷。舉例而言，LED照明器具可採用多種色彩之LED且可能無法獲得色彩之高效混合。色彩之低效混合可導致遠場影像中之色彩之色像差或分離，當利用圖案片或其他效應時，可進一步加劇色彩之色像差或分離。微型LED及板上晶片陣列已降低此一效應，但仍需要進一步混合來自LED之光輸出。
因此，此項技術中需要提供一以LED為基礎之照明單元，該照明單元提供來自其複數個LED之光輸出之令人滿意之混合，藉此提供其光輸出中之最小色像差。
本發明係針對用於一以LED為基礎之照明單元之發明性方法及設備，該以LED為基礎之照明單元具有用於混合來自複數個LED之光輸出之一光學元件。舉例而言，在某些實施例中，該光學元件可在其內部包含至少一個反射表面且該等LED可圍繞該反射表面垂直配置。該等LED中之至少某些LED可產生通常經引導朝向該反射表面之一光輸出。該反射表面可經組態以引導直接入射於其上之光輸出中之至少某些光輸出穿過該光學元件之一光輸出開口。
一般而言，在一項態樣中，一以LED為基礎之照明單元包含一縱向延伸之照明單元軸、環繞該照明單元軸之一光輸出開口及定位於該光輸出開口上方且環繞該照明單元軸之一反射體。亦包含複數個LED，且該等LED定位於該光輸出開口下方且環繞該照明單元軸。該等LED中之每一者 發射具有通常經引導朝向且垂直於該照明單元軸之一光輸出中心軸之一光輸出。至少一個反射表面插置於該等LED中之至少某些LED與該照明單元軸之間。該反射表面經定位以使得複數個光輸出中心軸直接入射於其上且經組態以使得直接入射於其上之複數個光輸出中心軸經引導穿過該光輸出開口。
在某些實施例中，該反射表面係具有最緊密毗鄰該光輸出開口之一頂點之一反射性圓錐形光學部件。該頂點可視情況集中於該照明單元軸上。此外，該反射表面可包含朝向視情況集中於該照明單元軸上之一頂點會聚之複數個平面表面。該等LED可配置於以該照明單元軸為中心之複數個平面表面上。
在某些實施例中，該反射表面包含複數個金字塔結構，該等金字塔結構圍繞該照明單元軸徑向配置且各自具有最緊密毗鄰該照明單元軸之一頂點。
一般而言，在另一態樣中，提供一以LED為基礎之照明單元，該照明單元包含一縱向延伸之照明單元軸、環繞該照明單元軸之一光輸出開口及定位於該光輸出開口上方且以該照明單元軸為中心之一光更改結構。亦提供複數個LED PCB，該等LED PCB定位於該光輸出開口下方且環繞該照明單元軸。該等LED PCB中之每一者與該照明單元軸實質上平行且在其上具有發射具有一光輸出中心軸之一光輸出之面向內部之LED。一反射性圓錐形光學部件提供於該等LED PCB之內部且以該照明單元軸為中心。該圓錐形 光學部件具有一底座及一頂點。該頂點較該底座更接近該光輸出開口。
在某些實施例中，底座與頂點之間的圓錐形光學部件之一外表面通常係凹形的。以LED為基礎之照明單元可進一步包含插置於該等LED PCB之間的複數個支撐結構。在彼等實施例之某些版本中，該等支撐結構中之每一者之至少一面向內部之部分係反射性的。
在某些實施例中，該等LED PCB中之每一者之至少一面向內部之部分係反射性的。此外，在底座與頂點之間沿著照明單元軸之距離可大於在頂點與光輸出開口之間沿著照明單元軸之距離。奇數數目個LED PCB可視情況圍繞照明單元軸非對稱地配置。
在某些實施例中，光更改結構係一反射體。
一般而言，在另一態樣中，提供一以LED為基礎之照明單元，該以LED為基礎之照明單元包含一縱向延伸之照明單元軸、環繞該照明單元軸之一光輸出開口及定位於該光輸出開口下方且環繞該照明單元軸之複數個LED PCB。該等LED PCB中之每一者與該照明單元軸實質上平行且在其上具有發射具有一光輸出中心軸之一光輸出之面向內部之LED。複數個反射性金字塔結構提供於該等LED PCB之內部且圍繞照明單元軸徑向配置。該等金字塔結構中之每一者具有最接近該照明單元軸之一頂點及最遠離該照明單元軸之一底座。該底座接收來自該等LED PCB中之單一者之大部分光輸出。
在某些實施例中，提供奇數數目個金字塔結構。
在某些實施例中，該等金字塔結構係各自非對稱的及/或各自包含一伸長矩形底座。
以LED為基礎之照明單元可進一步包含定位於光輸出開口上方且環繞照明單元軸之一號角式反射體。
如本文中出於本發明之目的所使用，術語「LED」應理解為包含任何電致發光二極體或能夠回應於一電信號而產生輻射之其他類型之以載子注入/接面為基礎之系統。因此，術語LED包含但不限於各種以半導體為基礎之結構，該等結構回應於電流、發光聚合物、有機發光二極體(OLED)、電致發光條及諸如此類而發光。特定而言，術語LED指代可經組態以產生在紅外線光譜、紫外線光譜及可見光譜(通常包含自約400奈米至約700奈米之輻射波長)之各個部分中之一或多者中之輻射之所有類型之發光二極體(包含半導體及有機發光二極體)。LED之某些實例包含但不限於各種類型之紅外線LED、紫外線LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED及白色LED(下文將進一步論述)。亦應瞭解，LED可經組態及/或控制以產生具有一既定光譜(例如，窄頻寬、寬頻寬)之各種頻寬(例如，半峰全寬或FWHM)及一既定通用色彩分類內之各種主波長之輻射。
舉例而言，經組態以基本上產生白色光之一LED(例如一白色LED)之一項實施方案可包含若干晶粒，該等晶粒分別發射不同之電致發光光譜，該等光譜以組合方式混合以 基本上形成白色光。在另一實施方案中，一白光LED可與將具有一第一光譜之電致發光轉換成一不同第二光譜之一磷光體材料相關聯。在此實施方案之一項實例中，具有一相對短波長及窄頻寬光譜之電致發光「抽吸」該磷光體材料，而該磷光體材料又輻射具有一稍微較寬光譜之較長波長輻射。
亦應理解，術語LED並不限定一LED之實體及/或電封裝類型。舉例而言，如上文所論述，一LED可指代具有多個晶粒之一單個發光裝置，該等晶粒經組態以分別發射不同輻射光譜(例如，該等光譜可係或可不係可個別控制的)。此外，一LED可與被視為LED(例如，某些類型之白色LED)之一組成部分之一磷光體相關聯。一般而言，術語LED可指代經封裝LED、非經封裝LED、表面安裝LED、板上晶片LED、T封裝安裝LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包含某一類型之外罩及/或光學組件(例如，一漫射透鏡)之LED等。
術語「光源」應理解為指代各種輻射源中之任何一或多者，其包含但不限於：以LED為基礎之源(包含如上文所定義之一或多個LED)、白熾光源(例如，絲白熾燈(filament lamp)、鹵素燈)、螢光源、磷光源、高強度放電源(例如，鈉汽燈、汞汽燈及金屬鹵素燈)、雷射、其他類型之電致發光源、焦發光源(例如，火焰)、燭發光源(例如，汽燈紗罩、碳弧輻射源)、光致發光源(例如，氣體放電源)、使用電子飽合之陰極發光源、電流發光源、晶體發光源、顯像 管發光源(kine-luminescent source)、熱發光源、摩擦發光源、聲發光源、輻射發光源及發光聚合物。
一既定光源可經組態以產生在可見光譜內、可見光譜外或兩者之一組合之電磁輻射。因此，本文中可互換地使用術語「光」及「輻射」。另外，一光源可包含作為一組成元件之一或多個濾光器(例如，濾色器)、透鏡或其他光學元件。此外，應理解，光源可經組態以用於各種應用，包含但不限於指示、顯示及/或照明。一「照明源」係經特定組態以產生具有一充足強度之輻射以有效地照明一內部或外部空間之一光源。在此上下文中，「充足強度」指代於空間或環境中產生之可見光譜中之充足輻射功率(針對輻射功率或「光通量」，通常採用單位「流明」來表示來自一光源的沿所有方向之總光輸出)以提供周圍照明(亦即，可間接感知之光及(例如)在被完全或部分感知之前可自各種種介入表面中之一或多者反射之光)。
術語「光譜」應理解為指代由一或多個光源所產生之輻射之任何一或多個頻率(或波長)。因此，術語「光譜」不僅指代在可見範圍中之頻率(或波長)，而且亦指代在紅外線、紫外線及全部電磁光譜之其他區域中之頻率(或波長)。此外，一既定光譜可具有一相對窄頻寬(例如，基本上不具有頻率或波長分量之一FWHM)或一相對寬頻寬(具有各種相對強度之數個頻率或波長分量)。亦應瞭解，一既定光譜可係兩個或兩個以上其他光譜之一混合之結果(例如，混合分別自多個光源發射之輻射)。
出於本發明之目的，術語「色彩」與術語「光譜」可互換地使用。然而，術語「色彩」通常用於主要指代由一觀察者可感知之輻射之一性質(儘管此用法並非意欲限定此術語之範疇)。因此，術語「不同色彩」暗指具有不同波長分量及/或頻寬之多個光譜。亦應瞭解，術語「色彩」可與白色光及非白色光兩者一起使用。
儘管此用法並非意欲限定此術語之範疇，但本文中通常將術語「色溫」與白色光一起使用。色溫基本上指代白色光之一特定色彩內容或陰影(例如，微紅、微藍)。傳統上，一既定輻射樣本之色溫係根據輻射與所討論之輻射樣本基本上相同之光譜之一黑體輻射體之以凱氏溫度(K)為單位之溫度來表徵。黑體輻射體色溫通常屬於自約凱氏700度(通常認為係人眼之第一可見度)至超過凱氏10,000度之一範圍內；白色光通常在凱氏1500度至凱氏2000度以上之色溫下被感知。
本文中使用術語「照明器具」來指代呈一特定外觀尺寸、總成或封裝之一或多個照明單元之一實施方案或配置。本文中使用術語「照明單元」來指代包含一或多個相同或不同類型光源之一設備。一既定照明單元可具有用於該(等)光源之各種安裝配置、封殼/殼體配置及形狀及/或電及機械連接組態中之任一者。另外，一既定照明單元可視情況而與各種與該(等)光源之操作相關之其他元件(例如，控制電路)相關聯(例如，包含、耦合至及/或與...封裝在一起)。一「以LED為基礎之照明單元」指代包含單獨的 或與其他不以LED為基礎之光源組合在一起之如上文所論述之一或多個以LED為基礎之光源之一照明單元。一「多通道」照明單元指代包含經組態以分別產生不同輻射光譜之至少兩個光源之以LED為基礎或不以LED為基礎之照明單元，其中每一不同源光譜可稱為該多通道照明單元之一「通道」。
本文中通常使用術語「控制器」來闡述與一或多個光源之操作相關之各種設備。可以眾多方式(例如，諸如藉助專用硬體)實施一控制器以執行本文中所論述之各種功能。一「處理器」係採用一或多個微處理器之一控制器之一項實例，該等微處理器可使用軟體(例如，微碼)進行程式化以執行本文中所論述之各種功能。一控制器可藉助採用或不採用一處理器來實施，且亦可實施為用以執行某些功能之專用硬體與用以執行其他功能之一處理器(例如，一或多個經程式化微處理器及相關聯電路)之一組合。在本發明之各種實施例中可採用之控制器元件之實例包含但不限於習用微處理器、特殊應用積體電路(ASIC)及場可程式化閘陣列(FPGA)。
應瞭解，前述概念及下文所更加詳細地論述之額外概念之所有組合(假設此等概念並不相互矛盾)係涵蓋為本文中所揭示之發明性標的物之部分。特定而言，出現於本發明結尾處之所主張標的物之所有組合係涵蓋為本文中所揭示之發明性標的物之部分。亦應瞭解，亦可出現於以引用方式所併入之任何揭示內容中之本文中所明確採用之術語應 被賦予與本文中所揭示之特定概念最為一致之一意義。
在圖式中，相似參考字元通常指代不同視圖中之相同部件。此外，圖式未必按比例繪製，而是通常將重點放在圖解說明本發明之原理上。
已建議在各種類型照明器具(諸如例如，經組態以用於戲劇照明及其他類型之娛樂照明應用之照明器具)中利用一LED光源代替一或多個白熾光源。然而，此等照明器具可具有一或多個缺陷。舉例而言，LED照明器具可採用多種色彩之LED且可能無法獲得色彩之高效混合。因此，申請人已認識到需要提供利用一光學元件來令人滿意地混合來自複數個LED之光輸出之一以LED為基礎之照明單元。 該光學元件可視情況位於一反射體及/或其他額外光更改結構下方。在某些實施例中，該光學元件可在其內部包含至少一個反射表面且該等LED可圍繞該反射表面垂直配置。在某些實施例中，該反射表面可包含一圓錐形光學部件或可包含複數個反射性金字塔結構。更一般而言，申請人已認識並瞭解到，提供來自一照明單元之複數個LED之光輸出之令人滿意之混合，藉此提供由該照明單元產生之一光輸出中之令人滿意之最小色像差將係有利的。鑒於前文，本發明之各種實施例及實施方案係針對一以LED為基礎之照明單元。
參考圖1至圖3，在一項實施例中，一以LED為基礎之照明單元10包含放置於一LED光學元件20之上之一單個號角 式反射體60。反射體60實質上以一縱向延伸之中心照明單元軸A為中心。反射體60包含朝向一反射體頂部66向上及向外外擴成喇叭形之一反射體底座64。反射體頂部66通常界定以LED為基礎之照明單元10之一光輸出開口。反射體60包含七個單獨內部外擴面。一反射體支撐凸緣62自反射體底座64徑向延伸且耦合至光學元件20之一上部支撐件24。舉例而言，緊固件可延伸穿過支撐凸緣62中之開口且可接納於上部支撐件24之對應開口中。在替代實施例中，支撐凸緣62及上部支撐件24可以黏合方式彼此耦合、彼此焊接、共同形成及/或可省略二者中之一者。舉例而言，在某些實施例中，反射體底座64可直接附接至上部支撐件24。反射體支撐凸緣62包含穿過其之複數個緊固件開口，該等緊固件開口可接納穿過其以用於將反射體60附接至光學元件20之緊固件。反射體頂部66具備環繞其之一上部凸緣68。上部凸緣68可在以LED為基礎之照明單元10實施於一照明器具中時與一殼體介接且可視情況包含一墊片。
所繪示反射體60係一非對稱號角式反射體。在其他實施例中，可利用其他反射體。舉例而言，在某些替代實施例中，可利用一對稱號角式反射體。在其他實施例中，可視情況不利用反射體或利用一非號角式反射體。在所繪示以LED為基礎之照明單元中，上部凸緣68與反射體底座64之間不存在漫射器或其他光更改透鏡。在替代實施例中，可視情況沿著反射體60添加一漫射器及/或可越過反射體60在以LED為基礎之照明單元10實施於其內之一照明器具之 一光輸出開口之上或之前包含一漫射器。舉例而言，可視情況跨越反射體頂部66添加一漫射器。在某些實施例中，反射體60及以LED為基礎之照明單元10安裝於其內之任何殼體可不具有與以LED為基礎之照明單元10之光輸出實質上介接之光更改透鏡。在彼等實施例中之某些實施例中，反射體60及/或照明器具之其他態樣可視情況具備一保護性非光更改透鏡。
上部支撐件24通常界定與在反射體底座64處之一對應光輸入開口光學連通之一光學元件光輸出開口25。前文所提及光輸出開口中之每一者實質上以所圖解說明實施例中之照明單元軸A為中心。在某些實施例中，可視情況在光學元件20中添加一漫射器或其他光更改透鏡。舉例而言，在某些實施例中，可視情況跨越光學元件光輸出開口25添加一全像漫射器。
上部支撐件24可經由在上部支撐件與下部支撐件之間延伸的垂直延伸支撐柱26附加至下部支撐件22。可利用(舉例而言)螺絲或其他緊固件、黏合劑、干涉配合及/或焊接中之一或多者將上部支撐件24及/或下部支撐件22附加至支撐柱26。在某些實施例中，上部支撐件24、柱26及/或下部支撐件22可形成為一黏結件。舉例而言，在某些實施例中，支撐柱26及下部支撐件22可形成為一黏結件。垂直延伸支撐柱26經配置而與所圖解說明實施例中之照明單元軸A實質上平行且以照明單元軸A為中心。
具有一圓錐形光學部件底座44及一光學部件頂點46之一 圓錐形光學部件40自下部支撐件22向上延伸。圓錐形光學部件40實質上以所圖解說明實施例中之照明單元軸A為中心，頂點46與照明單元軸A對準，且圓錐形光學部件40相對於照明單元軸A實質上對稱。圓錐形光學部件40具有自外部看時係凹形之一外表面。該外表面係反射性的。在某些實施例中，該外表面可在其上包含一銀金屬化真空沈積塗層。在某些實施例中，該外表面可具有通常係照明單元軸A之每一側上之拋物線之一剖面。如本文中所闡述，該外表面之全部或部分可經組態以重定向由LED陣列34發射之大部分光輸出並使該大部分光輸出入射於其上向上朝向且穿過光學部件光輸出開口25及反射體底座64處之光開口。
所繪示光學部件頂點46向上延伸至係沿著照明單元軸A自光學部件底座44至光學部件開口25之距離的約三分之二之一位置。在替代實施例中，光學部件頂點46可視情況進一步延伸或不可延伸至該位置。此外，在替代實施例中，光學部件頂點46可視情況不與照明單元軸A對準及/或圓錐形光學部件40可不相對於照明單元軸A對稱。已受益於本發明之熟習此項技術者將認識並瞭解到，一光學部件可根據本發明之教示經組態以達成色彩混合之一所期望位準、一所期望光學輸出及/或與除光學元件20之頂部上之一反射體外或代替光學元件20之頂部上之一反射體所提供之一特定反射體或其他光學元件介接。舉例而言，在某些實施例中，可利用一非對稱光學部件來達成來自一照明單元之 一非對稱光輸出。
各自在其上包含一LED陣列34及自其向後延伸之一散熱片36之七個LED PCB 32環繞圓錐形光學部件40。LED陣列34環繞且通常經引導朝向光學部件40及照明單元軸A。LED陣列34各自通常與照明單元軸A平行且LED陣列34中之每一LED之中心軸(源自通常垂直於對應LED PCB 32之每一LED之一軸)通常垂直於照明單元軸A。LED陣列34各自在一對支撐柱26之間垂直延伸。在某些實施例中，LED PCB 32可附接至支撐柱26。舉例而言，在某些實施例中，LED PCB 32可滑動地接納於支撐柱26之槽中。此外，舉例而言，在某些實施例中，LED PCB 32可另外或替代地以黏合方式耦合至支撐柱26及/或利用一或多個緊固件來附加。LED陣列34通常圍繞圓錐形光學部件40垂直配置且以其為中心。
在某些實施例中，至少LED PCB 32之面向內部之表面、支撐柱26及/或支撐件22/24可係反射性的。舉例而言，在某些實施例中，LED PCB 32、支撐柱26及/或支撐件22/24可由一反射材料形成。此外，舉例而言，在某些實施例中，LED PCB 32之表面及/或支撐柱26可另外或替代地在其上包含銀金屬化真空沈積塗層。在某些實施例中，LED陣列34共同地包含在LED PCB 32當中相等劃分之385個LED。在彼等實施例之某些版本中，LED陣列34係多色彩的且在500W下產生約20K流明。在某些實施例中，多色彩LED陣列可包含三個或三個以上單獨通道。儘管圖解 說明七個單獨LED陣列34與具有七個不同外擴面之一號角式反射體60介接，但在替代實施例中，可提供更多或更少LED陣列34，LED陣列34之數目可或可不對應於任何反射體上可存在之面之數目。在某些特定實施例中，可期望以一非對稱方式來提供奇數數目個LED陣列34。
在圖1至圖3之所圖解說明實施例中，自LED陣列34發射之LED光輸出中之某些直接入射於圓錐形光學部件40上。直接入射於圓錐形光學部件40上之此等光中之某些光經向上反射藉此朝向且穿過光學元件光輸出開口25。在經引導穿過光學元件光輸出開口25之前，直接入射於圓錐形光學部件40上之其他光可在光學元件20之內部進一步反射(視情況由圓錐形光學部件40進行一或多額外次)。自LED陣列34發射之其他LED光輸出可間接入射於圓錐形光學部件40上且然後直接或間接經引導穿過光輸出開口25。然而，在經引導出光輸出開口25之前，自LED陣列34發射之其他LED光輸出可僅自光學元件20內部之其他表面反射。然而，其他最小量之自LED陣列34發射之LED光輸出可經直接引導出光輸出開口25。在此等輸出進入反射體60之前，由光學元件20達成之共同光輸出混合提供LED光輸出之令人滿意之混合。
在替代實施例中，除散熱片36以外或代替散熱片36，亦可視情況包含其他散熱結構。舉例而言，在某些實施例中，可利用散熱管、熱微通道材料(例如，石墨及/或IsoSkin)及/或水幫浦系統來將熱自個別PCB 32移動至一單 個片堆疊。可視情況提供一或多個風扇以跨越片堆疊來吹動空氣。此外，舉例而言，在某些實施例中，可利用散熱管、熱微通道材料及/或水幫浦系統來將熱自每一個別PCB 32移動至僅與僅一單個PCB 32相關聯之複數個片堆疊中之一者。可視情況提供各自跨越一或多個片堆疊吹動空氣之一或多個風扇。
在某些實施例中，以LED為基礎之照明單元10可視情況實施於一娛樂照明器具(諸如例如，一舞臺照明器具)中。然而，已受益於本發明之熟習此項技術者將認識且瞭解到，在替代實施例中，根據本發明之教示之LED照明單元可實施於其他以LED為基礎之照明器具(諸如例如，現場補強照明器具及/或建築照明器具)中。
參考圖4至圖6，圖解說明一以LED為基礎之照明單元100之一第二實施例。照明單元110包含一光學元件120及複數個LED PCB 132。照明單元110包含圍繞以LED為基礎之照明單元100之一照明單元軸A1配置之複數個反射性金字塔結構140。金字塔結構140中之每一者具有實質上相同之組態。然而，在其他實施例中，該等金字塔結構中之一或多者之大小及/或形狀可變化。此外，在某些實施例中，可提供更多或更少個金字塔結構。金字塔結構140圍繞照明單元軸A1徑向配置，其中每一金字塔結構之頂點124最緊密毗鄰照明單元軸A1。LED PCB 132以照明單元軸A1為中心且與照明單元軸A1實質上平行。
金字塔結構140各自包含一平面三角形底部反射表面 142、一平面三角形第一側反射表面144及一平面三角形第二側反射表面146。反射表面142、144、146係在一伸長矩形底座148之頂部上。每一矩形底座148環繞LED PCB 132中之一者之一單個LED陣列134且接收來自LED陣列134之光輸出。儘管LED PCB 132經繪示為係朝向矩形底座148之最外層部分，但在替代實施例中，可將LED PCB 132更完全地接納於其中。此外，在某些替代實施例中，可省略矩形底座148。底部反射表面142全部朝向一中心頂點會聚，該中心頂點與照明單元軸A1實質上對準且與個別金字塔結構140中之每一者之頂點124實質上相對應。金字塔結構140中之每一者之側表面144及側表面146之上部邊緣實際上朝向該中心頂點向下會聚。然而，該中心頂點構成相對於底部表面142的一頂點。
在某些實施例中，至少金字塔結構140之面向內部之表面可係反射性的。舉例而言，在某些實施例中，金字塔結構140之整體係由一反射材料形成。此外，舉例而言，在某些實施例中，金字塔結構140之所有表面可另外或替代地在其上包含銀金屬化真空沈積塗層。
在金字塔結構140中之每一者之敞開側中，一光學元件光輸出開口係由複數個個別開口125共同地形成。一反射體、透鏡或其他光學元件可視情況提供於光輸出開口之頂部且與該光輸出開口光學連通，該光輸出開口由複數個個別開口125及/或個別開口125中之一或多者形成。舉例而言，在某些實施例中，一號角式反射體可提供於該光輸出 開口之頂部且實質上以縱向照明軸A1為中心。該號角式反射體可包含與由複數個個別開口125形成之光輸出開口光學連通之一單個開口。
參考圖5及圖6，圖解說明分別沿圖4之剖面線5-5及剖面線6-6截取之光學元件之剖面圖。亦繪示自LED PCB 132之LED陣列134中之一者之複數個LED 134A至134D延伸之例示性光線。應理解，諸多其他光線將自LED陣列134之LED中之每一者發出。
在圖5中，光線134C1自LED 134C經引導至矩形底座148之一頂部內表面，然後經反射至底部表面142，底部表面142又將光線134C1反射穿過光輸出開口125。光線134B1自LED 134B經引導至底部表面142，然後經反射穿過光輸出開口125。光線134A1自LED 134A經引導至矩形底座148之一底部內表面，然後經反射穿過光輸出開口125。
在圖6中，光線134D1自LED 134D經引導至矩形底座148D之一側內表面148D，然後經引導穿過光輸出開口125朝向頂點124。光線134E1自LED 134E經引導直接穿過光輸出開口125。取決於光線134D1及光線134E1之確切射出角度，光線134D1及光線134E1中之一者或兩者可視情況射出圖5及圖6中所圖解說明之金字塔結構140之光輸出開口125，然後進入一或多個其他金字塔結構140之光輸出開口125，其中在射出其光輸出開口125之前，光線134D1及光線134E1可進一步經反射一或多額外次。額外光線將自LED中之每一者發射，大部分該等額外光線將由一或多個 金字塔結構140反射一或多次。在此等輸出最終射出光學元件120之前，由光學元件120達成之共同光輸出混合提供LED光輸出之令人滿意之混合。
雖然本文中已闡述且圖解說明瞭數項發明性實施例，但熟習此項技術者將易於設想用於執行本文中所闡述之功能及/或獲得本文中所闡述之結果及/或優點中之一或多者之各種其他構件及/或結構，且此等變化形式及/或修改形式中之每一者皆被認為係在本文中所闡述之發明性實施例之範疇內。更一般而言，熟習此項技術者將易於瞭解，本文中所闡述之所有參數、尺寸、材料及組態意欲係例示性的且實際參數、尺寸、材料及/或組態將取決於使用發明性教示之特定應用或若干應用。熟習此項技術者僅使用常規實驗即將認識到或能夠確定本文中所闡述之特定發明性實施例之諸多等效內容。因此，應理解，前述實施例僅以實例方式呈現，且在隨附申請專利範圍及其等效內容之範疇內，可以不同於所特定闡述及主張之方式來實踐發明性實施例。本發明之發明性實施例係針對本文中所闡述之每一個別特徵、系統、物品、材料、工具及/或方法。另外，若此等特徵、系統、物品、材料、工具及/或方法並非相互矛盾，則兩個或兩個以上此等特徵、系統、物品、材料、工具及/或方法之任何組合包含於本發明之發明性範疇內。
如本文中所定義及所使用之所有定義應理解為支配辭典定義、以引用方式所併入之文件中之定義及/或所定義術 語之普通意義。
除非明確指示相反情形，否則如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用之不定冠詞「一(a及an)」應理解為意指「至少一個」。
如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用之片語「及/或」應理解為意指如此連結之組件中之「任一者或兩者」，亦即，在某些情形下以連結方式存在之組件及在其他情形下以分離方式存在之組件。以「及/或」所列出之多個組件應以相同方式解釋，亦即，如此連結之組件中之「一或多者」。可視情況而存在除由「及/或」從句所特定識別之組件之外的其他組件，無論與所特定識別之彼等組件相關還是不相關。因此，作為一非限定性實例，當結合諸如「包括」之開放式語言使用時，對「A及/或B」之一提及可在一項實施例中僅指代A(視情況包含除B以外之組件)；在另一實施例中，僅指代B(視情況包含除A外之組件)；在又一實施例中，指代A及B兩者(視情況包含其他組件)；等等。
如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用，參考一或多個組件之一列表之片語「至少一個」應理解為意指自該組件列表中之若干組件中之任何一或多者選擇之至少一個組件，但未必包含該組件列表內所特定列出之每一及每個組件中之至少一者，且不排除該組件列表中之若干組件之任何組合。此定義亦允許可視情況而存在除片語「至少一個」指代之該組件列表內所特定識別之組件之外的元 件，無論與所特定識別之彼等組件相關還是不相關。
亦應理解，除非明確指示相反情形，否則在本文中所主張之包含一個以上步驟或動作之任何方法中，該方法之步驟或動作之次序未必限於陳述該方法之步驟或動作之次序。此外，在申請專利範圍中出現在括弧中之參考編號(若有)僅係為方便起見且絕不應視為限制申請專利範圍。
在申請專利範圍中以及在上文說明書中，所有過渡性片語(諸如「包括」、「包含」、「攜載」、「具有」、「含有」、「涉及」、「固持」、「由...構成」及諸如此類)應理解為係開放式，亦即，意指包含但不限於。僅過渡性片語「由...組成」及「基本上由...組成」應分別係封閉式或半封閉式過渡性片語。
10‧‧‧以發光二極體為基礎之照明單元
20‧‧‧發光二極體光學元件/光學元件
22‧‧‧下部支撐件/支撐件
24‧‧‧上部支撐件/支撐件
25‧‧‧光學元件光輸出開口/光學部件光輸出開口/光學部件開口/光輸出開口
26‧‧‧垂直延伸支撐柱/支撐柱/柱/支撐結構
32‧‧‧發光二極體PCB/PCB
34‧‧‧發光二極體陣列/發光二極體/面向內部之 發光二極體
36‧‧‧散熱片
40‧‧‧圓錐形光學部件/光學部件/反射性圓錐形 光學部件
44‧‧‧圓錐形光學部件底座/光學部件底座
46‧‧‧光學部件頂點/頂點
60‧‧‧號角式反射體/反射體
62‧‧‧反射體支撐凸緣/支撐凸緣
64‧‧‧反射體底座
66‧‧‧反射體頂部
68‧‧‧上部凸緣
110‧‧‧以發光二極體為基礎之照明單元/照明單元
120‧‧‧光學元件
125‧‧‧開口/光輸出開口
132‧‧‧發光二極體PCB
134‧‧‧發光二極體陣列/發光二極體/面向內部之發光二極體
134A‧‧‧發光二極體
134A1‧‧‧光線
134B‧‧‧發光二極體
134B1‧‧‧光線
134C‧‧‧發光二極體
134C1‧‧‧光線
134D‧‧‧發光二極體
134D1‧‧‧光線
134E‧‧‧發光二極體
134E1‧‧‧光線
142‧‧‧平面三角形底部反射表面/反射表面/底部反射表面/底部表面
144‧‧‧平面三角形第一側反射表面/反射表面/側表面
146‧‧‧平面三角形第二側反射表面/反射表面/側表面
148‧‧‧伸長矩形底座/矩形底座
148D‧‧‧矩形底座/側內表面
A‧‧‧縱向延伸之中心照明單元軸/縱向延伸之照明單元軸/照明單元軸
A1‧‧‧照明單元軸/縱向照明軸/縱向延伸之照明單元軸
圖1圖解說明一以LED為基礎之照明單元之一第一實施例之一透視圖。
圖2圖解說明包含其一光學元件之圖1之以LED為基礎之照明單元之若干部分之一分解透視圖；為便於觀看其他元件，圖2中未圖解說明七個LED PCB中之兩者。
圖3圖解說明沿圖1之剖面線3-3截取之圖1之以LED為基礎之照明單元之一剖面圖。
圖4圖解說明一以LED為基礎之照明單元之一第二實施例。
圖5圖解說明沿圖4之剖面線5-5截取之以LED為基礎之照明單元之一剖面圖；亦繪示自以LED為基礎之照明單元 之LED PCB中之一者之複數個LED延伸之例示性光線。
圖6圖解說明沿圖4之剖面線6-6截取之以LED為基礎之照明單元之一剖面圖；亦繪示自LED PCB中之一者之複數個LED延伸之例示性光線。
10‧‧‧以發光二極體為基礎之照明單元
20‧‧‧發光二極體光學元件/光學元件
24‧‧‧上部支撐件/支撐件
32‧‧‧發光二極體PCB/PCB
36‧‧‧散熱片
60‧‧‧號角式反射體/反射體
62‧‧‧反射體支撐凸緣/支撐凸緣
64‧‧‧反射體底座
66‧‧‧反射體頂部
68‧‧‧上部凸緣
A‧‧‧縱向延伸之中心照明單元軸/縱向延伸之照明單元軸/照明單元軸

Claims (20)

  1. 一種以發光二極體(LED)為基礎之照明單元，其包括：一縱向延伸之照明單元軸(A、A1)；一光輸出開口(25、125)，其環繞該照明單元軸(A、A1)；一反射體(60)，其定位於該光輸出開口(25、125)上方且環繞該照明單元軸(A、A1)；複數個LED(34、134)，其定位於該光輸出開口(25、125)下方且環繞該照明單元軸(A、A1)，該等LED(34、134)中之每一者發射具有通常經引導朝向且垂直於該照明單元軸(A、A1)之一光輸出中心軸之一光輸出；至少一個反射表面，其插置於該等LED(34、134)中之至少某些LED與該照明單元軸(A、A1)之間；其中該反射表面經定位以使得複數個該光輸出中心軸直接入射於其上；且其中該反射表面經組態以使得直接入射於其上之複數個該光輸出中心軸經引導穿過該光輸出開口(25、125)。
  2. 如請求項1之以LED為基礎之照明單元，其中該反射表面係具有最緊密毗鄰該光輸出開口(25、125)之一頂點之一反射性圓錐形光學部件(40)。
  3. 如請求項2之以LED為基礎之照明單元，其中該頂點集中於該照明單元軸(A、A1)上。
  4. 如請求項1之以LED為基礎之照明單元，其中該反射表面 包含朝向一頂點會聚之複數個平面表面。
  5. 如請求項4之以LED為基礎之照明單元，其中該頂點集中於該照明單元軸(A、A1)上。
  6. 如請求項1之以LED為基礎之照明單元，其中該等LED(34、134)配置於以該照明單元軸(A、A1)為中心之複數個平面安裝表面上。
  7. 如請求項1之以LED為基礎之照明單元，其中該反射表面包含複數個金字塔結構(140)，該等金字塔結構(140)圍繞該照明單元軸(A、A1)徑向配置且各自具有最緊密毗鄰該照明單元軸(A、A1)之一頂點。
  8. 一種以LED為基礎之照明單元，其包括：一縱向延伸之照明單元軸(A、A1)；一光輸出開口(25、125)，其環繞該照明單元軸(A、A1)；一光更改結構，其定位於該光輸出開口(25、125)上方且以該照明單元軸(A、A1)為中心；複數個LED PCB，其定位於該光輸出開口(25、125)下方且環繞該照明單元軸(A、A1)，該等LED PCB中之每一者與該照明單元軸(A、A1)實質上平行且在其上具有發射具有一光輸出中心軸之一光輸出之面向內部之LED(34、134)；及一反射性圓錐形光學部件(40)，其提供於該等LED PCB之內部且以該照明單元軸(A、A1)為中心，該圓錐形光學部件(40)具有一底座及一頂點，該頂點較該底座更 接近該光輸出開口(25、125)。
  9. 如請求項8之以LED為基礎之照明單元，其中該底座與該頂點之間的該圓錐形光學部件(40)之一外表面通常係凹形的。
  10. 如請求項8之以LED為基礎之照明單元，其進一步包括插置於該等LED PCB之間的複數個支撐結構(26)。
  11. 如請求項10之以LED為基礎之照明單元，其中至少該等支撐結構(26)中之每一者之一面向內部之部分係反射性的。
  12. 如請求項8之以LED為基礎之照明單元，其中至少該等LED PCB中之每一者之一面向內部之部分係反射性的。
  13. 如請求項8之以LED為基礎之照明單元，其中該底座與該頂點之間沿著該照明單元軸(A、A1)之距離大於該頂點與該光輸出開口(25、125)之間沿著該照明單元軸(A、A1)之距離。
  14. 如請求項8之以LED為基礎之照明單元，其中奇數數目個該等LED PCB圍繞該照明單元軸(A、A1)非對稱地配置。
  15. 如請求項8之以LED為基礎之照明單元，其中該光更改結構係一反射體(60)。
  16. 一種以LED為基礎之照明單元，其包括：一縱向延伸之照明單元軸(A、A1)；一光輸出開口(25、125)，其環繞該照明單元軸(A、A1)； 複數個LED PCB，其定位於該光輸出開口(25、125)下方且環繞該照明單元軸(A、A1)，該等LED PCB中之每一者與該照明單元軸(A、A1)實質上平行且在其上具有發射具有一光輸出中心軸之一光輸出之面向內部之LED(34、134)；及複數個反射性金字塔結構(140)，其提供於該等LED PCB之內部且圍繞該照明單元軸(A、A1)徑向配置，該等金字塔結構(140)中之每一者具有最接近該照明單元軸(A、A1)之一頂點及最遠離該照明單元軸(A、A1)之一底座，該底座接收來自該等LED PCB中之單一者之大部分該光輸出。
  17. 如請求項16之以LED為基礎之照明單元，其中提供奇數數目個該等金字塔結構(140)。
  18. 如請求項16之以LED為基礎之照明單元，其中該等金字塔結構(140)係各自非對稱的。
  19. 如請求項16之以LED為基礎之照明單元，其中該等金字塔結構(140)各自包含一伸長矩形底座(148)。
  20. 如請求項16之以LED為基礎之照明單元，其進一步包括定位於該光輸出開口(25、125)上方且環繞該照明單元軸(A、A1)之一號角式反射體(60)。
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