包括一细长光源和一背反射器的泛光灯的制作方法

专利名称：包括一细长光源和一背反射器的泛光灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一细长光源和一背反射器类型的泛光灯。本发明特别地(但不排他地)适用于使用荧光灯管作为光源的泛光灯。
背景技术：
荧光灯管形式的细长光源被普遍用于室内外空间照明的泛光灯。它们也具有其它的用途，例如，货架照明和陈列照明，不仅包括商业广告和紧急标志，而且包括电子显示屏。
对泛光灯所要求的光的分配取决于泛光灯的用途。例如，装于天花板上的使用荧光灯管的泛光灯用于普通的空间照明，而通常较多使用的所谓“蝙蝠之翼”型的光输出，其具有广角的横向光分配，因为即使当诸泛光灯相对宽地隔开时，该光源也能在地板上达到相当均匀的照明量。如果被照明的空间内，有人使用计算机显示屏，则“蝙蝠之翼”型的光分配较佳地在竖直向下的两侧呈现约60°的截断，以减少使用者经受来自显示屏的炫目的光量。另一方面，当使用荧光灯管的泛光灯来用于光导的边缘照明时，例如，对一显示屏提供一背光系统，泛光灯的光输出应具有窄的横向分配，以使尽可能多的光注入光导。
荧光灯管通常绕其轴线向各个方向发出大致均匀的光，在一泛光灯中，通常装备有一背反射器，用来将朝后发射的光再次引导到向前方向。间隔的背反射器与荧光灯管一起被广泛地用于空间照明，通常还与荧光灯管一起用作电子显示屏的背光，它们使泛光灯十分有效地利用其能量。然而，与光源相比，背反射器常显得体积大，并不总是适合有限空间内的使用。此外，当泛光灯应用于空间照明时，通常也要求有前漫射体，以提供地板上均匀的照明量，这样，又增加了结构庞大的体积。
包括线型光源并配备有隔开的背反射器的泛光灯的实例，在US-A-4 642 741，[US-A-4 514 793和US-A-3 654 471中均有介绍。在US-A-4 642 741中描述的结构中，背反射器可包复在线型光源周围，以便运输和处理。
作为对包括荧光灯管和隔开的背反射器的泛光灯的变体，已研制出所谓的“孔缝灯”。在这种类型的细长光源中，反射材料紧紧包围(或一体形成)在荧光灯管的周向部分，留下一光(包括由反射材料反射的光)可透出的细长孔。反射材料可以是片状材料，或直接涂复在荧光灯管的内侧或外侧的涂层，或涂复在完全包围灯管的防护外壳的内面或外面的涂层。根据所使用的反射材料和所形成的细长孔的大小，孔可显示高的面照度，但不总是提供有控制的光分配。
孔缝灯的实例在US-A-3 115 309，US-A-4 186 431，US-A-4 991 070，US-A-5036 436，US-A-5 510 965，WO 94/22160和WO 99/60303中均有介绍。在US-A-5 510965中所述的结构中，一印刷膜用作为反射器，选择印刷图案，以便按要求的方式修正光源的输出。
在某些例子中，使用的背反射器紧密地围绕灯管接合。这种类型结构的实例在US-A-2 078 370，US-A-2 595 275，US-A-3 140 055和DE-A-195 28 962中有描述。在其中的某些实例中，反射器装备有背离灯管延伸的部分(见US-A-2 078 370，US-A-2 595 275和US-A-3 140 055)。
尽管带有隔开的背反射器的灯管要求有更多的空间，但它一般比孔缝灯在耗能上更有效，因为光在沿向前方向发射之前经受较少的反射，这样，可减少在反射上光的损失量。
US-A-4 933 821和US-A-5 414 604描述包括隔开的背反射器的泛光灯，反射器的形状确保从荧光灯管发出的某些光线以相对于其它光线呈锐角地离开泛光灯。在US-A-4 933 021中描述的泛光灯中，这种情况是通过形成反射器的边缘得以实现。在US-A-4 418 378中，用于一光箱内的荧光灯管的输出，通过向灯管提供带有切去端部的开孔套筒得以修正。

发明内容
本发明涉及的问题在于为一泛光灯内的细长光源提供一相当紧凑的反射器，该反射器将不仅沿一要求的方向再次导向，而且能从定制的泛光灯中分配光线，以满足该泛光灯被使用的特殊场所的要求。
本发明提供一包括一反射器的泛光灯，反射器形成一细长的凹腔，一细长的光源位于凹腔内并与反射器保持隔开的关系，由此，反射器在光源的后侧包围住光源，以反射从光源发出的光，并使它以大致向前的方向从凹腔发射；反射器装备有从其内表面直立的棱镜结构，其中途阻止和偏转发射的光，并从光源和反射器之间的凹腔内的空间、沿大致向前的方向发射光线。
本发明还提供一包括一反射器的泛光灯，反射器形成一细长的凹腔，一细长的光源位于凹腔内并与反射器保持隔开的关系，由此，反射器在光源的后侧包围住光源，以反射从光源发出的光，并使它以大致向前的方向从凹腔发射；反射器在凹腔的相对侧装备有从其内表面直立的对应棱镜结构，其中途阻止和偏转发射的光，并从光源和反射器之间的凹腔内的空间、沿大致向前的方向发射光线。
根据本发明的泛光灯的细长光源应是不会完全吸收被反射器返回的光线的光源，最好是基本上不吸收反射光。一种合适的光源是荧光灯管。
本文所使用的术语“光”是指在电磁谱的紫外线，可见光线和/或红外线范围内的电磁辐射。
本文所使用的术语“棱镜结构”一般是指一种结构，其两个端面是类似，相等和平行的直线围着的图形，且其诸侧面是平行四边形。在其最简单的形式中，棱镜结构具有一三角形截面。然而，如本文所使用的，该术语延伸至具有大于三条边的截面的结构，并且也延伸极限情形，其中，该结构具有多样性侧面的截面，这种多样性可达到至少其中的某些侧面形成一曲线的程度。
附图的简要说明借助于实例(仅为示例而已)，下面将参照附图来描述本发明的实施例，其中

图1是根据本发明的一泛光灯的分解的立体图；图2是图1的泛光灯处于组装状态下的立体图；图3示出通过图2的泛光灯的横向截面图；图3A图示在图3的平面内的泛光灯的光输出的分布；图4，5，6和7示出根据本发明的各泛光灯的横向截面图；图4A，5A，6A图示分别在上述诸图的平面内的图4，5，和6的泛光灯的光输出的分布；以及图8是根据本发明的一泛光灯的背光系统的示意图。
具体实施例方式
以分解状况在图1中示出的以及以组装状况在图2示出的泛光灯1，包括一线型的荧光灯管2和一反射器3。反射器3呈细长形式，如图3所示，其具有一基本上为凹形的横截面，它形成一光源2位于其中的凹腔4，这样，光源在其一侧由反射器部分地包围。反射器3形成泛光灯的背部，在使用中，该背部用来沿向前的方向(即，背离反射器)将光线发射出凹腔4。
反射器3包括一细长的外壳5，其横截面是大致的半圆，以及在其内表面上的三个直立的纵向延伸的肋6，7。以标号6表示的两个直立的肋位于外壳5的纵向边缘，而第三个直立肋7位于中央。包括外壳5和肋6，7的反射器3由一光学透明(较佳地是聚合物)的材料制成，且最好是模制或注塑部件。用于反射器3的合适材料是聚碳酸酯，但或者也可由丙烯酸材料制成。肋6，7接触到荧光灯管2的包壳，并用来将外壳5与荧光灯管2隔开，其中在肋6的情形中，还用来修正离开泛光灯1的光线的分布，这将在下文中作较详细的描述。一高效的镜面反射层8形成在外壳5(如图所示，包括与肋6的底部相对的边缘部分)的外表面，以反射从光源2通过外壳的光线。
反射器3可安装在接纳荧光灯管2的配件上，或形成为该配件的一部分。或者，它以可被取下并相对于灯管可按要求调整的方式直接地安装在灯管2的包壳上。在一优选的结构中，反射器3绕荧光灯管2延伸，使其通过肋6的作用能单独地保持在灯管上，只需提供一些用来将反射器固定在灯管的要求的圆周位置上的装置。在这种情形中，反射器3的外壳5必须有足够的弹性，以允许需要时插入和取出灯管2。已知还有将反射器直接地安装在荧光灯的包壳上的各种其它结构，在US-A-4 514793和2 595 275中描述有这种实例。或者，可使用与反射器同样的结构来安装反射器3，这种结构可以商标名“夹持式反射器(Clip-On Reflector)”，从美国明尼苏达州的圣保罗市的Minnesota Mining and Manufacturing Company购得。
泛光灯1一般发挥如下功能。荧光灯管2绕其纵向轴线基本上向各个方向发射均匀的光线。朝后方向(即，朝向反射器3的方向)发射的光，将通过外壳5并被涂层8反射而返回到荧光灯管2，在那里它可再次反射并返回到涂层8。事实上，光在其最终通过灯管2或肋6中一个肋，能离开凹腔4(沿向前方向行进)之前，可在凹腔4内，在荧光灯管2和外壳5之间经历多次的反射。如迄今为止所述，反射器3以传统的方式起作用。
为了减少在涂层8上反射损失的光量，涂层8朝向凹腔4应具有至少约为90％的反射率，较佳地至少为98％。涂层8可包括层合在外壳5的外表面上的反射膜，在这种情形中，较佳的反射膜是US-A-5 882 774和WO97/01774中所述类型的多层光学膜。也可采用其它合适的膜，例如，可以商标名“Miro”从德国的Ennepetal市的Alanod公司购得。作为对使用反射膜的变型，涂层8可以是蒸发沉积层。在某些例子中，涂层8基本上是漫反射材料，但相对于肋6的底部仍将要求镜面反射材料的条带。
各条肋6呈具有三角形截面的棱镜形式，棱镜的底部是反射器3的外壳5的外表面的延续，且棱镜的顶靠近荧光灯管2的包壳。两个棱镜6具有呈等腰三角形的相同截面，并相对于灯管2对称地定位和定向。通过其中一个棱镜6的光线，在其离开凹腔4时，将被棱镜偏转，并通过棱镜合适的定向和棱镜角的选择可控制光线离开泛光灯的方向。通过改变反射器3包围荧光灯管2的范围，还可调整通过棱镜6的光量。
在图3所示反射器的情形中，反射器3的范围(量测为棱镜6的两顶之间的距离)，是反射器包围灯管2的大约55％的圆周。棱镜6具有76°的棱镜角α，每个棱镜定向成棱镜的外表面与包含棱镜顶的平面夹68°的β角，其结果，使棱镜顶朝向凹腔4。图3A示出在图3平面内(即，横对灯管2的长度)的反射器3，在从该结构的泛光灯发出的光的角向分布上的效果。图3A示出，在该平面内，光在向前方向(图3A中的0°)具有强度峰值，并比兰伯特光源发出的光更快地在向前方向的两侧下降到零。在正交平面中(即，沿灯管2的长度)，光线也具有向前方向的强度峰值，但反射器3的效果不明显。
图4类似于图3，示出一泛光灯，其中，棱镜6定向成各棱镜的外表面与包含棱镜顶的平面夹8°的β角，其结果，使各棱镜顶朝向凹腔4外。图4A类似于图3A，示出在图4平面内的反射器3在从该结构的泛光灯发出的光的角向分布上的效果。由此可见，在该平面内，光在向前方向(图4A中的0°)也具有强度峰值。在正交平面中(即，沿灯管2的长度)，光线也具有向前方向的强度峰值，但反射器3的效果不明显。
图3和4所示类型的泛光灯，提供具有沿向前方向强度峰值的一光束，这种类型的泛光灯特别适于光导的边缘照明，因为它们能将相当高能级的光投射到光导内，由此，能提高系统的效率。光导可有各种用途，例如，用于电子显示屏或边缘照明的标志，而它们本身也可起泛光灯的作用。图3和4所示类型的泛光灯，还适合用于“壁面打光(wall-washing)”的照明系统，用来照明表面(例如，标志面)和照明在零售货架上的商品。此外，由于其结构紧凑，它们特别适合用来安装在仓库的储存架之间的过道上，以有效地照明货架而不妨碍叉车的移动。
图5是与图3和4类似的视图，但其示出一提供完全不同的光分布的泛光灯。在这种情形中，反射器3的范围(量测为棱镜6的两顶之间的距离)，是反射器包围荧光灯管2的大约70％的圆周。此外，尽管棱镜6仍具有如图3和4所示的76°的顶角α，但它们定向成棱镜的外表面与包含棱镜顶的平面夹38°的β角。图5A示出在图5平面内的反射器3在从该结构的泛光灯发出的光的角向分布上的效果。该分布具有一所谓的“蝙蝠之翼”的形式，其中，光强度具有两个峰值，向前方向(在该例子中，夹角约为40°)的每侧各有一个，然后，当角扩大时，循着兰伯特分布下降到零。在正交平面中(即，沿灯管2的长度)，反射器3的光的角向分布的效果不明显。
图6示出图5所示结构的改型。主要的修改包括延续反射器3超过棱镜6，以沿反射器的弧形外壳5的各边缘，形成类似的向外倾斜的延伸部9。类似于涂层8的一高效镜面反射层10形成在各个延伸部9的外表面。延伸部9用作中途阻止光线，否则光线以相当的广角(包括各例子中的从在反射器另一侧的棱镜6发出的某些光线)离开泛光灯1，并使光线更加沿向前的方向发射。图6A示出在图6平面内，从该结构的泛光灯发出的光的角向分布。该分布仍具有“蝙蝠之翼”的形式，但两个峰值的光强度增加，并从向前方向的两侧以约60°的角很快地降低到零。
在图5所示类型的泛光灯中，通过提供广角的“蝙蝠之翼”的分布，该类型的泛光灯特别适于一般的空间照明应用。业已知道，当使用天花板安装的多个泛光灯来照明地板时，提供“蝙蝠之翼”分布的该泛光灯是最有效的，其有效之处在于，它们能更广泛地隔开，而不损害所提供的照明的均匀性。图6所示类型的泛光灯，较佳地应用于诸如室内使用计算机显示屏的办公室的空间照明。在这种情形中，因为由各泛光灯发出的光线被包括在绕向下垂线夹约60°角的范围内，从显示屏上发出的炫目之光将较少地烦扰使用者。应该认识到，对于在天花板上的安装，图5A和6A的泛光灯应这样定位发射光应向下朝向被照明空间的地板区域。
在图3至6所示的泛光灯的结构中，可改变棱镜6的定向，反射器3的棱镜角和范围，来修正发射光的分布。在上述三个因素中，业已发现，棱镜6的定向对于光的分布具有最大的作用。增加发射器3的范围 (在棱镜6的两顶之间量测)，以及由此光源2被包围的程度，将降低泛光灯的效率，这是因为发射的光较少，但也将减少以无控方式发射的光量。对于具有如图5A和6A的“蝙蝠之翼”光分布的泛光灯来说，例如，反射器3(在棱镜6的两顶之间量测)，较佳地包围光源2的圆周的约75％，但介于55％和85％之间任何值总是满意的。另一方面，对于具有如图3A和4A的窄的光分布的泛光灯来说，通常光源2的一较小部分被反射器3包围。在所有这些情形中，如果改变反射器包围光源的程度，则需考虑用来保持反射器相对于光源的位置的机构。
如图6所示类型的用来提供蝙蝠之翼型的光分布的一优选结构，使用一直径为25毫米的荧光灯管2，且反射器3的两个棱镜6的两个顶之间的距离，足以包围灯管圆周的约75％。棱镜介于底部和顶部之间的侧边的长度是10毫米；棱镜顶角α是74°；且棱镜定向成各棱镜的外表面与包含棱镜顶的平面夹40°的β角。延伸部9具有20毫米的宽度，并以与包含棱镜6的顶的平面夹100°角的方向向外倾斜。
如上面已指出的，图3至6的泛光灯的反射器3，在横向于荧光灯管2的长度的平面内，具有控制光分布的作用。如果在正交平面内要求对上述泛光灯中的任何一个的光输出进行附加控制，则这可通过提供跨灯管布置在灯管2的向前侧上的天窗得以实现。
图3至6的泛光灯可装备有已知的适合用于荧光灯管的任何合适的附加装置，例如，当反射层8设置有一聚合物的膜时，装载的聚合物材料可如EP-A-0 811 305所述的那样设置在聚合物反射膜的后面，以有助于启动和控制荧光灯管。
从以上图3至6的描述，应理解到，在荧光灯管2的背面的肋7仅用来保持灯管和反射器外壳5之间的距离。它无助于从泛光灯发出的光的分布，如果为保持光源和反射器之间间隔而提供某些另外的机构的话，则可省去肋7。
图3至6所示的泛光灯结构的一个特别实用的优点在于，荧光灯管2和背反射器3之间的空间，沿灯管的长度被棱镜6封闭，因此，将远比传统结构保持得干净。当泛光灯用于空间照明时，只有灯管2的外表面和棱镜6需要经常清洁。
尽管图3至6的反射器3的棱镜肋6均具有呈等腰三角形的截面，但也可使用其它形式的棱镜来改变从泛光灯发出的光的分布。对于棱镜6可作的修改，例如包括提供圆形的侧边，微结构和不对称的横截面。任一反射器的棱镜6不需具有相同的形状，且根据所要求的光分布，诸棱镜中的一个可以省去。
还可改变荧光灯管2和反射器3的相对位置，这样，它们不再是同心的。例如，图7示出一具有类似于图5的反射器3的泛光灯，只是肋7加以缩短，这样，减小反射器和灯管後侧的灯管之间的空间。然而，一般来说，最好选用灯管2和反射器3之间较宽的空间，因为光在从泛光灯凹腔4出现之前，将经历较少的反射。
背反射器3的形状也可由图3至6所示的一般呈半圆形进行修改。例如，反射器3可具有抛物线形或包括平的表面。此外，尽管肋6，7最好与反射器外壳5形成为一体，但这也不是关键的。例如，外壳5可用金属形成(金属本身可以是足以反射的)，而肋6，7则附连在其上。在这样的结构中，棱镜肋6当然可由光学透明的材料制成。
尽管图1至7的泛光灯利用荧光灯管作为光源，但它们可使用任何其它形式的细长光源，只要其不完全吸收由反射器3返回到其上的光线。较佳地，光源不吸收或基本上不吸收由反射器3返回到其上的光线。合适的其它光源包括大直径光纤和光导。
图8是示出包括根据本发明的泛光灯11和实体光导12的背光系统20的截面示意图。光导12显示为一矩形截面，沿一边缘12a设置细长的泛光灯。然而，使用矩形光导不是关键，也可使用任何其它合适形状的光导。选择泛光灯的反射器13，使泛光灯的输出是如图3A和4A所示的一狭窄朝向前的光束，由此，确保尽可能多的光线将通过邻近的边缘12a进入光导12。
光导12(其可以是实体的或中空的)具有一前表面14和一背表面15。当背光系统使用时，诸如偏振器，漫射器，液晶显示屏，图像膜或印刷的部件可放置在前表面14上。部件未示于图7中，但它是众所周知的，所以这里不再作更详细的描述。光导12还包括某些形式的光萃取机构，以将从光导内发出的光引导出前表面14。已知萃取机构的实例包括在光导的背表面15上的漫射点或沟槽。
如图3至7所示构造的泛光灯的具有特别优点的特点在于，与使用荧光灯管的传统泛光灯相比，它们可做成非常紧凑，但不过在各种场合仍能提供有效的照明。需要较小空间的泛光灯在许多领域内提供较大的设计自由度，例如，包括房屋建造，室内装饰设计和电子显示屏。
权利要求
1.一泛光灯，它包括一形成有细长凹腔的反射器，一细长的光源位于凹腔内并与反射器保持隔开的关系，由此，反射器在光源的后侧包围住光源，以反射从光源发出的光，并使它以大致向前的方向从凹腔发射；反射器装备有从其内表面直立的棱镜结构，以中途阻止和偏转发射的光，并从光源和反射器之间的凹腔内的空间、沿大致向前的方向发射光线。
2.一泛光灯，它包括一形成有细长凹腔的反射器，一细长的光源位于凹腔内并与反射器保持隔开的关系，由此，反射器在光源的后侧包围住光源，以反射从光源发出的光，并使它以大致向前的方向从凹腔发射；反射器在凹腔的相对侧装备有从其内表面直立的对应棱镜结构，其中途阻止和偏转发射的光，并从光源和反射器之间的凹腔内的空间、沿大致向前的方向发射光线。
3.如权利要求2所述的泛光灯，其特征在于， 反射器还包括在凹腔各侧和对应棱镜结构的前侧上的一附加的反射表面，其定位成中途阻止由在凹腔相对侧的棱镜结构发射的光线。
4.如上述权利要求中任何一项所述的泛光灯，其特征在于，棱镜结构/各棱镜结构沿反射器的长度延伸。
5.如上述权利要求中任何一项所述的泛光灯，其特征在于，棱镜结构/各棱镜结构具有大致三角形截面，且定向成棱镜结构的顶远离反射器表面。
6.如权利要求5所述的泛光灯，其特征在于，棱镜结构/各棱镜结构定向成结构的顶朝向或背向凹腔。
7.如上述权利要求中任何一项所述的泛光灯，其特征在于，反射器包括具有层合在其上的可反射的片材的成形外壳，以提供反射器的反射表面。
8.如权利要求7所述的泛光灯，其特征在于，外壳由光学透明的材料制成，且可反射的片材层合在其外表面上。
9.如权利要求7或8所述的泛光灯，其特征在于，棱镜结构/各棱镜结构是外壳的一体的部分。
10.如权利要求2所述的泛光灯，其特征在于，棱镜结构接合细长光源，且用作将反射器保持在细长光源上。
11.如权利要求2所述的泛光灯，其特征在于，棱镜结构接合细长光源，由此，封闭光源的后侧和反射器的内表面之间的空间。
12.如权利要求1至11中任何一项所述的泛光灯，其特征在于，泛光灯提供光输出，它在横向于光源范围的方向的平面内呈一狭窄的光束的形式，并具有沿向前方向的一强度峰值。
13.一种包括如权利要求12所述的泛光灯的背光系统，设置一光导以通过一边缘来接收从泛光灯发出的光线。
14.如权利要求1至11中任何一项所述的泛光灯，其特征在于，泛光灯提供光输出，它在横向于光源范围的方向的平面内呈一发散的光束的形式，并具有两个强度峰值，沿向前方向的各侧各有一个强度峰值。
15.一种如权利要求14所述的泛光灯的照明系统，其特征在于，设置该泛光灯来朝向被照明的区域发射大致向下的光线。
16.一种泛光灯，其参照诸附图中的图1至3，或图4至7中的任何一个所述。
全文摘要
一泛光灯(1)包括一反射器(3)，反射器形成一细长的凹腔，一细长的光源(2)、例如一荧光灯管位于凹腔内并与反射器保持隔开的关系，由此，反射器在光源的后侧包围住光源，以反射从光源发出的光，并使它以大致向前的方向从凹腔发射。为了能从定制的泛光灯(1)分配光线，以满足泛光灯被使用的场合的要求，反射器(3)在凹腔的相对侧装备有从其内表面直立的对应的棱镜结构(6)，以中途阻止和偏转发射的光，并从光源(2)和反射器(3)之间的凹腔内的空间、沿大致向前的方向发射光线。
文档编号F21V17/04GK1479849SQ01820244
公开日2004年3月3日 申请日期2001年12月6日 优先权日2000年12月11日
发明者M·C·利, J·C·赖特, A·M·希克斯, M C 利, 希克斯, 赖特 申请人:3M创新有限公司