专利名称：包括光导的照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括光导的照明设备和这样的光导本身。
背景技术：
相对平坦的照明设备在本领域中是已知的，并且例如在US7025482和US7181378 中有描述。US7025482描述了一种能够高效均勻地仅向需要照明的区域辐射照明光的光导构 件和照明设备。因此，反射面由诸如按照同心圆形状加宽的许多槽等的反射条来构造。来自 光源单元的光通过诸如反射棱镜等扩散部分朝向这一整个反射面加宽而无不规则。因此可 以仅照亮实际上需要照明的范围而无不规则，并且提高了使用前光的照明范围的可见性。US7181378描述了用于将输入辐射的第一分布转换成输出辐射的第二分布的装置 和用于制造这样的装置的方法。在一些实施例中，可以通过生成三个有源光学表面的二维 表示(包括分别基于第一、第二和第三广义笛卡尔椭圆来计算第一、入口(entry)和第二表 面的分段，并且相继地重复计算第一和第二表面的分段)并且围绕中心轴旋转地扫描二维 表示从而提供三维表示，来限定该装置。在一些实施例中，第一和/或第二表面的部分可以 全内反射(TIR)。这一文献具体描述一种包括接收光的主体的折叠光学器件装置，该主体包 括第一、第二和第三表面；第三表面限定腔，并且第三表面的至少部分有折射力；第二表面 从腔大体上径向地延伸开，并且第二表面包括反射区；并且第一表面的至少第一部分提供 内反射折叠，并且第一表面的至少第二部分在主体与主体外部之间提供折射过渡。另外，W02008047278描述了一种包括光导层和多个LED的照明器，这些LED容纳 于光导层中布置的至少一个孔中，用于向光导层中发射光。光导层还包括用于从光导层输 出耦合光的至少一个输出耦合结构。
发明内容
高效高通量LED封装的可用性允许非常规形状的照明器设计。精巧的平坦发光系 统可以基于光导板，即诸如PMMA、PC、玻璃等电介质材料的板。这样的系统的优点一方面可 以在于它们的精巧外观(即设计优点)，但是另一方面在于它们不显眼的外观(薄外形规格 允许它们容易与它们的环境相融或者隐藏于墙壁或者天花板后)。一般而言，可以用简单直 接方式操纵在这样的光导板的平面中的光方向(这里也表示为“纵向准直”)通过使用输 入耦合(incoupling)结构(例如对漏斗或者光束加宽结构进行准直)。操纵正交光方向 (与板垂直)通常需要板中的厚度变化，以便进行准直(这里也表示为“纬度方向准直”)。 然而，一般不希望厚度增加(如在光导的情况中那样)，因为它可能破坏系统的纤细外观。 另一方面，楔状厚度减少可能使可制造性(特别是细边)复杂化，并且一般可能需要使厚度 增加的附加光引导光学器件。另外，准直器可以用来向光纤或者波导中耦合来自光源的光。问题可能在于，准直 器可能并不容易能够对光纤或者波导的所有光进行准直，特别是对比准直器和/或光源更薄的光纤或者光导中的光更是不易。 因此，问题在于如何操纵所有方向上的光分布(特别是为纬度方向准直)而基本 上未明显变化光导(或者“准直器”或者“波导”)的厚度。厚度基本上恒定的系统的优点 在于，它允许相对容易地制造并且可以相对容易地安装为家具(或者家具元件)或者实施 于家具中的精巧薄照明器设计。因此，希望提供一种基于光导的替代平坦照明设备，并且还 改进这样的平坦光导的光束形状。因此，本发明的一个方面提供一种替代照明设备，其优选地还至少部分地消除一 个或者多个上述弊端，并且优选地提供准直的光束或者更为准直的光束。另外，一个方面提供一种用于作为如下设备使用的替代“耦合器”或者“光输入耦 合设备”，该设备用于向波导或者光纤线性阵列中耦合光源光，该设备优选地还至少部分地 消除一个或者多个上述弊端，并且优选地提供准直的光束或者更为准直的光束。根据第一方面，本发明提供一种布置成生成照明设备光(这里也表示为“设备 光”)的照明设备，该照明设备包括发光单元，该发光单元包括光源、布置成生成光源光； 以及基本上平坦(平面)光导，布置成对光源光进行准直，该光导具有入口窗和边窗、布置 成基本上平行的第一光导表面(这里为了便于理解，也表示为“顶部光导表面”或者“顶表 面”)和第二光导表面(这里为了便于理解，也表示为“底部光导表面”或者“底部表面”)、 第一侧边和第二侧边，其中第一侧边和第二侧边被布置成未在边窗的方向上从入口窗发散 或者会聚(并且在一个实施例中可以被布置成基本上平行)，其中入口窗被布置成接收光 源的光源光，其中边窗被布置成允许准直的光源光作为照明设备光从光导逸出，并且其中 第一光导表面和第二光导表面中的一个或者多个包括多个槽，并且其中槽被布置成在从入 口窗到边窗的方向上发散。令人惊讶的是，看来这样的设备可以为光束提供可以在纵向和纬度方向上均良好 准直的有利光束形状这样的准直设备可以相对平坦，然而在波导或者光导的平面中却具 有令人惊讶地与光导垂直的准直。看来，可以通过在第一光导表面(这里也表示为“顶表 面”)和第二光导表面(这里也表示为“底表面”)中的一个或者多个中引入槽并且因此基 本上无需进一步引入加宽或者收窄特征，来获得这一准直。因此以这一方式，可以提供在两 个方向上(但是特别是在与第一光导表面和第二光导表面垂直的平面中)具有准直的平坦 光导。词语“其中第一侧边和第二侧边被布置成未在边窗的方向上从入口窗发散或者会 聚”例如表示设备在入口窗的宽度可以基本上与在边窗相同。这可以包括一个或者多个倾 斜第一和第二侧边。这也可以包括在第一到第二光导表面(或者相反)的方向上弯曲的一 个或者多个弯曲第一和第二侧边。当侧边基本上平行时，第一侧边和第二侧边按照限定被 布置成未在边窗的方向上从入口窗发散或者会聚。现有技术的准直器一般具有布置成在边 窗的方向上从入口窗发散的第一侧边和第二侧边。如本领域技术人员将清楚的那样，这里诸如“垂直”、“平行”、“平面”、“平坦”和“相 等”等术语特别涉及具有基本上垂直、基本上平行、基本上平面、基本上平坦和基本上相等 等特征的实施例。因此“平行”或者“基本上平行”可以涉及约0°的特征，但是特别是少于 约6°、更优选地少于约2°、甚至更优选地少于约1°的特征。类似地，“垂直”或者“基本 上垂直”可以涉及约90°的角度，但是特别是从90°偏离少于约6°、更优选地少于约2°、甚至更优选地少 于约1°的角度。在一个具体实施例中，第一光导表面和第二光导表面限定光导高度，其中第一侧 边和第二侧边限定光导宽度，并且其中宽度/高度比范围约1-100。特别地以这一方式可以 提供平坦设备。优选地，宽度/高度比> 1，比如彡2或者彡5。光导和发光单元还可以包括可以例如用来限定例如槽的定向的光轴；槽可以独立 地具有如下纵轴，该纵轴具有并且<90°的与光轴的槽方向角。这里术语“独立地”可以表示为，在物理边界内，可以与所有其它槽独立地选择各 个别槽的槽方向角。特别是在径向布置的槽中，情况将是如此，并且槽方向角可以针对各槽 而不同。本发明的光导也可以解释为具有准直性质的波导。在一个实施例中，这些侧边中的一个或者多个边也可以具有可以甚至进一步增强 准直的多个槽。因此，第一侧边和第二侧边中的一个或者多个分别包括多个槽，其中第一侧 边和第二侧边中的一个或者多个所包括的多个槽优选地分别基本上平行。优选地，第一侧
边和第二侧边分别包括多个槽。这里短语“其中......侧边所包括的多个槽基本上平行”
表示，当应用在侧面上/或者其中的多个槽时，这些槽特别地被布置成相互平行，即槽可以 具有基本上平行的伸长轴(或者纵轴)，并且因此也与第一光导表面和/或第二光导表面基 本上平行。短语“其中槽被布置成在从入口窗到边窗的方向上发散”表示，槽被径向地布置并 且从彼此发散(分别在第一光导表面或者第二光导表面上)。在一个优选实施例中，(第一光导表面和/或第二光导表面所分别包括的)多个 槽可以实质上汇聚于与光源重合的位置(即光导“上游”的位置)。这里，短语“与光源重 合的位置”表示光源发光所在的光源位置(即它的发光部分(比如LED的发光表面、放电 光源的放电部或者白炽型灯的灯丝))。注意照明设备可以具有可以近似视为点光源的光 源，但是也可以具有然后可以特别地被布置成与第一光导表面和/或第二光导表面基本上 垂直的线光源(比如发光管；TL)。当多个槽基本上会聚于与光源重合的位置时，可以获得 最佳准直。然而，多个槽也可以实质上会聚于光源上游例如在约0-100cm(比如约O-IOcm) 内的位置(光导和光源“上游”的位置)。选择会聚允许控制准直。纬度方向准直量可以是 对槽的有效性的度量。当会聚点落在更上游时，纬度方向准直可能相对较差，但是纵向准直 相对地变得更佳。优选地，多个槽可以实质上会聚于光导上游约0-105cm(例如约0-15cm)内的位 置。这意味着多个槽可以实质上会聚于入口窗上游约0-105cm内的位置。注意，会聚位置 在原理上可以针对第一光导表面和第二光导表面而不同。槽也可以表示为伸长结构。在一个实施例中，槽具有V形轮廓。在另一实施例中， 槽具有弯曲轮廓，比如正弦式形状。如本领域技术人员将清楚的那样，也可以应用不同成形 的槽的组合。由于照明设备的性质，槽可以具有伸长轴(这里也表示为槽的“纵轴”)。优选地， 槽总数的一部分(比如槽总数的10-100%，具体为20-100% )具有如下长度，该长度的范 围为分别包括它们的光导表面的长度的约50%-100%。槽可以具有恒定宽度和/或高度， 或者宽度和/或高度可以相互独立地在波导内变化。以这一方式，光导表面的整个表面可以分别包括槽，但是它也可以被选择成在两个相邻槽之间留下间隔。在一个实施例中，光源包括LED，比如高功率LED。在另一实施例中，光源包括多个LED (发光二极管)。多个LED在一个实施例中可以包括相同发射颜色的LED，但是在一个实 施例中也可以包括不同发射颜色(比如黄色和蓝色LED或者红色、绿色和蓝色LED等)的 LED。光源也可以包括除了 LED之外的光源，如例如紧凑荧光灯或者卤素灯。光源也可 以包括激光二极管等。除了光源之外还可以应用发光材料，以将光源的至少部分光转换成 具有另一波长的光。光导可以包括实心透明光导，但是也可以包括空心光导。在一个实施例中，入口窗 和/或边窗为开窗，即不存在透明材料(除了空气之外)。在这样的实施例中，光导可以实 质上由第一和第二光导以及侧边组成。然而，在一个优选实施例中，光导包括实心透明光导，特别是平面实心透明光导 (比如板)。实心透明光导可以包括从包括PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、 PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、P(M)MA(聚(甲基)丙烯酸甲酯)、PEN(聚邻苯二甲酸酯)、 PDMS (聚二甲基硅氧烷)和COC(环烯共聚物)在组中中选择的材料。PMMA可以例如给出 良好结果。然而，实心透明光导也可以包括从包括无机透明材料的组中选择的材料。从玻 璃、(熔融)石英、陶瓷和硅树脂中选择优选的无机材料，特别是玻璃。当光导包括实心透明材料时，由于全内反射(TIR)，所以第一和/或第二光导表面 并非必需包括反射材料，因为它们可以由于TIR而布置成反射。边窗特别地被布置成与入口窗相对(并且可以特别地被布置成与光轴垂直)。边 窗可以布置为出口窗，即光(更特别地为准直的光源光)在这一边从光导逸出，但是也可以 被布置成反射来自光导的准直光，并且使光以这一方式从光导逸出。因此，边窗被布置成允 许准直的光源光从光导逸出。光轴可以视为光的平均方向，该方向取决于光源和光导的定 向。 因此，在一个实施例中，边窗可以被布置成提供设备光。在另一实施例中，边窗被 布置成向照明设备外部反射光源光，由此提供照明设备光。边窗也可以表示为输出耦合结 构，该结构被布置成“直接地”经由经过边窗的透射或者“间接地”经由反射和后续透射(特 别是经过第一或者第二光导表面之一)来耦合光。为了在除了与光导平行之外的方向上提供光的输出耦合，边窗可以倾斜。因此， 在一个实施例中，边窗相对于第一光导表面或者第二光导表面具有的倾斜角的范围为 35-105°。因此，在一个实施例中，边窗相对于第一光导表面或者第二光导表面具有的倾斜 角范围约75-105°，比如约85-95°，比如90° (事实上这可以称为“未倾斜”)。在另一实 施例中，边窗相对于第一光导表面或者第二光导表面具有的倾斜角的范围约35-55°，特别 是约40-50°，更特别是约45°。在边窗被布置成透射光并且将这一光源作为照明设备光 耦合输出时，范围约75-105°的倾斜角特别有用。在边窗被布置成反射光源光并且经由第 一或者第二光导表面将这一光源光作为照明设备光耦合输出时，范围约35-55°的倾斜角 特别有用。在前一实施例中，边窗还可以包括扩散体；在后一实施例中，边窗还可以优选地 包括反射体。边窗也可以在从第一光导表面到第二光导表面的方向上和/或在从第一侧边到第二侧边的方向上都弯曲。假设边窗包括实心透明材料，边窗可以是平坦的(包括倾斜)， 可以是弯曲的，但是也可以是多面的。因此，在一个实施例中，光导包括多面边窗。这样的 实施 例的组合也可以是可能的。当光导包括实心透明材料并且边窗倾斜时，边窗特别被布置成向照明设备外部反 射光源光，由此提供设备光。在这样的实施例中，边窗还可以可选地包括反射体或者扩散 体。在这样的实施例中，可以经由第一或者第二光导表面进行光的输出耦合。在另一具体实施例中，边窗具有V形轮廓，即它相对于第一光导表面具有倾斜角， 并且相对于第二光导表面具有另一倾斜角。可以应用这样的实施例以向照明设备的两侧 (即它远离第一光导表面的一侧和远离第二光导表面的一侧)耦合输出光。在一个实施例中，光导可以包括多个(斜)边窗。可以例如通过在光导中提供附 加反射(斜)表面，例如通过在光导中引入(斜)缝(这里也表示为气缝)，来实现这一点。 这样的(斜)缝也可以充当反射体(比如斜边窗)，并且由此充当附加边窗。各个边窗的倾 斜角可以相互独立。注意倾斜角在原理上也可以在边窗内变化(即在与中心轴垂直的平面中变化)。 如上文提到的那样，斜边窗还可以包括反射体或者扩散体。光源和光导(发光单元)的组合本身可以用作照明设备，但是也可以集成于更大 实体(特别是板)中。这样的板可以例如包括多个发光单元，但是在一个实施例中，也可以 包括单个光源和布置成从光源接收光源光的多个光导。本发明也涉及光导本身。因此根据又一方面，本发明提供一种布置成对光源的光 源光进行准直的基本上平坦光导，该光导具有入口窗和边窗、布置成基本上平行的第一光 导表面和第二光导表面、布置成未在边窗的方向上从入口窗发散或者会聚的第一侧边和第 二侧边(并且在一个实施例中可以被布置成基本上平行)，并且其中入口窗被布置成接收 光源的光源光，其中边窗被布置成运出准直的光源光作为照明设备光从光导逸出，其中第 一光导表面和第二光导表面中的一个或者多个包括多个槽，并且其中槽被布置成在从入口 窗到边窗的方向上发散。这样的光导可以使用于如上文所述的照明设备中，但是也可以用作用于向光导如 平面光导或者光纤线性阵列中耦合光源的光的“耦合器”或者“光输入耦合设备”。因此，在一个方面中，提供一种包括光导、光导漏斗部的光导准直器结构，其中光 导被布置成对光源的光源光进行准直，并且向光导漏斗部提供准直的光。这样的结构可以 用来对光源光进行准直，并且向波导中耦合这一光而同时缩减尺度(漏斗化)，特别是与光 导垂直的尺度。因此，本发明在一个实施例中还提供这样的光导准直器结构，该结构还包括 波导，其中光导和光导漏斗部被布置成向波导提供准直的光。因此，本发明也有利地提供光导准直器结构的一个实施例，其中光导包括具有更 低折射率的包层。另外，本发明有利地提供光导准直器结构的一个实施例，其中准直器具有 准直器高度，并且其中波导具有波导高度，其中波导高度小于准直器高度，或者甚至小于光 源高度。这允许缩减尺度而仍然向光导如平面波导或者光纤线性阵列中有效地耦合光。注意在说明书中和在权利要求中的术语第一和第二等用于区分相似要素而并非 必然用于描述依次或者时间顺序。将理解，这样使用的术语在适当境况之下可更换，并且这 里描述的本发明实施例能够在除了这里描述或者图示的序列之外的序列中操作。
注意，术语“底(部)”和“顶(部)”以及在下文详细描述中使用的其它术语仅用 来以清楚方式阐明不同要素，比如物体的面。使用术语“底(部)”和“顶(部)”并非使如 要求保护的本发明的照明设备或者光导等及其用途限于在附图中示意地描绘的配置。此 夕卜，这里要求保护在除了如描绘的配置之外的配置(比如倒置或者在任何所需角度之下选 择)中布置的照明设备。例如，照明设备可以被布置成底部光导表面向上而顶部光导表面向下。两个表面 也可以例如布置成基本上垂直，因此，在一个具体实施例中，入口窗基本上水平(或者根据 布置也垂直)。类似地，根据照明设备等的配置，侧边可以分别向上和向下，或者相反。然而 术语“底(部)”、“顶(部)”和侧边仅用来以清楚方式阐明不同要素，比如物体的面。无论 照明设备、光导等的定向可以如何，底部和顶部光导表面是其中至少一个包括槽的那些表 面。特别地，在宽度/高度比范围约1-100 (见上文)并且具体为其中宽度/高度比> 1、比 如> 2或者> 5的实施例中，本领域技术人员将清楚侧边相对于顶部和底部光导表面是什 么。进一步参照附图(也见下文)。因此，这里也使用术语“第一”和“第二”等而不是术语 “底(部)”和“顶(部)”。术语“上游”和“下游”涉及一种项目或者特征相对于光从光源的传播而言的布置， 其中相对于在来自光源的光束内的第一位置，在光束中的与光源更接近的第二位置为“上 游”，而在光束内的与光源更远的第三位置为“下游”。
现在将参照示意附图，仅通过例子描述本发明的实施例，在附图中示意地描绘了 非限制性的基本上平面光导，在附图中对应标号表示对应部分并且在附图中图Ia-Id示意地描绘了光导的实施例的一些原理；图2a_2d示意地描绘了光导的实施例；图3a_3e示意地描绘了光导准直器结构的实施例；以及图4a_4j示出了光导所包括的槽的准直效果的比较例子。为求简洁，在附图中尚未描绘诸如反射体、镜、散热器、扩散体、更多光导、电源、电 线、发光材料等可选更多光学器件或者(其它)外围设备。
具体实施方式
图Ia-Ic示意地描绘了布置成生成设备光211的照明设备1。照明设备1包括用 标号2表示的发光单元。发光单元2包括布置成生成光源光111的光源100和布置成对光 源光111进行准直并且提供设备光211的基本上平坦光导200。光源100可以是任何光源、但是特别地可以是LED (包括多个LED)。光导200为可以是实心或者空心的波导。它也可以包括多个线性布置的光纤。这 里将它进一步称为实心光导，用标号40表示。光导200具有入口窗210和边窗220、优选 地布置成基本上平行的顶部光导表面201 ( “顶表面”)和底部光导表面202 ( “底表面”)、 第一侧边230( “第一侧边”)和第二侧边(240)( “第二侧边”)。第一侧边230和第二侧 边240是光导200的边，并且可以被布置成基本上平行(进一步见下文)。第一和第二侧 边230和240因此优选地布置成未从入口窗210向边窗220发散或者会聚。因此，在入口窗210处的光导入口窗宽度Wl优选地基本上等于在出口窗220处的光导边窗宽度W2。因 此，具有侧边230、240的光导200的宽度这里还表示为宽度W1。在一个实施例(如这里示 意地描绘)中，第一侧边230和第二侧边240与顶部光导表面201和底部光导表面202基
本上垂直。
然而注意，这里描绘的光导200的实施例被描绘为具有与顶部光导表面201和底 部光导表面202基本上垂直的平行侧边230、240。然而，侧边230、240也可以被布置为不 同，比如弯曲(在从顶部和底部光表面的方向上)、倾斜等。侧边230、240根据期望结构也 可以吸收或者反射、倾斜或者平行等。如上文提到的那样，顶部光导表面201和底部光导表面202优选地被布置成基本 上平行(也可以从示意图得知)，因为光导入口窗高度hi基本上等于光导边窗高度h2。一 般而言，hl/h2的范围将约0. 9-1. 1，优选地约1。优选地，这里术语“基本上平行”表示顶部 光导表面201和底部光导表面202的角度特别地少于约6°，更优选地少于约2°，甚至更 优选地少于约1°，并且最优选为0°。这里描绘了具有平行顶部光导表面201和底部光导 表面202的实施例。这里基本上平坦的光导200的高度这里进一步表示为高度hi。因此， 顶部光导表面201和底部光导表面202因而限定光导高度hi，而第一侧边230和第二侧边 240限定光导宽度Wl。特别地，宽度/高度Wl/hl的范围约1-100，优选为2_50。用标号Ll表示边230、240沿着顶面201的长度，而用标号L2表示边230、240沿 着底面202的长度。在这一示意图中，在无斜边的情况下，Ll和L2基本上相等。因此也可 以用Ll表示边230、240的长度。在优选实施例中，比值W1/L1范围约0. 1-10，特别是范围约为0. 5_5，特别地为 0. 5-2，并且更特别为约0. 9-1. 1，比如约1。因此，在一个实施例中，第一侧边230和第二侧 边240限定了光导宽度W1，而第一侧边230和第二侧边240具有侧边长度Li，其中宽度/ 长度比W1/L1范围为0.5-2。优选地，高度hi <W1，即比值Wl/hl > 1(也见上文)。入口窗210被布置成接收光源100的光源光111，而边窗220被布置成允许准直的 光源光111作为照明设备光211从光导200逸出。为了便于理解，描绘了如下光轴0，准直的光源光111和设备光211沿着该光轴传 播。这一光轴0为发光单元2的光轴。光轴0可以视为光111的平均方向，该方向可以取 决于光源100和光导200的定向。如本领域技术人员将清楚的那样，优选地对准这些。由 于光轴可以视为光111的平均方向，所以它在这里表示为矢量，该矢量示出了光111的下游 方向。如本领域技术人员将清楚的那样，也可以在无光源111时限定光轴。这一光轴0特别地在与顶部光导表面201和/或底部光导表面202基本上平行的 平面中光轴0与平行于xy平面的(虚拟)平面部分地重合，并且也与平行于xy平面的这 一平面(在图2a和2b中表示这一平面)平行。xy平面还可以限定为与顶面201和/或底 面202基本上平行的平面。如上文提到的那样，顶面和底面201、202在优选实施例中(基 本上)平行。因此，xy平面与顶面201和底面202 (基本上)平行。光轴0与这一平面平 行并且与平行于xy平面的这一平面重合。图Ib示意地描绘了与图Ia中示意地描绘的光导相同、但是现在处于俯视图中的 光导200。因此，在这一示意地描绘的实施例中并且在这一视图中，Ll和L2基本上相等，并 且Wl和W2基本上相等。
在一个实施例中，侧边230、240可以被布置成基本上平行，但是可选地，侧边230、 240中的一个或者多个在从顶表面201到底表面202 (或者相反)的方向上弯曲。这里并未 描绘这样的实施例。图Ic示意地描绘了与图Ia中示意地描绘的光导相同、但是现在处于侧视图中的 光导200。因此，在这一示意地描绘的实施例中并且在这一视图中，hi和h2相等并且Ll和 L2相等。图Id示意地描绘了与图Ia-Ic中示意地描绘的实施例基本上相同的具有光导200 的发光单元2的一个实施例，而不同在于边窗220是倾斜的。用标号221表示这样的斜边窗 口。边窗220可以例如相对于顶部光导表面201或者底部光导表面202具有的倾斜角β的 范围为35-105°。在图Id中，倾斜角β被表示为相对于底面202，并且具有约45°的值。 在图Ia-Ic中，边窗未“倾斜”并且“倾斜角β”约90°。通过使用范围特别为约35-55° 的倾斜角，准直的光源光可以作为设备光211经由底表面和顶表面201、202之一从光导200 逸出。根据边窗220的形状(倾斜、V形(双倾斜)、弯曲)，准直的光源光可以经由底表面 和顶表面201、202中的一个或者两个表面作为设备光211从光导200逸出。如上文提到的那样，顶部光导表面201和底部光导表面202中的一个或者多个包 括多个槽300。注意可以相互独立地选择槽在这些面中的一个或者多个面上的槽的布置，例 如底表面202可以包括槽，而顶表面201可以不包括槽300等。因此，适用短语“一个或 者多个”。为求简化而未在上述示意图中绘制这些槽300。然而已经在图Ia-Id中描述发光 单元2，并且特别是光导200，在接下来的图中示意地描绘并且下文更详细地进一步阐明槽 的布置。图2a-2d示意地描绘了顶或者底表面201、202所包括的槽300的实施例。槽300可以视为沿着槽300或者在槽300的方向上具有纵轴(或者伸长轴或者 槽轴)301的伸长结构。因此，在一个实施例中，槽300或者至少其子集被布置成基本上平 行。在可以与之组合的另一实施例中，槽300或者至少其子集被布置成在下游方向上发散。 因此，槽300视为具有槽轴301 (与槽300平行，并且可以与槽谷重合)，并且也可以用矢量 (具有下游方向)来表示。将槽轴301表示为矢量的又一原因在于，限定槽轴301与光轴0 的槽方向角ω。假设光轴0在笛卡尔坐标系中与y轴平行(如在一些图中描绘的那样)， 则方向角ω为90°的槽300将沿着正或者负χ轴，这不会提供根据本发明的有利准直。方 向角ω为0°的槽300将与光轴0平行并且可以提供准直。实际上，将方向角ω更精确地 限定为在槽轴301在与xy平面平行并且包含光轴0的平面上的投影与这一平面中的光轴 0之间的角度。图2a_2d示意地描绘了光导200的实施例，该光导具有顶部和/或底部光导表面 201、202分别包括的多个槽300。为求简洁，侧边230、240不包括槽300，但是当然在又一实 施例中，这些侧边230、240中的一个或者多个也可以包括槽300。 分别用标号251和252表示具有槽300的顶部和底部光导表面201、202。图2a和 2b示意地描绘了顶视图并且(因此)示出了这里具有槽300 (因此也用标号251表示)的 顶部光导表面201。然而这些示意图也可以对应地示意地描绘包括槽300的底部光导表面 202，因此将用标号252表示。图2d示意地示出了光导200的一个实施例的边窗220的前 视图；在这一图中，示意地描绘了顶部和底部光导表面201、202均具有槽300。
槽300同样沿着槽300或者在槽300的方向上具有纵轴301，其与光轴0的槽方 向角度为ω。各槽300可以独立地具有与光轴0的槽方向角度ω彡0°并且< 90°的纵 轴301。虚拟会聚点P可以布置于光源100后面(即上游)(见图2b)、光源100前面或者 布置于光源100 (图2a)。在原理上，顶部光导表面201、底部光导表面202、第一侧边230和 第二侧边240中的一个或者多个的槽300可以会聚于不同位置P。在图2a-2c中，槽300的 布置为径向布置，其中圆心在会聚点P处。
以下布置是特别优选的，其中顶部和底部光导表面201、202中的一个或者多个包 括槽300，并且其中槽300实质上会聚于与光源100基本上重合(即特别是与这样的光源 100的发光表面基本上重合)的位置，因为可以获得相对高的纬度方向准直(也见下文)。可以例如通过向特别为实心透明光导40的(侧边230、240以及)顶表面和底表面 201,202中的一个或者多个中提供槽300，来容易地提供槽300。通过引入V形槽300或者 正弦形槽300或者其它类型的槽300，相对容易地提供槽300，其中在槽300的面由于(全) 内反射(TIR)而具有反射性。可以通过蚀刻或者雕刻槽来获得这样的槽，由此获得槽300。 然而也，可以应用本领域技术人员已知的其它方法，比如注模或者热浮雕或者槽复制或者 激光切割。顶表面或者底表面201、202包括的槽300可以例如具有范围约0. 05_2mm的高度。槽300可以直接邻近，但是也可以在相邻槽300之间有一段距离。槽300可以具有 恒定宽度和/或高度，或者宽度和/或高度相互独立地可以在槽的长度内变化。以这一方 式，顶部光导表面201和底部光导表面202中的一个或者多个的整个表面可以包括槽300， 但是它也可以被选择成在两个相邻槽300之间留下间隔。在一个优选实施例中，特别是在顶部光导表面201和/或底部光导表面202包括 的槽300的径向布置300中(见图2a-2c)，这样的表面包括每10°光导方位角有至少1个 槽300，特别是范围为每10°光导方位角有约1-5个槽300 (在颇为示意性的附图2c中通 过例子描绘了每180°方位角有约8个槽300)。在这些实施例中，在径向地布置槽300时， 槽角ω分别在顶表面和/或底表面201、202内变化。这在图2a_2c中用ω、ω ’、ω ”等表
7J\ ο如上文讨论的那样，槽300无需是具有90°顶角的V形槽。例如具有其它顶角、正 弦图案或者其它弯曲图案的V形槽也可以有效。V形槽的顶角具体为范围从约90°上至角 度<180°。这也可以适用于侧边230、240中的一个或者多个包括的槽300。然而，在一个 优选实施例中，特别在槽300会聚于在光源100处的虚拟点P的那些实施例中，槽300是具 有90°顶角的V形槽。看来在这样的实施例中，横向准直相对良好。因此，本发明提供如上文限定的包括发光单元2的照明设备1的一个实施例，其中 顶部光导表面201和底部光导表面202中的一个或者多个包括多个槽300，其中槽300被布 置成基本上径向地具有选择成在光导200上游(并且优选地在光源100处或者在其上游) 的一个或者多个会聚点P。或者换而言之，提供如上文限定的包括发光单元2的照明设备1 的一个实施例，其中顶部光导表面201和底部光导表面202中的一个或者多个包括在从入 口窗210到边窗220的方向上发散的径向布置的槽300的波纹结构。图3a_3b(内视图)示意地描绘了光耦合到其中的波导。用标号1000表示波导。 波导常常具有低折射率层或者包层(用标号1010表示包层)，以免灰尘或者刮擦所引起的漏光。基本 思想在于，在光导-包层的界面处，由于全内反射光未进入低折射率层。因而， 在包层表面的刮擦或者灰尘对光无影响。为了让包层1010恰当地工作，光优选地在包层上 具有大的入射角、即应当优选地在与包层垂直的方向上充分地准直来自光源100的光。参 见用于图示具有包层1010的常规系统的图3a，其中非准直光可以进入包层。图3b示出了 在光导1000的入口避免光进入包层1010的常规锥形准直器200。对于薄光导系统，以常规 方式、即通过锥形准直器来对光进行准直通常是复杂的(见图3b)。然而，在本发明中提出的平坦准直器200很好地适合于这一点基于发散槽300 的平坦准直器200(见图2a-2d)可以在与光导200垂直的方向上准直光。在图3c(侧视 图)中示意地描绘了这一点。在图3c中示意地描绘了光导准直器结构1200的一个实施 例，其中光导200被布置成对光源100的光源光111进行准直，并且向波导1000提供准直 的光211 (未描绘)，其中波导1000可以包括低折射率(即低于波导1000的折射率)的包 层 1010。这一能力可以具体用来缩减尺度。例如，光导200可以用来在尺度更小、特别是在 与光导200垂直的方向上尺度更小的波导1000中高效地耦合光源111。图3d(侧视图)示意地描绘了包括光导200和光导漏斗部1250的光导准直器结 构1200。光导200被布置成对光源100的光源光111 (未描绘)进行准直，并且向光导漏斗 部1250提供准直的光211。漏斗部1250可以是光导200的整体一部分，但是在原理上，漏 斗部1250也可以远离光导200。漏斗部1250可以视为过渡部，从而允许缩减设备的高度。 这里示出了光导具有高度hl，其比光211耦合于其中的波导1000的高度h4更小。漏斗部 1250具有可变高度h3，特别地从高度hi逐渐减少至高度h4。图3d示出了还包括波导1000 的光导准直器结构1200，其中光导200和光导漏斗部1250被布置成向波导1000提供准直 的光211。图3e(侧视图)示意地描绘了具有光结构边窗1220的光导准直器结构1200本身 (即“耦合器”)，该边窗可以基本上具有与上文参照边窗220描述的性质和实施例相同的性 质和实施例。这样的设备可以用作光源100与波导1000之间的“耦合器”。在图3d和3e中描绘了光导准直器结构1200的实施例，其中准直器具有准直器高 度hi而波导具有波导高度h4，并且其中波导高度h4小于准直器高度hl，如例如hl/h4 ( 2 或者<4。已经用l*lmm兰伯特发光体光源(Ilm)和厚度为4mm的光导进行比较例子。在下 表中并且在附图4a-4j中分别概括和描绘了这些例子的结果。在这些附图中，范围从0-360 的轴是范围从0-360°变化的与设备光211的纵向发光强度有关的发光强度绘图(在y轴 上为坎德拉(candela))的χ轴；范围从0-180的轴是范围从0_180°变化的与设备光211 的纬度方向发光强度有关的发光强度绘图(在χ轴上为坎德拉)的y轴。这些绘图是作为 设备光211从光导逸出的光的光束横截面的线绘图。
权利要求
1.一种照明设备(1)，布置成生成照明设备光(211)，所述照明设备(1)包括发光单元 (2)，所述发光单元(2)包括-光源(100)，布置成生成光源光(111)，以及-基本上平坦光导(200)，布置成对所述光源光(111)进行准直，所述光导(200)具有-入口窗(210)和边窗(220)，-第一光导表面(201)和第二光导表面(202)，布置成基本上平行，-第一侧边(230)和第二侧边(240)，其中所述第一侧边(230)和所述第二侧边(240) 被布置成未在所述边窗(220)的方向上从所述入口窗(210)发散或者会聚，并且其中所述入口窗(210)被布置成接收所述光源(100)的所述光源光(111)，其中所述 边窗(220)被布置成允许准直的光源光(111)作为照明设备光(211)从所述光导(200)逸 出，其中所述第一光导表面(201)和所述第二光导表面(202)中的一个或者多个包括多个 槽(300)，并且其中所述槽(300)被布置成在从所述入口窗(210)到所述边窗(220)的方向 上发散。
2.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其中所述第一光导表面(201)和所述第二光 导表面(202)两者包括多个槽(300)。
3.根据任一前述权利要求所述的照明设备(1)，其中所述多个槽(300)实质上会聚于 与所述光源(100)重合的位置(P)。
4.根据权利要求1-2中的任一权利要求所述的照明设备(1)，其中所述多个槽(300) 实质上会聚于所述光源(100)上游的位置(P)。
5.根据任一前述权利要求所述的照明设备(1)，其中所述边窗(220)相对于所述第一 光导表面(201)或者所述第二光导表面(202)的倾斜角(β)的范围为35-105°。
6.根据任一前述权利要求所述的照明设备(1)，其中所述光导(200)包括实心透明光 导(40)。
7.根据任一前述权利要求所述的照明设备(1)，其中所述第一光导表面(201)和所述 第二光导表面(202)限定光导高度(hi)，其中所述第一侧边(230)和第二侧边(240)限定 光导宽度(Wl)，并且其中所述宽度/高度比的范围为1-100。
8.根据任一前述权利要求所述的照明设备(1)，其中所述第一侧边(230)和第二侧边 (240)限定光导宽度(Wl)，并且其中第一侧边(230)和第二侧边(240)具有侧边长度(Li)， 其中宽度/长度比(W1/L1)的范围为0.5-2。
9.一种基本上平坦光导(200)，布置成对光源(100)的光源光(111)进行准直，所述光 导(200)具有-入口窗(210)和边窗(220)，-第一光导表面(201)和第二光导表面(202)，布置成基本上平行，-第一侧边(230)和第二侧边(240)，其中所述第一侧边(230)和所述第二侧边(240) 被布置成未在所述边窗(220)的方向上从所述入口窗(210)发散或者会聚，并且其中所述入口窗(210)被布置成接收所述光源(100)的所述光源光(111)，其中所述 边窗(220)被布置成允许准直的光源光(111)作为照明设备光(211)从所述光导(200)逸 出，其中所述第一光导表面(201)和所述第二光导表面(202)中的一个或者多个包括多个 槽(300)，并且其中所述槽(300)被布置成在从所述入口窗(210)到所述边窗(220)的方向上发散。
10.一种光导准直器结构(1200)，包括根据权利要求9所述的光导(200)以及光导漏 斗部(1250)，其中所述光导(200)被布置成对光源(100)的光源光(111)进行准直并且向 所述光导漏斗部(1250)提供准直的光(211)。
11.根据权利要求10所述的光导准直器结构(1200)，还包括波导(1000)，其中所述光 导(200)和所述光导漏斗部(1250)被布置成向所述波导(1000)提供准直的光(211)。
12.根据权利要求10-11中的任一权利要求所述的光导准直器结构(1200)，其中所 述准直器具有准直器高度(hi)，并且其中所述波导具有波导高度(h4)，其中所述波导高度 (h4)小于所述准直器高度(hi)。
13.一种光导准直器结构(1200)，包括根据权利要求9所述的光导(200)，其中所述光 导(200)被布置成对光源(100)的光源光(111)进行准直并且向波导(1000)提供准直的 光(211)，其中所述波导(1000)包括具有低折射率的包层(1010)。
全文摘要
本发明提供一种包括发光单元(2)的照明设备(1)。发光单元(2)包括光源(100)和布置成对光源光(111)进行准直的基本上平坦光导(200)。光导(200)具有入口窗(210)、边窗(220)、第一光导表面(201)、第二光导表面(202)、第一侧边(230)和第二侧边(240)。第一光导表面(201)和第二光导表面(202)中的一个或者多个包括多个槽(300)。以这一方式获得纬度方向准直。
文档编号F21V8/00GK102047033SQ200980119608
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月25日 优先权日2008年5月30日
发明者A·H·伯格曼, G·森尼尼, M·C·J·M·威森伯格, T·德克尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司