远程照明光导管的制作方法_3

文档序号:9332440阅读:来源:国知局
,以在减 少或消除原有光学双折射的材料中产生松弛,而且为足够低,以保持膜内的层结构的物理 完整性。双折射的减小可以为部分减小,或其可以为完全减小,在此情况下,使第一区域中 为双折射的内部层变成第二区域中的光学各向同性的层。在示例性实施例中,至少部分地 通过将光或其他辐射能量选择性地递送至膜的第二区域来实现选择性加热。
[0050] 在一个具体实施例中,转向膜250可以是微观结构膜,诸如可得自3M公司的 Vikuiti?图像引导膜。转向膜250可以包括多个平行的脊状微观结构形状,或一个以上的 不同的平行的脊状微观结构形状,诸如具有用于沿不同方向引导光线的各种夹角,如在别 处所述。
[0051] 在一个具体实施例中,每个顶点254可以紧邻外部表面214 ;然而,在一些情况下, 每个顶点254也可以通过间隔距离(未示出)与外部表面214分开。转向膜250被定位成 拦截和重新导向离开光输出区域240的光线。对应于多个平行的脊状微观结构252中的每 个平行的脊状微观结构252的顶点254具有位于多个平行的脊状微观结构252的平面之间 的夹角,该夹角可以从约30度至约120度,或从约45度至约90度,或从约55度至约75度 变化,以重新导向入射到微观结构上的光线。在一个具体实施例中,夹角的变化范围介于约 55度至约75度之间,并且穿过光输出区域240离开的部分准直光束220被转向膜250重新 导向为离开纵向轴线205。
[0052] 图2B示出了根据本公开的一个方面的图2A的照明元件200的透视示意图。图 2B中示出的透视示意图可用于进一步描述照明元件200的各个方面。图2B中所示的元件 210-250中的每一个元件对应于图2A中所示的此前已描述的类似标记元件210-250。例 如,图2B所示的光导管210对应于图2A所示的光导管210,等等。在图2B中,包括外部表 面214的光导管210的横截面218垂直于纵向轴线205,并且第一平面260穿过纵向轴线 205而转向膜250垂直于横截面218。以类似的方式,第二平面265平行于横截面218并且 垂直于第一平面260和转向膜250两者。如本文所述,横截面218通常包括弯曲的光输出 区域240 ;在一些情况下,如在别处所描述的那样,光输出区域240包括平坦表面光导管的 圆形横截面、椭圆形横截面或的弧形区域的一部分。一些典型的横截面图形的实例包括圆 形、椭圆形、多边形、闭合不规则曲线、三角形、正方形、矩形或其他多边形形状。
[0053] 在一些实施例中,照明元件200还可包括邻近转向膜250设置的多个导向元件 (未示出),使得转向膜250定位在导向元件和光导管210的外部表面214之间。导向元件 被设置成拦截离开转向膜250的光线并且进一步沿径向方向(即,沿第二平面265内的方 向)提供光线的角展度,例如在名称为"RECTANGULAR DUCT LIGHT EXTRACTION"(矩形导管 光提取)的美国临时专利申请序列号61/720, 118(代理人案卷号70058US002,提交于2012 年10月30日)中有所描述。
[0054] 图3A-图3D示出了根据本公开一个方面的第一照明元件到第四照明元件300a、 300b、300c和300d的横截面示意性实施例。如在别处所描述的那样,第一照明元件到第四 照明元件300a, 300b, 300c和300d中的每一个分别包括纵向轴线305a, 305b, 305c, 305d; 光透射区域 330a, 330b, 330c, 330d;和输出角Cpa,Cf>b, (pC,(pd。输出角(p% (pb,(pe,(pd中 的每一个垂直于相应的纵向轴线305a,305b,305c,305d测量,并且代表穿过光透射区域 330a,330b,330c,330d离开光导管310的光线的径向角展度。
[0055] 在图3A中,光导管310通过将转向膜350a卷绕成圆筒而形成,使得多个平行的脊 状微观结构352a朝向内侧,并且定位卷绕的内反射器膜312a,诸如位于圆筒内的ESR膜。
[0056] 在图3B中,光导管310通过将转向膜350b围绕诸如丙烯酸类树脂、聚碳酸酯或玻 璃管的透明管314b卷绕成圆筒而形成,使得多个平行的脊状微观结构352b朝向内侧,并且 定位卷绕的内反射器膜312b,诸如位于圆筒内的ESR膜。
[0057] 在图3C中,光导管310通过将转向膜350c围绕位于光透射区域330c中的透明管 314c卷绕而形成,使得多个平行的脊状微观结构352c朝向内侧,并且定位卷绕的内反射器 膜312c,诸如位于圆筒内的ESR膜。透明管314c可为任何合适的透明材料,诸如丙烯酸类 树脂、聚碳酸酯或玻璃管。
[0058] 在图3D中,光导管310通过将转向膜350d卷绕成圆筒并将该卷绕的圆筒放入透 明管314d中而形成,使得多个平行的脊状微观结构352d朝向内侧,并且定位卷绕的内反射 器膜312d,诸如位于转向膜350d内的ESR膜。透明管314d可为任何合适的透明材料,诸如 丙烯酸类树脂、聚碳酸酯或玻璃管。在一些情况下,如在别处所描述的那样,图3D所示的构 造可为优选的,因为这种构造最适用于气密封照明元件300d,方法是将密封端附接到光导 管310上。
[0059] 图4A示出了根据本公开一个方面的远程照明光导管401的示意性剖视纵视图。远 程照明光导管401包括光发射器402和照明元件400。光发射器402包括安装在热提取元 件482上的光源480,和光准直光学元件484。如在别处所描述的那样,照明元件400包括 光导管410,该光导管具有纵向轴线405、内部反射表面412、第一端部415、相反的第二端部 417,和光透射区域430。如在别处所描述的那样,相反的第二端部417可包括用于反射光线 的任选的反射器418,或其可为透明的,使得第二光发射器(未示出)可用于将光线入射进 光导管410。
[0060] 照明元件400还包括转向膜450,其具有向内朝向纵向轴线405并且邻近光透射区 域430设置的多个平行的脊状微观结构452。光源480通常可为LED,其发射光481穿过光 准直光学元件484并使其作为部分准直光束420进入光导管410的第一端部415,该部分 准直光束具有中心光线422、边界光线424和准直角0。。与光透射区域430相交的光线被 转向膜450转向并且作为输出光线470离开照明元件400,该输出光线具有中心输出光线 472、边界光线474和准直角。如在别处所描述的那样,光透射区域430的尺寸可沿纵向 轴线405改变,图4B-图4D示出了照明元件400的横截面。
[0061] 在一个具体实施例中,部分准直光束420包括光锥,其具有从中心光线422的在输 入光发散角9〇(即,准直半角9〇)内的传播方向。部分准直光束420的发散角0。可以对 称地分布在围绕中心光线422的锥体中,其也可以不对称地分布。在一些情况下,部分准直 光束420的发散角度0。的范围可以介于约0度至约30度,或约0度至约25度,或约0度 至约20度,或甚至约0度至约15度之间。在一个具体实施例中,部分准直光束420的发散 角Q。可为约23度。
[0062] 部分准直的光线沿着光导管410的纵向轴线405的方向射入光导管410的内部。 在一些情况下,光导管的打孔反射内衬(例如,打孔3M增强镜面反射器(ESR)膜)在光透 射区域430中对光导管410加内衬。在打孔之间照射到ESR的光线发生镜面反射并且在与 入射光方向相同的锥内返回到光导管。一般来讲,ESR的反射内衬对大多数可见波长的光 具有至少98%的反射率,其中反射光中不超过2%的反射光被导向为偏离镜面反射方向超 过0.5度。照射到打孔内的光线穿过ESR而不改变方向。(需注意,假定ESR的平面内的打 孔的尺寸相对于其厚度要大,使得几乎没有光线照射到打孔的内边缘。)光线照射到打孔以 及由此离开光导管的概率与打孔ESR的局部开口面积百分比成比例。因此,光线从光导管 的提取比率可以通过调节该开口面积百分比进行控制。
[0063] 圆周方向的半角相当于光导管内的准直半角。纵向方向的半角大约是光导管内的 半角的一半;即,只有紧邻ESR内部的一半方向有机会穿过打孔离开。因此,沿所需方向对 光线进行导向的精确性随光导管内半角的减小而增大。
[0064] 穿过打孔的光线随后遇到棱镜转向膜。光线以基本平行于转向膜平面和垂直于 棱镜轴线的方向照射到转向膜的棱镜上,光线从该法线的入射分散度由光导管内的准直决 定。这些光线的大部分穿过遇到的第一棱镜面折射进入膜,然后通过相对的表面进行全内 反射(TIR),最后折射穿过膜的底部。在垂直于光导管的轴线的传播方向没有净变化。沿着 光导管的轴线的方向的净变化可以容易地通过转向膜棱镜材料的折射率和棱镜的夹角计 算出来。一般来讲,选择这些来计算以膜的下法线为中心的透射的角分布。由于大部分光 线被透射,因此极少有光线返回到光导管,这有利于光导管内的准直维护。
[0065] 如果需要,穿过转向膜的光线可于之后遇到任选的去准直膜或板(也称为导向 膜),如在名称为"RECTANGULAR DUCT LIGHT EXTRACTION"(矩形导管光提取)的美国临时 专利申请序列号61/720, 118(代理人案卷号70058US002,提交于2012年10月30日)中有 所描述。遇到导向膜的光线基本上垂直于膜的平面照射到该膜的结构化表面上。大部分穿 过结构化表面的光线按照该结构的局部坡度确定的方向折射,并且穿过底部表面。对于这 些光线而言,在沿着光导管的轴线传播的方向上没有净变化。垂直于轴线的方向上的净变 化取决于折射率和结构表面坡度的分布。导向膜结构可以是光滑的弯曲表面诸如圆筒状或 非球面脊状透镜,或可以是分段的平面,诸如以接近光滑的弯曲透镜结构。一般来讲,选择 导向膜结构,以在与光导管的多个距离处产生的相对于发射表面的交叉导管尺寸较大的目 标表面上形成指定的亮度分布。同样,由于大部分光线被透射,因此极少有光线返回到光导 管,从而在光导管内保持准直。
[0066]在很多情况下,转向膜和导向膜(如果有)可以使用透明支撑板或环绕光导管的 管(取决于光导管构造)。在一个具体实施例中,透明支撑件可被层合至最外侧的膜部件, 并且可以包括涂覆在最外侧表面的抗反射涂层。层合和AR涂覆两者提高了透过性并降低 了最外侧部件的反射性,从而提高了照明系统的总体效率,并且更好地保持了光导管内的 准直。
[0067]图4B-图4D示出了根据本公开一个方面的穿过图4A的不同横截面的示意图,其 中沿与纵向轴线405垂直的方向而对向的输出角f从位置4B的中X增大到位置4C的(py,并 增大到位置4D的q>z。
[0068]与多个平行的脊状微观结构252中的每个平行的脊状微观结构452对应的顶点 具有位于多个平行的脊状微观结构452的平面之间的夹角,该夹角可以从约30度至约120 度,或从约45度至约90度,或从约55度至约75度变化,以重新导向入射到微观结构上的 光线。在一个具体实施例中,夹角的范围介于约55度至约75度之间,并且穿过光透射区域 430x,430y,430z离开的部分准直光束被转向膜450重新导向为远离纵向轴线405。部分准 直光束的重新导向部分作为部分准直输出光束470x,470y,470z离开,该部分准直输出光 束具有中心光线472x,472y,472z和输出准直半角0X,0y,0Z并从纵向轴线405以纵向角 (即,沿
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