远程照明光管道的制作方法_3

文档序号:9872244阅读:来源:国知局
穿过内部反射表面 212或仅穿过内部反射表面212-部分厚度的孔。在一个具体实施例中,光透射区域230也可 以是实心透光的或透明区域,诸如在内部反射表面212中形成的基本不反射光的窗口。在任 一种情况下,光透射区域230指代内部反射表面212的光可以由此处穿过而不是被表面反射 的区域。光透射区域230中的空隙可以具有规则或不规则的任何合适的形状,并且可以包括 弯曲形状,诸如弧形、圆形、椭圆形、卵形等等;多边形,诸如三角形、矩形、五边形等等;不规 则形状,包括X形、之字形、条纹、斜杠、星形等等;以及它们的组合。
[0055]光输出区域240可被制造成具有约1%至约50%的任何所需开口(即,非反射)面积 百分比。在一个具体实施例中,开口面积百分比在约1 %至约30%,或约1 %至约25%之间的 范围内。如果在光透射区域130中使用,穿孔ESR反射器的各个空隙的尺寸范围也可改变。在 一个具体实施例中,空隙的主要尺寸范围可以在约〇. 5mm至约5mm,或约0.5mm至约3mm,或约 Imm至约2mm之间。
[0056]在一些情况下,空隙可以跨光透射区域230均匀地分布并且可以具有均匀的尺寸。 然而,在一些情况下,空隙可具有不同的尺寸和跨光透射区域230的不同分布,并且可以导 致空隙(即,开口)跨输出区域的可变区域分布,如在别处所描述的那样。光透射区域230可 以任选地包括可转换元件(未示出),其可用于通过从全关闭到全打开逐渐改变空隙开口面 积来调节来自光管道的光输出,如在例如共同未决的名称为"SWITCHABLE LIGHT-DUCT EXTRACTION"(可转换光管道提取)的美国专利公开US2012-0057350中描述的。
[0057]空隙可以是可由任何合适的技术形成的物理孔,技术包括例如冲切、激光切割、模 塑、成型等等。空隙也可以是可由许多不同材料或构造形成的透明窗口。该区域可以由多层 光学膜或任何其他透射或者部分透射的材料制成。一种允许光透射穿过该区域的方法是为 该区域提供部分反射和部分透射的光学表面。可以通过多种技术将部分反射性赋予该区域 的多层光学膜。
[0058] 在一个方面,该区域可以包括单轴拉伸的多层光学膜,以允许透射具有一个偏振 面的光而反射具有与透射光正交的偏振面的光,如在例如名称为"High Ef f iciency Optical Devices"(高效光学设备)的美国专利7,147,903(Ouderkirk等人)中有所描述。在 另一方面,该区域可以包括已经在所选区域中畸变的多层光学膜,以将反射膜转化成透光 膜。可例如通过加热膜的一些部分来减少膜的层状结构来实现此类畸变,如例如名称为 "Internally Patterned Multilayer Optical Films using Spatially Selective Birefringence Reduction"(使用空间选择性双折射减少的内部图案化多层光学膜)的卩(^ 公布 W02010075357(Merrill 等人)中所述。
[0059] 选择性双折射减少可通过下述方法进行:将适当量的能量审慎地递送至第二区, 以便将其中的内层中的至少一些选择性地加热至如下温度,该温度足够高,以在减少或消 除原有光学双折射的材料中产生松弛,而且足够低,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,在第一区域中为双折射的 内部层在第二区域中变成光学各向同性的层。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。
[0060] 在一个具体实施例中,转向膜2 5 0可以是微观结构膜,例如可得自3 M公司的 Vikuiti?图像引导膜。转向膜250可以包括多个平行脊状微观结构形状,或一个以上的不同 的平行脊状微观结构形状,诸如具有用于沿不同方向引导光的各种夹角,如在别处所述。 [0061 ]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 和重定向离开光输出区域240的光线。对应于每个平行脊状微观结构252的顶点254具有位 于平行脊状微观结构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,以重定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,并且穿过光输出区域240离开的部分准直光束 220被转向膜250重定向为远离纵向轴线205。
[0062I 根据本公开的一个方面,图2B示出了图2A的照明元件200的示意透视图。图2B中示 出的示意透视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所示的光管 道210对应于图2A所示的光管道210,等等。在图2B中,包括外部表面214的光管道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,并且转向膜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包括圆形横截面、椭圆形横截面或平坦表面光管道的弧形区域 的一部分。一些典型的横截面图形的示例包括圆形、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。
[0063]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管道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,诸如在名称为"RECTANGULAR DUCT LIGHT EXTRACTION"(矩形管道光提取)的PCT 公布2014/070498中描述的。
[0064]图3A-3D示出了根据本公开的一个方面的第一到第四照明元件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, 33〇c,33〇d;和输出角ipa,(pb,(pc,(pd。输出角(pa,(pb,(pc, cpd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 光管道310的光线的径向角展度。
[0065]在图3A中,光管道310通过将转向膜350a卷绕成圆筒而形成,使得平行脊状微观结 构352a面向内侧,并且定位卷绕的内反射器膜312a,诸如位于圆筒内的ESR膜。
[0066]在图3B中,光管道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,使得平行脊状微观结构352b面向内侧,并且定位卷绕 的内反射器膜312b,诸如位于圆筒内的ESR膜。
[0067]在图3C中,光管道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,使得平行脊状微观结构352c面向内侧,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。
[0068]在图3D中,光管道310通过将转向膜350d卷绕成圆筒并将该卷绕的圆放入透明管 314d中而形成,使得平行脊状微观结构352d面向内侧,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密封的照明元件300d,方法是将密封端附连到光管道310。 [0069]图4A示出了根据本公开的一个方面的远程照明光管道401的示意性剖视纵视图。 远程照明光管道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,以及光准直光学元件484。在一些情况下,光准直光学元件484可为截头圆 锥体,如图所示;在其他情况下,可使用本领域的技术人员已知的任何其他合适的光准直光 学元件。如在别处所描述的那样,照明元件400包括光管道410,该光管道具有纵向轴线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(未不出)可用于将光入射到光管道410中。
[0070]光管道410包括在光透射区域430和第一端部415之间延伸的第一传输区域442,在 光透射区域430和相反第二端部417之间延伸的第二传输区域444。光传输区域442,444中的 每一者包括光管道410的节段,其中反射内部表面412在不附带光透射区域的情况下围绕光 管道410完全延伸,以提供来自第一端部415或第二端部417的光的传输和混合。
[0071 ]第一传输区域442和/或第二传输区域444可分别包括第一重新分布板441和第二 重新分布板443,如在别处所描述的那样。在与图4A相关的描述中,重新分布板441,443被省 略;然而,第一重新分布板441的添加参考图4E有所示出并有所描述。
[0072]照明元件400还包括转向膜450,其具有朝向纵向轴线405面向内并且邻近光透射 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,其发射光线481使其作 为部分准直光束420穿过光准直光学元件484进入光管道410的第一端部415中,该部分准直 光束具有中心光线422、边界光线424和准直角θ〇。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0:。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,并且图4B-4D示出了照明元件400的横截面。
[0073] 在一个具体实施例中,部分准直光束420包括光锥,其具有中心光线422的输入光 发散角θ〇(即,准直半角θ〇)内的传播方向。部分准直光束420的发散角θ〇可以对称地分布在 围绕中心光线422的锥体中,或者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θ〇的范围可以介于约〇度至约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θ〇可为约23度。 [0074]部分准直光线沿着光管道410的纵向轴线405的方向射入到光管道410的内部中。 在一些情况下,光管道的穿孔反射内衬(例如,穿孔3Μ增强镜面反射器(ESR)膜)在光管道 410的光透射区域430加内衬。照射到ESR穿孔之间的光线发生镜面反射,并且以与入射光相 同的方向锥返回到光管道。通常,ESR的反射内衬在大部分的可见光波长上具有至少98%的 反射率,反射光中有不超过2%指向距镜面方向0.5度以上。照射到穿孔内的光线穿过ESR而 不改变方向。(需注意,假定ESR平面内的穿孔的尺寸相对于其厚度要大,使得几乎没有光线 照射到穿孔的内边缘。)光线照射到穿孔以及由此离开光管道的概率与穿孔ESR的局部开口 面积百分比成比例。因此,光线从光管道提取的比率可以通过调节该开口面积百分比来控 制。
[0075]圆周方向的半角相当于光管道内的准直半角。纵向上的半角为光管道内的半角的 约二分之一;即,紧邻ESR内部的方向的仅一半有机会通过穿孔逸出。因此,沿所需方向引导 光的精度随光管道内的半角的减小而增大。
[0076] 穿过穿孔的光线接下来遇到棱镜转向膜。光线沿基本平行于
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