专利名称：具有led的照明器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明器，其包括光导层和向所述光导层中发光的 多个发光二极管(LED)。
背景技术：
在诸如发光二极管(LED)之类的固态光源的亮度、流明功效和 价格方面的进展使得新的照明应用不再限于小众市场。LED与传统的 光源相比具有几方面的优点，比如长使用寿命、低操作电压、瞬时接 通等等。出于这些和其他原因，LED正变得越来越适于制造用于几种 应用的灯，比如颜色可变的灯、聚光灯、建筑照明、舞台照明等等。
对于许多照明应用来说，单一LED的光是不够用的，许多组合多 个LED的光以形成一个光源。 一种解决方案是在光离开照明设备之前 在光导中混合多个LED的光。
现在，有些灯把LED设置在光导板的外边缘处。由所述LED发 射的光在所述板的边缘处耦合入所述板，并且在耦合出所述板之前在 所述板中被混合。通常来说，所述板具有外耦合结构，其被设置在所 述板中并且与板边缘相距一定距离。在操作期间，所述LED生成光和 热，并且常常很难高效地散热。
为了避免过多的热量，所述板具有从所述LED带走热量的散热器。 但是所述散热器常常导致体积相当大的灯结构。
可选地，所述LED被放置成彼此相距足够长的距离，从而可以防 止累积过多的热量。不幸的是，由于无法把LED集中在较小的面积上， 因此常常难以获得所期望的辉度级。
发明内容
本发明的一个目的是提供对上面的技术和现有技术的改进。 通过下面对本发明的描述，通过根据独立权利要求的照明器而实
现的其他目的和优点将变得显而易见。在从属权利要求中限定了优选
实施例。相应地，本发明提供一种照明器，所述照明器包括光导层和多个
LED，所述LED被容纳在设置于所述光导层中的至少一个孔内以便向 所述光导层中发光。所述光导层包括至少一个外耦合结构，以用于把 所述光耦合出所述光导层。
本发明的有利之处在于，可以把数目相对较多的LED设置在所述 光导层中而不会导致从所述LED耗散的热量的过度集中，这是因为可 以从被设置在孔中的所述LED高效地散热。优选地，所述LED被放 置在所述层的上表面或下表面而不是被放置在所述层的边缘，这祥就 提供了可用于放置所述LED的相对较大的面积。此外，本发明的照明 器在应当把所述LED放置在所述层中的什么位置方面提供了更高的自 由度。
第一外耦合结构可以被设置在所述光导层的外边缘处，以便获得 有利的光分布。
所述光导层可以包括在所述光导层的中心处形成通孔的内边缘， 并且第二外耦合结构可以被设置在于所述光导层的中心处形成所述孔 的所述内边缘处。这样得到了更轻的结构和更为多样的光分布，从而 可以实现光的不同角度分布。
所述发光器还可以包括散热器，其用于从所述LED散热，并且所 述散热器可以被设置成与所述光导层的任何内和外边缘相距一定距 离。这样可以进一步改进散热，并且还可以提高所述照明器的设计自 由度。
所述LED可以被容纳在设置于所述光导层中的多个孔内，并且容 纳相应的LED的每一个所述孔可以包括至少两个侧面和至少一个角， 所述两个侧面会聚形成所述角。这样做的有利之处在于可以高效地控 制光的方向。
容纳LED的孔的角可以指向相邻的LED容纳孔，并且所述光导 层中的每一个LED容纳孔的横截面形状可以是正方形，以便降低光从 一个LED入射到另 一个LED的风险。
所述LED可以是侧面发光的LED,这样可以导致紧凑的设计并且 还可以导致光在所述层内的高效的内耦合。
所述多个LED可以被设置在圆形LED阵列中，并且所述光导层 可以是基本上圓形的，这样可以提供具有更高光学性能的结构。所述多个LED可以^^设置在线性LED阵列中，所述光导层可以 是矩形的，并且所述线性LED阵列可以被设置成关于所述矩形光导层 倾斜。
所述光导层可以具有直角三角形的形状，所述三角形光导层的两 个直角边分别具有反射边缘，并且所述三角形光导层的斜边包括外耦 合结构以用于把光耦合出所述光导层。
所述照明器还可以包括第二光导层以及第二多个LED,所述第二 多个LED净皮容纳在设置于所述第二光导层中的至少一个孔内，以用于 向所述第二光导层中发射光。所述第二光导层包括至少一个外耦合结 构以用于把光耦合出所述第二光导层，并且所述第二光导层被设置成 与所述第一光导层平行。两层的突出优点在于，可以按照更为多样的 方式管理来自所述照明器的光的光属性和分布。
所述第一光导层的所述至少一个外耦合结构可以被配置成在第一 方向上耦合出光，所述第二光导层的所述至少一个外耦合结构被配置 成在可以与所述第一方向相反的第二方向上耦合出光，以便同时提供 任务光和环境光。
所述第一光导层中的各LED可以被配置成发射具有第一彩色光谱 的光，所述第二光导层中的各LED被配置成发射具有不同于所述第一 彩色光谱的笫二彩色光谱的光，这样可以提高所述照明器的多样性。
所述第 一光导层可以包括用于从所述第一光导层的各LED散热的 第一散热器，所述第二光导层可以包括用于从所述笫二光导层的各 LED散热的第二散热器，其中所述第二散热器被设置成在垂直方向上 与所述第一散热器相对。这样使得更容易处理所述照明器的散热。
应当注意到，术语"照明器"意指出于照明例如某一空间内的对 象的目的而被使用来提供光的设备。在本上下文中，"空间"通常是 指公寓房间、办公室、体育馆、公共场所中的空间或者户外环境的一 部分(比如街道的一部分)。相应地，所述照明器不是例如视频投影 仪或者用于TV或移动电话的背光。
下面将参照附图按照举例的方式描述本发明的实施例，其中 图l是根据本发明的圆形照明器的透视图；图2是图1中的照明器的顶视图； 图3是沿着图2中的线A-A取得的截面图； 图4是图1中的照明器的部分顶视图，其中示出了一组LED; 图5是对应于图3的截面图，但是其中示出了根据另一个实施例 的照明器；
图6是根据本发明的三角形照明器的顶视图； 图7是根据本发明的矩形照明器的顶视图8 - 11是具有设置在直阵列中的LED的各种照明器的顶—见以及
图12是对应于图3的截面图，但是其中示出了合并有多个外耦合 结构的照明器。
具体实施例方式
图1示出了用于照亮例如办公室、公寓、商店或者其他公共场所 内的一定空间的灯1或照明器。所述照明器1具有悬挂设备3，其把光 导层2悬挂到天花板(未示出)上。所述光导层2例如是透明的，并 且可以由玻璃或塑料制成，但是其也可以由任何其他适当的材料制成。 一组LED4被设置在所述层2中，该组LED连接到传统的电源(未示 出)并且由其供电。
进一步参照图2和3，所示出的光导层2的形状为圓形，并且在所 述层2的中心处设置有圆形孔15。所述一组LED 4具有被设置在圆形 阵列中的多个单独的LED (通常被标记为7)，其与所述光导层2的 中心的半径距离为R。所述光导层2的周界(或者说外边缘)形成外 部外耦合结构5，其具有关于所述层2的顶表面8和底表面9倾斜的表 面。
所述光导层2的内边缘限定先前描述的孔15,并且形成内部外耦 合结构6，其也具有关于所述层2的顶表面8和底表面9倾斜的表面。
每一个LED7净皮设置在对应的孔(通常净皮标记为10)内，并且净皮 配置成向所述光导层2中侧向发光。优选地，所述LED是侧面发光 LED。所述LED的发光部分^t设置在所述层2的所述顶表面8与底表 面之间，并且通过所述层内的全内反射(TIR)朝向所述外部外耦合结 构5和所述内部外耦合结构6发光，这由示例性的射线迹线41和42示出。所述外耦合结构5、 6的所述倾斜表面分别被配置成按照传统的 方式在向下的方向上耦合出所述光41、 42。
进一步参照图4并且如上所述，所述多个LED 7被容纳在设置于 所述光导层2中的各孔10内。所述孔10可以是通孔或者是仅仅朝向 所述光导层2的一侧具有开口的孔。所述各LED 7优选地是侧面发光 的全方向LED。或者也可以使用瞄准相反方向的单向LED或者单向 LED群集。
优选地，每一个孑L 10为正方形并且具有通常被标记为11的4个 内耦合侧面。在每两个相邻的内耦合侧面11之间形成净皮标记为12的 角。所述正方形孔的各角为90°。当所述LED7处于操作中时，光通过 所述各侧面11耦合到所述光导层2中，并且形成与所述孔10的对应 侧面11实质上正交的4条光射线束。
所述各孔10进一步被定向并且设置成使得孔10a的至少一个角 12a指向相邻的孔10b，正如在所述光导层2的平面中所看到的那样。 更精确地说，在图1 -4中示出的实施例中，所述各LED7(从而所述 各孔10)被设置在圓形阵列4中，从而使得所述孔10a的角12a基本 上指向所述相邻孔10b的角12b，并且使得所述相邻孔10b的角12b基 本上指向所述孔10a的角12a。换句话说，所述各孔从并排位置旋转恰 好超过45°。
在所述照明器17的操作时，与例如具有圆形孔并且入射角可能非 常小的情况相比，从孔10a穿过侧面lla内耦合到所述光导层2中的光 40b以更大的入射角撞击所述相邻孔10b的侧面llb。从而显著提高了 在所述相邻孔10b的侧面llb处发生TIR的概率。因此，从所述孔10a 进入所述相邻孔10b的光量更少或者根本没有光从所述孔10a进入所 述相邻孔10b，从而在该孔10b内的LED 7处只有很少的或者没有散 射和/或吸收发生。总体来说，这样提高了所述照明器17的照明功效。
所述光导层2还可以包括附加的装置(未示出)，比如设置在所 述外部外耦合结构5与所述内部外耦合结构6之间的倾斜的反射元件 或漫射粒子，其用于漫射光从而在所述外耦合结构5、 6之间的某一位 置处把光从所述上表面8或下表面9耦合出去。
TIR在上面的上下文中假设在给定所述光导层2和孔10的材料的 情况下，来自孔10a的光以足够大的入射角撞击相邻孔10b的侧面Hb。关于所述折射边界处的法线来测量所述入射角。对于由玻璃(其折射
率n为大约1.5)制成的光导层2和填充了空气的孔10,所述入射角大 约是arcsinl/n=42°。为此，在上面的实施例中，朝向孔10b的最近侧 面lib关于所述侧面法线以42°或更小度数离开所述孔10a的任何光 40a将以48°或更大度数(>42°，安全余量为6°)撞击该侧面(或者根 本不撞击所述侧面llb)，从而将被反射而不进入所述孔10b。与此相 对，朝向孔10b的侧面lib以例如50°或更大度数离开所述孔10a的任 何光将以40"或更小度数(<42")撞击该侧面，从而将进入所述孔10b。 但是本领域技术人员将认识到，当在上面的正方形孔内使用全方向侧 面发光器时，出射角不可能超出42°。
此外，所述出射角和入射角(从而TIR的发生)取决于所述孔的 形状。也就是说，与相对的钝角相比，对于相对的锐角在相邻孔处发 生TIR的概率一般更高。为此，相邻孔的离开侧面lla与接收侧面lib 之间的相对角度应当大到足以允许TIR，该角度取决于所述角半径、 所述相邻孔的对准以及所述半径R。
取代多个孔，所述层可以具有一个孔，该孔例如具有所述层中的 圓形凹槽的形式。优选地，所述圆形孔或凹槽的中心与所述层的中心 对准。这在制造方面是有利的，特别在所述层由玻璃制成时尤其如此。
参照图5，所述照明器的另一个实施例具有下光导层2，其具有与 上面关于图1-4描述的光导层相同的组件。上光导层2，对应于所述下 光导层2，其具有相同的组件、相同的附图标记，但是具有""，号。 上层2，关于下层2围绕水平轴旋转，并且被放置在所述下层2之上。 相应地，层2与2，平行，但是通过适当的介质分开，从而允许来自LED 的光通过TIR行进到对应的外耦合结构。相应地，来自所述下光导层 2中的各LED7的光射线41a、 41b、 42a、 42b净皮向下引导，而来自所 述上光导层2'中的各LED 7'的光射线41a，、 41b，、 42a，、 42b，则被向 上引导。
此外，下散热器13被设置在所述下层2处，并且被配置成耗散由 所述各下LED 7生成的热量，上散热器13，被设置在所述上层2，处，并 且被设置成耗散由所述各上LED7，生成的热量。优选地，所述散热器 13、 13，被设置成在垂直方向上彼此相对。为了改进散热，把热管14， 热连接到所述散热器13，。所述散热器13和13，可以彼此热连接。还有可能把所述各下LED 7和所述各上LED 7，连接到仅仅一个公共散热 器。
可以把一个或多个用于散热器(未示出)的通孔设置在所述光导 层中以便把所述各LED热连接到公共的散热器。在这种情况下，用于 所述散热器的所述(多个)孔优选地被配置成反射从所述各LED发射 的光，以防止光进入用于所述散热器的所述(多个)孑L。
为了获得不同的光属性，在所描述的实施例中，所述第一光导层2 的各LED7是白色的，并且所述第二光导层2，的各LED7，是红色、绿 色和蓝色的。
可选地，所述两层可以被设置成全都在向下的方向上耦合出光。 在这种情况下，所述两层优选地在不同的角度分布处耦合出光，并且 优选地所述两层具有不同的尺寸。当然，所述照明器可以包括多于两 层，其中所述各层具有对应的孔和LED。
图6示意性地示出了三角形照明器16。在这里，所述光导板28具 有直角三角形的形状。沿着所述反射边缘23放置所述各LED7，所述 反射边缘23成构成所述直角三角形的一条直角边或侧边侧。另 一条直 角边也是反射边缘24，并且所述斜边包括具有倾斜反射边缘的形式的 外耦合结构25。所述反射边缘例如可以是TIR反射镜、漫反射镜或者 常规反射镜。
在操作时，从每一个孔10的所有4个侧面发射的光都被(直接或 者通过所述反射斜边边缘23和24的至少其中之一间接)导向所述外 耦合结构25，并且基本上以直角撞击所述外耦合结构25。这由示例性 的射线迹线40示出，并且提供了均匀的经过准直的光分布。
但是在所述三角形实施例中，即使使用了被设置成角对角的正方 形孔10，来自一个孔的光也可能被朝向另一个附近的孔反射，并且其 入射角使得不会发生TIR,所述光会进入该孔并且在被容纳于该孔内 的LED处被散射和/或吸收。
为了避免这种情况，所述光导板28配备有多个气隙22,所述气隙 被设置成使得由所述边缘反射的光瞄准所述各孔10之间的空间。对于 关于所述反射边缘23旋转了大约45°并且被放置成靠近所述反射边缘 23的正方形孔，所述气隙22在背对所述反射边缘23的侧面的延长方 向上在所述孔10与所述反射边缘23之间延伸。刚刚描述的所述三角形照明器16可以被有利地放置在空间的一 角。除了用于照明目的之外，所述三角形照明器还可以充当例如用于 电视机的架子。应当注意到，在具体实现所述三角形照明器16时可以 没有所述气隙40 ，但是这样的三角形照明器16将具有略微降低的性能。 此外，所述外耦合结构48在纵向方向上可以是弯曲的而不是直的。
图7示意性地示出了一个矩形(或者更具体来说是正方形的)照 明器27。在这里，在所述光导板27的中心处提供正方形孔31，所得 到的各条内边缘29被适配成把光耦合出所述光导板27。在所述光导板 27中进一步提供4个在上面关于图4讨论的该类线性阵列28 (除了所 述半径R)。也就是说，所述4个具有孔和LED的阵列28形成关于所 述光导板27旋转大约45°的正方形，所述正方形被围绕所述中心孔31 放置。也就是说，所述阵列28与所述光导板27的对角线方向对准， 从而使得所述各孔的侧面与所述光导板27的外耦合边缘29和31平行。 这样，在操作期间，发射自所述各孔的大多数光束从基本上垂直的方 向撞击所述边缘29和30，从而得到从所述光导板27耦合出的均匀的 并且经过准直的光。
图8和图9示出了其他的矩形照明器18和19,其中基本上把图7 中的所述正方形中心孔和由4个阵列构成的经旋转的正方形一分为二 并且使其彼此远离，从而形成各包括以直角设置的两个线性阵列28的 两组以及具有外耦合边缘29的矩形孔31。可以在每一组处设置附加的 外耦合结构32，或者可以在所述两组之间设置单一外耦合结构32。所 述外耦合结构32例如可以是倾斜的反射镜等等。
图10示出了另一个矩形照明器20，其中两个线性阵列28形成位 于所述光导板27的中部的"X"形。
图11示出了另一个矩形照明器21，其具有被设置成与外耦合结构 30成45°的两个LED阵列28并且分开这两个阵列，其中所述外耦合 结构30被设置在所述层27的边缘处。此外，所述两个阵列彼此旋转卯o。
最后，图12示出了具有3个外耦合结构5a、 5b和5c的光导层2。 每一个所述外耦合结构5a、 5b、 5c在对应的方向上引导光，这由示例 性的射线迹线41a、 41b和41c示出。例如，其中一个所述结构可以在 把光聚焦在所述空间内的特定点上的方向上耦合出光，同时另外两个外耦合结构则在至少一个不同的方向上耦合出光。所述外耦合结构5b 和5c被设置在所述孔IO与最外面的外耦合结构5a之间，其不耦合出 所有光，而是允许所述光的某一部分穿过。此外，可以把附加的外耦 合结构设置在所述孔IO与最里面的外耦合结构6之间。
本领域技术人员将认识到，本发明不应被限于上面描述的优选实 施例。与此相反，在所附权利要求书的范围内可以有许多修改和变型。
有可能使用除了上面描述的之外的其他形状的光导层，比如椭圆 形、八角形、星形、月形或者任何其他形状。此外，为了获得不同的 照明属性，LED阵列的数目可以改变，并且所述阵列可以具有除了直 线和圓形之外的任何其他形式，比如"Z，，形、波浪形或者其任意组合。 所述(多个)LED阵列关于所述(多个)外耦合结构的相对位置可以 改变。
权利要求
1、一种照明器，其包括光导层(2)；以及多个LED(7)，所述LED(7)被容纳在设置于所述光导层(2)中的至少一个孔(10)内以便向所述光导层(2)中发光，其中所述光导层(2)包括至少一个外耦合结构(5；6)，以用于把所述光耦合出所述光导层(2)。
2、 根据权利要求1的照明器，其中，第一外耦合结构(5)被设 置在所述光导层(2)的外边缘处。
3、 根据权利要求1或2的照明器，其中，所述光导层(2)包括 在该光导层(2)的中心处形成通孔(15)的内边缘。
4、 根据权利要求3的照明器，其中，第二外耦合结构(6)被设 置在所述内边缘处，该内边缘在所述光导层(2)的中心处形成所述孔 (15)。
5、 根据权利要求1-4当中的任一条的照明器，其还包括用于从 LED (7)散热的散热器(13)。
6、 根据权利要求5的照明器，其中，所述散热器(13)被设置成 与所述光导层(2)的任何内和外边缘相距一定距离。
7、 根据权利要求1 - 6当中的任一条的照明器，其中，所述LED (7)被容纳在设置于所述光导层(2)中的多个孔内(10)。
8、 根据权利要求7的照明器，其中，每一个LED容纳孔(10) 包括至少两个侧面(11)和至少一个角(12),所述两个侧面(11) 会聚形成所述角(12)。
9、 根据权利要求7或8的照明器，其中，容纳LED的孔(IO)的 角(12)指向相邻的LED容纳孔。
10、 根据权利要求7-9当中的任一条的照明器，其中，所述光导 层中的每一个LED容纳孔的横截面形状是正方形。
11、 根据权利要求1-IO当中的任一条的照明器，其中，所述LED 是侧面发光的LED。
12、 根据权利要求1-11当中的任一条的照明器，其中，所述多 个LED (7)被设置在圆形LED阵列(4)中。
13、 根据权利要求1-12当中的任一条的照明器，其中，所述光导层(2)基本上是圆形的。
14、 根据权利要求1-12当中的任一条的照明器，其中，所述多 个LED被设置在线性LED阵列(28)中，所述光导层是矩形的，并 且所述线性LED阵列被设置成关于所述矩形光导层倾斜。
15、 根据权利要求1-12当中的任一条的照明器，其中，所述光 导层具有直角三角形的形状，所述三角形光导层的两个直角边的每一 个分别具有反射边缘，并且所述三角形光导层的斜边包括外耦合结构 (48)以用于把光耦合出所述光导层。
16、 根据权利要求1-15当中的任一条的照明器，其还包括 第二光导层(2，)；以及第二多个LED(7')，所述笫二多个LED被容纳在设置于所述笫 二光导层(2，)中的至少一个孔(10，)内，以用于向所述第二光导层 (2，)中发射光，所述第二光导层(2，)包括至少一个外耦合结构(5，； 6，)以用于 把光耦合出所述第二光导层(2，)，其中所述第二光导层(2，)被设置 成与所述第一光导层(2)平行。
17、 根据权利要求16的照明器，其中，所述第一光导层(2)的 所述至少一个外耦合结构(5; 6)被配置成在第一方向上耦合出光， 所述第二光导层(2，)的所述至少一个外耦合结构(5，； 6，)被配置成 在与所述第一方向相反的第二方向上耦合出光。
18、 根据权利要求16或17的照明器，其中，所述第一光导层(2) 中的LED (7)被配置成发射具有第一彩色光谦的光，所述笫二光导层 (2，)中的LED (7，)被配置成发射具有不同于所述第一彩色光谱的第 二彩色光谱的光。
19、 根据权利要求16-18当中的任一条的照明器，其中，所述第 一光导层(2)包括用于从所述第一光导层(2)的LED (7)散热的第 一散热器(13 )，所述笫二光导层(2，)包括用于从所述第二光导层(2，) 的LED ( 7，)散热的第二散热器(13，)，所述第二散热器(13，)被设 置成在垂直方向上与所述第一散热器(13)相对。
全文摘要
本发明涉及一种包括光导层(2)和多个LED(7)的照明器，所述各LED(7)被容纳在设置于所述光导层(2)中的至少一个孔(10)内以便向所述光导层(2)中发光。所述光导层(2)还包括至少一个外耦合结构(5；6)，以用于把所述光耦合出所述光导层(2)。
文档编号G02B6/00GK101529289SQ200780038575
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月12日 优先权日2006年10月16日
发明者A·H·伯格曼, M·C·J·M·维森伯格, T·德克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司