照明设备的制作方法

专利名称：照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于照明表面的照明设备，其具有发光元件和照明主 体，其中发光元件发射人造光，外壳元件包括该发光元件并且支撑照明 主体，所述照明主体包括透明光传导材料并且大体覆盖在被照明的表面上。
背景技术：
在US6951403B2中，描述了 一种用于照明大体平坦的表面的i殳备， 其包括包含在外壳内的电池操作的光源，透明光传导照明主体安装在该 外壳上。可以放置该设备，其中照明主体位于书本或者其他平坦的表面 上以便照明，透过透明照明主体进行观看。照明主体以楔形逐渐变细， 以便将传导的光偏转到下面的表面上。不幸的是，所述设备对于阅读书 本不太方便，所述书本通常具有弯曲的阅读区域。弯曲的阅读区域与渐 细的照明主体的相互作用导致被照明页面的变形的图像。此外，页面没 有被最佳均匀地照明，这或者降低了阅读的舒适度或者增大了设备的功 耗。此外，所述设备是相对较厚的楔形光导，其中这种厚度导致相对较 大的重量并且这降低了使用的方便性。它还导致相对较高的机械硬度， 使得在弯曲的阅读区域上弯曲所述设备非常困难。

发明内容
因此，本发明的目的是消除上述缺点。具体而言，本发明的目的是 提供高效而廉价的照明设备，其产生令人愉悦的光照水平并且将发射的 人造光导向要照明的表面。
这个目的是通过用于照明表面的具有发光元件和照明主体的照明 设备实现的，其中发光元件发射人造光，外壳元件包括该发光元件并且支 撑照明主体，所述照明主体包括适用于照明位于下面的表面的透明光传导 材料，其特征在于，该照明主体包括光提取层，其被配置成接收来自发光 元件的人造光并且将其偏转到所述表面上。从属权利要求中限定了用于照 明表面的照明设备的有利实施例。本发明公开了照明主体包括光提取层，其被配置成接收来自发光元件 的人造光并且将其偏转到所述表面上。
在一个优选的实施例中，光提取层对于由所述表面反射的人造光是透 明的。此外，光提取层对于落在光提取层上的环境光可以是透明的。这些 准则在照明设备用作照明书本的页面的阅读光源的情况下是重要的。如果 通常的光源用于阅读例如书本，那么它可能干扰其他人，这在用于卧室的 情况下尤其如此。为了避免干扰他人，可以将本发明中描述的照明设备用 作阅读光源。在这个实施例中，重要的是发射的人造光仅仅照明书本的页 面而不照明周围环境。因此，应当将发光元件安装到照明主体的侧面之一 上。必须使注入侧面之一的光偏转，使得尽可能多的光通过例如书本的纸 张之上的照明主体的底侧离开。因此，偏转人造光的光提取层对于纸张表 面反射的光必须是透明的，使得照明主体覆盖的文本被照亮并且可以容易 地被人观看。
在一个优选的实施例中，发光元件设置在照明主体的侧面之一上。最 后提到的照明主体可以具有稍长的展度，并且主要通过顶部或底部表面发 射光。由于所述人造光被注入侧面之一中，因而必须将光提取层置于与人 造光应当通过其离开照明主体的那个表面相对的位置处。如果例如人造光 应当通过底侧离开照明主体，那么光提取层优选地覆盖照明主体的顶侧。 由于注入到照明主体中的人造光具有 一定的发散性，因而它或者通过底部
或顶侧或侧面直接离开照明主体，或者它撞击光提取层，其中它^L偏转并 且主要通过底部或顶侧离开照明主体。
为了实现本发明的目的，所述提取层必须包括表面结构，其增强偏转 到所述表面上的光的量。这可以通过覆盖照明主体的表面之一的表面结构 或者照明主体本身中的结构来实现。此外，该表面结构可以具有相当于对 齐的小三角形、梯形或平行四边形的截面。以低的角度与该表面结构相遇 的光线从照明主体与周围空气之间的边界反射到照明主体中并且反射到 被照明的表面上。该表面结构在照明主体的整个表面上可以具有均匀的设 计。在另一个优选的实施例中，该表面结构的设计可以沿着照明主体内光 的传播的主轴而发生改变。
在另 一个实施例中，所述表面结构由连续对齐并且覆盖照明主体的表 面之一的若干偏转装置构成。这些偏转装置中的每一个可以包括截面，该 截面为锯齿状，随着到发光元件的距离的增大而向下倾斜，直到其中该截面急剧上升的点。每个偏转装置可以具有一定宽度，该宽度介于10pm与 10mm之间，优选地介于30pm与3mm之间，最优选地介于lOOjam与lmm之 间。照明主体与偏转装置的向下倾斜侧面之间的角度可以介于O. 1 °与5°之 间，优选地介于0.2。与3。之间，更优选地介于0.25。与2。之间。此外，该角 度可以相对于到发光元件的距离而改变，所述发光元件位于照明主体的侧 面之一上。
优选地，发光元件至少为下列元件之一LED, OLED，白炽灯或者 荧光灯。取决于照明设备的使用类型，可以使用单个或多个发光元件。发 光二极管(LED)是半导体器件，其在正向电偏置时发射相干窄镨光(典 型地约为10-20nm )。发射的光的颜色取决于使用的半导体材料的组成和状 况。此外，可以使用磷光体转换的LED。在这种情况下，磷光体也影响发 射的光的颜色。同样适用的有机发光二极管(OLED)是特殊类型的LED, 其中发射层包括特定有机成分的薄膜。OLED的优点在于，其是潜在地低 成本且高效率的均匀大面积光源。OLED利用流经有机材料薄膜的电流来 产生光。发射的光的颜色以及从电流到光的能量转换的效率由有机薄膜材 料的组成决定。发光元件发射的光的颜色也可以是冷白光(与暖白光相比 具有大的蓝光含量的白色光)，或者在存在多个发光元件的情况下发光元 件中的一些发射浅蓝色光或近UV光谱范围内的光以便警告用户或者使用 户保持警觉。
OLED包括作为载体层的衬底材料，其可以由玻璃或有机材料制成。 在该载体层之上通常施加透明氧化铟锡(ITO)薄层，其形成阳极。此外， 有机发光二极管包括至少一个非常薄的层，其层厚度为有机物质的近似 5-500nm。该OLED由形成阴极的铝层规则地完成，而该铝层的特征是近似 100nm的厚度，并且因而该厚度类似于ITO层的厚度。这种厚度的铝用作 反射镜，从而发射仅仅通过透明的ITO阳极和透明的衬底。通过选择透明 的阴极，光也可以通过该阴极发射。因此，在一个优选的实施例中，照明 主体结合了OLED。换言之，在这种情况下，照明主体包括发光元件。该 实施例的前提是，OLED具有阴极，该阴极是透明的，使得用户通过照明 主体观看被照明表面。通过使用光提取层，在OLED内产生并且随机指向 的人造光被偏转到所述表面上。
在一个优选的实施例中，照明主体覆盖一定区域，分别包括至多 300cm2的大小，优选地小于100cm2,更优选地小于10cm2。如果所述照明
7设备用作阅读光源，那么它就必须小而轻，使得它能够便于使用。为了实
现这个目的，优选地应当使用与照明主体和光提取层结合的仅仅一个LED。 为了实现令人愉悦的光照水平，被照明区域必须小。知觉研究表明，大约 lcmx5cm的被照明区域已经便于阅读。结果，具有小于50mW功耗、优选 地小于10mW功耗的LED足以实现优选地25-20001ux、更优选地50-2501ux 并且最优选地大于751ux的照度水平。
优选地，所述照明设备包括将来自太阳的光子转化成电的太阳能电 池。可以将太阳能电池安装到外壳元件上以便产生对发光元件供电的电。 为了存储电，所述照明设备可以包括电池，优选地包括充电蓄电池。通过 使用太阳能电池，本发明公开了一种太阳能供电的LED灯，其在白天充电 并且适合于夜间在暗处用来阅读。此外，太阳能电池可以至少部分地覆盖 照明主体和/或光提取层。对于这个实施例而言，必须使用透明的太阳能电 池，例如Graetzel电池，从而该太阳能电池不衰减被经照明的表面反射的光 通量。
在一个优选的实施例中，照明主体和/或光提取层包括有机材料和/或 聚合物，优选地照明主体和/或光提取层包括以下材料之一聚乙烯，聚酰 胺，聚丙烯，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚碳酸酯(PC)。 聚合物板用于照明主体已经表明是有利的。所列举的材料对于由发光元件 注入的光通量具有小的衰减。因而，可以使用薄的照明主体，这得到重量 轻的照明设备。作为这样实现的降低机械硬度的结果，有可能在弯曲的阅 读区域上弯曲所述设备。此外，有可能利用发光材料来对所述聚合物照明 主体进行掺杂。这些发光材料一方面增强了光的散射，另一方面可以平移 光的波长。通过使用适当的发光材料，可以部分地将廉价而高效的蓝色LED 的光转换成黄色光，从而得到白色光，这对于适宜的阅读是合适的。通过 吸收/重新发射以及此外散射的组合，发光材料增加了引导到所述表面上的 光的量。
为了保护照明主体和/或光提取层不受环境的影响，另一个优选的实施 例公开了 一种保护层。该最后提到的层可以整体或者部分地包覆照明主 体，就像光提取层一样。此外，该保护层可以包括Si02、 Hf02或者SiNx。 已知这些材料是抗刮擦的，并且不受环境影响因素(比如湿度)的影响。 这是特别重要的，因为一些聚合物易于受到水解的影响，从而没有保护层 的照明设备可能由于环境影响的原因而老化。如果发光元件是点状光源(比如LED),不覆盖整个侧面，那么可能 出现发光元件的直接周围环境中的暗区。它们由于以下事实而出现，即发 光元件以锥形将人造光发射到照明主体中。尽管发生散射，毗连该光锥的 区域未被完全照明。解决这个问题的一种方式是不将发光元件置于照明主 体的侧面的中心，而是置于照明主体的拐角。为了进一步降低所述效果， 可以倾斜该侧面以形成发光元件位于其上的小平面。如果该倾斜的小平面 具有30。与60。之间、优选地40。与50。之间的角度，那么就实现了最佳的结 果。此外，可以使照明主体的其余拐角成圆形以便实现均匀的照明模式。 为了增强所述照明设备的光输出，优选的是利用像反射镜或散射层那样的 反射介质来覆盖照明主体的边缘。
在另一个优选的实施例中，所述照明设备包括模块化设计。因此，例 如照明主体可被拆卸和/或围绕被置于外壳元件中的铰链而折叠。在另 一个 实施例中，照明主体在拆卸和/或折叠之后可以包含在外壳元件中。因此， 当不使用时，可以保护所述照明设备的各部分。
在另一个实施例中，照明主体还包括发光材料，以便影响几乎与照明
主体的底部表面平行地传播的光。该发光材料将吸收该光的一定部分并且 将沿与入射方向相比不同的方向重新发射几乎所有被吸收的光。结果，更
多的光将通过照明主体的底部表面发射并且较少的光将通过照明主体的 侧面离开照明主体。
在另一个实施例中，所述发光材料设置在至少一个腔体内，优选地设 置在照明主体的底部表面的邻近。这里，由偏转装置重新引导的光将只有 微小的部分受到影响，而几乎与照明主体的底部表面平行地传播的光的大 部分将被吸收并且重新发射。在一个更优选的实施例中，所述腔体还包括 朝着光提取层的反射层，以便朝照明主体的底部表面反射重新发射的光。
可以将用作阅读灯的照明设备置于距被照明表面的一定距离处，或者 照明设备大体覆盖在被照明表面之上。
为了将所述照明设备修改成台灯状设备或者火炬状设备，本发明公开 了 一种光学元件。该光学元件使用未到达和/或未指向所述表面的人造光部 分。因此，该光学元件被配置成接收人造光的至少一部分并且引导所述人 造光的至少一部分离开照明主体。为了实现这个目的，该光学元件是一种 光学系统，其可以由单个或多个透镜和/或反射镜形成。通过其外表面之一 离开照明主体的人造光可以具有漫射分布。该光学元件能够反射和/或重定
9形人造光的通量以实现非聚焦的、聚焦的、离焦的和/或平行的光束。借助 于该光学元件，本发明公开的照明设备可以不仅用作阅读光源，而且用作 台灯状设备，其中反射器元件作为允许优选地利用不太强的准直光斑照明 书本的光学元件，或者用作火炬状设备，其中聚光器元件作为优选地提供 准直光斑或平行光束的光学元件。
取决于使用的类型，所述光学元件可以设置在照明主体的不同外表面 上。优选地，该光学元件设置在照明主体的纵向侧面上，使得离开这些幼、 向侧面的人造光可以被重定形。由于通过底侧离开照明主体的人造光可能 相对于所述照明设备仅具有小的偏转角度，因而同样可能的是，所述光学 元件收集并且重定形该光的若干部分。因此，所述光学元件可以具有大于 照明主体的高度的尺寸。
在另 一个优选的实施例中，所述光学元件被可反向地附接到照明主 体。这允许用户将所述照明设备用于两种不同的目的。 一方面，所述照明 设备可以用作照明书本的页面的阅读光源或台灯。另一方面，有可能将所 述光学元件附接到所述照明设备以便实现火炬状设备，其能够照明周围环 境中的任意部位。优选地，所述光学元件包括夹持装置，其中该夹持装置 与照明主体的第二夹持装置共同作用以将所述光学元件附接到照明主体。 通过使用两个所述夹持装置，有可能容易地将所述光学元件附接到照明主 体。用户能够在不需要工具或其他元件的情况下附接和/或拆卸所述光学元 件。
在另一个优选的实施例中，所述光学元件包括可变化的透镜元件。借 助于该可变化的透镜元件，可以调节人造光的至少一部分的接收和引导。 因此，有可能以不同的方式对人造光的通量进行定形。如果需要的话，那 么可以实现聚焦的光斑，或者可以以平行的方式设置光通量以照明更大的
区域。优选地，所述可变化的透镜元件由LC (液晶)结构形成。
在所述光学元件作为反射器元件的另 一个实施例中，该反射器元件可 移动地安装到照明主体，其适合将离开照明主体的人造光的可调节部分导 向物体。该可移动安装装置可以是铰链、接头、可弯曲销或夹片或者本领 域技术人员已知的设置在照明主体与反射器元件之间和/或设置在所述夹 持装置与反射器元件之间的其他安装装置。
在一个优选的实施例中，所述反射器元件还包括覆盖光提取层的反射 镜元件。这里，穿过与面向待照明物体的侧面相对的光提取层表面而离开照明主体的光也将被导向该物体或者导向所述反射器元件，从而增强了照 明该物体的光的亮度。所述反射镜元件可以设置在外壳元件、照明主体上
或者设置在所述反射器元件上。该反射镜元件可以是被可反向地附接到所 述反射器元件或外壳元件上，或者作为反射器元件的一部分与该反射器元 件一起被可反向地附接到所述照明设备上。该反射镜元件可以是或多或少 平坦的任何物体，具有至少面向光提取层以便将光反射回照明主体的反射 表面。该反射镜元件可以设置在距照明主体的一定距离处，或者可以直接 接触地设置在照明主体的上面。
在 一 个可替换的实施例中，所述照明设备是具有作为聚光器元件的光 学元件的火炬状设备。人造光的光通量的重定形可以利用包括表面构造的 聚光器元件来实现。所述表面构造可覆盖聚光器元件的大部分，尤其是聚 光器元件的不与照明主体直接接触的那些部分。通过纵向側面离开照明主 体的人造光因而可以直接跨入聚光器元件。该最后提到的元件可以包括光 传导材料，从而无衰减地引导人造光。聚光器元件的光传导材料可以与用 于照明主体的材料相同。
所述表面构造能够聚焦人造光或者以平行的方式对人造光定形。为了 实现该目的，所述表面构造可以包括截面，该截面为锯齿状，随着与聚光 器元件中心的距离的增大而向下倾斜。所述表面构造的每个元件可以具有
一定宽度，该宽度介于10fim与10mm之间，优选地介于30^n与3mm之间， 最优选地介于100^n与lmm之间。聚光器元件与所述表面构造的向下倾斜 侧面之间的构造角度可以介于0.1。与5。之间，优选地介于0.2。与3。之间，更 优选地介于0.25。与2。之间。该表面构造可以被设置成使得它形成菲涅尔 (Fresnel)型透镜。
在另 一个优选的实施例中，发光元件包括适合在第 一模式下以最小的 电功率(例如作为阅读光源)以及在第二模式下以更高的电功率(例如作
关装置是本领域技术人员已知的，例如电开关或IC。
上述照明设备以及要求保护的部件和在所述实施例中要依照本发明 使用的部件在大小、形状、材料选"t,方面不受任何特定例外的影响。诸如 相关领域中已知的选择准则的技术构思可以不受限制地被应用。从属权利 要求中公开了本发明的目的的附加细节、特性和优点，并且但J叉为示例性 方式的各附图的下列描述给出了依照本发明的照明设备的多个优选实施例。


这些附图是
图1示出了依照本发明的照明设备的第 一 实施例； 图2从另一视角示出了所述照明设备，其包括外壳和照明主体； 图3示出了照明主体的透视图； 图4示出了图3的照明主体的截面； 图5示出了所述照明设备的第二实施例(侧视图)； 图6示出了图5的照明设备的顶视图； 图7示出了依照本发明的照明设备的另 一个实施例； 图8示出了所述照明设备的另 一 个实施例； 图9示出了具有照明主体的圆拐角的照明设备的另 一个实施例； 图10示出了具有包括发光材料的腔体的照明主体； 图11示出了具有反射器元件和反射镜元件的照明主体； 图12示出了作为台灯状设备的照明设备，可调节的已安装反射元件 位于两个不同的位置；
图13示出了图11和图12的反射器元件的不同形状； 图14示出了作为火炬状设备具有聚光器元件的照明设备的透视和
图15示出了将光学元件(这里为聚光器元件)安装到照明主体上的 侧牙见图。
具体实施例方式
在图1中，示出了用于照明表面的照明设备10。照明设备10包括 发光元件20和照明主体30。发光元件20设置在外壳元件40的下面， 所述外壳元件40支撑照明主体30。在所示的这个实施例中，照明设备 IO是阅读光源，用来照明位于照明主体30下面的大体平坦的表面，例 如书本的页面。为了降低干扰他人的可能性，超出被照明表面的人造光 21的发射必须最小。为了实现这个目的，照明主体30包括被配置成接 收来自发光元件20的人造光21并且将人造光21偏转到所述表面上的 光提取层50。发光元件20是LED,其将人造光21注入到照明主体30中。发光 元件20与保持元件40连接，该保持元件可以是印刷电路板(PCB)。 这样的印刷电路板用来机械地支撑电子部件并且通过使用从层压到非 传导衬底上的铜片腐蚀的传导通路电连接电子部件。已知这样的结构廉 价并且高度可靠。此外，所述LED可以借助于所述PCB直接连接到电 子部件。在发光元件20的对面，驱动器62和电池61安装在外壳元件 40上。电池61优选地可重复充电并且输送用于发光元件20的需要的电 流。驱动器62可以包括电流放大电路和波形发生与控制电路，其输出 希望的波形。此外，该波形发生与控制电路调节波形的振幅、频率和占 空比。
备IO,可以将太阳能电池60嵌入到外壳元件40中。太阳能电池60将 来自太阳光的光子转化成电，所述电存储在充电电池61中。因此，如 果照明设备IO在白昼期间暴露于太阳光，那么照明设备IO就可以在暗 处使用。为了获得不论太阳能电池60如何也能够长时间段地照明表面 的照明设备IO,需要具有低功耗的发光元件20。已经证明LED是合适 的，因为它们以低功耗实现了充分的光照水平。
如上所述，本发明的目的是均匀照明在所示的这个实施例中位于照 明主体30的下面的表面。由于人造光21是从位于照明主体30的侧面 36的单个发光元件20注入的，因而必须偏转人造光21,使得它通过底 面35离开照明主体30，如箭头21，所示。为了实现这个目的，将光提取 层50安装到照明主体30的顶部表面上。在所示的这个实施例中，光提 取层50和照明主体30是个整体，由相同的材料制成。
在图2中，示出了照明设备10的顶视图。要由照明设备10照明的 表面位于附图平面内。虽然使用了功耗低于10mW的LED,但是照度水 平应当达到至少251ux。因此，合适的是照明主体30的尺寸有限。优选 地，照明主体30具有的长度32介于30mm与150mm之间，更优选地 介于50mm与100mm之间。此外，照明主体30应当具有的宽度33介 于5mm与40mm之间，更优选地介于10mm与20mm之间以仅仅一个 LED进行照明。照明主体30的长度32和宽度33应当得到至多100cm2、 更优选地小于50cn^并且最优选地小于10cm2的尺寸。此外，照明主体 30的高度应当不超过40mm，更优选地应当不超过10mm并且最优选地
13应当不超过5mm。照明主体30的最小高度由使用的LED的尺寸决定。 使用多于一个LED来将人造光21注入照明主体30中是本发明的明显部分。
为了减少未偏转到所述表面上而是散射到周围环境中的人造光21 的量，本发明公开了光提取层50。图3和图4示出了光提取层50的配 置，其仅示出了照明主体30。人造光21从左侧注入到照明主体30中。 为了将人造光21偏转到位于照明主体30的下面的表面上，光提取层50 具有一定的表面结构。该表面结构包括多个偏转装置51,其以连续的方 式设置。在图4中，示出了照明主体30的放大的截面。人造光21从左 侧进入照明主体30。每个偏转装置51具有锯齿状截面，该截面具有从 照明主体30急剧上升的凸缘53。随后，偏转装置51具有面52，其随 着到发光元件20的距离的增大而向下倾斜。因此，形成了具有三角形 状的锯齿状结构。面52具有角度54,其相对于照明主体30的纵向延伸 而测量。取决于人造光21的波长以及用于照明主体30的材料的折射率， 该角度54应当介于0.1。到5°之间，优选地介于0.25°与2°之间。由于周 围空气的折射率不同于照明主体30的材料的折射率，因而发生全内反 射。因此，遇到空气-照明主体30和/或光提取层50边界的人造光21可 以被反射，从而主要通过底部表面35离开照明主体30。除了所示的锯 齿状结构之外，偏转装置51可以具有多种不同的截面。重要的是，面 52被定位成与发光元件20成一定角度54,从而建立反射镜状偏转区域。
在图5和图6中，示出了照明设备10的另一个实施例，其具有置 于外壳元件40内的充电纽扣电池61。为了打开和关闭照明设备10,将 开关65安装在外壳元件40的一端处。这个实施例的优点在于，纽扣电 池的使用减小了照明设备10的总厚度。因此，有可能以方便的方式按 压开关65以激活照明设备10。与照明设备IO形成对照的是，太阳能电 池60是薄片状结构，其对总高度的贡献量较小。像在上述实施例中一 样，光提取层50和照明主体30是由有机材料制成的整体，比如聚合物 光导板。最后提到的板对于可见光波长范围内的光是透明的并且具有低 的衰减。此外，可以容易地利用发光材料对由聚合物板制成的照明主体 30进行掺杂。这些发光材料可以吸收人造光21并且以不同的波长重新
射产生贡献。该散射导致附加的光成分被偏转到要照明的表面上。
14在图7中，示出了照明设备10的另一个实施例。与所述的照明设 备10形成对照的是，开关65位于外壳元件40的侧面之一上。这增大 了使用照明设备10的便利性。此外，太阳能电池60置于照明主体30 上。为了观看由照明主体30覆盖的文本，最后提到的以及光提取层50 必须对于由所述表面反射的人造光21是透明的。为了获得这个特征， 覆盖光提取层50的太阳能电池60也必须对于人造光21透明。通过使 用光电化学电池(比如Graetzel电池)，可以建立透明太阳能电池60。 这个实施例的优点在于，可以大大减小外壳元件40的尺寸。由于太阳 能电池60覆盖照明主体30,因而不需要大的外壳元件40,因为其余所 有部件(例如电池61、发光元件20)在尺寸上相比于太阳能电池60都 小。此外，照明设备IO具有保护照明设备10不受环境影响因素(比如 湿度)的影响的覆盖物元件70。该覆盖物元件70可以由橡胶制成，其 包覆外壳元件40和/或照明主体30的若干部分。
在图8中，示出了照明设备10的另一个实施例。与上述实施例不 同的是，外壳元件40设置在矩形照明主体30的长侧面36之一处。发 光元件20置于照明主体30的小侧面36，之一上。照明设备10配备了上 面已经描述的太阳能电池6 0和开关6 5 。由于发光元件2 0设置在照明主 体30的小侧面36，之一上这一事实并且由于发光元件20发射的光的有 限发散性，人造光21具有锥状分布，留下暗区22。只有非常少量的人 造光21将由于照明主体30内的散射而到达该暗区22。为了减小该干扰 暗区22，可以将发光元件20安装在照明主体30的拐角31之一中，如 图9所示。在这个实施例中，照明主体30的拐角31以介于30。到60° 之间的角度刻成小平面。此外，对其余的拐角31，进行圆整处理以给出 更均匀的照明模式。由人造光21的光线可见，照明主体30中将不出现 暗区22。相反地，产生了照明主体30的非常均匀的照明，使得用户能 够方便地阅读由照明主体30覆盖的文本。
照明主体30可以包括发光材料37以便吸收几乎与照明主体30的 底部表面35平行地传播的光21并且沿相比于入射方向不同的方向重新 发射该光。这个条件在发光材料各向同性地发射光的情况下几乎总是满 足的。如果使用了具有各向异性发射的发光粒子，那么重新发射的光的 角分布可以进一步向底部表面35对准。发光材料37可以均匀地散布在 照明主体30内和/或设置在腔体38中，如图10所示。这些腔体可以具有任何形状，图10中示出的侧视图的矩形形状只是一个可能的实例。
发光材料在发光元件20中的至少一个或多个发射的光的光谱范围内应 当具有强烈的吸收。发光材料37的可能的实例是来自BASF的有机荧光 色素(lumogen)或者无机材料，例如Y3Al5012:Ce或(Sr, Ba)2Si〇4:Eu。 材料37优选地为有机材料，其可以容易地溶解在照明主体30内。至少 一些所述发光元件可以发射蓝色和/或近UV光以便允许发光材料以整 个可见光谱内的波长进行光的重新发射。为了获得均匀的白色光，必须 仔细地调节作为到发光元件的距离以及照明主体的形状的函数的发光 材料的量。发光材料可以用来获得离开照明主体30的任何希望颜色的 光21。优选的是，调节材料37的量和光学特性以便发射冷蓝色光21, 从而更好地警告用户并且使得用户更好地保持警觉。为了防止发光直接 到达用户，可以利用面向光提取层50的侧面上的反射层39覆盖腔体38。 腔体38的尺寸应当小得足以对于用户不可见，从而不显著干4^从被照 明表面反射的光。
图11中示出了具有反射器元件90'和反射镜元件94的照明主体30。 为了操作作为台灯状设备的照明设备，反射器元件90'是非常重要的。 可以将反射镜元件94添加到照明设备10以便增强从反射器元件90'反 射的光2 l'的亮度以照明物体。该反射器元件将通过照明主体30的底部 表面35离开照明主体30的光21的至少一部分反射到要利用光21'照明 的物体。反射的光21'的量取决于照明主体30和反射器元件90'的几何 特性以及取决于反射器元件90'的反射表面相对于底部表面35之间的角 位置。为了增强光21'的亮度，可以将反射镜元件94设置在光提取层50 之上。通过照明主体30传播的光的一部分将通过光提取层50的表面离 开照明主体30。在没有当前反射镜元件94的情况下，该光将不被反射 器元件90'反射。当前反射镜元件94将把光21反射回照明主体30中以 便通过底部表面35离开照明主体30。该反射镜元件可以设置在离开照 明主体的一定距离处。然而，为了提供紧凑的设备，该距离应当小。可 替换地，反射镜元件94可以被设置成直接接触光提取层50。在一个优 选的实施例中，反射镜元件94表现出与光提取层50的表面结构51 、52、 53相适应的表面结构以便安装在光提取层50的顶部。
反射镜元件94应当被可反向地安装到照明主体30、外壳40和/或反射器元件90'上。反射镜元件94的可反向安装可以利用诸如夹持装置92、 93之类的机械装置来实现，如图15所示(用于安装所述光学元件)， 或利用其他机械解决方案来实现，或者可以通过反射镜元件94的粘性 表面来实现。本领域技术人员也可以考虑可替换的安装装置。
图12示出了作为台灯状设备的照明设备IO,反射器元件90'位于两 个不同的位置。要用作阅读灯以及按要求用作台灯状设备的照明设备 10、外壳40的形状应当适合于将照明设备10稳定定位在竖直位置，如 图12所示。这可以利用与诸如照明主体30、反射器元件90'以及可选的 反射镜元件94之类的附接的部件相比的外壳40的充分大的基座尺寸和 /或外壳的充分大的重量来实现。为了调节由光21'照明的区域，例如通 过反射器元件90'与照明主体30之间的铰链将反射器元件90'可调节地 安装到照明设备IO,以便调节这两个元件之间的角度到希望的值。本领
选地为照明主体30)之间的可调节角度的可调节安装。底部表面35与 反射元件90'的表面之间的角度可以在0°和360。之间变化，优选地在0° 和180。之间变化，更优选地在90°和180。之间变化。
在另一个实施例中，被配置成接收离开照明主体的人造光21、 21， 的至少一部分并且将其导向另一方向的反射器元件90'的反射表面可以 被定位成直接接触照明主体35的底部表面35。在这种配置中，光21将 向光提取层35反射以便通过与底部表面35相对的光提取层35的表面 离开照明主体30。在这种情况下(没有反射镜元件94),照明设备IO 同时充当借助于通过未被反射元件90'的反射表面覆盖的底部表面35离 开照明主体30的光21照明物体的阅读灯以及充当借助于穿过与反射元 件90'的反射表面覆盖的底部表面35相对的表面离开照明主体30的光 21用于其他照明目的(例如房间照明)的光源。
在一个可替换的实施例中，可以利用永久地设置在底部表面35的 部分上的反射镜实现如上所述的相同功能，所述反射镜可以在透明模式 与反射模式之间切换。这样的可切换反射镜例如是电可切换液晶层。如 果发光纸由 一些发光元件20发射的蓝色和/或UV光照明，那么可以为 书写目的进一步增强穿过光提取层的表面发射的光的效果。
图13示出了诸如微型结构的、弯曲的或分段的反射元件90'之类的 反射元件90'的不同的可能形状的实例。平面的形状也是可能的(这里未示出)。
在图14中，示出了聚光器元件卯的效果。人造光21从左侧进入
照明主体30。人造光21的若干部分将穿过光提取层50并且通过其顶侧 离开照明主体30。人造光21的其他部分将在边上由光提取层50偏转并 且以小角度通过底部表面35离开照明主体30。人造光21的第三部分将 通过侧面36离开照明主体30。人造光21的最后提到的部分以及——取 决于聚光器元件90的尺寸——倒数第二个提到的部分的小部分将因此 进入聚光器元件90。由于聚光器元件90包括光传导材料，因而人造光 21将不被衰减。聚光器元件90的外表面包括被配置成接收并且偏转收 集的人造光21的表面构造91。该表面构造91具有对人造光21，的通量 定形的能力，从而给聚光器元件90留下聚焦的或者如这里所示的平行 的通量。因此，照明设备IO可以用作火炬型光源。
为了实现将照明设备10用作火炬型光源的能力，公开了一种聚光 器元件90。在图15中，示出了该聚光器元件90的截面，该聚光器元件 连接到照明主体30的纵向侧面36。注入到照明主体30中并且没有或者 仅仅在边上被光提取层50偏转的人造光21可能离开照明主体30，而不 像期望的那样照明表面101。为了使用这部分人造光21,聚光器元件90 包括被配置成接收人造光21的至少一部分并且引导所述人造光21的至 少一部分的光传导材料。因此，聚光器元件卯包括表面构造91,其在 所示的实例中具有锯齿状结构。该表面构造91也可以形成菲涅尔型透 镜，以便聚焦离开聚光器元件90的人造光。此外，聚光器元件90可以 包括夹持装置92,其中夹持装置92与照明主体30的第二夹持装置93 共同作用。通过夹持装置92与第二夹持装置93的连接，聚光器元件90 被可反向地附接到照明主体30。
附图标记列表
10 照明设备
20 发光元件
21、 21， 人造光
22 暗区
30 照明主体
31、 31' 照明主体30的拐角
1832 照明主体30的长度
33 照明主体30的宽度
35 照明主体30的底部表面
36、 36'照明主体30的侧面
37 发光材料
38 腔体
39 反射层
40 外壳元件
50 光提取层
51 偏转装置
52 偏转装置51的面
53 偏转装置51的凸缘
54 角度
60 太阳能电池
61 电池
62 驱动器 65 开关
70 覆盖物元件
90 聚光器元件 90' 反射器元件
91 表面构造 92夹持装置
93第二夹持装置
94 反射镜元件
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权利要求
1.一种用于照明表面的具有发光元件(20)和照明主体(30)的照明设备(10)，其中发光元件(20)发射人造光(21，21’)，外壳元件(40)包括该发光元件(20)并且支撑所述照明主体(30)，所述照明主体(30)包括适用于照明位于下面的所述表面的透明光传导材料，其特征在于，该照明主体(30)包括光提取层(50)，该光提取层被配置成接收来自发光元件(20)的人造光(21，21’)并且将所述来自发光元件(20)的人造光(21，21’)偏转到所述表面上。
2. 依照权利要求l的照明设备(10),21，)是透明的，并且光提:层一(50)对于落在光提取层(50)上的环境光 是透明的。
3. 依照权利要求1或2的照明设备(10)，其特征在于，光提取层(50)覆盖照明主体(30)的表面(35, 36, 36，)之一，优选地，照明主体(30)和光提取层(50)是一个整体。
4. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10)，其特征在于，光提取层(50)包括表面结构，优选地，该表面结构为 锯齿状，包括介于0.1。到5。之间的角度(54),优选地介于0.2。到3。之间的 角度(54),更优选地介于0.25。到2。之间的角度(54)。
5. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10),其特征在于，所述照明设备包括单个或多个发光元件，其中所述发光 元件为LED或OLED。
6. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10),其特征在于，所述照明设备(10)包括太阳能电池(60),优选地， 该太阳能电池(60 )至少部分地覆盖所述光提取层(50 )，和/或电池(61 ), 其优选地为充电蓄电池或超级电容器。
7. 依照前面任意一项权利要求的照明设备'(10),其特征在于，照明主体(30)和/或光提取层(50)包括聚合物，优选 地照明主体(30)和/或光提取层(50)包括以下材料之一聚乙烯，聚酰胺，聚丙烯，聚苯乙烯，聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)或者聚碳酸酯(PC), 更优选地，利用发光材料来对照明主体(30)和/或光提取层(50)进行掺杂。
8. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10),其特征在于，照明主体(30)和/或光提取层(50)覆盖有保护层，优 选地，该保护层包括Si02、 Hf02或者SiNx。
9. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10),其特征在于，发光元件(20)置于照明主体(30)的拐角(31, 31')。 优选地，拐角(31, 31，)以介于30。到60。之间的角度、优选地介于40。到 50。之间的角度刻成小平面。
10. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10), 其特征在于，照明主体(30)还包括发光材料(37)。
11. 依照权利要求10的照明设备(10),其特征在于，所述发光材料(37) 设置在至少一个腔体(38)内，优选地设置在照明主体(30)的底部表面(35)的邻近。
12. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10)，其特征在于，照明设备(IO)包括光学元件(90, 90')，该光学元件 优选地为聚光器元件(90)或反射器元件(90'),其中该光学元件(90， 90')被配置成接收人造光(21, 21，)的至少一部分并且引导所述人造光 (21, 21，)的至少一部分离开照明主体(30)。
13. 依照权利要求12的照明设备(10),其特征在于，所述光学元件(90, 90')设置在照明主体(30)的纵向侧面上。
14. 依照权利要求12-13中任一项的照明设备(10)，其特征在于，所 述光学元件(90, 90')被可反向地附接到照明主体(30),优选地，所述 光学元件(90)包括夹持装置(92),其中该夹持装置(92)与照明主体(30)的第二夹持装置(93)共同作用以将所述光学元件(90, 90')附接 到照明主体(30)。
15. 依照权利要求12-14中任一项的照明设备(10),其特征在于，所 述光学元件(90, 90')包括可变化的透镜元件，优选地，所述可变化的透 镜元件由LC (液晶)结构形成。
16. 依照权利要求12-15中任一项的照明设备(10),其特征在于，所 述光学元件(90, 90')为反射器元件(90'),该反射器元件可移动地安装到照明主体(30),其适合将离开照明主体(30)的人造光(21, 21，)的 可调节部分导向物体。
17. 依照权利要求16的照明设备U0),其特征在于，所述反射器元件 (90')还包括覆盖光提取层(50)的反射镜元件(94)。
18. 依照权利要求12-15中任一项的照明设备(10),其特征在于，所 述光学元件(90， 90')为聚光器元件(90),其包括表面构造(91),优选 地，该表面构造(91 )为锯齿状，包括介于0.1。与5。之间、优选地介于0.2。 与3。之间、更优选地介于0.25。与2。之间的构造角度，更优选地，该表面构 造(91 )形成菲涅尔型透镜。
19. 依照前面任意一项权利要求的照明设备(10),其特征在于， 所述照明设备(10)包括适合在第一模式下以最小的电功率以及在第二 模式下以更高的电功率操作发光元件(20)的开关装置。
全文摘要
本发明涉及用于照明表面的照明设备(10)，其具有发光元件(20)和照明主体(30)，其中发光元件(20)发射人造光(21，21’)，外壳元件(40)包括该发光元件(20)并且支撑照明主体(30)，所述照明主体(30)包括透明光传导材料并且大体覆盖在被照明的表面上。本发明公开了照明主体(30)包括光提取层(50)，其被配置成接收来自发光元件(20)的人造光(21，21’)并且将其偏转到所述表面上。
文档编号G02B6/00GK101583823SQ200880002657
公开日2009年11月18日 申请日期2008年1月16日 优先权日2007年1月19日
发明者B·刘, C·R·朗达, H·A·A·M·德鲁伊特, H·J·科尼利森, K·S·康特拉托, M·P·C·M·克里恩, T·J·P·范登比格拉尔, X·朱, Y·刘 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司