专利名称：自由形式照明模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括波导的照明设备。
背景技术：
在照明中特别是在LCD背光照明中的波导系统在本领域中已知。GB2430071比如其目的是提供一种具有良好显示质量的背光单元以及设有其的液晶显示设备。为此，安装了光源、反射片、光导板、气体空间和漫射板。反射片、光导板、气体空间和漫射板按照所述顺序叠置。光源为单独光源的形式，所述单独光源具有不同光谱或不同数量的光度(luminescence)并且布置在光导板的入射表面附近。与反射板相对的光导板的表面设有散射点，藉此透射通过光导板的光被取出到反射板侧。US2004183962描述一种用于提供具有更均勻光分布和更大亮度的光的背光模块。 该背光模块至少包括用于提供光的发光体、置为毗邻发光体用于引导第一部分的光的光导组件、具有多个开口的半透明膜、以及布置在光导组件之下的反射器。第二部分的光向上穿过开口并且第三部分的光在被半透明膜和反射器反射之后由光导组件向上引导。光导组件包括多个光导板，其中至少一个光导板的底部可以是三角形凹面或弧形凹面，并且光导板可含有一些掺杂颗粒。另外，US2006055843描述一种IXD背光设备，其包括安置在IXD的IXD面板下以将光引导到LCD面板的光导板。光导板具有平整上表面以及在底表面中形成的散射图案。 多个单色光源安置在位于光导板一侧的直线中，从而沿着在光导板的上表面和底表面之间的光导板的平面方向辐射光。光源被调适为在预定光束角度辐射光束，使得只有在传播了用于在混合在一起时形成白光所需的预定参考距离之后，光束到达散射图案。该LCD背光设备可以减小边框宽度而不增大LCD的厚度。
发明内容
现有技术系统会不具有提供光到平坦波导的两侧的能力。然而期望提供一种照明设备，其能够提供光到两个方向比如指向天花板的上行光(uplight)以提供可以用作氛围/气氛照明的间接照明，以及用于目标(任务)照明的下行光(downlight)。上行光可以对诸如房间或办公室的空间的更方便照明起贡献，并且可以对满足针对办公室的UGR(统一眩光等级)规范起作用。这种设备可以在住宅、办公室、招待区域等中使用。还期望提供这样的设备，其中上行光和下行光的相对数量是可调整的。因此，本发明的目的是提供一种可替换照明设备，其优选地还至少部分地避免一个或多个上述缺点，并且其还可以优选地满足一个或多个上述期望。为了实现这一点，本发明在第一方面提供一种照明设备，其包括
a.波导元件，其包括第一面(出于理解的原因，下文中经常也表示为“顶面”)、第二面 (出于理解的原因，下文中经常也表示为“底面”)和波导边缘；
b.LED光源，其布置成生成光源光，该LED光源具有可选的准直光学元件，其中具有可选的准直光学元件的LED光源布置成，经由波导波导元件的边缘，将至少部分的光源光耦合到波导元件中；以及
其中第一面包括结构，该结构布置成经由第二面将至少部分的光耦出波导元件以提供第二面光(出于理解的原因，下文中经常也表示为“下行光”)；其中该照明设备还包括腔体， 该腔体布置成允许光从波导元件逃逸到腔体中；以及反射器，该反射器布置成在离开第二面的方向上反射腔体中的至少部分的光以提供第一面光(出于理解的原因，下文中经常也表示为“上行光”)。这种照明设备可以允许比如经由天花板利用上行光照明房间，以及利用下行光照明房间中特定区域。结构的布置和种类以及在第一面的可选的存在反射器允许调整下行光和上行光的比例(比如在制造商方面)。另外，可以提供比较薄的照明设备，其可以比如悬吊在天花板。下行光和上行光的比例可以比如在0.01-100，诸如1-10，比如2-5的范围。典型上行/下行比例可以在0. 2至0. 8的范围。通常波导元件将是板的形式，特别是具有比如在约0. l-20mm的范围，诸如I-IOmm 的范围的厚度的薄板。波导元件可以是平坦或弯曲的；波导也可以具有波浪形状。优选地， 第一和第二面基本上平行布置(其包括平行曲面)。另外，波导元件可具有任何形状，诸如选自包括下述的群组正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、五角形、六角形等。因此，本发明提供具有“自由”形状的照明设备。此处，波导元件也可以表示为“波导”或“光导”。照明设备的总厚度可以在约l_50mm的范围，诸如5_15mm的范围。波导元件可包括选自由透射有机材料支撑组成的群组的一种或多种材料，诸如选自由下述组成的群组PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)、PEN (聚萘二酸乙二醇酯)、PC (聚碳酸酯)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) (Plexiglas或Perspex)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、聚碳酸酯、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、(PETG) (二醇类改性PET)、PDMS (聚二甲基硅氧烷)和COC (环烯烃共聚物)。然而，在另一实施例中，波导元件可包括无机材料。优选无机材料选自由下述组成的群组玻璃、(熔融)石英、透射陶瓷材料和硅树脂。特别优选的是PMMA、PC、透明PVC或玻璃作为用于波导元件的材料。在特定实施例中，来自LED光源的光在进入波导元件的边缘之前被准直。耦入波导中的光在此处也表示为“波导光”。照明设备可包括具有可选的准直光学元件的多个LED 光源。多个LED光源可包括布置成分别在不同发射波长发射的两个或更多个类型的LED光源。比如，可以提供蓝光LED和黄光LED，或者蓝光LED和绿光LED以及红光LED。这种组合可以布置成能够提供白光。可选地，一个或多个所述多个LED，或者一个或多个的所述多个LED的子集可以分别独立于其它LED或者LED的(多个)子集被控制。多个LED光源可以均勻或不均勻地分布在波导的边缘上。这进一步对照明设备的自由形式起贡献。短语“在离开第一面的方向上”表示光在这样的方向上行进，该方向为从波导内部在第一面方向上的传播的延伸。类似地，短语“在离开第二面的方向上”表示光在这样的方向上行进，该方向为从波导内部在第二面方向上的传播的延伸。从第一和第二面发出的光可具有强度分布(诸如朗伯，也见下文(I=I (0) *C0S ( α ))，但是在这种分布中的所有方向分别是离开第一和第二面的。短语“布置成经由第二面将至少部分的光耦出波导元件以提供第二面光的结构” 表示第一面包括结构，诸如点或条或槽等，该结构布置成促进在离开第一面的方向上耦出波导光，并且光从波导逃逸作为来自第二面的光，从而提供下行光。这种结构，特别是涂料点或条，因此可以具有“微型下行照明器”的功能。它们可以引起耦合到波导中的光在离开第一面的方向上的反射，该反射光可以(于是)经由第二面从波导逃逸作为下行光。这种结构可以布置在第一面上或包括在第一面中。在特定实施例中，第一面包括(白色，漫射)反射点或条的图案作为结构。这种图案可以印刷在第一面上，例如借助丝网印刷或喷墨印刷。典型材料可以是白色颜料，诸如包括打02和/或Al2O3的颜料。这种颜料还可包括结合剂。耦出结构的局部密度可以被以最优化以确保在波导元件的(第二面的)整个区域上的光均勻耦出。在另一实施例中，结构包括对第二表面的3D扰动。用于在期望方向上提取光的图案 ^^^Μ τ. L. R. Davenport·入，“Optimizing density patterns to achieve desired light extraction for displays", Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, ISSN 0277-786X CODEN PSISDG 描述。入射在第一面上的耦入光，即波导中的光，可以取决于该结构而从波导逃逸。为了最小化从腔体和第二面以外的波导部分逃逸的光的损失，反射器可以布置在包括结构的第一面的下游。因此，在特定实施例中，照明设备还包括反射器，其布置成将从第一面逃逸的光反射回到波导中。另外，这种反射器也可以用作热沉或者接触热沉，布置成促进从波导移除热量。在特定实施例中，第一面接触热沉；即包括结构的第一面的至少部分，优选地显著部分接触热沉。照明设备还包括腔体。这种腔体特别是波导元件中的中空特征或者在至少部分的波导元件的边缘的中空特征。在两种情形中，部分的波导光可以从波导元件逃逸到腔体中。 在特定实施例中，腔体为第一面中的凹处。在又一实施例中，腔体为从第一面延伸到第二面的腔体(即孔(hole))。在特定实施例中，照明设备包括多个腔体。以此方式，光可以在多个部位逃逸。这可以导致上行光的更均勻分布。部分的从波导逃逸的光可以离开腔体作为上行光。为了促进光在离开第二面的方向上从腔体逃逸，腔体可进一步包括反射器，该反射器布置成在离开第二面的方向上反射腔体中的至少部分的光从而提供上行光。腔体可具有任何形状，诸如立方体、斜方体、圆柱体或者椭圆柱体，三角棱柱、五角棱柱、六角棱柱等，但是在实施例中腔体的壁也可以至少部分地渐缩，特别是在从第一面到第二面的方向上。在特定实施例中，照明设备包括多个波导。每个波导可包括其“自己的”一个或多个腔体。如上所述，这种腔体尤其是波导元件中的中空特征或者在波导元件的至少部分的边缘的中空特征。然而，在其中照明设备包括多个波导以及其中该照明设备包括一个或多个腔体的实施例中，一个或多个腔体也可以分别是相邻波导之间的腔体。在特定实施例中，照明设备还包括布置在第二面下游的漫射器。这种漫射器可以促进从第二面逃逸的不同光线的混合。特别地，当使用多个不同发射颜色时，这种漫射器会是有益的。典型漫射器为比如半透明材料。漫射器可以比如是全息漫射器。也可以使用各种漫射器箔，诸如来自Luminit的光成形漫射器(“全息漫射器”)、来自Fusion Optix或 Bright View Technologies 的漫身寸器。漫射器特别地布置成漫射基本上所有从第二面逃逸的光。漫射器也可以布置成回收光(也见下文)。术语漫射器也可涉及多个漫射器。漫射器可以比如(也)是板(或多个板)，其具有与第二面基本上相同的形状和表面积。在实施例中，漫射器接触在基本上其整个表面上第二面。因此，在实施例中，照明设备包括波导元件和漫射器的叠层。如下文将提到，术语叠层可包括这样的实施例，其中叠层的光学元件之间没有接触，比如由于至少5μπι的距离的原因。术语“上游”和“下游”是指关于光从光生成装置(此处为光源，诸如LED)的传播的项目或特征的布置，其中相对于来自光生成装置的光束中的第一位置，更靠近光生成装置的光束中的第二位置为“上游”，并且更远离光生成装置的光束中的第三位置为“下游”。在再一实施例中，照明设备可进一步包括(眩光抑制)光学元件，其布置在第二面的下游，并且如果存在可选的漫射器，布置在可选的漫射器(见上文)的下游。眩光抑制光学元件优选地比较薄，使能提供薄的照明设备。优选眩光抑制光学元件的示例在 W02006097859 (半透明照明面板)中描述，其通过引用结合于此。眩光抑制光学元件特别地布置成通过基本上所有从第二面以及可选的漫射器逃逸的光，使得眩光可以减小。术语眩光抑制光学元件也可以指多个眩光抑制光学元件。眩光抑制光学元件可以比如(也)是这样的板(或多个板)，其具有与第二面基本上相同的形状和表面积。在实施例中，眩光抑制光学元件在其基本上整个表面上接触第二面。在其中存在漫射器的又一实施例中，眩光抑制光学元件在其基本上整个表面上接触漫射器。因此，在实施例中，照明设备包括波导元件和眩光抑制光学元件的叠层，或者波导元件、漫射器和眩光抑制光学元件的置层。比如，诸如半透明照明面板的(眩光抑制)光学元件可以在其外侧具有异形表面， 从而将发射的光辐射主要引导到预定区域，该光辐射相对于垂直于照明面板的平面的方向以比较小角度行进，并且其中与照明面板的平面成小角度的光辐射减小，特别是当照明设备必须具有比较高强度时。为了实现这一点，照明面板的材料可含有这样数量的光吸收制齐U，使得由于存在光吸收制剂的原因，基本上垂直于照明面板的平面通过照明面板的光束的强度减小了 1%至20%。这种光吸收且非散射制剂(例如颜料或染料)在本领域中公知。已经发现，与照明面板的平面成比较小角度离开照明面板的在其前侧的异形表面的光辐射循着穿过照明面板的材料的长路径，与在预定区域中的方向上离开照明面板的光辐射路径长度相比，所述路径不成比例地长。因此，比较少量的光吸收制剂是有效的，从而吸收光辐射， 该光辐射否则将与照明面板的平面成小角度地离开照明面板，而这种比较少量的光吸收制剂对在与垂直于照明面板的平面的方向成比较小角度离开照明面板的光辐射的影响非常有限。在优选实施例中，照明面板的材料含有这样数量的光吸收制剂，使得由于存在光吸收制剂的原因，基本上垂直于照明面板的平面通过照明面板的光束的强度减小了洲至15%， 优选地5%至10%。在另一优选实施例中，照明面板的外侧具有异形表面，其至少一半，优选地大于 75%，更优选地大于95%定位为相对于照明面板的平面成30°至45°之间，优选地35°至 38°之间的角度。利用由丙烯酸树脂或聚碳酸酯制成的照明面板，其中外侧的表面设有突起，使得外侧的表面的所有部分定位为与照明面板的平面成36°的角度，则获得最优结果。
在另一优选实施例中，光吸收制剂是光谱中性的，即所有波长的可见光基本上相同程度地被吸收，使得剩余光辐射具有与由照明设备中光源发射的光辐射基本上相同的颜色。对于某些应用，将期望照明设备辐射来自光源的光的颜色以外的任意颜色的光。在另一优选实施例中，光吸收制剂对某些波长的可见光吸收的程度高于对其它波长的可见光的吸收。与在照明设备前方的所述预定区域中相比，具有某种光谱吸收的这种制剂将在大得多的程度上加强与照明面板的平面成小角度的光辐射中的相关颜色。在所述预定区域中，光辐射中将具有仅仅少量颜色(如果有)，而在其它方向上的光辐射将是真实彩色。在优选实施例中，所述照明面板的外侧设有具有基本上圆锥形表面的突起，该圆锥形表面从突起的底座部分渐缩，该突起在离开照明面板的方向上延伸。在另一优选实施例中，所述照明面板的外侧设有具有基本上角锥表面的突起，该角锥表面从突起的底座部分渐缩，该突起在离开照明面板的方向上延伸。在突起的俯视图中，底座部分的基本上整个圆周优选地毗邻相似的周围突起。通过使用照明面板，其中在照明面板的外侧的表面的所有部分被定位在约35°的角度，则获得最优结果。在实施例中，照明面板的外侧具有异形表面，该异形表面的至少一半定位为与照明面板的平面成20°和50°之间的角度，照明面板的材料含有这样数量的光吸收制剂，使得由于存在光吸收制剂的原因，基本上垂直于照明面板的平面通过照明面板的光束的强度减小了 1%至20%。在再一实施例中，照明设备可进一步包括空隙，其位于第二面的下游并且位于一个或多个的漫射器和眩光抑制光学元件的上游。可选的漫射器和可选的眩光抑制光学元件或另一出射窗口可以布置在距第二面一距离处。优选地，存在一个或多个的漫射器和眩光抑制光学元件，并且这些的一个或多个分别布置在距第二面非零距离处。以此方式，提供了一种空隙。特别地，当使用多个不同发射颜色时，这种空隙会是有益的。空隙可含有真空或者诸如空气的气体。特别地，位于(多个)波导面的下游的光学元件不光学接触(多个)波导面或者不彼此光学接触。通过将光学元件布置诸如至少约5 μ m,比如至少约10 μ m,诸如在 5-500 μ m的范围，比如10-250 μ m的距离处，可以获得无光学接触。可选地，波导和第一下游光学元件之间的空隙可以更大，诸如在5_50mm的范围， 诸如 10_25mm，比如 10_15mm。在特定实施例中，上行光和下行光的比例是可控制的。这可以例如通过下述实现 控制从波导耦出进入腔体的光的数量，和/或控制从腔体逃逸的光的数量。在实施例中，在一个或多个上述比例中，该比例是可控制的。在实施例中，照明设备还包括可调节腔体开口，其布置成控制从腔体逃逸的第一面光的数量。在特定实施例中，腔体包括隔板，其具有可调节隔板开口作为可调节腔体开口。在又一实施例中，腔体包括可调节反射器，并且可调节反射器布置成控制在可调节反射器处回到波导元件中的反射。在再一实施例中，结构是可弹性变形的，并且照明设备还包括致动器，其布置成使该结构塑性变形。因此，照明设备可进一步包括控制器，其可以是遥控器，其布置成控制上行光和下行光的比例。控制器可以可替换地或者附加地也布置成控制下述的一个或者在适用情形中多个上行光和下行光的颜色、色温和强度。
此发明描述一种从光导提取光的方式，其可以用于向上照明和向下照明。它还允许使用薄的大面积热沉，因为上行光部分会仅仅需要小部分的照明设备面积。
现在将仅仅通过示例的方式参考示意性附图来描述本发明的实施例，在附图中， 对应的附图标记指示对应的部分，并且在附图中
图Ia-Ib示意性描述照明设备的一些实施例； 图2a-2d示意性描述波导的一些形状和LED光源的布置； 图3a_3c示意性描述照明设备的一些特定实施例； 图4a_4b示意性描述腔体的一些原则； 图5示意性示出照明设备的示例；
图6a4k示意性描述波导的一些配置以及腔体和LED光源的布置； 图7a-7d示意性描述一些实施例，其中上行光和下行光的比例可变化。附图不一定是按比例的。在附图中，为了清楚起见而没有绘制相关性较低的特征， 比如电缆或连接、镇流器等。
具体实施例方式图Ia示意性描述根据本发明的实施例的照明设备1。照明设备1包括波导元件 20。此波导元件20包括第一面21，该第一面也表示为顶面；以及用附图标记22表示的第二面，该第二面也表示为底面。边缘用附图标记23表示。波导20可以由本领域已知的任何材料制成，诸如移植塑料、玻璃等。光源10特别是LED布置在波导的边缘，该光源布置成提供光17，该光也用LED光17表示，以用于经由边缘23耦入波导20。可选地，可以存在准直器光学元件11，其布置成将至少部分的LED光17准直到波导20的边缘23中。经由边缘 23进入波导20的光将行进穿过波导20并且可以到达顶面21。顶面21包括结构51，该结构布置成将波导中的至少部分的光经由第二面22耦出波导元件20。以此方式提供第二面光37 (见下文)，该第二面光也表示为下行光。因此，结构51布置成在离开第一面21的方向上将光耦出波导20。结构51可形成图案，该图案用附图标记50表示。另外，照明设备1可包括反射器70，该反射器布置成促成经由第一面21逃逸的光被反射回到波导20中。此光可以在波导20的其它地方再次被耦出。基本上波导20具有两个光可以被耦出的地方。一个地方是第二面或底面22，并且另一个地方是腔体80。因而， 照明设备1还包括腔体80，该腔体布置成允许光从波导元件20逃逸进入此腔体80。此腔体80具有开口 82 (腔体开口)，光可以通过该开口在离开第二面22的方向上从腔体逃逸。 以此方式照明设备1能够在至少两个方向上提供光。一个方向是向上，即在离开第二面22 的方向上，光经由腔体80从波导逃逸。并且在另一方向上，光经由第二面22离开第一面21 行进。腔体可进一步包括反射器81，该反射器布置成在离开第二面22的方向上反射腔体 80中的至少部分的光。以此方式，可以提供第一面光47 (见下文)，该第一面光也表示为上行光。照明设备1可进一步包括可选的漫射器40，该漫射器布置成促进从第二面22逃逸的光的混合。另外，照明设备1可包括眩光抑制光学元件30，其布置成在预定方向上聚焦从第二面22逃逸的光，使得眩光可以最小化。可选的漫射器40可以布置在距第二面22距离 dl处，该距离可以是零或更大(也见下文)。另外，眩光抑制光学元件30可以布置在距第二面22距离d5处。包括可选的漫射器40和可选的眩光抑制光学元件30的照明设备1的总厚度借助d4表示。波导20的厚度借助d3表示。图Ia示意性描述实施例，其中腔体80为波导20中的腔体。此腔体80为从第一面21延伸到部分的波导20中的腔体。在此实施例中，腔体80不是波导20中的孔。优选地，光学元件之间没有光学接触。因此，在适用情况下，该面分别与可选的下游光学元件以及另外下游光学元件之间的距离优选地为至少约5μπι，比如至少约ΙΟμπι， 诸如在5-500 μ m的范围，比如10-250 μ m。因此，在例如图Ia和其它附图中示意性描述的实施例中，距离dl和d6可以在5-500 μ m的范围。图Ib示意性描述实施例，其中腔体80可以是波导20中的孔。或者，可替换地可以提供两个波导20，使得腔体80存在于它们之间。在此实施例中，通过示例方式，仅仅绘制眩光抑制光学元件30，并且不存在漫射器40。图Ia和Ib均可以看作是根据本发明的照明设备1的实施例的侧视图。因此，在例如图Ib中示意性描述的实施例中，距离d5可以在5-500 μ m的范围。图加示意性描述照明设备1的实施例，其在俯视图中示出。通过示例方式，仅仅描述几个光源10。在边缘23的一个部分处，描述了一个准直器11中的两个LED 10，以及在边缘23的另一部分处，描述了一个准直器11中的一个LED 10。取决于结构51 (此图中未示出)被提供的方式，LED源10可以被提供在任何期望位置。可以不必均勻地或者对称地布置LED光源10。图2b、2c和2d示意性描述多个可能实施例。在图2b中，圆形波导20被描述为围绕边缘23布置的多个LED光源10。在图2c中，示意性描述照明设备1的实施例，其中波导 20也是圆形，但是LED光源10布置在中心腔体中。图2d示意性描述照明设备1可具有的形状的自由度。图3a、!3b和3c示意性描述根据本发明的照明设备1的另外实施例。图3a示意性描述照明设备1的实施例，其还包括热沉阳。此热沉可以物理接触LED光源10和/或可选的准直器11。另外，反射器70可以用作热沉55 ；以此方式，在波导20中生成的热量也可以经由热沉55逃逸，该热沉因此可以物理接触至少部分的第一面21 (包括结构51)。图北示意性描述与图3a相同的实施例，例外之处为也存在可选的漫射器40和可选的眩光抑制光学元件30。热沉55也可以物理接触可选的漫射器40和/或眩光抑制光学元件30。因此，在漫射器40和/或眩光抑制光学元件30中生成的热量也可以经由热沉55 散逸。图3c示意性描述实施例，其中存在空隙61。可以通过将漫射器40和眩光抑制光学元件30布置在距第二面22 —距离处而提供这种空隙61。如上所述，第二面22和漫射器 40之间的距离用dl表示。可以提供另外反射器60以提供封闭空隙61。因而，空隙61可以是由第二面22、反射器60以及一个或多个的漫射器40和眩光抑制光学元件30围起的围隔(enclosure)。即使在应用这种空隙61时，照明设备1的厚度可以是小的。比如厚度d4可以在5-50mm的范围。图如和4b示意性描述照明设备1可以如何起作用。LED光源10提供光70，该光经由边缘23被耦合到波导20中。波导20中的光借助附图标记27表示。此光可以在波导 20的边缘和面被反射。在一些地方，光27可以在离开第一面21到第二面22的方向上在结构51被反射。此光可以从波导逃逸。经由第二面22从波导20逃逸的光借助附图标记37 表示，该光在此处也称为第二面光或下行光37。波导中的一部分的光27也可以经由另一边缘逃逸，该另一边缘借助附图标记223表示，其为照明设备1包括的腔体80的边缘。此光可以被腔体80包括的反射器81反射，并且可以以此方式在离开第二面22的方向上从照明设备1逃逸。此光借助附图标记47表示并且在此处也表示为第一面光或上行光47。这种光经由开口 82从腔体逃逸。图4b示意性描述实施例，其中腔体80可以在波导20的边缘。同样，波导中的光 27可以经由腔体边缘223从波导20逃逸到腔体80中。从波导20逃逸的这种光可以在腔体80中被反射器81在离开第二面22的方向上反射并且离开照明设备作为上行光47 (经由腔体开口 82)。图5示意性描述照明设备1可以如何起作用。此图示出光学元件隔室91，LED光源10以及可选的光学元件11和热沉55可以包括在该隔室中，并且此图示出光可以如何从照明设备1逃逸。光可以从第二面22逃逸作为下行光37并且光可以从第一面21逃逸，实际上从腔体开口 82逃逸作为上行光47。图6a_6k示意性描述根据本发明的照明设备1的多个可能实施例。图6a示意性描述实施例，其中两个波导20以这种方式被提供，使得腔体80在各波导20之间。此腔体可以用于将光耦出照明设备1。另外，此实施例示意性示出多个LED 光源10被应用。比如借助附图标记15表示的棒可以分别布置在波导20的边缘，该棒包括多个LED光源10。图6a是在俯视图中描述。图6b为与图6a中示意性所描述实施例相同的实施例的侧视图。图6c示意性描述图6a和6b中示意性描述的实施例的变型。图6c为此实施例的俯视图。此实施例包括多个(此处三个)波导20，其中腔体80存在于波导20之间。同样， 多个LED光源10用于经由这些波导的边缘223将光从这些LED光源耦合到波导20中。图6d示意性描述实施例，其中波导20为圆形并且LED光源10布置在圆形波导20 的外边缘。波导还包括中心腔体80，至少部分的所耦入的光可以从该中心腔体逃逸。图6e、6f和6g示意性描述可以在根据本发明的照明设备1的实施例中使用的波导20的形状。图6e示意性描述三角形波导，其具有圆形腔体80 ；图6f示意性描述三角形波导20，其具有三角形腔体80 ；以及图6g示意性描述三角形波导20，其具有多通道光腔体 80。图他示意性描述自由形式照明设备20，其包括分布在波导20上的腔体80。图6i和6j同样示出可以在根据本发明的照明设备1中使用的波导20的一些形状。图6i示意性描述六角形波导20，其具有六角形腔体80 ；以及图6j示意性描述圆形波导20，其具有多通道光腔体80。图故示意性描述实施例，其中波导20包括多个腔体80，其中通过示例方式腔体 80被描述为圆形孔。比如这些腔体80可以是部分腔体或者可以从第一面21延伸到第二面22。波导20由布置在LED棒15中的多个LED光源10照明，所述LED光源照明波导20的边缘23。图7a_7d示意性描述实施例，其中上行光47与下行光37的比例可以改变。图7a示意性描述实施例，其中腔体开口 82可变化。当具有可变化腔体开口 82时， 即开口的宽度可变化时，可以调整从照明设备逃逸的光47的数量。在图7a中，通过示例方式，隔板90被描述为具有可调节隔板开口 92。优选地，指向腔体的隔板90的部分是反射的。通过打开或关闭隔板开口 92，可以控制逃逸的光47的数量。当开口 82 (92)较小时， 光将被反射回到腔体中并且可以再次部分地进入波导20。当开口 82 (92)大时，基本上没有光可以在隔板90反射，并且因此光47可以不受阻碍从腔体82逃逸。图7b和7c示意性描述实施例，其中腔体80包括可调节反射器181。比如可以在高度中调节此可调节反射器181。图7b示意性描述在第一位置的可调节反射器181，其中从边缘223逃逸的光基本上不被此反射器181反射回到波导20中。图7c示意性描述这样的状态，其中可调节反射器181布置成将至少部分的在边缘223从波导20逃逸的光反射回到波导20中。在第一状态中，如图7b所描述，可调节反射器可以在一种反射器腔体中，该反射器腔体可以由该反射器181和各反射器281构成。图7d示意性描述实施例，其中结构51是可弹性变形的。当压力应用在结构51上， 此会影响经由第二面22逃逸的光的数量。因此，在此实施例中，照明设备1还包括致动器 75，该致动器可以布置成应用压力在至少部分的全部数目的结构51上。通过示例方式，图 7d示出包括压力装置76的致动器75的实施例，其可以比如为反射器70。另外，致动器75 可包括电机或其它设备，其借助附图标记77表示，布置成应用力在压力装置76上，使得结构51被按压住。以此方式，经由第二面22逃逸的光的数量，并且因此上行光47和下行光 37的数量的比例可以被控制。另外特定实施例
基本实施例可以由透明聚合物(例如PMMA)矩形光导板构成，该光导板在上侧上设有耦出点或条(“白色涂料”)的丝网印刷(或喷墨印刷)的图案。来自LED阵列的光(优选地)被准直并且注入光导。点图案密度以这种方式被最优化，使得光在波导的整个区域上被均勻地耦出。发射的光可以由棱柱板或箔(诸如MLO(微照明光学元件板)/棱柱板(W02006097859)) 准直。此板确保有效的眩光控制。点图案可以使用LightTools 6. 1中的Backlight Pattern Optimiser (BPO) (#^1^ :Optical Research Associates) jfe^ift^b。在实施例中，LED阵列可以由“冷白色”和“暖白色” LED 二者构成。两种LED类型安置在交替序列CW (冷白色)-Wff (暖白色)-CW-Wff-CW-等中。均勻颜色光输出由一个LED 类型的节距(P)以及LED的发射表面与光导入口之间的距离(L)确定。当p/L>l时达到良好均勻性。LED可以安置在光导的两个(长)边缘上(由于热原因)，不过许多其它配置是可能的。其它1^0组合也是可能的(1 -6-8，1 -6^丄14，···.. ) (A=琥珀色)。可替换地，可以应用CW-Wff-红色。特征CW:ffff LED数目比例可以在0. 5<Cff/ffff<2的范围，诸如CW:ffff=l: 1 (即 η CW LED η Wff LED)。光注入光导的方式确定(部分的)系统的总光学效率。通常，与靠近光导安置的朗伯LED(没有任何准直)相比，注入光导的准直LED光束提高光学效率。另一方面，当此光束太过准直时，效率会再次下降。在典型示例中，通过将LED安置在复合抛物面聚光器(CPC)类型的线性反射器中，Rebel LED阵列被准直。CPC通过直线部分被加长以满足均勻耦入的要求(见上文的ρ/L比例)。典型出射角(在空气中)为37°并且给出最优总光学效率。取决于机械约束或审美要求，其它配置和其它方式的准直是可能的。本发明中相关要素在于，良好定义的部分的光通量在向下方向上被引导(例如 80%)并且其余在向上(天花板)方向上被引导(例如20%)。在向上方向上的光不需要被准直并且可具有基本上朗伯特征。可替换地，也可以提供蝙蝠翼强度。在包括该结构的第一面的下游，并且特别地是在腔体的下游，可以提供另外光学元件以调整上行光束形状。上行 /下行比例可以例如由准直器板(以及可选的箔)的反射率以及光导板上的耦出点或条的密度确定。模块的形状不限于简单正方形模块。原则上，所有任意(2D)形状是可能的。当光导足够薄而可弯折(例如<2_)时，可以实现完全自由度(3D)。在另一实施例中，在光导和MLO板之间引入显著的空气间隙(图3c)。这允许我们设计没有边缘或边框的照明设备。部分的LED准直器单元现在隐藏在光导和准直器之间的腔体中。边框的宽度由所要求的准直的量和混合长度确定。对光导的入口进行光学结构化帮助进一步减小混合长度并且制作更美观的照明设备。照明设备的厚度可以比如在 15-25mm范围。此设计对于靠近耦入侧的颜色变化的宽容度也高得多。当往照明设备内部看时，可以能够看到MLO结构和印刷在光导上的图案的组合效应。该效应可以是细微的并且颇具装饰性，但是也会出现不期望的莫尔效应，莫尔效应经常被认为是不希望的。为了彻底消除这些效应，全息漫射器可以安置在光导和准直器之间。以此方式，可以创建非常平滑的亮度表面。当使用例如椭圆漫射器时，光优选地在LED阵列的方向上被散射。这些策略也帮助使颜色变化平滑。当需要低LED密度时，全息箔的使用也有帮助。在此情形中，会需要大耦出点梯度，通过使用适当的全息漫射器可以使其“变得不可见”。计算表明在上行/下行通量比例和照明设备的光学效率之间存在折中。当你构造安装在壁的照明设备时，这些策略是有用的，其中在这种照明设备中你需要在向上和向下方向上的准直光。构造不限于单个光导。当使用两个光导时，则有可能制作具有动态上行/下行比例的系统。向上和向下光束的颜色也可以不同。各种其它组合是可能的。比如，在应用波导叠层的实施例中，其中优选地该叠层设有一个或多个附带LED光源，并且其中该叠层优选地包括第一和第二面。上文描述了照明设备的一种视觉印象。到现在为止，通过创建良好定义的光提取图案而设计了恒定亮度出射表面。可以添加的附加特征是并入更复杂亮度图案。出射表面的亮度可以按照周期性或者随机方式变化。可以制作所有类型的几何图案或者创建与消费者的偏好有关的独特图案。另也可以在设计中并入光学错觉(深度、移动)。通过调整两个光导之间的腔体或通道的宽度，有可能调整上行/下行比例。该通道通常在一侧利用(漫射的/镜面的)反射器来封闭。耦出结构的密度可以被最优化以确保在光导的整个区域上光的均勻耦出。例如通过耦出结构的最大密度以及光导的厚度，可以进一步调节上行和下行通量之间的平衡。照明设备可以比如由两个分立发光区域构成。当光导和前方光学元件之间的一些间隙被允许时，可以用连续前(MLO)表面构造模块。两个光导之间的反射器的可见性可以彻底地被全息漫射器隐蔽。两个光导部分之间的反射器可以形成为部分透射以减小照明设备的总厚度。在向上方向中行进的光可具有大略朗伯强度分布，但是在需要时可以被准直或成形。在所有示例中，向上照明结构简单地为用反射器覆盖的通道或孔。也可以设想其它构造(例如，其中通道深度仅仅为部分的总光导厚度)。可以以许多方式设计向上照明功能。在实施例中，通过利用底侧上诸如反射箔的反射器打开和关闭隔板，可以改变顶侧中的腔体开口。被此隔板反射的光可以部分耦合回到光导中并且因此可以再次向下发送，从而动态地改变上行下行比例。通过将更大份额的光发送回到光导中，在向下方向上的光耦出可以变得在空间上不均勻。因而，当开孔(aperture)彻底关闭时，更多光从中心往回反射，导致在照明设备的中心向下耦合的光增加。通过以这种方式设计耦出结构，使得大多数光在被耦出之前需要来回多次行进通过光导，可以减小这种效应。然而这会导致照明设备的较低的总效率。此实施例的变型将是这样的系统，其中用户可以互换具有不同尺寸的孔的各种反射板，从而以不连续方式改变该比例。在实施例中，为了调整上行-下行比例，光导之间的反射器可以向上和向下移动以改变在腔体表面耦出的光的数量，并且因而改变朝向向上照明功能耦出的光的数量。此实施例最有可能具有更高的效率，因为当反射器处于向上方向时，更多的光被直接反射回到光导中。在可以改变耦出结构的效率的实施例中，耦出结构由柔性、类似橡胶的材料制成， 优选地颜色为白色。耦出效率将取决于接触光导的结构的份额。通过增加压力，因而将橡胶更牢固地推动到光导上，接触光导且因此对耦出有贡献的区域可以增大。这将导致更大份额的光从前表面离开光导并且因此向下而不是向上被引导。此实施例的优点可以是(几乎)全部光可以在向上方向上被引导并且没有光向下。此实施例需要柔性材料，该柔性材料可以按照良好受控且可重复的方式设为光学接触，以确保照明设备的最优操作。本发明可以与办公室照明密切相关，不过也可以设想其它应用领域用于零售应用的照明模块，消费照明系统。术语“对应的”和“相应的”用于表示第一项目和第二项目之间主要是一一对应关系。例如，“多个成像透镜的每个成像透镜布置成将多个节段图案的对应的节段图案成像到多个投影图像的相应的投影图像中”应理解为这样的含义，一个所述成像透镜布置成主要将一个特定节段图案成像到一个特定投影图像中，而另一个所述成像透镜布置成主要将一个其它特定节段图案成像到一个其它特定投影图像中。在此文档通篇中，术语“蓝光”或“蓝色发射”特别是指具有在约410-490nm的范围的波长的光。术语“绿光”特别是指具有在约500-570nm的范围的波长的光。术语“红光”特别是指具有在约590-680nm的范围的波长的光。术语“黄光”特别是指光具有在约 560-590nm的范围的波长的光。术语“光”在此处特别是指可见光，即具有选自约380-780nm 的范围的波长的光。如此处使用的术语白光为本领域技术人员知晓。它特别是指具有下述相关色温的光介于约2000和20000K，特别是2700-20000K，并且对于通用照明，特别是在约2700K至6500K的范围，以及对于背光照明目的，特别是在约7000K至20000K的范围，以及特别是在偏离BBL (黑体轨迹)约15 SDCM (颜色匹配的标准偏差)内，特别是在偏离BBL约10 SDCM 内，甚至更特别地在偏离BBL约5 SDCM内。术语“预定颜色”可以指颜色三角形中的任何颜色，但是可以特别地指白光。除非另外指出，并且在适用情形中以及技术上可行时，短语“选自由多个元件组成的群组”也可指两个或更多个所列举元件的组合。比如“在…下”、“在…上”、“顶部”和“底部”的术语是指，当多光束照明系统在基本上水平表面上基本上平坦布置，照明系统底面基本上平行于基本上水平表面并且背对天花板指向房间中时，将获得的项目的位置或布置。然而，这不排除在诸如倚着壁的其它布置中，或者在例如竖直布置的其它布置中使用多光束照明系统。此处诸如“基本上平坦”或“基本上由…组成”等中的术语“基本上”将为本领域技术人员所理解。在实施例中，该辅助词(adjective)基本上可以移除。在适用情形中，术语 “基本上”也可包括使用“整体地”、“完全地”、“全部”等的实施例。在适用情形中，术语“基本上”也可指90%或更高，诸如95%或更高，特别地99%或更高，包括100%。术语“包括”也包括这样的实施例，其中术语“包括”是指“由…组成”。另外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于在相似元件之间区分并且不一定用于描述前后或时间顺序。应理解，如此使用的术语在适当境况下可互换并且此处描述的本发明的实施例能够按照此处描述或说明的顺序以外的顺序操作。此处提到的设备例如是在操作期间进行描述。本领域技术人员将清楚，本发明不限于操作方法或者操作中的设备。应指出，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应解读为限制权利要求。动词“包括“及其变型的使用不排除存在权利要求中指出的元件或步骤之外的元件或步骤。术语“和/或”包括一个或多个关联的所列举项目的任何和全部组合。元件前的冠词"一"或"一个"不排除存在多个这种元件。元件前的冠词" 该“不排除存在多个这种元件。本发明可以借助包括若干不同元件的硬件，以及借助合适编程的计算机来实施。在列举若干装置的设备权利要求中，若干这些装置可以由一个且相同的硬件项目来实施。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
1.一种照明设备(1)包括a.波导元件(20)，其包括第一面(21)、第二面(22)和波导边缘(23)；b.LED光源(10)，其布置成生成光源光(17)，该LED光源具有可选的准直光学元件 (11)，其中具有可选的准直光学元件(11)的该LED光源(10)布置成，经由该波导元件(20) 的该波导边缘(23)，将至少部分的该光源光(17)耦合到该波导元件(20)中；以及其中该第一面(21)包括结构(51)，该结构布置成经由该第二面(22)将至少部分的光耦出该波导元件(20)以提供第二面光(37)；其中该照明设备(1)还包括腔体(80)，该腔体布置成允许光从该波导元件(20)逃逸到该腔体(80)中；以及反射器(81)，该反射器布置成在离开该第二面(22)的方向上反射该腔体(80)中的至少部分的光以提供第一面光(47)。
2.根据权利要求1的照明设备(1)，还包括可调节腔体开口(82)，其中该可调节腔体开口( 82 )布置成控制从该腔体(80 )逃逸的第一面光(47 )的数量。
3.根据权利要求2的照明设备(1)，其中该腔体(80)包括隔板(90)，该隔板具有可调节隔板开口(92)作为该可调节腔体开口(82)。
4.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，其中该腔体(80)包括可调节反射器(181)，其中该可调节反射器(181)布置成控制在该可调节反射器(181)处回到该波导元件(20)中的反射。
5.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，其中该结构(51)是可弹性变形的， 并且其中该照明设备(1)还包括致动器(75)，该致动器布置成使该结构(51)塑性变形。
6.根据权利要求1至5中任意一项的照明设备(1)，其中该腔体(80)为该第一面(21) 中的凹处。
7.根据权利要求1至5中任意一项的照明设备(1)，其中该腔体(80)为从该第一面 (21)延伸到该第二面(22)的腔体。
8.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，包括多个腔体(80)。
9.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，包括多个波导(20)，并且包括一个或多个腔体(80)，其中该一个或多个腔体(80)分别为相邻波导(20)之间的腔体。
10.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，其中该第一面(21)包括反射点或条的图案(50)作为该结构(51)。
11.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，还包括漫射器(40)，其布置在该第二面(22)的下游。
12.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，还包括眩光抑制光学元件(30)， 其布置在该第二面(22)的下游，并且如果设有漫射器，布置在根据权利要求11的可选的漫射器(40)的下游。
13.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，还包括空隙(61)，其位于该第二面(22)的下游并且位于一个或多个的根据权利要求11和12中任意一项的漫射器(40)和眩光抑制光学元件(30)的上游。
14.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，还包括反射器，其布置成将从该第一面(21)逃逸的光反射回到该波导(20)中。
15.根据前述权利要求中任意一项的照明设备(1)，其中该第一面(21)接触热沉 (55)。
全文摘要
本发明提供一种照明设备(1)，该照明设备包括(a)波导元件(20)，其包括第一面(21)、第二面(22)和波导边缘(23)，以及(b)LED光源(10)，其布置成生成光源光(17)，该LED光源具有可选的准直光学元件(11)。具有可选的准直光学元件(11)的该LED光源(10)布置成，经由波导元件(20)的波导边缘(23)，将至少部分的光源光(17)耦合到该波导元件(20)中。该第一面(21)包括结构(51)，该结构布置成经由该第二面(22)将至少部分的光耦出该波导元件(20)以提供第二面光(37)。该照明设备(1)还包括腔体(80)，该腔体布置成允许光从波导元件(20)逃逸到腔体(80)中；以及反射器(81)，该反射器布置成在离开第二面(22)的方向上反射腔体(80)中的至少部分的光以提供第一面光(47)。这种照明设备可以允许比如经由天花板利用上行光照明房间，以及利用下行光照明房间中特定区域。另外，可以提供比较薄的照明设备，其可以比如悬吊在天花板。
文档编号G02B6/00GK102472860SQ201080030865
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月6日 优先权日2009年7月9日
发明者P. M. 丁格曼斯 A., M. H. P. 范迪克 E., 博尼坎普 E., H. W. 范德瓦尔 R. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司