自由形式的发光模块的制作方法

专利名称：自由形式的发光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括波导的照明装置。
背景技术：
在发光中，尤其是在LCD背光中的波导系统是本领域中已知的。例如，GB2430071为达成其目的而提供了一种具有良好显示品质的背光单元和具备该背光单元的液晶显示装置。为此，安装有光源、反射片、光导板、气体空间和漫射板。反射片、光导板、气体空间和漫射板以所提到的次序叠置。光源呈具有不同光谱或不同发光量的个别光源的形式且安置于光导板的入射表面附近。与反射片相对的光导板的表面具备散射点，由此，使得通过光导板透射的光出来到达反射板侧。US2004183962描述了一种背光模块，其用于提供具有更均一光分布和更大亮度的光。该背光模块包括至少一发光体，其提供光；光导组件，其邻近该发光体安置以引导光的第一部分；半透明膜，其上具有多个开口 ；以及反射器，其安置于光导组件下方。该光的第二部分向上通过开口且光的第三部分在被半透明膜和反射器反射之后由光导组件向上引导。该光导组件包括多个光导板，其中至少一个光导板的底部可为三角形凹入或弧形凹入，且光导板中能具有某些掺杂粒子。另外，US 2006055843描述了一种IXD背光设备，其包括放置于IXD的IXD面板下方的光导板以将光引导至LCD面板。光导板具有平整的上表面和形成于底表面中的散射图案。多个单色光源呈线形地放置于光导板的一侧，以沿着光导板的平面方向在光导板的上表面与底表面之间辐射光。光源适于以预定束角辐射光束，使得光束仅在已经行进了预定参考距离之后到达散射图案，该预定参考距离是当光束混合在一起时形成白光所必需的。 LCD背光设备可减小边框宽度而不会增加LCD的厚度。

发明内容
现有技术系统可不具有向平坦波导的两侧提供光的能力。但需要提供能在两个方向中提供光的发光装置例如，上照光，其导向至天花板以提供能用作气氛/心情照明的间接照明；和下照光，其用于目标(任务)照明。上照光可有助于诸如房间或办公室的空间的更方便的照明，且可有助于实现办公室的UGR(统一眩光评定)标准。这种装置可用于家庭、办公室、会客区等。还需要提供一种这样的装置，其中可调谐上照光和下照光的相对量。因此，本发明的目的在于提供一种替代照明装置，其优选地还至少部分地避免了上文所述缺陷中的一个或多个缺陷，且其可进一步优选地实现上文所示需要中的一个或多个需要。为了实现这个目的，在第一方面，本发明提供一种照明装置，其被布置成生成在相反方向的第一光和第二光，该照明装置包括
a.波导元件，其包括第一面(在下文中也示作“顶面”以便于理解)，第二面(在下文中也示作“底面”以便于理解)和波导边缘；b.LED光源，其被布置成生成光源光，具有可选的准直光学器件，其中具有可选的准直光学器件的LED光源被布置成将光源光的至少一部分经由波导元件的波导边缘耦合到波导元件内以提供波导光；
c.布置于第一面侧的第一透射反射器和布置于第二面侧的第二透射反射器，
其中具有可选准直光学器件的LED光源、波导元件、第一透射反射器和第二透射反射器被布置成相应地生成在远离所述第一面的方向和远离第二面的方向中的第一光和第二光(为了便于理解，在下文中经常也相应地示作“上照光”和“下照光”)。这种照明装置可允许照亮房间，例如利用上照光经由天花板，和利用下照光来照亮房间中的具体区域。结构的布置和类型(也参看下文)允许调谐下照光与上照光的比 (例如，在制造商处进行调谐)。另外，可提供相对较薄的照明装置，其可例如从天花板悬挂。下照光与上照光的比可例如在0. 01至100的范围内，诸如1-10的范围，如2-5的范围。 典型上照光/下照光的比可在0. 2至0. 8的范围。优选地，第一面和/或第二面中的至少一个包括优选相应地经由第二面和/或第一面将光耦合出射以提供在相应地远离所述第二面或所述第一面的方向中传播光的结构。 由于位于面处的这些结构，光可经由相对面反射且耦合出射。因此，第一透射反射器或第二透射反射器可包括相应地在第一面或第二面处的结构。除此之外，上照光与下照光的比可受到下列因素控制第一透射反射器和第二透射反射器的反射性，包括该结构的图案(诸如点/条纹密度)。第一透射反射器和第二透射反射器可包括下列中的一个或多个漫射器 (诸如漫射板或箔)和眩光抑制光学器件(诸如眩光抑制板或箔)，也参看下文。因此，本发明在一实施例中提供一种照明装置，其中第一透射反射器和第二透射反射器中的一个或多个包括布置于第一面或第二面处的结构，该结构被布置成相应地经由第二面或第一面将波导光的至少部分从波导元件耦合出射。一般而言，波导元件将具有板的形式，特别是具有例如在大约0. l"20mm (诸如 I-IOmm)范围内的厚度的薄板。该波导元件可为平坦的或弯曲的；波导也可具有波形状。优选地，第一面和第二面布置为基本上平行(其包括平行的弯曲面)。另外，该波导元件可具有任何形状，诸如选自正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形、六边形等。因此，本发明提供具有“自由”形状的照明装置。此处，波导元件也可称作“波导”或“光导”。照明装置的总厚度可在大约l_50mm的范围，诸如5_15mm的范围。波导元件可包括选自透射有机材料支持件的一种或多种材料，诸如选自下列材料PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)、PEN (聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC (聚碳酸酯)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(树脂玻璃或有机玻璃)、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酯(PET)、(PETG)(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PDMS(聚二甲硅氧烷)和C0C(环烯烃共聚物)。但在另一实施例中，波导元件可包括无机材料。优选的无机材料选自玻璃、(熔融)石英、透射陶瓷材料和硅酮。特别优选地，PMMA，透明PVC或玻璃作为波导元件的材料。在一具体实施例中，来自LED光源的光在进入波导元件边缘之前准直。耦合到波导内的光在本文中也称作“波导光”。该照明装置可包括具有可选准直光学器件的多个LED 光源。多个LED光源可包括被布置成相应地发出不同发射波长的两种或两种以上类型的 LED光源。举例而言，可提供蓝LED和黄LED ；或蓝LED、绿LED与红LED。这种组合可被布置成能提供白光。可选地，多个LED中的一个或多个或者多个LED中的一个或多个子集可相应地独立于其它LED或LED子集而进行控制。多个LED光源可均勻地或不均勻地分布于波导边缘。这进一步有助于照明装置的自由形式。短语“在远离第一面的方向”指示光在从波导内部朝着第一面的方向传播的延伸方向中行进。同样，短语“在远离第二面的方向”指示光在从波导内部朝着第二面的方向传播的延伸方向中行进。从第一面和第二面发出的光具有一定强度分布(诸如朗伯分布，也参看下文(1=1 (0) *C0S (α))),但这些分布范围内的所有方向均相应地远离第一面和第二面。术语“透明反射器”指如下光学器件，其可使得提供给该透射反射器的光的至少部分反射且使得光的至少部分通过。在下文中描述某些非限制性实例。术语“透射反射器”也可指多个透射反射器。短语“用作透射反射器”并不排除具有透射反射器功能的其它光学器件的存在。在一实施例中，第一面包括用作第一透射反射器的结构，其被布置成将波导光的至少部分经由第二面从波导元件耦合出射。特别地，第一面包括用作结构的反射点或条纹的图案。也可采用其它结构。在另一实施例中，第二面包括用作第二透射反射器的结构，其被布置成将波导光的至少部分经由第一面从波导元件耦合出射。特别地，第二面包括用作结构的反射点或条纹的图案。这些结构，诸如点或条纹，可图案化以改进相应地在远离第二面或第一面的方向中传播的光的均勻分布。在一实施例中，第一面和第二面都包括结构。短语“第一面包括被布置成将波导光的至少部分经由第二面从波导元件耦合出射的结构”指示第一面包括诸如点或条纹或凹槽等的结构，其被布置成促进波导光在这些结构处朝着第二面的方向进行反射，以促进波导光在远离第二面的方向中的耦合出射，从而提供下照光。这些结构(特别是涂料点或条纹)因此能具有“微型下照灯”的功能。短语“第二面包括被布置成将波导光的至少部分经由第一面从波导元件耦合出射的结构”指示第二面包括诸如点或条纹或凹槽等的结构，其被布置成促进波导光在这些结构处朝着第一面的方向进行反射，以促进波导光在远离第一面的方向中的耦合出射，从而提供上照光。这些结构(特别是涂料点或条纹)因此能具有“微型上照灯”的功能。这些结构可布置于或包括于第一面或第二面中，或者可布置于或包括于第一面和第二面中。在一具体实施例中，第一面包括诸如点或条纹的(白，漫射)反射性结构的图案。这种图案可印刷于第一面和/或第二面上，诸如利用丝网印刷或喷墨印刷。典型材料可为白色颜料，诸如包含TiO2和/或Al2O3的颜料。这些颜料还可包括结合剂。 能优化耦合出射结构的局部密度以确保光在波导元件的(第一面和/或第二面)整个区域上均勻地耦合出射。在另一实施例中，这些结构包括到第二表面的三维扰动。由 Τ. L. R. Davenport 等人在"Optimizing density patterns to achieve desired light extraction for displays", Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, ISSN 0277-786X CODEN PSISDG中描述了一种用于在所需方向中提取光的图案化的实例。
在一实施例中，第一面包括涂层，该涂层被布置为第一透射反射器以在第一面处反射波导光的至少一部分并透射波导光的至少一部分。在又一实施例中，第二面包括涂层， 该涂层被布置为第二透射反射器以在第二面处反射波导光的至少部分和透射波导光的至少部分。可通过向一个或多个面涂覆反射性材料(例如使得该涂层包括光能通过逸出的孔 (上文所示的结构的一种镜面实施例)，或者例如通过提供反射和透射该光的相应部分的薄涂层)来使得涂层具有透射性和反射性。在一实施例中，第一面和第二面包括这种涂层。优选地，该涂层具有允许耦合出射的结构。在一具体实施例中，该照明装置还包括布置于第二面下游的漫射器(第二面漫射器)。在另一具体实施例中，该照明装置还可选地包括布置于第一面下游的漫射器(第一面漫射器)。这种漫射器可便于混合从第二面逸出的不同光线。特别地，当使用多种不同发射颜色时，这种漫射器可为有益的。典型漫射器例如为半透明材料。漫射器可例如为全息漫射器。还可使用各种漫射箔，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基本上使相应地从第二面或第一面逸出的所有光漫射。漫射器也可布置成使得光再循环。因此，漫射器也可相应地布置为第二透射反射器或第一透射反射器。因此，第二透射反射器和/或第一透射反射器可相应地包括漫射器。术语漫射器也涉及多个漫射器。漫射器可例如(也)为板或箔(或多个板或箔)，具有与第二面基本上相同的形状和面积。在一实施例中，漫射器相应地在第二面或第一面的大致整个表面上延伸。因此，在一实施例中，该照明装置包括波导元件和漫射器的层压件或堆叠。如上文所提到的那样，术语堆叠可包括下面这样的实施例其中在堆叠的各光学元件之间并无接触，例如由于在它们之间至少具有5μπι的距离。术语“上游”和“下游”涉及物品或特征相对于光从光生成器件(此处为光源，诸如LED)进行传播的布置，其中相对于来自光生成器件的光束内的第一位置，光束中更靠近光生成器件的第二位置表示“上游”，且在光束内更远离光生成器件的第三位置为“下游”。在再一实施例中，该照明装置还可包括(眩光抑制)光学器件，其布置于第二面下游，且若可选漫射器存在的话，布置于可选漫射器下游(参看上文)。可选地，在又一实施例中，该照明装置还可包括(眩光抑制)光学器件(第一面(眩光抑制)光学器件)，其布置于第一面的下游，且若可选第一面漫射器存在的话，布置于可选第一面漫射器的下游(参看上文)。眩光抑制光学器件优选地相对较薄，从而可提供薄照明装置。优选眩光抑制光学器件的实例描述于W02006097859中(用作半透明发光面板)，W02006097859以引用的方式结合到本文中。眩光抑制光学器件特别地布置成相应地使得从第二面和可选(第二面)漫射器逸出的基本上所有的光通过，从而可减小眩光，或者使从第一面和可选(第一面)漫射器逸出的基本上所有的光通过，从而可减小眩光。眩光抑制光学器件也可布置成使得光再循环。因此，眩光抑制光学器件也可相应地被布置为第二透射反射器或第一透射反射器。因此，第二透射反射器和/或第一透射反射器可包括眩光抑制光学器件。术语眩光抑制光学器件也可涉及多个漫射器。眩光抑制光学器件可例如(也)为板或箔(或多个板或箔)，其具有与第二面或第一面基本上相同的形状和面积。在一实施例中，眩光抑制光学器件布置于第二面或第一面的基本上整个表面上。因此，在一实施例中，该照明装置包括波导元件和眩光抑制光学器件(在第一面和/或第二面的下游)的层压件或堆叠。在又一实施例中，其中存在漫射器，眩光抑制光学器件布置于漫射器的基本上整个表面上。因此，在一实施例中，该照明装置包括波导元件和眩光抑制光学器件的层压件或堆叠，或者包括波导元件、漫射器和眩光抑制光学器件(在第一面和/或第二面下游)的层压件或堆叠。举例而言，(眩光抑制)光学器件，诸如半透明发光面板，可在其外侧具有成型表面以便将所发出的光辐射主要导向至预定区内，光辐射以相对较小角度行进到垂直于发光面板的平面的方向，且其中与发光面板平面成较小角度的光辐射被减少，特别是当照明装置必须具有相对较高强度时。为了实现这个目的，发光面板的材料可包含光吸收剂，光吸收剂的量使得大致以垂直于发光面板的平面的方式通过发光面板的光束的强度由于存在光吸收剂而减小1%至20%。这种光吸收剂(而非散射剂)，例如颜料或染料，是本领域中熟知的。已经发现，相对于发光面板的平面以相对较小角度在前侧离开发光面板的成型表面的光辐射遵循通过发光面板材料的较长路径，这些路径与在预定区内的方向中离开发光面板的光辐射路径长度相比，不相称地较长。因此，相对少量的光吸收剂便会有效地吸收原本将相对于发光面板的平面以较小角度离开发光面板的光辐射，而这种相对少量的光吸收剂对于相对于垂直于发光面板平面的方向以相对较小角度离开发光面板的光辐射而言具有很有限的影响。在一优选实施例中，发光面板材料包含光吸收剂，光吸收剂的量使得基本上以垂直于发光面板平面的方式通过发光面板的光束强度由于存在光吸收剂而减小洲至15%， 优选地减小5%至10%。在另一优选实施例中，发光面板的外侧具有成型表面，其至少一半(优选地多于 75%，更优选地多于95%)相对于发光面板平面以30°与45°之间，优选地35°与38°之间的角度进行定位。通过丙烯酸树脂或聚碳酸酯制成的发光面板获得最佳结果，其中外侧的表面具备突起，使得外侧表面的所有部分相对于发光面板平面以36°的角度进行定位。在再一更优选的实施例中，光吸收剂特别地为在光谱上为中性的，S卩，可见光的所有波长基本上以相同的量被吸收，以使得其余光辐射具有与照明装置中的光源发出的光辐射基本上相同的颜色。对于特定应用，需要照明装置辐射除了光源光颜色的任何其它颜色的光。在另一优选实施例中，与可见光的其它波长相比，光吸收剂以更大程度吸收特定波长的可见光。与照明装置前方的所述预定区相比，这种具有特定光谱吸收性的试剂将以更大程度强化相对于发光面板平面成较小角度的光辐射的相关颜色。在所述预定区中，在光辐射中将仅存在少量颜色(若有的话)，而在其它方向中的光辐射将真正具有颜色。
在一优选实施例中，发光面板的所述外侧具备突起，突起具有基本上圆锥形的表面，其从远离发光面板的方向中延伸的突起基部逐渐缩小。在另一优选实施例中，发光面板的所述外侧具备突起，突起具有基本上角锥形的表面，其从远离发光面板的方向中延伸的突起基部逐渐缩小。在突起的顶视图中，突起基部的基本上整个周缘优选地邻靠在类似的周围突起上。通过使用发光面板而获得最佳结果，其中发光面板外侧处的表面的所有部分以大约35°的角度进行定位。发光面板的外侧在一实施例中具有成型表面，其至少一半相对于发光面板平面以20°与50°之间的角度进行定位，发光面板材料包含光吸收剂，光吸收剂的量使得基本上以垂直于发光面板平面的方式通过发光面板的光束强度由于存在光吸收剂而减小1%至 20%。在再一实施例中，该照明装置还可包括在第二面下游和漫射器和眩光抑制光学器件中一个或多个的上游的间距。可选的漫射器和可选的眩光抑制光学器件或另一出射窗可布置于离第二面一定距离处。优选地，存在漫射器和眩光抑制光学器件中的一个或多个且它们中的一个或多个布置于离第二面非零距离处。同样，在又一实施例中，可选地，该照明装置还可包括在第一面下游和第一漫射器和第一面眩光抑制光学器件中一个或多个上游的间距。该间距可包含真空或可包括诸如空气的气体。特别地，在波导面下游的光学器件并不彼此之间或与波导面进行光学接触。可通过将各光学器件以如下间距进行布置来获得非光学接触，该间距诸如至少大约5μπι (如至少大约10 μ m)，诸如在5至500 μ m的范围(如10-250 μ m的范围)。可选地，在波导与第一下游光学元件之间的间距可更大，诸如在5_50mm的范围， 诸如5-25mm的范围(如10-15mm的范围)。在一实施例中，该照明装置还可包括可控制的衰减器，其被布置成衰减第一光或第二光的部分。以此方式，可控制上照光与下照光的比。特别地，衰减器可包括带开口的装置，该开口具有可控制的开口大小，诸如膜片。在一实施例中，该装置包括多个开口，开口具有可控制的开口大小。 在一具体实施例中，该照明装置包括多个波导。本发明描述了从光导提取光的一种方式，其可用于上照光和下照光中。其还允许使用较薄的大面积散热器，因为上照光部分可仅需要照明装置区域的一小部分。


现将参看所附示意图仅以举例说明的方式描述本发明的实施例，在所附示意图中相对应附图标记指示相对应的部件，且在附图中
图Ia至图If示意性地描绘了照明装置的各实施例； 图加至图2d示意性地描绘了波导的某些形状和LED光源的布置； 图3a至图3c示意性地描绘了照明装置的某些具体实施例； 图4示意性地描绘了照明装置的某些原理； 图5示意性地示出照明装置的实例；以及图6a至图6b示意性地描绘了照明装置的某些具体实施例。
附图未必按照比例绘制。在附图中，为了清楚起见，并未绘制相关性不大的特征， 如电缆或连接件、镇流器等。
具体实施例方式图Ia示意性地描绘了根据本发明的实施例的照明装置1。照明装置1包括波导元件20。此波导元件20包括第一面21，第一面21也示为顶面；和第二面，其以附图标记 22指示，也指示为底面。用附图标记23指示边缘。波导20可由本领域中已知的任何材料制成，诸如移植塑料、玻璃等。在波导的边缘处，布置光源10，特别是LED，其被布置成提供光17，也示为LED光17，经由边缘23耦合入射到波导20内。可选地，可存在准直光学器件 11，其被布置成使得LED光17的至少部分准直到波导20的边缘23内。经由边缘23进入波导20的光将通过波导20行进且可到达顶面21。该照明装置1还包括第一透射反射器500，其可反射可在第一面21处从波导 20逸出或已逸出的光的至少部分，且其透射这些光的至少部分，以提供第一面光或上照光 47 (其远离第一面21传播)；以及，第二透射反射器600，其可反射可在第二面22处从波导 20逸出或已逸出的光的至少部分且其透射这些光的至少部分，以提供第二面光或下照光 37 (其远离第二面22传播)。以此方式提供双向灯具。优选地，第一面21和第二面22中的至少一个包括结构51 (参看下文所述的实施例)，该结构51优选相应地经由第二面22或第一面21将光27耦合出射以提供在相应地远离第二面或第一面(37，47)的方向中进行传播的光。除此之外，上照光与下照光的比可受以下因素控制第一透射反射器500和第二透射反射器600的反射性，包括结构51的图案 50，诸如点/条纹密度。第一透射反射器500和第二透射反射器600可包括下列中的一个或多个漫射器(诸如漫射板或箔)和眩光抑制光学器件(诸如眩光抑制板或箔)，也参看下文。图Ib示意性地描绘了一种实施例，其中透射反射器中的一个或两个为在第一面和/或第二面的至少部分上的涂层。该涂层可为反射材料的薄层和/或包括开口的层，光可通过该涂层逸出以作为上照光或下照光。优选地，该涂层包括结构51以允许经由相对面耦合出射。在示意图中第一透射反射器500包括涂层，该涂层以附图标记501指示。图Ic示意性地描绘了一种实施例，其中透射反射器中的一个或两个构成在第一面和/或第二面的至少部分上的结构51的图案50。在示意图中，第一透射反射器500包括结构51的图案50。该结构50可便于经由相对面(此处为第二面22)均勻地耦合出射。另夕卜，该照明装置1包括可用作漫射器的光学膜。漫射器以附图标记40指示。另外，照明装置1包括眩光抑制光学器件30。漫射器40和眩光抑制光学器件30将会透射光，但也可将光的至少部分朝着波导20的方向往回反射。此处，在此实例中，第二透射反射器600可因此包括漫射器40和眩光抑制光学器件30。该光的上照光/下照光的比可由该结构50 (诸如点密度)和前光学板/箔堆叠的反射性(诸如漫射器40和眩光抑制光学器件30)来决定。图Id类似于图lc，除了透射反射器500、600相应地在光导的第一面21和22处包括结构51。在此实施例中，如示意性地描绘的那样，第二透射反射器600包括在第二面22 处的结构51的图案50和漫射器40以及眩光抑制光学器件30。在原则上，漫射器40和眩光抑制光学器件30为可选的。在示意性地描绘的实施例中，在第二面与漫射器40之间存在显著间距(空隙)。图Ie类似于图ld，除了第一透射反射器500并不在第一面21处包括结构51，而是替代地包括诸如漫射器40的光学膜。图If示意性地描绘了根据本发明的实施例的照明装置1。照明装置1包括波导元件20。波导元件20包括第一面21，第一面21也示为顶面；和第二面22，其也示为底面。 用附图标记23指示边缘。在波导边缘23处，布置光源10，特别是LED，其被布置成提供光17，也示为LED光 17，以经由边缘23耦合入射到波导20内。可选地，可存在准直光学器件11，其被布置成使得LED光17的至少部分准直到波导20的边缘23内。经由边缘23进入波导20的光将行进通过波导20且可到达顶面21。顶面21包括被布置成将波导内光的至少部分从波导元件20且也经由第二面22 耦合出射的结构51。以此方式，提供第二面光37(参看下文)，其也示为下照光。因此，结构51被布置成在远离第一面21的方向将光从波导20耦合出射。该结构51可形成图案， 其以附图标记50指示。另外，该照明装置1可包括反射器40，其被布置成便于使经由第一面21逸出的光的部分往回反射到波导20内。此光可再次用于在波导20的其它位置处耦合出射。实质上， 波导20具有光可耦合出射的两个位置，一个位置为第二面或底面22，且另一位置为第一面或顶面21。以此方式，照明装置1能提供在至少两个方向中的光。一个方向为向上，即，光在远离第二面22的方向经由第一面21从波导逸出。另一方向为远离第一面21的经由第二面22的方向。该照明装置1还可包括可选的漫射器40 (此处为第二面漫射器)，其被布置成促进从第二面22逸出的光混合。另外，该照明装置1可包括眩光抑制光学器件30，其被布置成使得自第二面22逸出的光在预定方向聚焦，从而可最小化眩光。可选的(第二面)漫射器40可布置于离第二面22距离dl处，该距离可为零或更大(也参看下文)。另外，眩光抑制光学器件30可布置于离第二面22距离d5处。用d4指示包括可选漫射器40和可选眩光抑制光学器件30的照明装置1的总厚度。用d3指示波导20的厚度。优选地，在光学器件之间无光学接触。因此，若可行，在面与可选下游光学器件之间以及在另外的下游光学器件之间的距离相应地优选为至少大约5μπι (如至少大约 10 μ m)，诸如在5-500 μ m的范围(如10-250 μ m的范围)。因此，在例如图If和其它附图示意性地描绘的实施例中，距离dl和d2可在5-500 μ m的范围。图加示意性地描绘了照明装置1的实施例，以顶视图观察。举例而言，仅描绘了几个光源10。在边缘23的一部分处，描绘了在一个准直器11中的两个LED 10，且在边缘 23的另一部分处，描绘了在一个准直器11中的一个LED 10。取决于提供结构51 (在此图中未图示)的方式，LED源10可设于任何所需位置。可无需均勻地或对称地布置LED光源 10。图2b、图2c和图2d示意性地描绘了多个可能的实施例。在图2b中，圆形波导20 被描绘为绕边缘23布置的多个LED光源10。在图2c中示意性地描绘了照明装置1的实施例，其中波导20也为圆形，但LED光源10布置于中央腔中。图2d示意性地描绘了照明装置1可具有的形状的自由性。图3a、图北和图3c示意性地描绘了根据本发明的照明装置1的另外的实施例。 图3a示意性地描绘了还包括散热器55的照明装置1的实施例。此散热器可与LED光源10 和/或可选的准直器11进行物理接触。另外，反射器70可用作散热器55，以此方式，在波导20内生成的热也经由散热器55逸出，其因此可与第一面21 (包括结构51)的至少部分进行物理接触。图北示意性地描绘了与图3a相同的实施例，除了也存在可选的漫射器40和可选的眩光抑制光学器件30。散热器55也可与可选的漫射器40和/或眩光抑制光学器件30 物理接触。因此，在漫射器40和/或眩光抑制光学器件30中生成的热也可经由散热器55耗散。图3c示意性地示出其中存在空隙61的实施例。这种间距61可通过将漫射器40 和眩光抑制光学器件30布置于离第二面22 —定距离处而提供。如上文所提到的那样，在第二面22与漫射器40之间的距离用dl指示。可提供另外的反射器60以提供闭合间距61。 因此，间距61可为由第二面22、反射器60和漫射器40与眩光抑制光学器件30中的一个或多个封闭的围封结构。即使在使用这种间距61时，照明装置1的厚度也可较小。举例而言，厚度d4可在5-50mm的范围。图4示意性地描绘了照明装置1可如何运作。LED光源10提供光17，光17经由边缘23耦合入射到波导20内。用附图标记27指示在波导20内的光。此光可在波导20 的边缘和面处反射。在某些位置，光27可在远离第一面21的方向中在结构51处反射向第二面22。此光可从波导20逸出。从波导20经由第二面22向光学器件30逸出的光用附图标记37指示，其在本文中也被称作第二面光或下照光37。在波导内的光27的一部分也由于结构51的存在而经由第一面21逸出且可以此方式在远离第二面22的方向从照明装置 1逸出。用附图标记47示出此光且在本文中也示作第一面光或上照光47。图5示意性地描绘了照明装置1可如何运作。其示出光学器件隔室91，其中可包括LED光源10和可选的光学器件11和散热器55，且此图示出光可如何从照明装置1逸出。 光可作为下照光37从第二面22逸出且可作为上照光47从第一面21逸出。图6a至图6b示意性地描绘了其中照明装置1还包括可控制的衰减器80的实施例，可控制的衰减器80被布置成衰减第一光37或第二光47的部分。此处，衰减器80被布置成使得第二光47的部分衰减且位于第一面21下游。举例而言，衰减器80可包括带开口 801的装置800，开口 801具有可控制的开口大小。带有可控制开口大小的这种开口 801可为膜片。该装置800还可包括两个或两个以上带有孔的板；通过移动一个或多个板获得具有可变开口大小的开口 801。该装置800可包括多个具有可控制开口大小的开口 801。优选地，诸如装置800的衰减器80的波导侧为反射性的。进一步的具体实施例
基本实施例可包括透明聚合物(例如，PMMA)的矩形光导板，其上侧上具备耦合出射点或条纹(“白涂料”)的丝网印刷(或喷墨印刷)图案。来自LED阵列的光(优选地)被准直且引入到光导内。对点图案密度进行优化使得光在光导的整个区域上均勻地耦合出射。所发出的光可由棱柱状板或箔(诸如MLO (微型发光光学器件板/棱柱状板)(W02006097859))准直。这个板确保了有效的眩光控制。可使用在LightTools 6.1中的背光图案优化器 (BPO)(供应商0ptical Research Associates)来优化点图案。在一实施例中，LED阵列包括“冷白” LED和“暖白” LED。两种LED类型以交替顺序CW(冷白)-ffff (暖白)-CW-Wff-CW-…放置。颜色均一的光输出由一种LED类型的节距 (P)和LED的发光表面与光引导入口(L)之间的距离来确定。当p/L>l时实现良好的均一性。LED能放置于光导的两个(长)边缘上(由于热的原因)，但许多其它配置也是可能的。其它LED组合也是可能的(R-G-B，R-G-B-A, Cff-A,……)(A=琥珀色)。或者，能采用CW-Wff-红。特征CW和Wff的LED数量比可在0. 5 < Cff/Wff < 2的范围，诸如CW/ffff=l 1 (艮口，η LEDs Cff η LEDs WW)。将光引入到光导内的方式决定了该系统的总光学效率(的部分)。一般而言，与靠近光导放置的朗伯LED(无任何准直)相比，引入到光导内的经准直的LED束改进了光学效率。另一方面，当此束被过份准直时，也可降低效率。在一典型实例中，通过将LED放置于复合抛物聚光器(CPC)型线性反射器中而使Rebel LED的阵列准直。CPC由直的部件而拉长以满足均一耦合入射的要求(参看上文的P/L比)。典型出射角(在空气中)为37°， 且给出最佳总光学效率。其它配置和其它准直方式也是可能的，这取决于机械约束或美观要求。在本发明中的相关元件为光通量的明确限定的部分在向下的方向中导向(例如，80%)，且其余的在向上(天花板)的方向导向(例如，20%)。在向上方向中行进的光无需准直且可基本上具有朗伯特征。或者，也可提供蝙蝠翼形状的强度。第一面的下游包括上述结构，可提供另外的光学器件来调谐上照光束形状。除此之外，上照光/下照光的比可由以下因素来确定准直板(和可选的箔)的反射性和在光导板上耦合出射点或条纹的密度。模块形状并不限于简单正方形。在原则上，所有任意OD)形状是可能的。当光导足够薄以弯曲(例如，<2 mm)时能实现充分的自由度(3D)。在另一实施例中，在光导与MLO板(图3c)之间引入显著空气间隙。这允许设计无边缘或边框的照明装置。LED准直单元的部分现隐藏于光导与准直器之间的腔内。边框宽度由所需的混合长度和准直量来确定。光导入口的光学结构化有助于进一步减小混合长度且做出更美观的照明装置。照明装置的厚度可例如在15-25mm范围。这种设计更耐受耦合入射侧附近的颜色变化。当向照明装置内观察时，能看到MLO结构的组合效果和在光导上印刷的图案。这些效果可为微妙的且极具装饰效果，但也可能会发生常常认为是不想要的莫尔效应(Moire effect) 0为了完全移除这些效应，全息漫射器能放置于光导与准直器之间。这些材料可形成很平滑的发光表面。例如当使用椭圆形漫射器时，优选地光朝着LED阵列的方向散射。这些策略也有助于使颜色变化平滑。当需要低LED密度时，使用全息箔也是有益的。在此情况下，可需要较大的耦合出射点梯度，其能通过使用适当的全息漫射器而“可见”。计算表明，在上照光/下照光的通量比与照明装置的光学效率之间总是存在权衡。为了调谐上照光/下照光的比同时保持光学效率在很高水平，则耦合出射点或条纹可印刷于光导的两侧上。当对墙壁安装的照明装置进行构建时，这些策略是有用的，其中在上照方向和下照方向中均需要准直的光。该构造并不限于单个光导。当使用两个光导时，变得能做出具有动态的上照光/ 下照光比的系统。而且上照光束和下照光束的颜色可不同。各种其它组合也是可能的。举例而言，在一实施例中，采用波导的堆叠，其中优选地每个波导具备一个或多个附随的LED 光源，且其中该堆叠优选地包括第一面和第二面。在上文中已经给出了照明装置的视觉印象的描述。到目前为止，通过创建明确限定的光提取图案来设计恒定亮度的出射表面。所能添加的额外特点是将更复杂的照明图案并入。出射表面的照度可以周期性方式或随机方式变化。能做出所有类型的几何图案，或能创建与客户偏好相关的独特图案。而且光学错觉(深度，移动)能合并于该设计中。高总光学效率的关键方面可为
在某种程度上对(朗伯)LED的光的准直。使不需要的吸收最小化 在光导板中的低吸收损失。在PCB上的LED能被反射器片(MCPET)所覆盖，其中LED刺穿此片中的孔。由耦合出射结构最大可能地覆盖光导。尽管可设想到其它应用领域用于零售应用的照明模块，消费性照明系统，本发明可与办公室照明高度相关。实例
参看图If、图4和图5，矩形光导(长度=500 mm，宽度=150 mm (d3)，高度=6 mm (d4)， 折射率=1. 50)连接到长侧上的2个LED阵列。LED类型和节距在此实例中省略。朗伯LED 放置于CPC型准直器(宽度=6. 34 mm)内，其具有37度的最大出射角。此准直角确保了最佳光学效率。白点(0.5 mm乘0.5 mm的正方形)放置于光导(面21)的上部上。通过以最大允许的“白密度”进行操作，能对到天花板G7)和到地板(桌)(37)的通量进行谨慎调谐。灯具的出射窗(向下的无眩光光束)的亮度完全均一，独立于灯具的上照光/下照光的通量比。形成上照光的出射窗的亮度是不均一的。当(前)MLO板(30)的反射率为40%且最大白密度为70%时，光学效率为72. 5%。 在此构造中，上照光的通量份额G7)为(所产生的总通量的)21. 3%，且下照光的通量份额为78. 7%(37)。所计算的效率为“最差情况”，这是因为假定返回到LED(和到各LED之间的区域)的所有光均被吸收。实际上，光学效率>80%看起来是可行的。另一方面，对获得高效率有利的是，在前MLO板处反射的光仅部分地被“再循环”(与仅具有一个出射表面的常规光盒相比)。此灯具(1)的总厚度(d4)(包括机械件)为 10 mm。术语“相对应”和“相应”用于指示在第一物品与第二物品之间占主导地位的一对一关系。举例而言，“多个成像透镜的每个成像透镜被布置成将多个区段图案中相对应的区段图案成像为多个投影图像的相应投影图像”应以下面的意义来理解成像透镜中的任一个被布置成主要将一个具体区段图案主导地成像为一个具体的投影图像。在本文全文中，术语“蓝光”或“蓝发射”特别地涉及波长在大约410nm-490nm范围的光。术语“绿光”特别地涉及波长在大约500-570nm范围的光。术语“红光”特别地涉及波长在大约590-680nm范围的光。术语“黄光”特别地涉及波长在大约560-590nm范围的光。术语“光”在本文中特别地涉及可见光，即，波长选自大约380-780nm范围的光。
如本文所用的术语白光是本领域技术人员已知的。其特别地涉及下面这样的光 相关色温在大约2，000K与20，000 K之间，且特别是2700-20，000 K，对于总体照明而言特别地在大约2700K与6500K的范围，且对于背光目的而言特别地在大约7，000 K与20，000 K之间的范围，且特别地离BBL(黑体轨迹)在大约15 SDCM(标准配色偏差)内，特别地离 BBL在大约10 SDCM内，更特别地离BBL在大约5 SDCM内。术语“预定颜色”可涉及在色三角内的任何颜色，但可特别地指白色。除非上下文示出为其它情况，且在可用且在技术上可行的情况下，短语“选自下列多个元件”、“多个元件”也可指所列出的元件中的两个或两个以上的组合。术语，如“下方”，“上方”，“顶部”和“底部”涉及物品的如下位置或布置即，当多束照明系统基本上平坦地布置于基本上水平的表面上且照明系统底面基本上平行于该基本上水平的表面且背向天花板向着房间内时，获得该位置或布置。但是，这并不排除在其它布置(诸如抵靠墙壁，或者例如在其它竖直布置中)中使用多束照明系统。本文所用的术语“基本上”，诸如在“基本平坦”或“基本上包括”等中所用的术语 “基本上”，将由本领域技术人员理解。在实施例中，可基本上移除形容词。在适用的情况下， 术语“基本上”也可包括“整体上”、“完全”、“全部”等实施方式。在适用的情况下，术语“基本上”也可指90%或更高，诸如95%或更高，特别是99%或更高，包括100%。术语“包括”也包含如下实施例，其中术语“包括”的意思是“由……组成”。而且，在说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等术语用于区分类似元件， 且未必描述顺序或时间次序。应了解，如此使用的术语可在适当情况下互换，且本文所描述的本发明的实施例能够以本文所描述和图示的那些顺序之外的其它顺序来操作。本文提到的装置尤其在操作期间进行描述。如对于本领域技术人员而言显然的是，本发明并不限于操作方法或操作中的装置。应当指出的是，上述实施例是说明本发明而非限制本发明，且本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被理解为限制权利要求。动词“包括”和其变化形式的使用并不排除权利要求中所陈述的那些元件和步骤之外的元件和步骤的存在。术语“和/或”包括相关联的列出项目的一个或多个的任何和所有组合。在元件之前的冠词“一”并不排除多个这样的元件的存在。在元件之前的冠词“该”并不排除多个这样的元件的存在。本发明可由包括若干不同元件的硬件和由合适编程的计算机来实施。在列举若干器件的装置权利要求中，这些器件中的若干器件可由同一个硬件的项目来实施。在相互不同的附属权利要求中陈述特定措施的简单事实并不表示不能使用这些措施的组合来取得益处。
权利要求
1.一种照明装置(1)，其被布置成生成在相反方向的第一光和第二光(37，47)，包括-波导元件(20)，其包括第一面(21)、第二面0 和波导边缘03)；-LED光源(10)，其被布置成生成光源光(17)，具有可选的准直光学器件(11)，其中具有可选的准直光学器件(11)的LED光源(10)被布置成将所述光源光(17)的至少部分经由所述波导元件OO)的波导边缘耦合到所述波导元件OO)内以提供波导光(XT)； 以及-布置于第一面侧的第一透射反射器(500)和布置于第二面侧的第二透射反射器 (600)，其中具有可选准直光学器件(11)的所述LED光源(10)、所述波导元件(20)、所述第一透射反射器(500)和所述第二透射反射器(600)被布置成相应地生成在远离所述第一面 (21)的方向和远离所述第二面0 的方向中的第一光和第二光07，37)。
2.根据权利要求1所述的照明装置(1)，其中所述第一透射反射器(500)和所述第二透射反射器(600)中的一个或多个包括布置于所述第一面和/或第二面02)处的结构(51)，用于经由所述第二面02)和/或第一面将所述波导光(XT)的至少部分从所述波导元件OO)耦合出射。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的照明装置(1)，其中所述第一面包括用作第一透射反射器(500)的结构(51)，其被布置成将所述波导光07)的至少部分经由所述第二面0 从所述波导元件OO)耦合出射。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的照明装置(1)，其中所述第一面包括用作结构(51)的反射点或条纹的图案(50)。
5.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，其中，所述第一面包括用作第一透射反射器(500)的涂层，其被布置成在所述第一面处将所述波导光(XT)的至少一部分反射并将所述波导光(XT)的至少一部分透射。
6.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，包括布置于所述第一面的下游的漫射器GO)。
7.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，其中所述第二面0 包括用作第二透射反射器(600)的结构(51)，其被布置成将所述波导光(XT)的至少部分经由所述第一面从所述波导元件00)耦合出射。
8.根据权利要求7所述的照明装置(1)，其中所述第二面02)包括反射点或条纹的图案(50)以用作结构(51)。
9.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，其中，所述第二面02)包括用作第二透射反射器(600)的涂层，其被布置成在所述第二面处将所述波导光(XT)的至少部分反射并将所述波导光(XT)的至少部分透射。
10.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，包括布置于所述第二面0 的下游的漫射器GO)。
11.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，包括布置于所述第二面0 的下游的眩光抑制光学器件(30)，且若存在根据权利要求9所述的可选漫射器00)的话，则该眩光抑制光学器件(30)布置于根据权利要求9所述的可选漫射器00)的下游。
12.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)，还包括在所述第二面0 的下游且在根据权利要求9和10中任一项所述的漫射器GO)和眩光抑制光学器件(30)中的一个或多个的上游的间距(61)。
13.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，还包括，可控制的衰减器(80)，其被布置成使得所述第一光或第二光G7，37)的部分衰减。
14.根据权利要求13所述的照明装置(1)，其中所述衰减器(80)包括带开口(801)的装置(800)，所述开口(801)具有可控制的开口大小。
15.根据前述权利要求中任一项所述照明装置(1)，其中所述第一面与散热器 (55)接触。
全文摘要
本发明提供一种照明装置，该照明装置包括波导，波导具有第一面、第二面和波导边缘。该装置还包括LED光源，其中LED光源被布置成将光源光的至少部分耦合入射到波导元件内。该装置还包括布置于第一面侧的第一透射反射器和布置于第二面侧的第二透射反射器。LED光源、波导、第一透射反射器和第二透射反射器被布置成相应地在远离第一面的方向和远离第二面的方向中生成第一光和第二光。这种照明装置可允许照亮房间(例如利用上照光经由天花板来照亮房间)且允许利用下照光照亮房间中的具体区域。
文档编号G02B6/00GK102472862SQ201080030985
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月5日 优先权日2009年7月10日
发明者博尼坎普 E. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司