专利名称：具有边缘效应的发光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光系统，具体地涉及一种基于发光二极管(LED)的、具有边缘 光效应的发光系统。更具体地，尽管没有排除，本发明涉及一种从利用LED和特定光波导的 组件系统提供光的系统，所述特定的光波导涉及用于提供唯一的光引擎，所述系统提供唯 一的边缘发光美学外观，从而提供具有非常高的发光效率和热管理的光输出分布。本发明通常应用于发光系统，具体地应用于具有中心发光结构的发光系统，在所 述中心发光系统中将所述光分布为远离使用的位置。这些类型系统之一的典型示例是通用 目的的照射柱。在该应用中，相对于基于柱状系统描述和解释发光结构。
背景技术：
多年来，发光柱已经成为城市、集镇或其他市区或郊区环境中日常生活的一部分， 并且通常用作步行柱、交通柱或特征柱。一种传统的柱系统包括百叶窗发 光单元，从而将由 中心灯产生的(由多个百叶窗遮蔽)光反射远离百叶窗表面，并且通常将其导引至要发光 的区域。正常情况下，所述柱只具有两种条件，即接通或关断。与这种传统结构相关联的问题是浪费了由所述柱光源产生的大部分光。据估计， 在传统柱中，只在所产生的30%的光的区域内可以发射到要发光的区域。剩余的70%被浪 费掉。这代表了在能量和成本两方面的巨大浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显著增加柱中能量使用和光提供的效率的系统，从而 产生更小的碳管脚。根据本发明的第一方面，提出了一种发光系统，包括至少一个LED (发光二极管) 阵列，所述LED阵列具有与电路板相连的至少一个LED ；至少一个支架，配置用于LED阵列 并且与LED阵列相连；以及光传输波导元件，由透明或半透明材料构成，用于将所述光导引 至包括所述发光系统的器件所要求的部件进行照射，其中所述波导元件设置并且配置用于 使得进入所述波导元件的光按照一定角度进入，从而按照比所述波导元件的内折射角度小 的角度碰撞所述波导元件的边界，并且沿反射回所述波导元件的本体，并且沿所述元件的 长度传输。本发明的优势在于所得到的光控制可以使得能够在要发光的区域实现所裁剪的 光分布，可以用于防止光污染。本领域普通技术人员应该理解的是，用于形成波导元件的材料选择显著依赖于发 光系统所应用的实际用途和所期望的效果。在将波导元件用于简单地将光从一个点传输到 第二点使用的情况下，材料的选择将是清楚透明的材料以在传输时实现最大的效率。然而 在波导元件中期望诸如发光之类的发光效应的情况下，将选择能发光的半透明材料。应该理解的是，利用波导边缘入射的光的角度对于将所述光反射从而沿元件的长 度传输至所使用的点或者可选的传输通过所述元件的侧壁进入周围空间是决定性的。因此，对于本发明的有效工作点而言重要的是波导设计是正确的。众所周知的是，当光碰撞材料本体的侧壁时(在这种情况下是波导元件)如果实 现了全内反射，可以将引入到透明材料中的光在点之间的材料本体内导弓丨。在本发明的优 选实施例中，光学系统基于原始光导引体系的原理工作，并且将来自LED单元的光导引到 达所需的目的地。在本发明的一个实施例中，波导元件包括利用电路板控制光传输系统的装置，以 便控制所述光传输通过所述发光系统到达目的地。在本发明的一个实施例中，波导元件包 括这样的装置，所述装置使得将沿所述波导传输的光导引至用于传输至所使用的期望点的 边缘，所期望的输出位于所需方向。可以以下方法实现和控制不同的光输出分布和发光图 案 改变波导元件的截面轮廓和倾斜度； 选择制造波导元件的材料； 例如经由结合单独的边缘棱镜或多个边缘棱镜来设计特定的波导边缘轮廓；以 及 调节材料形状中材料的大小和比例；·改变LED相对于光波导的位置以调节沿一个或更多方向的焦点(典型地，水平 &垂直焦点)。在本发明的一个实施例中，电路板是PCB (印刷电路板)，并且可以是硬电路板或 柔性电路板。使用高功率LED作为主光源和中级低功率LED来产生彩色效果。可以将所述系统的LED阵列安装到电路板上。可选地，所述系统可以包括多于一 个电路板，每一个电路板具有附着或相连的一个或更多LED阵列。在本发明的一个结构中，支架是针对柱中所有电路板的支架。另外在本发明的优 选结构中，用于电路板的支架也用作所述系统的热沉。在本发明的一个结构中，发光系统包括多个电路板，每一个电路板具有在其上部 署的多个LED阵列。在一个结构中，假想所述发光系统将包括沿柱的长度垂直间隔开部署 的多个波导元件，所述柱包括电路板支架或热沉构件，并且在所述柱周围间隔圆周间隔开 的是多个垂直悬挂的柔性电路板，每一个柔性电路板包括多个垂直间隔开的LED阵列，其 中所述LED阵列在所述电路板上间隔排列以雨波导元件的垂直设置方向相一致。所述热沉可以由任意合适的材料构成，例如铝或其他热的良导体。可以通过铸造 或挤压来形成所述热沉。在本发明的一个结构中，热沉也可以提供电路板的支撑。所述热沉可以用中心流 沟道形成，使得例如空气之类的流体冷却介质可以循环以辅助冷却。所述波导元件可以由任意合适的材料构成。这可以是透明材料，或者如果需要可 以是半透明材料，并且能够工作用于限定保持所需形式的形状。合适材料的典型示例是聚 合物材料，例如丙烯酸聚合物或者聚碳酸酯。在本发明的优选实施例重，可以通过热压成形来形成波导元件，例如注射成型法。对波导元件进行整形以辅助光在材料本体内的传输，并且对于迎着波导元件边界 的光实现正确的入射角度。例如，当将所述波导元件部署用于照明柱时，可以这样部署波导元件，使得所述波导元件沿圆周围绕LED阵列的所述热沉和支架，并且具体地围绕LED的热沉和支架。在一 个具体结构中，假想波导元件由中心孔构成，所述支架/热沉可以位于所述中心孔中。优选 地，对所述热沉和孔两者进行整形和调整大小，使得当相对于彼此部署时，他们紧密配合。 在本发明的一个示例中，可以将波导元件推压装配至安装到热沉上的LED上或其周围。可以这样形成波导元件，使得波导元件的厚度从内侧部分向外部边缘逐渐变细。 另外，波导元件的主表面形成为平面表面，所述平面表面的形状按照连续的方式改变，使得 在所述柱表面中不存在非连续性。将从LED导引至波导元件中的光经由专用表面导引，对所述专用表面进行整形以 增强所发射光的汇集性，并且将所述光按照正确的角度导引至材料本体中。在一个示例中， 对所述表面进行整形以在所述LED周围弯曲以使光的汇聚最大化。波导元件也可以在用于光的使用点处包括按照聚焦方式将所发射的光导引至使 用点的装置。导引所发射的光的装置可以包括一组棱镜或其他光学改变装置，所述光学改 变装置修改所发射的光的角度和/或焦点。在本发明的一个实施例中，假想可以将波导元件划分为多于一个的分离光传输路径。已经将本发明的发光系统开发用于可见光谱，以提供具有受控和高效发光结构的 柱。在所述系统的一个结构中，假想所述柱将包括发光结构，在所述发光结构中导引或安装 所述LED阵列，使得按照正确的角度将所述光导引到所述元件中，以允许所述光通过所述 元件的长度或者沿所述元件的长度传输。本发明可以用于任意波长的光或者波长的混合物。在本发明的一个结构中，假想将使用低功率和高功率LED阵列的组合，其中将所 述高功率LED用于将光传输进入波导元件，以及所述低功率LED提供通用发光效果。本发明的电路板可以包括控制装置和电路板承载装置，所述控制装置控制与所述 电路相连的LED的电源的装置，以及所述电路板承载装置使得与所述板相连的单独LED或 LED组能够按照需要接通或关断。所述系统的阵列LED可以发射不同波长的光，并且因此可 以发射不同颜色的光。按照这种方式，可以控制所述系统，使得所述柱响应于电路板接收到 的控制信号发射不同波长或颜色的光。另外可以将切换阵列LED接通和关断的能力用于控制由所述柱或所述柱的组发 射的实际光分布图案。可以将这种功能附加地或可选地用于控制由所述柱发射的光的颜 色，结果是产生光闪射图案和/或信令。可以按照多种方式操作所述柱，包括稳定接通模式 和所要求的多种时间以来或闪射模式，在所述稳定接通模式中由所述柱发射的光实质上是 恒定的。可以将这些不同的模式分别用于白天和夜间工作。另外对于光柱设计，可以修改所述柱的光学器件以使每个光波导具有不同的外部 形状，因此使得能够实现每个光波导百叶窗不同的光分布。可以将每一个使用不同发光边 缘效应的垂直百叶窗的集合整理为具有预定的总体光分布的单独光源。简而言之，可以说本发明包括LED发光系统，所述LED发光系统具有适用于产生优 化光控制和唯一的边缘发光外部美观的结构。通过改变边缘发光或者混合不同的LED颜色 或者LED开关结构，所述系统允许多个实施例。该系统的主要优势之一涉及功率使用，因此涉及所述系统的碳管脚。本领域普通技术人员很好理解的是，当考虑光产生级别的功耗时在系统中使用LED的情况下，标准发 光元件更为有效。然而，除了本发明的这种系统之外，由于其中将光传输至使用点的受控方 式，由系统所产生的光到由柱使用和发射的光的效率将显著增加。本领域普通技术人员很好理解的是所述发光系统和发光系统提供的控制适用于 任何发光系统，在所述发光系统中将光从源点传输至与所述源分离的使用点，并且具体地 应用于可以分离的使用点和不同的使用点。根据本发明的第二方面，提出了一种包括根据本发明第一方面制造的发光系统的 设备。可以提出一种包括根据本发明第一方面制造的至少一个发光系统的设备。
现在将作为根据本发明实现的示例描述并且参考附图来说明本发明图1是根据本发明实现的通用发光柱的示意图；图2是本发明的发光盒和波导结构的示意性侧视图；图3是根据本发明实现的波导元件的边缘结构的示意图；图4是图2中所示发光盒和波导元件的示意性平面图；图5是图2-4的系统的详细视图；图6是包括根据本发明的发光系统的发光器件的详细视图；图7示出了结合了根据本发明实现的发光系统的第二发光器件的部分切割侧视 图；以及图8示出了图7实施例的剖面三维视图。
具体实施例方式现在将参考发光柱1描述本发明。根据本发明的柱在步行者管理方面的具体使 用。更具体地，所述柱可以用于娱乐设施应用，以便提供步行街的照明。然而应该理解的是 本发明不局限于这种用于，并且可以应用于其中要求可视指示和/或物理障碍物的任何位置。所照射的柱1采取通常直立柱或外壳的形式，并且可以包括外壳构件2，所述外 壳构件包括多个分立的部分，所述分立的部分适用于照明以显示消息或信号或简单地提供 所述柱实际上所处位置的指示；中心柱3，包括至少一个发光盒；以及多个波导元件4，所述 波导元件4在所述中心柱周围部署，并且从所述中心柱向外延伸至所述柱1的外壳。现在参考附图2和5，示出了适用于本发明的发光结构10。所述发光结构包括圆形横截面的支撑构件11，所述支撑构件具有直径大于下端13的上端12，并且所 述支撑构件具有穿过所述支撑构件中心的纵向延伸通道14 ；多个电路板(PCB) 14，部署在所述支撑构件的上边缘周围；以及波导元件15，具有内孔16，使得当部署时所述波导元件在间隔开的支撑构件的上 部周围沿圆周延伸。所述电路板是具有伸长特性的刚性电路板。所述电路板悬置为沿所述柱2的表面 实质上垂直地悬垂。多个LED阵列在离散的位置沿所述电路板的长度间隔开。
所述电路板可以用于控制所述柱的光图案，所述柱包括使得能够改变电路板上单 独电路的电源的电路，并且甚至可以接通或关断电源，使得按照需要合适地控制所述柱的 外观。在优选的实施例中，所述波导元件15是实质上连续或均勻的固体本体，并且可以 通过注射成型法形成。形成所述波导元件15，使得所述孔16实质上符合所述柱2的形状和 大小。通过将所述波导元件推压装配到所述柱上并且将其滑动至位置来将所述波导元件装 配到所述柱。在波导元件与每一个所述电路板的适当LED阵列重叠的情况下，使得所述阵 列陷落在波导元件15和柱2之间。因此，将所述波导元件15部署在中心柱周围，使得所述 LED与在孔16周围形成的波导元件15的边缘相邻。另外，对本示例的波导元件15进行整形，使得所述波导元件从其中心向外并且向 下延伸。因此，所述波导元件按照通常向下的方向与所述柱倾斜地成一定角度。所述波导 元件的非线性弯曲形状导致波导元件和柱之间非均勻的角度。然而，当所述柱实质上垂直 时，波导的从水平方向的合适倾斜角度约在5-45°之间。所述波导元件15的总横截面形状从波导元件的最内部分向最外外围边缘逐渐变细。此外，波导元件15围绕所述孔16的边缘是弯曲的，使得所述边缘略微绕着LED延 伸，以使得光从LED开始进入波导元件最大化。在这一方面，波导元件具有内轮缘或与内边 缘相邻的凸缘，可以对所述轮缘或凸缘进行整形以限定波导元件的弯曲或另外形状的内外 围以容纳LED。基于具体系统的特性来确定所有上述整形，并且基于确保传输通过波导元件15 边界上的波导元件15的光的碰撞角小于材料的内折射角的情况而工作。对波导元件15进行整形，使得从LED进入到波导元件15的光按照一定的角度入 射，所述一定的角度意味着当光按照一定角度碰撞波导元件15的边界时，所述角度小于材 料的内折射角，并且因此反射回波导元件15的本体内。按照这种方式，所述光从围绕所述 孔的一个边缘传输到另一个边缘，即波导元件16的外边缘，从而到达其使用点。另外为了有效地提高光使用点的传输效率，波导元件15的外边缘可以适于适当 地导引和/或聚焦所述光。参见附图3，可以利用棱镜形成所述边缘。波导元件可以由聚合物材料构成，例如作为良好的光传输物质并且可以自由使用 的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。因此，所述波导实质上是固态的，并且可以由实质性始终是均 勻的材料构成。附图5示出了在所述系统中使用的组装发光结构，并且示出了通过所述系统的光路。现在回到附图6，示出了使用本发明的发光结构的发光组件。在本发明的该示例 中，示出了中心柱2，在所述中心柱周围设置了沿其长度彼此间隔开的四个波导元件15。所 述系统的部件与上述系统的相同，并且将相同的数字用于描述相似的部件。可以看出，依赖于从中心柱2向外的形式，每一个波导采取成角边缘状或环形本 体的形式。波导的形式通常是截头圆锥体状(frusto-conical save)，在所示实施例中所述 内外围边缘和外外围边缘在平面上不是圆形的。然而，并没有排除这种边缘轮廓。因此，将 所述波导设置在所述柱2的周围，并且至少部分地围绕所述柱2。
现在回到图7和图8，其中示出了结合了根据本发明的发光系统的第二器件。该发 光系统是用于柱的附加装置。所述附加装置包括顶部铝片102、包括用于附着到柱的接头的底部铝片103 ；以及 沿圆周延伸的本体构件106，所述本体构件将所述顶部片102与底部片103间隔开；以及中 心柱105，所述中心柱在两个片之间沿所述片102和103中心地延伸。应该理解的是截面地示出了所述器件100，使得图7的右手示出了器件的内部构 成，而左手示出了沿圆周延伸本体构件的外表面。所述本体构件106由PMMA构成，并且是模铸的。所述本体构件包括外墙部分107， 并且包括四个内部构成元件108，所述内部构成元件108从所述墙部分107向内延伸以在本 体构件106的中心限定相邻构成元件108之间的自由空间。所述构成元件是盘状的，并且 通常形式上可以是环形的。所述本体构件106和内部盘108包括本发明的波导元件。每一个内部盘108按照从中心到墙107向下的一定角度延伸，并且从中心到墙106 逐渐变细。所述盘108与墙107的截面一起形成。因此，将本体106划分为一系列级别或 一系列层，每一级别或层可与相邻的层相连以形成本体构件。因此，每一层再起上边缘和下 边缘配置由连接构成元件，用于与相邻层上的相应连接构件接合。每一层实质上可以是与 其余层实质上相同的形状。中心柱105包括上截面和下截面，并且形状上是八角形的。在所述柱的外表面周 围设置的是多个刚性电路板，所述刚性电路板可以悬挂在所述柱下面，使得它们与所述柱 的八角形侧边之一相接触。所述电路板可以位于所述柱的上边缘。每一个电路板具有设置 在其上的一系列等间隔高功率LED109和一系列等间隔低功率LED阵列110。所述高功率 LED系列109和低功率LED系列110互相散置，使得高功率和低功率LED阵列沿所述柱的长 度交替设置。在该实施例中，提供了四个高功率LED阵列109和三个低功率LED阵列110。所述LED阵列与电路板相连，所述电路板包括用于控制LED工作的控制电路。所 述电路板配置为能够按照要求独立地控制LED阵列接通或关断。另外，所述高功率LED阵 列可以发射白光，并且低功率LED可以发射彩色光。利用这种结构，将白光沿所述波导元件 的长度导引，并且通过本体构件的侧面发射。来自低功率发光二极管的彩色光通过进入波 导元件，并且用于改变所述柱的外观颜色。如图8所示，可以通过将本体构件106的层定位在中心柱105之上来构件器件。如 在前述实施例中所述，所述柱可以是导电的，并且至少可以是部分中空的以便允许空气流 通过其中。意图是图7和图8实施例中的特征与图1至图6实施例中的特征是可互换的，只 要实践中可行。
权利要求
一种发光系统，包括至少一个LED(发光二极管)阵列，所述LED阵列具有与电路板相连的至少一个LED；至少一个支架，配置用于所述或每一个LED阵列并且与所述或每一个LED阵列相连；以及光传输波导元件，由透明或半透明材料构成，用于将光导引至包括所述发光系统的器件所要求的部件进行照射，其中所述波导元件设置并且配置用于使得进入所述波导元件的光按照一定角度进入，从而按照比所述波导元件的内折射角度小的角度碰撞所述波导元件的边界，并且反射回所述波导元件的本体，并且沿所述元件的长度传输。
2.根据权利要求1所述的发光系统，其中所述波导元件设置为使得波导元件在用于 LED阵列的并且具体地用于LED的支架周围沿圆周延伸。
3.根据权利要求2所述的发光系统，其中所述波导元件具有用于容纳支架的中心开 口，并且将所述支架定位于所述中心开口中以便在使用时沿圆周围绕所述支架。
4.根据权利要求3所述的发光系统，其中对所述支架和所述开口均进行整形和调整大 小，使得当相对于彼此部署时所述支架和开口是紧密推压装配的。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的发光系统，其中多个电路板在所述支架周围沿圆 周间隔开，每一个电路板具有多个间隔开的LED阵列，其中所述LED阵列在所述电路板上间 隔开以与波导元件内边缘的设置相一致。
6.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中所述支架形式上是伸长的，并且多个 波导元件沿所使用支架的长度间隔开。
7.根据权利要求6所述的发光系统，其中所述波导元件相对于支架成角度。
8.根据权利要求6或7所述的发光系统，其中所述支架包括中心柱，将LED和波导元件 安装在所述中心柱周围。
9.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中用于电路板的支架也用作所述系统的 热沉。
10.根据权利要求9所述的发光系统，其中所述系统包括多个电路板，并且所述支架包 括对于所述多个电路板公共的热沉。
11.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中将所述系统的LED阵列安装到所述 电路板。
12.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中所述波导元件包括具有电路板的装 置，通过所述装置至少部分地控制所述光传输系统的波导元件的轮廓，以在所述波导元件 的外边缘生成所需的发光分布。
13.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中所述波导元件包括导引装置，所述导 引装置将沿波导元件传输的光导引至波导元件的外边缘，并且通过用于按照所需方向传输 至所需输出位置的特定边缘轮廓在外边缘处按照所需的光分布发射。
14.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中与所述电路板相连的至少一个LED 阵列包括主光源LED阵列，配置用于将从LED发射的光直接聚焦到光传输波导元件的内边 缘。
15.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中所述系统包括多于一个电路板，每一个所述电路板具有与所述电路板相连并且部署在所述电路板上的一个或更多LED阵列，所 述支架对于所述多个电路板是公共的。
16.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中提供低功率LED阵列和高功率LED阵 列的组合，其中所述高功率LED用于将光传输到所述波导元件，并且所述低功率LED用于提 供普通发光效应。
17.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中所述电路板包括控制装置和电路板 载体装置，所述控制装置用于控制与所述电路板相连的LED的电源，所述电路板载体装置 使得能够和与所述板相连的其余LED无关地接通和关断与所述板相连的单独LED或LED组。
18.根据任一前述权利要求所述的发光系统，其中所述电路板可移动地定位，以调节光 输出分布和最大光强度角。
19.根据权利要求18所述的发光系统，其中能够更改所述电路板的位置和/或朝向。
20.一种包括根据权利要求1-19中任一项所述的发光系统的柱。
全文摘要
本发明涉及一种发光系统，包括至少一个LED(发光二极管)阵列，所述LED阵列具有与电路板(14)相连的至少一个LED；至少一个热沉(11)，配置用于LED阵列并且与所述LED阵列相连；以及光传输波导元件(15)，由透明或半透明材料构成，用于将所述光导引至包括所述发光系统的器件所要求的部件进行照射。所述波导元件(15)设置并且配置用于使得进入所述波导元件的光按照一定角度进入，所述角度按照比所述波导元件的内折射角度小的角度碰撞所述波导元件的边界，并且反射回所述波导元件的本体，并且沿所述元件的长度传输。可以将预定的波导截面和外边缘轮缘细节的组合用于在波导外边缘处产生逐渐变细的发光分布。可以对使用相同或不同边缘发光分布的多个波导进行组合以生成总体的光源发光分布。
文档编号F21S8/00GK101990613SQ200880128572
公开日2011年3月23日 申请日期2008年4月10日 优先权日2008年4月10日
发明者凯文·奥斯丁, 摩西斯·多明戈 申请人:阿贝卡斯集团有限公司;拉克辛泰有限公司