远程照明光导管的制作方法_4

文档序号:9332440阅读:来源:国知局
着包含纵向轴线和中心光线472x,472y,472z的平面的纵向轴线的垂直方向测量的 角度)导向。在一些情况下,输入准直半角%和输出准直半角9 x,9 y,9 2可以是相同的, 而且保持光的准直。与纵向轴线形成的纵向角可以从约45度至约135度,或从约60度至 约120度,或从约75度至约105度变化,或可为约90度,具体取决于微观结构的夹角。 [0069]可以容易地推导出公式,所述公式形成提取的亮度的角分布的大致分析模型的基 础,以及以下的依据:光导管内准直的半角、转向膜的折射率和夹角、和任选的去准直膜的 折射率和斜坡分布。主要路径以外的光线路径的入射,弯曲的光提取器内的树脂、基材和支 撑板之间的折射率的细微差别,这些部件内吸收的可能性,以及其他特征的存在,诸如支撑 板上的AR涂层都可以通过光度射线追踪模拟进行评估。只要部件及其组件的描述是准确 的,则良好执行模拟的预测结果基本上是准确的。
[0070]-般来讲,由于通常情况下光线锥内的照射到空隙的仅一半的光线将离开光导 管,因此穿过本文所公开的任何照明元件的沿着导管方向的发射光半角大约是光导管内的 准直半角的一半。在一些情况下,可能希望在不改在交叉导管的方向上发射的角分布的情 况下在增大在沿导管的方向上的半角。增大在沿导管的方向上的半角将使发射表面的节段 变长,这在实质上有利于目标表面上的任何点处的照明。这可以依次减小由靠近表面的对 象投射的阴影的发生率,并且可以降低入射到表面上的最大亮度,从而降低炫光的可能性。 普遍不被接受的是仅通过增加光导管内的半角来增加沿光导管的半角,因为这将改变交叉 导管的分布并最终降低交叉导管控制的精确性。
[0071]例如,对于折射率为1. 6的69度转向棱镜而言,沿导管的分布大致以法线为中心。 它以夹角小于69度的小的向后部件(相对于光导管内的传播方向)的方向和夹角大于69 度的向前部件的方向为中心。因此,由具有多个夹角(包括一些小于69度和一些大于69 度的夹角)的棱镜组成的转向膜可以产生大致以法线为中心的沿导管的分布,但是具有比 完全由69度棱镜组成的膜更大的沿导管的半角。
[0072] 图5示出了根据本公开的一个方面的具有弯曲的光输出区域580的照明元件500 的横截面示意性实施例。在图5中,照明元件500包括矩形光导管510,其具有纵向轴线 515、反射内部表面512和弯曲的光输出区域580。如在别处所描述的那样,弯曲的光输出区 域580包括光透射区域530。转向膜550邻近光透射区域530设置。输出角9垂直地对向 纵向轴线515并表示离开矩形光导管510的光线的角展度。沿着与光透射区域530相交的 纵向轴线515的方向传播的部分准直光线作为部分准直光线570离开矩形光导管510,该部 分准直光线具有中心光线572、边界光线574和准直角0 1。中心光线572通常沿垂直于转 向膜550的方向离开。应当理解,矩形光导管510代表各种横截面形状,包括平面部分,并 且也旨在代表其他设想的具有平面部分的光导管横截面,包括三角形、矩形、正方形、五边 形等横截面。
[0073] 图6示出了根据本公开的一个方面的封装件601的示意性透视图。封装件601可 以是在别处描述的任何封装件,其可由于具有远程照明光源而受益。在一个具体实施例中, 封装件601可以是冷藏封装件601,诸如饮料冷却器690,其具有温控式内部空间692、门 694和用于控制内部空间692温度的制冷单元696。冷藏封装件601可以包括用于观察内 部的内容物的一个或多个透明观察板,诸如位于门694中的可见光透明口。可以放置一个 或多个远程照明光导管来照明内部空间692,诸如被示出为安装于门694内的第一远程照 明光导管600a和第二远程照明光导管600b。应当理解,可以使用任何所需数量的远程照 明光导管来照明内部空间692,并且可将其放置在封装件601的任何所需的位置和任何所 需的方向,包括例如水平、垂直、对角等等。第一远程照明光导管600a和第二远程照明光导 管600b分别包括第一对光源602a,602b和第二对光源602c,602d,所述光源被安装为使得 每个光源均位于内部空间692的外部。这样,如在别处所描述的那样,第一部分准直输出光 670a,和第二部分准直输出光670b可以照明内部空间692。
[0074]
[0075] 实例1 :饮料冷却器照明器。
[0076] 远程导管式照明系统被构造成用于照亮"饮料贩卖机"("merchandiser")的货架 上的商品,"饮料贩卖机"("merchandiser")是用于零售环境的具有透明前门的饮料冷却 器的商品名。当前可用的饮料贩卖机使用设置在冷却室中的大约几百个LED的阵列。测量 结果表明LED阵列消耗约34瓦的电功率,其中大部分电功率在冷却器内作为热量被耗散。 另外的能量消耗与从冷却室中移除LED产生的热量的需求相关联。该"能量重负"通常用 性能系数(或C0P)来量化,对于当前可用的冷却器而言,其典型地介于2和6之间(即,一 瓦特运行冰箱的电能移除2到6瓦特冷藏室中产生的热能)。因此,与"远程"(即,将光源 放置在冷却室的外部)相关联的期望节约可能在光源产生的热负荷的约15%至约50%之 间变化。
[0077] 比较例
[0078] 常规冷却器的能量使用是确定的。在常规冷却器中,围绕门的内侧设置有4条LED 带。该带为具有LED电路的模块化电路板,其用板到板连接器或板到线连接器连接。每个 LED电路包括串联成串连接的6个LED和两个电阻器。将串联的串并联,从而形成每个板上 的多个串。有49个电路,包括总共294个LED和98个电阻器。该49个电路并联连接到生 成24V驱动电压的电源上。
[0079] 6个串联连接的LED的电压降经测量为18. 6V,两个电阻上为剩余的5. 4V电压降。 流过每个电路的测量电流为30mA,电阻器产生的焦耳热估计为约0. 162W。LED消耗的总能 量为0. 558W,假设LED的光子效率为约33%,则估计6个LED产生的焦耳热为0. 372W。因 此,每个LED电路产生的估计总焦耳热为约0. 162+0. 372 = 0. 534W,使得49个电路产生的 总焦耳热为26. 2W。驱动LED光带所消耗的测量总功率为33. 8W。
[0080] 该冷却器的C0P值被设置为约1,因此系统(热栗和其他部分)消耗1W能量以将 冷却室内部的1W热量移除到环境中。因此,系统消耗附加的26. 2W来移除冷却室内部的热 量。总共35W用来驱动照明电路而消耗26. 4W用来移除冷却器内部光能生成的热量,这提 供了约60W的能量预算的基线。
[0081] 远稈照明能量伸用
[0082] 通过在散热器上放置额定电功率为10瓦的CreeXM-LLED(购自北卡罗来纳州 莫里斯维的克里公司(Cree,Inc.,MorrisvilleNC))来组装光引擎。准备总共四个此类 光源,每个光源的驱动功率为约3瓦特。将Rose系列准直仪(部件号FA11910_CXM-D,由 LEDiL,SALO,FI生产)根据其说明书直接组装在LED上。
[0083] 通过将剪切的高反射多层膜(Vikuiti?ESR,购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))插入压铸丙烯酸类树脂管内制造两个光导管,每个光导管的长度为 约60cm,外径为1英寸(2. 54cm)而内径为7/8英寸(2. 23cm)。将光转向膜设置在反射膜 和管之间(例如如图3D所示)。光转向膜的结构化表面包括顶点夹角为69度的三角形棱 镜的阵列,其中棱镜沿导管横截面的切线设置,顶点向内。具有准直仪的两个光引擎被附接 到每个导管的端部,总共四个光引擎用来照明冷却器。
[0084]ESR膜被剪切为使得在插入丙烯酸类树脂管内部时,形成被截顶的钻石形状的光 输出表面,与图1B所示相类似。中点最大光输出角(即,对应于位置135)为约90度,并且 靠近每个端部的最小光输出角(即,对应于位置133和137)为约45度。光传送区域(即, 元件142和144)离每个对应端部的跨距为约0cm。
[0085] 中点开口被设计成小于或等于总内部导管周长的四分之一,因此限定了不大于90 度的输出角。该条件由应用的几何结构限定,其中来自导管的光落在冷却器空间门的边缘 上,邻近冷却器壁和门玻璃。由于照明系统的目的是照明放置于饮料贩卖机货架上的商品, 所以来自导管的光输出没有照射在冷却器的内壁上,也没有穿过玻璃落到观察窗上。
[0086] 所述系统提供与比较例相似的均匀度和亮度,它仅使用每个驱动功率为~3W的4 个LED,总功率为12W。由于LED被放置在冷却空间的外面,因此不需要为移除冷却器内部 电路产生的热量而消耗能量。这样,照明冷却器的总能量预算为12W。
[0087] 在一些情况下,特别是当使用光导管照明改造现有的饮料冷却器时,让技术人员 对冷却器门进行机械改造可能是不现实的。在这种情况下,LED也可以放置在冷却空间内 部,而4个LED的热负荷将添加到总能量预算中。一般来讲,驱动电路递送给XM-LLED(如 上所用)的能量的约75%被转化为热能。因此,当4个LED以总共12W驱动时,在冷却器中 产生约9W的热能。假设冷却器的COP为约1,则消耗约9W以消除冷却器内部产生的这种 热。在这种情况下,总能量节约从48W降至约39W。
[0088] 以下为本公开的实施例的列表。
[0089]项目1为照明元件,包括:中空的光导管,其具有纵向轴线、相反的第一端部和第 二端部、光输出区域和弯曲的横截面;该中空的光导管的内部表面包括邻近光输出区域的 光透射区域,该光透射区域从接近第一端部的第一位置到接近第二端部的第二位置对向与 纵向轴线垂直的输出角;和邻近光输出区域设置的转向表面,该转向表面包括多个平行的 脊状微观结构,每个平行的脊状微观结构具有邻近中空的光导管的内部的顶点,其中穿过 中空的光导管传播的与光透射区域相交的光线离开中空的光导管,并由垂直于多个平行的 脊状微观结构的转向平面内的转向表面重新导向。
[0090] 项目2为项目1的照明元件,其中内部表面包括选自金属、金属合金、介电膜叠堆 或它们的组合的光反射表面。
[0091] 项目3为项目1或项目2的照明元件,还包括定位成靠近第一端部的能够将第一 光射入中空的光导管中的第一光源。
[0092] 项目4为项目1至项目3的照明元件,其中第二端部包括反射器,并且输出角从第 一位置到第二位置增大。
[0093] 项目5为项目1至项目4的照明元件,其中输出角的范围从第一位置处的约0度 增大到第二位置处的约90度。
[0094] 项目6为项目1至项目5的照明元件,还包括定位成靠近第二端部的能够将第二 光射入中空的光导管中的第二光源,并且其中输出角从第一位置到中点位置增大并从中点 位置到第二位置减小。
[0095]项目7为项目6的照明元件,其中输出角的范围从第一位置处的约0度增大到中 点位置处的约90度,然后从中点位置的约90度减小到第二位置的约0度。
[0096] 项目8为项目1至项目7的照明元件,还包括位于第一端部和第一位置之间、位于 第二端部和第二位置之间、或位于第一端部和第一位置之间以及位于第二端部和第二位置 之间的光传送区域。
[0097] 项目9为项目1至项目8的照明元件,其中多个平行的脊状微观结构中的每个脊 状微观结构基本上垂直于纵向轴线取向
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