CN101389898A - 用于产生照亮表面的照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明将点光源以及光导元件和光重定向元件组合到一个系统中，其可以在光导的一个或者多个延伸表面发光，并可以设计成能在延伸表面上均匀发光。该系统包括一个或者多个发光元件和光导，其中在该光导中限定一个或者多个孔隙。通过将发光元件相邻于光导的表面定位或者通过将它们靠近于一个或者多个孔隙定位来将它们光学耦合到光导。可以将一个或多个发光元件光学耦合到一个孔隙，使得它们发射的光基本穿过那个孔隙而进入光导，而不穿过一个或者多个孔隙中的任何其它孔隙。多个光重定向元件光学耦合到光导，是用于改变光穿过光导的传播，由此使得光能够以所需的图案，例如以均匀的照亮图案从光导的表面发射。

Description

用于产生照亮表面的照明系统

技术领域

本发明涉及一种照明系统(lighting system)，尤其是涉及一种产生照亮(illuminated)表面的照明系统。

背景技术

在延展的二维表面上能够均匀地产生并发射光的大物体，例如可以用在平板或者背光系统中的发光箔(lighting emitting foil)目前是不可用的。然而，光导在当代的显示器和照明技术中是普通元件。和多个适当放置的光提取元件组合在一起，光导可以用于实现大尺寸的面板，该面板可以产生均匀的光印象。这种系统可以重定向从沿着面板的边缘定位的一维延伸的管状或者点状光源发射的光，如在国际专利申请公布WO 03/083564和WO 03/083562中描述的。这些专利申请公开了基于丙烯酸板边缘照明的薄背光系统，所述丙烯酸板具有沿着该丙烯酸板的外围和在表面上机械加工过的光提取图案的前发射发光二极管。

如之前定义的，边缘照明基本上利用沿着面板外围定位的一维光源或者点光源排列。边缘照明(edge lighting)广泛应用于背投显示器和沿着对角线测量其屏幕尺寸达到半米左右的屏幕中。然而，由于归因于所述面板或光导内部或边缘处光学效应的光衰减和畸变(aberration)，边缘照明限制了能均匀照亮的最大面板尺寸。由于多种原因，不可能通过在光导边缘提供增加的光量来补偿这些效果，从而构建基本上任意的大面板。另外，对于面板的尺寸，需要定制光提取元件的放置，其经济地阻止了任意的面板尺寸等级。

已经着手解决大屏幕显示技术中比例增大(scale-up)限制的问题，并公布了解决方案，在2004年3月30日和4月1日期间举办的“美国FPD显示器研究第六界年会(The 6th Annual Display SearchUS FPD Conference)”上以“从变革到实现的LED背光照明(LEDBacklighting from Revolution to Reality)”为题概述了当前的技术状态。它描述了包括多个侧发光二极管的系统，这些侧发光二极管位于二维延伸光导中的孔的内部，而不是沿着光导的一个或者多个边缘定位。该系统利用了漫射光学元件的复杂组合，能够实现均匀屏幕背光照明。

然而，显示系统的当前技术没有提供用于建筑照明(architecturallighting)的技术或者经济的解决方案，对于建筑照明而言，需要照亮大的表面。因此，需要一种能够解决当前技术中所发现问题的新的照明系统。

提供这种背景信息，以揭示本申请人认为可能与本发明相关的信息。用意不必在于，也不应当解释成：前述信息的任何部分构成对本发明有不利影响的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种产生照亮表面的照明系统。根据本发明的方案，提供了一种照明系统，包括具有一个或者多个表面的透光光导，该光导具有限定在其中的一个或者多个孔隙(void)；一个或者多个与所述一个或者多个孔隙中的一个或多个孔隙光学耦合的发光元件，由此允许光经过所述光导而传播；以及多个与所述光导光学耦合的光重定向元件，该光重定向元件配置成改变光经过所述光导的传播。

附图说明

图1A描述了根据本发明一个实施例的照明系统的横截面。

图1B描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面。

图2描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面。

图3A描述了根据本发明一个实施例的光学耦合到光导的发光元件和反射元件的布置图。

图3B描述了根据本发明另一个实施例的光学耦合到光导的发光元件和反射元件的布置图。

图4是根据本发明一个实施例的照明系统顶视图的图片，该照明系统处于操作条件下并包括单个照亮位置。

图5是根据本发明另一个实施例的照明系统顶视图的图片，该照明系统处于操作条件下并包括单个照亮位置。

图6是根据本发明另一个实施例的照明系统顶视图的图片，该照明系统处于操作条件下并包括单个照亮位置。

图7是根据本发明另一个实施例的照明系统顶视图的图片，该照明系统处于操作条件下并包括多个照亮位置。

图8是根据本发明另一个实施例的照明系统顶视图的图片，该照明系统处于操作条件下并包括多个照亮位置。

图9描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的顶视图，其中光重定向元件形成在光导内。

图10描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面，其中光导具有成型表面。

图11描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面，其中光导具有成型表面。

图12描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面。

图13描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面。

图14描述了根据本发明另一个实施例的照明系统的横截面。

具体实施方式

定义

使用术语“发光元件”来定义当例如在其两端施加电势差或者使电流流过其而被激发时，发射在电磁波谱的任何区域或者区域组合(例如可见区域、红外和/或紫外区域)中辐射的任何器件。因此，发光元件可以具有单色的、准单色的、多色的或宽带光谱发射特性。发光元件的例子包括半导体、有机物、或聚合物/聚合体发光二极管、涂覆光学泵取磷光体的发光二极管、光学泵取的纳米晶体发光二极管或本领域技术人员容易理解的任何其它类似器件。另外，使用术语“发光元件”定义发射辐射的特定器件，例如LED管芯，并可以同样用于定义发射辐射的特定器件与在其中放置了该特定器件(一个或多个)的壳体或封装的组合。

如这里所使用的，术语“大约”指的是从额定值+/-10％的变化。应当理解的是，这些变化总是包含在这里提供的任何所给值中，不管它有没有特别指出。

除另有定义之外，这里所使用的技术和科技术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。

本发明将点光源及光导元件和光重定向元件组合到一个系统中，该系统可以在光导的一个或者多个延伸表面上发光并可以设计成能都在延伸的表面上均匀地发光。该系统包括一个或者多个发光元件，以及在其中限定一个或者多个孔隙的光导。通过将所述发光元件相邻定位于光导的表面或者将它们靠近一个或者多个孔隙定位而将它们光学耦合到所述光导。一个或者多个发光元件可以光学耦合到一个孔隙(void)，由此它们发射的光穿过那个孔隙基本上进入到光导。多个光重定向元件光学耦合到所述光导，用于改变经过光所述光导的传播，由此使得光能够以所需的图案，例如以均匀的照亮图案，从光导的表面发射。

在一个实施例中，因为多个发光元件可以定位在光导表面区域上，光导的尺寸以及进而被照亮表面的尺寸可以是大的，并可以以所需的形状形成，同时维持产生从光导表面发射所需的光图案的能力。

在另一个实施例中，当大表面区域要被照亮时，根据本发明的实施例，该区域可以提供有多个更小的棋盘格状的照明系统，它们形成为瓦片(tile)。任选地，每个瓦片可以是相等的，其中瓦片的模块结构可以允许是被标准部件以节省成本方式覆盖的标准表面。

光导

光导是透明或者半透明元件，其配置成通过光内反射引导穿过其中的光流。光导包括一个或者多个限定其中的孔隙(void)。

在本发明的实施例中，光导可以由固体坚硬的、固体柔韧的或者其组合型材料构成，其中该材料还可以是透明的。这些材料的例子可以包括玻璃、塑料、有机玻璃、丙烯酸或者其它类似透光材料，这是本领域技术人员所易知的。

在本发明的另一个实施例中，光导可以配置成流体光导或中空光导。

在一个实施例中，流体光导包括具有流体核的外护套(outersheath)。根据其想要的实现，所述外护套可以配制成坚硬的或者柔韧的，同时另外还配置成具有所希望的光学特性。适当的外护套可以包括丙烯酸、有机玻璃、聚丙烯、铝或者本领域技术人员所易知的等等。而且，流体核(fluid core)可以是具有所需透明或半透明光学特性的液体或者流体。适当的流体核(fluid core)例如可以是水、油、硅或者本领域技术人员所易知的其它等。

在本发明的另一个实施例中，光导是中空光导，其中填充了气体例如空气、氮气或本领域技术人员所易知的其它气体。中空光导的外护套可以是高反射性的，并由铝、保护性涂敷的铝、反射性涂敷的塑料材料、多层塑料反射材料(例如3M^TM Vicuity^TM)或者本领域所易知的材料制成。在一个实施例中，中空光导是密封的，在另一个实施例中，中空光导配置成允许气体在其中流动，例如空气流。

在本发明的一个实施例中，其中光导由基本固体的材料构成，限定于其中的一个或多个孔隙由形成在固体材料中的孔(hole)限定。该孔可以配置成通孔(through hole)、盲孔或者本领域技术人员所易知的其它空腔形式。

在本发明的另一个实施例中，其中光导是流体或者中空光导，一个或者多个孔隙可以由流体或者气体限定，该流体或者气体通过在光导内放置一个或者多个发光元件来替换。可替换地，为了提供用于在光导内放置一个或者多个发光元件的区域，可以通过成型流体光导或者中空光导的外护套来限定可以在流体光导内限定的一个或者多个孔隙。

在一个实施例中，光导包括均匀成型的、或变化成型的孔隙的规则栅格。在另一个实施例中，光导可以具有规则的、不规则的或者随机布置的孔隙或者这些形状组合的孔隙。在另一个实施例中，孔隙可以配置成具有相同的形状和尺寸或其中之一或者两者都变化的尺寸和形状。

在一个实施例中，光导可以具有漫射的或镜面反射的周边表面，或者它可以被涂覆有一个层或者多个层，其能够散射或镜面反射在所需的波长范围内的光。

在一个实施例中，光导另外可以以所需的形状，例如圆形、方形、矩形、梯形、八边形或者本领域技术人员所易知的其它形状形成。在一个实施例中，可以通过并排放置多个光导提供所需的照亮表面。

在本发明的一个实施例中，其中光导基本上是具有一个或者多个限定在其中的孔的固体材料，以及一个或者多个孔的其中一个或者多个关联的光导表面可以成型为在发光元件和限定在光导中的孔之间提供所需级别的光学耦合。可以抛光该表面以改善通过该部分表面并进入到光导中的光学耦合。这可以使得能够减少表面反射，由此能够实现增加由一个或者多个发光元件产生的光进入光导内的通过级别。

在本发明的一个实施例中，其中定位了发光元件的孔的顶部可以成型为倒置的圆锥或者其它形状，用来侧向地折射或者反射光，其中例如通过和孔关联的一个或者多个发光元件以基本前向的方向发射光。例如，该孔的结构可以提供一种装置，用于减少照亮热点。

在本发明的一个实施例中，照明系统可以另外包括用于进一步控制照亮(illumination)的光学漫射器系统(optical diffuser system)。例如，可以在靠近光导的地方定位一个或者多个全息漫射器或者本领域技术人员易知的其他形式的漫射器。

在本发明的一个实施例中，从光导的一个表面发射光照，其中相对侧可以包括反射表面或光学元件，以朝着发射表面重新定向任何杂散(stray)光。可替换地，光导可以配置成从其两个或者多个表面发光。

在本发明的另一个实施例中，光导具有成型的表面，使得成型的表面具有预定的轮廓。例如，光导的成型表面可以配置成弯曲的表面，其可以导致光在光导内的传播发生改变，并可能导致重定向从光导出来的光。光导的成型表面可以配置成包括斜坡、抛物线、凹入、凸起、椭圆、双曲线或者本领域技术人员所易知的其它形状的截面形状中的一个或其组合。

发光元件

照明系统的一个或者多个发光元件可以是侧发光、前发光或者具有任何其它的各向同性、各向异性、对称的或者不对称的辐射图(radiation pattern)，这是本领域技术人员所易理解的。另外，其中照明系统包括多个发光元件，发光元件可以具有相同的或者不同的辐射图(radiation pattern)，例如，可以根据照明系统的构造和所需的照明效果选择它们。

在一个实施例中，发光元件可以与其它光学元件设置在一起，以避免操作条件下发光表面上的亮点。例如，在一个实施例中，可以靠近于一个或者多个发光元件的尖部定位不透明凸面镜盘或其它光学元件，以侧向地反射发射的光。可以定位任何一个或者多个发光元件，使得它可以与反射器元件光学耦合，该反射器元件可以改变来自一个或者多个发光元件的朝前面或侧面的光发射。

在一个实施例中，发光元件可以附着到靠近光导定位的衬底上或者发光元件可以附着到光导自身上。发光元件可以通过电连接器(connection)电连接到适当控制器，其用于控制给发光元件提供电源。电连接器可以是电线、轨迹、电缆或者本领域易知的任何其他形式或电的连接器。电连接器可以粘附到衬底或光导上，或者可以由例如导电材料比如铜、金、银、铝等等的轨迹构成。在本发明的一个实施例中，对于所有波长或者一个或者多个预定波长范围，所述导电材料基本上可以是光学透明的，这些波长是照明系统需要发射的。例如，光学透明材料是氧化铟锡(ITO)或者本领域技术人员所易知的其他类似材料。

在本发明的一个实施例中，光导是固体光导并且光导可以涂覆有铝或其它导电的和光反射的介质。电路轨迹可以被刻蚀并机械加工到该涂层中以电连接发光元件，由此仅仅暴露小的未涂覆表面区域。在该实施例中，涂层可以起到反射器的作用，除了形成电路轨迹的载体之外其可以增强光导的效率。

光重定向元件

多个光重定向元件光学耦合到光导，用于改变光通过光导传播的，由此使得光能够以所需的图案，例如均匀的照亮图案，从光导表面发射出去。光重定向元件可以配置为下述中的一种或者其组合：用于从光导提取光的光提取元件、将光反射回光导的光反射元件、将光折射进或者折射出光导的光折射元件、或者本领域技术人员易知的类似元件。

在本发明的一个实施例中，光重定向元件和光导可以形成为一个整体，或者光重定向元件可以是可光学耦合到光导的一个或多个光重定向元件板(sheet)的整体部分。光重定向元件还可以粘附到光导或者光重定向板的一个或多个表面上。

在一个实施例中，光重定向元件是标记(indicia)，例如点，以本领域技术人员易知的方式将它们涂抹(paint)或者印制到光导或光重定向元件板上。光重定向元件可以具有所需的尺寸和所需的分布，其适于例如根据照明系统的尺寸、所需的观察角、观察距离或照明距离，产生所需的照明印象(lighting expression)。所需的分布可以形成为本领域技术人员所易知的统计分布、随机分布等等。

在一个实施例中，光重定向元件是形成在光导中的凸起或者凹陷。光重定向元件可以是光导或光重定向元件板的结构或涂抹(painted)表面的小面(facet)。光重定向元件可以是压花的、织构的、模制的、机械加工的或者砂磨的规则或者不规则表面的小面。另外，光重定向元件可以定位在光导或光重定向元件板的外表面、近表面层、内层等等上，这是本领域技术人员易知的。

在本发明的一个实施例中，光导配置有两种或多种不同折射率，其中具有两个不同折射系数的材料区域之间的界面可以形成光重定向元件。例如，光导的主体材料可以具有第一折射率，并且光导的(多个)区域可以具有第二折射率。如本领域技术人员所易知的，光导可以配置成具有多个不同的折射率，其中由不同折射率导致的界面位置可以被配置成导致对光导传输的光进行所需的控制。例如在一个实施例中，可以将光导配置成具有第一折射率的主体材料，并且还包括在其中嵌入形状的分布，其中这些嵌入形状可以具有第二折射率。例如，所述嵌入形状可以由不同于光导的主体材料的材料、形成在光导主体材料中的空气包等等构成，这是由本领域技术人员容易理解的。所述嵌入形状可以形成为本领域技术人员所易知的球形、立方体、菱形、锥形、圆锥体等等。

光重定向元件可以根据它们固有的光学特性以及它们相对于光源的位置在预定部分反射或者折射光。光导每单位面积上光重定向元件的表面密度分布可以变化，并可以设计成使得该分布改善和帮助产生所需的照明印象。例如，当和发光元件的距离增加时，可以更密集地定位光重定向元件。这种构造可以提供一种装置，其用于产生均匀等级的从光导的光提取，例如由此能够产生均匀的发光平面。

现在将参考特定的实例描述本发明。将可以理解的是，下述的例子旨在描述本发明的实施例，而不意味着以任何方式限制本发明。

实例

图1A描述了根据本发明的照明系统的实施例的正视横截面。该照明系统包括透光板或者光导610，其限定了孔612。另外，照明系统包括设置在孔中的侧发光元件620，用以基本上最大化提取到透光板中的光。发光元件620附着到衬底630上，衬底630提供轨迹和路径用来向发光元件提供电信号和功率。没有图示出这些轨迹和路径。初级光部件(primary optic)622光学耦合到发光元件620，能使光侧向重定向。光重定向元件可以形成在透光板和衬底(未示出)之间或者可以如图1B所示形成在透光板的顶部。在一个实施例中，当到光导中心的距离增加时，可以将光重定向元件更靠近地设置。在另一个实施例中，可以等间距地定位光重定向元件，并可以增加深度。光重定向元件的间隔或深度可以对数曲线、线性曲线等而变化，这是本领域技术人员所易知的。

图2描述了根据本发明的照明系统另一个实施例的正视横截面。该照明系统包括其中形成有孔812的透光板或光导810、发光元件820和衬底830。发光元件820光学耦合到初级光部件822，该初级光部件822侧向地引导光。另外，照明系统的这个实施例包括次级漫射器890。该次级漫射器例如可以产生更均匀的照明印象或者提供改善的定向照亮或改善的观察角。光重定向元件(未示出)可以形成在透光板和衬底之间，或者可以形成在透光板的顶部。

图3a描述了根据本发明的照明系统的实施例的顶视图。该照明系统包括矩形透光板或光导710、发光元件720、光重定向元件740和反射器元件730。反射器元件可以配置成将光反射进光导中和/或减少或者抑制相邻发光元件之间的光干涉。图3b是根据本发明的照明系统另一个实施例的顶视图，其中照明系统包括不规则成型的透光板715、发光元件725、光重定向元件745和反射器元件735。可以理解的是，照明系统可以包括任意成型的透光人工制品或者反射器元件，其可以具有任何二维平面或者非平面，或者三维翘曲形状。

图4描述了根据本发明的照明系统的实施例顶视图的照片。该照明系统包括盘型丙烯酸透光光导1、定位在盘中央的孔中的侧发射琥珀色发光二极管(LED)2，该LED部分地被光导隐藏，并且只能从光导相对侧上的孔的开口侧看到。光导具有在顶面上起到光重定向元件作用的多个同心槽3。

图5描述了根据本发明的照明系统另一个实施例的顶视图的照片，并且类似于图4所描述的。照明系统的这个实施例具有不同地机械加工的丙烯酸光导4表面，其在操作条件下可以产生不同成型的均匀照明印象。来自LED 5的光以对称的图案传播，也就是以其中央具有LED的圆形图案传播。在该实施例中，例如以正方形的图案将光学耦合到透光光导的光重定向元件配置成，从光导提取光以形成大致正方形的光发射印象。应当容易理解的是，光重定向元件的可替换非圆形结构可以提供用于产生可替换照明印象(例如矩形的、梯形的、椭圆形的等等)的装置。

图6描述了根据本发明的另一个实施例的顶视图的照片。该实施例描述了如何能够例如通过改变光重定向元件6的密度调节每表面面积的亮度，在该实施例中光重定向元件是圆形槽。在该实施例中，由LED朝着观察者发射的光可以被认为是光导中央处的暗点7。应当理解的是，还存在光重定向元件的很多其它形状、形式和密度分布，可以利用它们来帮助产生所需的照明印象。

在一个实施例中，可以直接在发光元件上、光导顶面上或定位发光元件的孔内部放置一个或者多个光学元件，用于重定向、漫射或者阻挡由发光元件向前导向的光。光学元件的例子可以是折射或者反射元件，例如双凸透镜元件(lenticular element)、菲涅耳透镜或镜面反射元件。例如，通常对于观察者来说亮点比暗点更明显，因此在一个实施例中，其中可以阻挡多余的前发射光，该光学元件可以是部分地或完全不透明元件，例如印制的或涂覆的“点”。可以任意地配置光学元件，以横向地反射和重定向前发射光，其目的是例如改善照明系统的效率。在一个实施例中，例如通过适当地成型容纳发光元件的光导内的孔的内顶面或者通过在靠近发光元件顶部定位具有类似特征的附加光学元件，可以实现光的这种重定向。在一个实施例中，可以使孔的顶面成锥形，以侧向地(sideways)折射或者反射全部的前发射光，或者当孔的顶面部分透射时侧向折射或者反射部分的前发射光。

图7描述了根据本发明的照明系统另一个实施例的顶视图的照片。照明系统包括六个侧发射LED 8，其每一个都定位在整体形成的丙烯酸光导内的其自身空腔内。另外，对光导9的表面分段，以为每一个LED提供多个光重定向槽10的预定对准。

图8描述了根据本发明的照明系统的另一个实施例的顶视图的照片。该照明系统包括三个具有侧发射LED 12的六边形成型的光导11。每个LED定位在六边形成型的光导的其中一个内的其自身的空腔内。以预定的方式砂磨处理光导的表面，由此形成光重定向元件，配置它们来帮助产生照亮的照明印象。

图9描述了根据本发明的一个实施例的圆形照明系统，其中光导具有变化的折射率，其中可以策略地设置这些折射率的变化，用于对在光导内耦合的光提供所需的控制。示出了发光元件和光部件90在光导93的中央的孔91的中心。光导93的主体材料具有折射率n₁，并且在该材料中分布的是具有折射率不同于n₁的n₂的材料的球面分布92。这种球形分布形成光重定向元件并可以配置成对耦合到光导中的光提供所需的控制，例如球形分布可以是统计分布、随机分布等等。折射率的变化可以起到光重定向元件的作用，其可以对在光导内耦合的光提供重定向，在其外部能够产生被照亮的表面。在一个实施例中，光导的背面，也就是和被照亮表面相对的表面被反射层覆盖，该反射层可以提供一种装置，用于避免被球面朝着背面重定向的光的损耗。

在一个实施例中，定位在光导内的球面的密度可以随着与光导中心的距离而增加，其中这种结构可以提供通过照明系统产生甚至更多照明印象的装置。

具有折射率n₂的材料的其它尺寸和形状也是可能的，例如椭球面、八面体、多面体或本领域技术人员所易知的其它形状。在一个实施例中，具有折射率n₂的材料的这种形状和尺寸可以在特定光导内变化。

图10描述了根据本发明的一个实施例的照明系统，其中光导具有轮廓面(profiled surface)。光导124中的凹槽(recess)126提供发光元件127和安装在衬底121上的光部件128的定位。光导的背面125配置成曲线，其可以提供用于将在光导内耦合的光朝着照明系统的照亮表面反射出去的装置。在这种结构中，光导的背面(rearsurface)的形状导致该表面起到光重定向元件的作用。照亮表面可以被透射的覆盖物(cover)123覆盖。在替换实施例中，背面125可以采用多种形式，例如楔型、抛物线型、双曲线型、阶梯型、小面型、或本领域技术人员所易知的其它适当剖面，以及这些的组合。可以用反射层可选地覆盖背面125。光导的背面的成型可以降低其在照明系统内的稳定性，并因此在一个实施例中提供了围绕光导的周边固定的支撑结构122。可替换地，衬底的边缘可以朝着光导的边缘延伸，以便于对其提供支撑。

在本发明的一个实施例中，光导还可以包括另外的光重定向元件，该光重定向元件可以配置成从背面125突出或者突出到背面125中的形式。在另一个实施例中，光导可以包括配置成球形或者可替换形状的光重定向元件，其中这些元件具有和光导的主材料不同的折射率。

图11描述了图10中所示的实施例的变形。照明系统包括衬底131、发光元件137和在光导中的孔135中的光部件136。在该实施例中，以和图10所示的相反情形配置光导132的背面133的曲率，例如该曲率可以是双曲线的。在这种结构中，光导的背面的形状使得该表面起到光重定向元件的作用。可以用透射覆盖物134覆盖照亮表面。区域138可以没有任何材料，或者它可以是具有比形成光导132的材料更低折射率的材料。在一个实施例中，可以用反射涂层覆盖背面133。

在本发明的一个实施例中，光导还可以包括另外的光重定向元件，其可以配置成从背面133突出或者突出到背面133中的形式。在另一个实施例中，光导可以包括配置成球形或者可替换的形状的光重定向元件，其中这些元件具有和光导的主材料不同的折射率。

图12是根据本发明的另一个实施例的照明系统的正视横截面图。该照明系统包括衬底141，其形成有成型的凹槽142和覆盖物(cover)143，所述凹槽142和覆盖物143一起可以形成光导的外护套，在其之间提供有流体或者气体。覆盖物143可以是透明的、半透明的、衍射的或散射的或具有取决于位置的光学特性。另外，成型的凹槽142可以具有一种或者多种不同的剖面，例如碟型、楔型、抛物线型、双曲线型、台阶型、小面型等等或者可以它们的组合。凹槽的上面是可以被空气、气体或者液体填充的容积147。在光导的中央是发光元件146和侧向反射光部件145。在衬底141的成型凹槽142上，存在光重定向元件144，它们中的每一个用于反射一部分光通过覆盖物143。光重定向元件可以采用很多种形状、尺寸和分布。例如，在该实施例中，光重定向特征的大小朝着照明系统的边缘增加。光重定向部件可以是可选的，在这种情况下表面142将是平滑的。另外，可以用反射涂层涂敷光重定向元件144和表面142。

图13是根据本发明的另一个实施例的照明系统的正视横截面图。该照明系统包括衬底151，其和光重定向元件形成整体。光重定向元件可以是衬底151的表面150上的凹进153或凸起154。支撑结构158支持覆盖物157以与衬底有一定距离地，由此在其之间形成空间159，该空间159可以由流体或者气体填充，由此形成流体光导或者中空光导。在瓦片(tile)的中央是发光元件155和光部件156。光重定向元件可以采用很多种的形状、尺寸和分布。例如，在该实施例中，光重定向特征的大小朝着照明系统的边缘增加。另外，可以用反射涂层涂覆光重定向元件153、154和表面150。

图14是根据本发明的另一个实施例的照明系统的正视横截面图，其中该实施例是图12所示的变形。成型的凹槽的反射表面162不具有附加的光重定向特征，因此成型的凹槽形成和该实施例关联的光重定向元件。覆盖物161具有用于侧向重定向最强的前发射光的整体反锥形结构160，以便于阻止在照亮覆盖物161中央的亮点。可以将锥形结构160制造成和覆盖物161隔开的部件，并可以使用粘结剂将其附着。锥形结构160不局限于锥形形状，可以采用其它的具有不同的漫射或反射性的形状，并可以根据它的所需光学特性进行选择，这是本领域技术人员易于理解的。在覆盖物161和表面162之间有区域165，其填充有流体或者气体，由此形成流体光导或者中空光导。成型的凹槽可以采用弯曲的横截剖面、小面剖面、台阶剖面或者任何其它适当的剖面。在该实施例中，示出了具有半球形光部件163和LED管芯164的发光元件光源。

可以设计和优化根据本发明实施例的照明系统，用于想要的直接观看，或者可以设计和优化它，用于照明其它物体。应当理解的是，当进行相应的设计或者优化时，照明系统的一些或者全部部件及元件的特性在基本上和实质上可能是不同的，一些元件可能存在于想要直接观察的实施例中，而不是在想要照明其它物体的实施例中。应当理解的是，照明系统可能包括具有两个相对表面的板，其可以通过一个表面发光或者同时通过两个相对表面发光。

所有专利的公开、包括公布的专利申请的公布文本，以及在本说明书中引用的数据库条目特别地在此全部引作参考，引用的范围就如同每个这样的单个专利、公布文本和数据库条目被特别地和单个地表示为被引作参考。

明显可见的是，本发明前面的实施例是示例性的，并可以以多种方式变化。这些目前的和将来的变化不应当被认为是脱离了本发明的精神和范围，意欲将对于本领域技术人员明显的所有这些修改包括在下述权利要求的范围之内。

Claims (23)

1.一种照明系统，包括:

a)具有一个或者多个表面的透光光导，该光导具有一个或者多个限定在其中的孔隙；

b)一个或者多个发光元件，用于发射具有一种或者多种波长的光，该一个或者多个发光元件与一个或者多个孔隙的一个或者多个光学地耦合，由此使得光能够通过光导传播；以及

c)光学耦合到光导的多个光重定向元件，该光重向元件配置成改变光通过光导的传播。

2.根据权利要求1的照明系统，其中光导是固体光导，以及光导是由固体坚硬材料或者固体柔韧材料或者其组合构成的。

3.根据权利要求1的照明系统，其中光导是流体光导。

4.根据权利要求1的照明系统，其中光导是中空光导。

5.根据权利要求2的照明系统，其中每一个所述一个或者多个孔隙选自包含下述的组中:盲孔、通孔和空腔。

6.根据权利要求2的照明系统，其中光导涂敷有透明电路轨迹。

7.根据权利要求2的照明系统，其中光导被具有反射和传导特性的材料涂敷，其中电路轨迹形成在该材料中。

8.根据权利要求1的照明系统，其中以规则布置或不规则布置或随机布置或其组合来设置所述一个或多个孔隙。

9.根据权利要求1的照明系统，其中所述光导具有第一表面和第二表面，其中光从第一表面发射，以及第二表面是反射表面。

10.根据权利要求1的照明系统，其中光导包括成型的表面。

11.根据权利要求10的照明系统，其中成型的表面具有选自包括下述的组中的横截面形状:倾斜的、抛物线的、凹入的、凸起的、椭圆的和双曲线的。

12.根据权利要求1的照明系统，其中所述一个或者多个发光元件配置成具有选自包括下述的组中的辐射图:各向同性的、各向异性的、对称的和不对称的。

13.根据权利要求1的照明系统，其中所述一个或者多个发光元件是侧发射发光元件或者前发射发光元件。

14.根据权利要求1的照明系统，其中多个光重定向元件的每一个是光反射元件或光提取元件或光折射元件，或其组合。

15.根据权利要求1的照明系统，其中光导和光重定向元件形成为整体。

16.根据权利要求1的照明系统，其中至少一些光重定向元件形成在板中，该板光学耦合到所述光导。

17.根据权利要求1的照明系统，其中至少一些光重定向元件是标记，该标记涂抹或者印制在所述光导上。

18.根据权利要求1的照明系统，其中至少一些光重定向元件形成在光导中，该光重定向元件是凸起或者凹陷或者其组合。

19.根据权利要求1的照明系统，其中至少一些光重定向元件形成在光导的表面上，该光重定向元件被压花或构造或模制或机械加工或砂磨或其组合在表面上。

20.根据权利要求1的照明系统，其中光导具有第一折射率，至少一些光重定向元件具有第二折射率，其中第一折射率不同于第二折射率。

21.根据权利要求20的照明系统，其中至少一些光重定向元件是定位在光导内的嵌入形状。

22.根据权利要求20照明系统，其中至少一些光重定向元件是形成在光导中的空气包。

23.根据权利要求1的照明系统，其中光重定向元件的预定数量与特定的发光元件相关联，光重定向元件的预定数量具有分布密度，并且该分布密度随着与该特定发光元件距离的增加而增加。

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