CN101529159A - 发光二极管照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光二极管(LED)照明装置(10)。照明装置包括光导板(12)，以及容纳在布置在光导平面中的孔(14)内的多个LED(16)。至少一个孔具有用于将来自孔内任何LED的光耦合进入光导的第一侧面(18)以及用于将光耦合出光导的第二相对侧面(20)。进一步地，布置孔，以便所有第一侧面朝向一个方向。上述基于LED的照明装置可以制得薄且不引人注意。

Description

发光二极管照明装置
技术领域
本发明涉及包括多个发光二极管的照明装置。
背景技术
目前存在越来越多的、将照明装置尽可能不引人注意地集成到内景(interiors)中的需求。这使得建筑师和内景设计者创造一种将一个建筑或者内景与另一个明显区别的风格。
同时，当提及能耗、耐久性、尺寸等等时由于LED的较好特性，希望基于发光二极管(LED)的照明装置代替传统荧光灯具。
然而，由于热处理问题(需要大冷却系统)和所用的光学系统(通常漫射体放置距离LED一定距离或者大块的漫射体放置在LED的顶部)，基于现有LED的发光装置典型地太厚。此外，现有的LED照明装置大部分不透明。总的来说，现有的LED照明装置一般不是非常地不引人注目。
发明内容
本发明的目的是克服这些问题，以及提供一种改善的照明装置，所述照明装置特别地可以制得薄且不引人注意。
根据以下描述将是显而易见的这些和其他目的借助于照明装置来实现，所述照明装置包括光导板和容纳在布置在光导平面中孔内的多个LED，其中至少一个孔具有用于将来自孔内任何LED的光耦合进入光导的第一侧面以及用于将光耦合出光导的第二相对侧面，以及其中所述的孔布置成使得所有第一侧面朝向一个方向。
优选的，第二向外耦合面是反射性的，且相对于光导的平面倾斜。倾斜的反射性元件可以例如是后面有空气隙和反射器的裸面，全体相对于光导的平面大约45度布置，在所述情况下，光沿着光导板法线的方向耦合出光导。
此外优选的，第一和第二相对面之间的孔侧壁适于反射任何入射光，例如，借助于全内反射(TIR)的方式。
因而，来自给定LED的光不能穿透另一个孔，因为第一向内耦合面在阴影侧，第二向外耦合面是反射性的，且剩余侧通过TIR反射所有光。因此，光将不会由于在照明装置其他光源处的吸收和散射而损失，这保证了很好的光效率。而且，光导(及因此的照明装置)的厚度可以非常小，优选的大约3mm或者更小，其主要由LED本身的厚度来限制。此外，因为仅仅LED和第二向外耦合面必须非透明，所以照明装置相当大的区域可以是透明的，这对于照明装置在其关闭时，与环境协调更加容易。透明特性可以通过将LED部分地放置在倾斜的反射性向外耦合面之下来进一步地提高。
优选的，孔根据交错分布布置在光导平面中。更优选的，孔布置成使得来自一列孔的向内耦合光将不撞击下一列(row)孔的第二向外耦合面。这使得照明装置的光混和特性能改善。对于LED之间的通量和颜色差，以及还对于每m2一些LED的失效，在根据本发明的光导中的光混合使得照明装置具有健壮性。
为了满足防眩目(anti-glare)的要求，例如在照明装置用作室内办公室照明的情况下，照明装置的光优选地被准直。根据一个实施例，这可以通过每个LED设置一个准直器来实现。例如，至少一个LED可以包括准直器。准直器可以例如是在其中放置LED芯片的反射杯，或者放置在LED芯片上的TIR光学器件。可替换的，或者作为补充，至少一个孔可以具有集成的准直器。例如，形成光导整体部分的光导材料锥形(taper)块可以用作TIR准直器(collimator)。与LED或者孔集成的准直器可以用来在(光导平面中)水平方向和(垂直于光导平面的)垂直方向上准直光。
在另一个实施例中，至少一个孔具有不规则四边形的形状，用于在(光导平面中)水平方向上准直光。在可替换的或者补充的实施例中，光导可以具有楔形，用于在垂直方向上准直光。这后面两个实施例的优点是：光在其传播通过光导时越来越准直，由此增加了整体准直。
用于提供准直的上述实施例还可以相结合，以获得理想准直。总的来说，通过在光导板平面中混合和准直光(而不是在光离开灯具的方向，其要求较厚的系统)，可以获得非常薄的照明装置。
附图说明
参考示出了本发明目前优选实施例的附图，现在将更详细地描述本发明的这个和其他方面。
图1a是根据本发明基本实施例的照明装置的顶视图，
图1b是图1a中照明装置的一部分的放大截面侧视图，
图2a是，根据本发明一个实施例的照明装置的顶视图，其中每个LED具有一个准直器，
图2b是图2a的典型准直器的放大透视图，
图3a是根据本发明实施例的具有不规则四边形孔的照明装置的顶视图，
图3b是图3a的典型准直器的放大透视图，以及
图4是根据本发明实施例的照明装置的截面侧视图，其中光导具有再现的楔形形状。
具体实施方式
现在将相对于图1a-1b描述根据本发明基本实施例的照明装置。所示照明装置10包括透明光导板12。光导板12的一侧具有多个孔14，每个孔容纳发光二极管(LED)16。孔14可以是通过光导12整个厚度的孔或者在光导12一侧的孔。LED16可以是侧发光LED或者倾斜大约90度的顶发光LED。进一步地，LED 16优选地是低功率LED(约为60mW)，用于降低照明装置10的总功耗。此外，上述LED不产生非常多的热，这避免了对诸如散热片等的热处理装置的需求。此外，上述LED通常更小，这允许更薄的照明装置10。
在典型的实现方案中，光导12的厚度大约1.2mm，孔14的底面区域(basearea)大约2.8-3.5×5.5mm，且LED大约0.8mm高及2.8mm宽。每cm2光导12设置有大约一个LED 16。需要指出的是，改善LED的效率和/或使用较高功率的LED将允许更大的LED间隔，同时保持照明装置同样的光输出。
每个孔14具有第一向内耦合侧面18，用于将来自孔14内LED 16的光耦合进入光导12。在每个孔14的相对侧，设置有第二向外耦合侧面20，用于将光耦合出光导12。优选地，向外耦合侧面20是后面有空气缝和镜子、相对于光导12平面大约45度布置的裸面，在所述情况下，如图1b中可以看出，光沿着光导12的法线方向耦合出光导12。大部分入射光将借助于裸面处的全内反射(TIR)来反射，而没有损失。剩余光由TIR面后面的镜子来反射，以避免光进入下一个孔。向外耦合面20可以将光向外耦合到光导12的任一侧或者两侧，这取决于应用。向内耦合面18和相对的向外耦合面20之间的每个孔14的剩余侧壁22a，22b适于反射任何入射光，例如借助于TIR的方式。TIR可以通过将侧壁22适当地取向平行于光的平均方向来实现。可选地，具有开口孔14的光导12侧可以由透明板(未示出)来覆盖，以避免在孔14中聚集灰尘或者类似物。
进一步地布置孔14，以便所有向内耦合侧面18朝向一个方向(图1a中“向上”)。因此，所有合适的向外耦合侧面20朝向相对的方向(图1a中“向下”)。
在照明装置10的工作过程中，由一个LED16所发射的光经由容纳有一个LED 16的孔14的向内耦合侧面18耦合进入光导12。然后光或者直接地(如由典型射线轨迹24a所指示)、或者在由至少一个其他孔14的侧壁22所反射后(如由典型射线轨迹24b所指示)经由一些其他孔14的向外耦合侧面20耦合出光导12。
因而，来自给定LED 16的光将不穿透另一个孔14，因为向内耦合侧面18在阴影侧(shallow side)，向外耦合侧面20是反射性的，且剩余侧壁22通过TIR反射所有光。因此，不会由于在照明装置10其他光源处的吸收或者散射，而损失任何光，这保证了很好的光效率。另外，光导12(及因此的照明装置10)的厚度可以非常小，其主要由LED 16本身的厚度来限制。
其中，照明装置10中光混合的程度由孔14之间的距离(即，孔密度)来控制。如图1a中所图示，在给定位置进入光导12中的光可以在不同的向外耦合侧面20离开光导12。如果存在很高的孔密度(即，孔14之间很短的距离)，来自给定LED16的大部分光将通过与给定LED 16向内耦合侧面18相对的(另一个孔14的)向外耦合侧面20向外耦合。在另一方面，如孔密度很低(即，孔14之间很长的距离)，来自给定LED 16的光将扩散到许多向外耦合侧面20上，且来自许多LED 16的光将在其离开光导12之前被混合。
进一步地，如图1a所示，光混合的特性可以通过根据交错分布布置所述的孔14来改善。光出射可以具有受限的出射角范围，由此，如光在范围外，其将不会撞击大部分邻近列的向外耦合侧面20。替代的，光在其耦合出去之前被迫在光导12中进一步传播，这导致了在光导12平面中的更多混合。例如，如出射角范围是居中的大约80度，在45度处的任何向外耦合侧面20(如图1a中的交错分布)将会是不可见”。出射角范围例如由光导12材料的折射率，或者由LED的发射图案，和/或由孔内准直器(假如存在)来确定。
为了符合照明装置10的防眩目要求(即，来自光导的向外耦合光将不具有太大的出射角)，照明装置10的光优选地被准直。根据一个实施例，这可以通过每个LED设置一个专门的准直器来实现。图2a-2b中所示的典型准直器26是由光导材料块制成的TIR准直器，其形成光导的整体部分。典型的准直器26是锥形的，从而在水平方向(光导12的平面中)和垂直方向(垂直于光导12的平面)中准直光。也就是，准直器26靠近向内耦合面18变得更宽和更厚。然而，还设想是仅仅在一个方向成锥形的准直器。光在出射孔14之前被准直。在向内耦合面18处，准直器26优选地与光导12光学耦合。可替换的，或者作为补充，准直器可以与LED集成。例如，其可以是在其中放置有LED芯片的反射杯或者在LED芯片上放置的TIR光学器件。包括在LED中的准直器还可以用来在水平方向和垂直方向上或者仅在一个方向上准直光。
在图3a中所示的另一个实施例中，孔14可以具有不规则四边形的形状，用于在水平方向中准直孔14外部的光。也就是，孔的宽度朝向向内耦合侧面18逐渐变细，这导致侧壁22倾斜。因此，与具有非倾斜侧壁22的情况(如图1a中)相比，由倾斜侧壁22所反射的光在其传播通过光导12时在水平方向变得更加准直。本实施例的优点是：在光导12中进一步传播的光将与准直侧壁22具有更多的相互作用。因此，与光仅仅与一个准直器26具有相互作用的上述可替换实施例相比，光将更加准直。还需要指出的是，倾斜侧壁22可以是弯曲的，而不是直的(如图3a中)，以提供更好的准直。不规则四边形的孔优选地与在每个孔内集成的单个准直器26结合，且是锥形的以致仅仅在垂直方向中准直光(图3b)，这导致了垂直和水平方向中的整体准直。
在替换的或者补充的实施例中，如图4中所示，光导可以具有楔形26，用于在垂直方向上准直光。也就是，在光导中向内耦合侧面18朝向的、产生“斜向”表面的方向，光导12的楔形28变得更薄。因此，与不具有楔形28的情况(如图1b中)相比，由楔形28所反射的光当其传播通过光导12时在垂直方向中变得更加准直。为了保持光导的恒定厚度，楔形28优选是再现的(recurring)，且反射式向外耦合边缘30(以大约45度)设置在每个楔形28的高端。
在图3和4的装置中，孔优选的是通孔，以避免任何光绕过孔的准直结构。当准直器仅在孔内部使用时(如图2中)，孔不必是通孔。
根据本发明的LED照明装置的应用包括诸如办公室照明或者制造气氛或装饰性照明的室内照明以及诸如建筑物、标牌等照明的室外照明。
本领域一般技术人员认识到：本发明绝不限定为以上所述的优选实施例。相反，许多修改和改变可能在所附权利要求的范围内。例如，如图2-4中所述的提供准直的上述装置可以以各种方式结合，以获得理想的准直。此外，不是每个孔必须含有LED，一些孔可以例如仅用于光的向外耦合。此外，不用于光向内耦合的孔可以具有三角形，而不是梯形(trapezoid)，因为其不需要向内耦合面。此外，相据本发明的LED照明装置适合且有益地是按尺寸下料的(cutto measure)照明装置，以便具有理想形状和尺寸的照明装置可以取代更大的照明装置。在上述按尺寸下料的装置中，LED优选地的被并联连接。

Claims (10)

1.一种发光二极管(LED)照明装置(10)，其包括：
-光导板(12)，以及
-多个LED(16)，其容纳在布置在光导平面中的孔(14)内，
其中，至少一个孔具有用于将来自孔内任何LED的光耦合进入光导的第一侧面(18)和用于将光耦合出光导的第二相对侧面(20)，以及其中，所述孔布置成使得所有第一侧面朝向一个方向。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，至少一个第二面是反射性的，且相对于光导平面倾斜。
3.根据权利要求1所述的装置，其中第一和第二相对面之间的孔侧壁(22)适于反射任何入射光。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，光导具有大约3mm或者更小的厚度。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述的孔按照交错分布布置在光导平面中。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述孔布置成使得从一列孔向内耦合的光将不会撞击下一列孔的第二面。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，至少一个LED包括准直器。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，至少一个孔具有集成的准直器(26)。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，至少一个孔具有不规则四边形，用于在相对于光导平面的水平方向上准直光。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，光导具有楔形(28)，用于在相对于光导平面的垂直方向上准直光。
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