CN102246219A - 具有纤维漫射元件的照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光设备（1），包括发光器（10）与支撑体（13），多个突出的纤维（11）附接到该支撑体。所述发光器（10）和突出的纤维（11）被布置为与从发光器（10）发射的光相互作用，使得所述光可被漫射。所述多个突出的纤维包括相对于所述支撑体（13）倾斜或者垂直的纤维（11）。

Description

具有纤维漫射元件的照明系统

技术领域

本发明涉及发光设备的领域，并且更特别地涉及一个或多个漫射元件的材料特性的改进。

背景技术

具有低分辨率（即发光二极管（LED）被分隔开以使得各个LED点可以被容易地区分）的LED照明设备可以用于许多不同的应用，诸如与例如纺织物（诸如服装）有关的图片、文本和图形。然而，各个LED可见的事实可能干扰对于图片、文本或图形的观看。此问题的解决方案是，在LED的上面添加漫射层，从而将光散布到更大的区域。此漫射层可以由不同的材料制成，诸如编织材料或者非编织材料、柔性泡沫、或者它们的某种组合。

该解决方案的示例可以参见US2008/0205035A1。这里LED被放置在漫射层之下，该漫射层包括非编织织物层，其在面向照明单元的一侧具有较低的密度并且在与照明单元相对的一侧具有较高的密度。较低密度的层提供间隔，以使来自光单元的光锥在遇到漫射元件的更致密的部分之前散布。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种与当前已知的解决方案相比更具柔性并且更薄的发光设备。

该目的是通过提供一种发光设备实现的，所述发光设备包括发光器、支撑体和附接到所述支撑体的多个突出的纤维，所述多个突出的纤维被布置为与从发光器发射的光相互作用，其中所述多个突出的纤维中的每个纤维与支撑体成一定角度而突出，所述角度在10度到170度的范围中。所述纤维提供一种更薄且更具柔性的解决方案。也可以存在更多的发光器。所述发光器可以是发光二极管。光与突出的纤维之间的相互作用可以包括光的反射，或者光可以穿过纤维。如果例如支撑体被编织以使得纤维从表面突出，则纤维可以是支撑体的一部分。所述突出的纤维创建三维散射结构，其中光可以在空气间隙中且通过纤维而被散射和/或被遮蔽。在纤维与支撑体之间纤维附接的角度为大于0度且小于180度的角度，优选地该角度在5度与175度之间的区间中，最优选地在10度与170度之间的区间中。所有的纤维不必相对于支撑体成相同的角度，并且它们不与支撑体平行。所述纤维可以被放置成使得它们围绕所述一个或者多个发光器。此结构允许制造整体更薄的漫射结构，以实现与等效的更厚的结构相同的结果。利用更薄的光学结构，整个系统可被设计为也更具柔性。

根据本发明的实施例，所述多个突出的纤维中的每一个纤维基本上垂直于所述支撑体而突出。这意味着：突出的纤维不与从至少一个方向发射的光相互作用，所述光可以是从发光器的顶部发射的光并且这创建不同的光效果。根据本发明的实施例，所述多个突出的纤维是基本上透明的，这可能意味着：所发射的光的90%或更多被传送通过纤维。这使得光传播通过纤维成为可能，从而更多地漫射光，因为光不仅向上/向下散射，也在平面内传播。

根据本发明的实施例，发光设备还可以包括衬底。该衬底可以取决于所使用的材料的类型以及所位于的位置来对于漫射或者反射光作出贡献。如果例如该支撑体由透明材料制成，则该衬底可以位于支撑体之下。该情况的示例可以参见图6，其中衬底（未示出）可以置于例如硅酮的层之下。该层构造于是将是其上附接一个或者多个发光器的衬底。透明材料的层于是例如被浇注（pour）到衬底和发光器之上。在此层中，附接了可以散射光的纤维。这里，诸如包括TiO₂或者金属或类镜表面的材料之类的反射材料的衬底可以提供反射，从而对于光的散射作出贡献，因此光不被吸收。衬底可以与支撑体相对地定位。该情况的示例可以参见图5和图8。这里，纤维位于衬底与支撑体之间，所述纤维指向衬底的总体方向。这里，对于支撑体而言，具有漫射特性的材料可能更有用。这可以是与支撑体和发光器相对地放置的纺织物或者非编织材料或泡沫，并且可以为发光设备提供更平滑的表面，或者可以对于创建光效果作出贡献，诸如调控通过衬底的表面逃脱的光的量或者在例如衬底被着色的情况下创建着色效果。

根据本发明的实施例，所述支撑体与所述发光器相关地放置。所述支撑体可以位于所述发光器之下，其中所述支撑体可以是织物。所述支撑体也可以放置在所述发光器之上，以及在存在多个发光器的情况下可以放置在各发光器之间，其中所述支撑体有利地是透明的并且其也可以是柔性的。硅酮或者类似的材料可以用于此目的，从而为纤维提供要附接至的支撑体。

根据本发明的实施例，所述衬底基本上与所述支撑体平行，所述多个突出的纤维被提供给支撑体的面向衬底的表面，并且所述发光器被提供在衬底的面向支撑体的表面上。换言之，所述发光器位于支撑体和附接到支撑体的纤维的对面。措词“基本上平行”的意思是：衬底与支撑体之间的角度最大为10度。

根据本发明的实施例，所述多个突出的纤维是反光的。这对于光的漫射以及光在平面内传播作出贡献。光在离开该结构之前可能遇到若干纤维。

根据本发明的实施例，所述多个突出的纤维是从由维可牢（Velcro）、聚合物纤维、玻璃纤维、光纤维、碳纤维、金属纤维、带状物、复合物以及它们的任意组合构成的组中选择的。

利用多种材料，可以创建多种效果，并且不同的材料可能更适于特定的应用。纤维横截面可以是圆形的，但纤维可以具有其它的形状，诸如薄窄带状物（如已被有点压平的纤维）、或者三角形、正方形、星形或者任何其它形状。基本上，可以应用用于将平面内散射最大化并且将平面外散射最小化的具有平移对称性的任何形状。

根据本发明的实施例，所述多个突出的纤维被随机分布。这提供了更自然、随机、非设计的非图案化外观。

根据本发明的实施例，所述多个突出的纤维被布置为图案。通过将所述突出的纤维或者横向结构布置为图案，有可能特别地创建期望的光效果。

根据本发明的实施例，所述支撑体或者所述衬底基本上是反射性的。这意味着：光不被吸收，并且从而丢失更少的光。通常，所述支撑体或者所述衬底将被放置在发光器的同一侧和/或与发光器相关地放置。该衬底也可以是有传导性的。

根据本发明的实施例，所述支撑体或所述衬底基本上是漫射的。以此方式，光可以被漫射并且散射出去，并且可以取决于漫射的程度而获得不同的光效果。“基本上漫射的”的意思是：光是各向同性的和/或不是强方向性的。

根据本发明的实施例，所述支撑体是从由网状物、编织的纤维、非编织的纤维、硅酮、聚合物、陶瓷材料、复合物、玻璃、胶以及它们的任何组合构成的组中选择的。

这意味着：取决于发光设备被用于什么，可以选择适合的材料。

根据本发明的实施例，发光设备被附接到纺织物。由于该结构如此柔软且薄并且由于其纺织物般的感觉，该设备可被用在服装中或者其它应用中，例如用在垫子等的内部装饰中。

尽管词语“发光器”在本文中通篇使用，但其应被解释为至少一个发光器或者发光二极管。这同样适用于“支撑体”，其被定义为纤维所附接至的材料。这里，也可能存在若干支撑体，尽管可能仅提及了一个。以此方式，纤维可以来自若干侧并且彼此交叉，从而对于创建光效果作出贡献。

所述支撑体的所有特征也可以适用于衬底，诸如与发光器或纤维有关的衬底的位置或者制造衬底的材料。

纤维可以以普通纺织物的方式制造，诸如编织、修剪、抽打（织物的表面粗糙化）等等。以此方式制造的产品的示例是维可牢。

应注意：本发明涉及权利要求中所述特征的所有可能的组合。

附图说明

现在将参照示出本发明的当前优选的实施例的附图来更详细地描述本发明的这个和其它方面。遍布各附图，相似的标号指代相似的特征。

图1示出了本发明的实施例的示意性三维视图。

图2示出了本发明的另一实施例的横截面顶视图。

图3示出了图2中描绘的实施例的横截面顶视图，但其中具有光线的区域。

图4示出了示出从发光器传播的不同光线的水平横截面侧视图。

图5示出了当被向下按压时纤维如何表现的实施例的示意图，所述纤维基本上垂直地附接于所述支撑体。

图6示出了具有从其中突出的纤维的光学圆顶（dome）的实施例的示意图。

图7示出了编织的散射结构的实施例的示意图。

图8示出了当被向下按压时纤维如何表现的实施例的示意图，所述纤维被以10度到170度之间的角度附接到所述支撑体。

具体实施方式

图1示出了发光设备1的实施例的示意性三维视图。照明源或者发光器10被安装到衬底12并且被多个纤维11围绕。最后，支撑体13被放置在纤维11的上面。纤维可以预先附接到支撑体13，支撑体13也可以起漫射层的作用。在此附图中，纤维11以相对于彼此周期性分布被示出，然而它们也可以相对于彼此以随机图案分布，如可以在图2中看到的。衬底12应当优选地由尽可能反射性的材料制成以便防止被向回散射的光通过材料的吸收而丢失。应当注意：尽管衬底12和支撑体13被分别放置在底部和顶部，但是也可以是纤维被附接到衬底，并且由此衬底也用于作为支撑体的目的。在被附接到衬底12的情况下，纤维11可以借助胶、硅酮或者其它透明、半透明或者包含反射元件的材料而被附接，以便维持衬底12的反射质量。在被附接到支撑体13的情况下，如果支撑体是例如通过抽打而制成的例如织物，则纤维可以是支撑体的一部分。纤维11相对于彼此的位置可以具有周期性分布或者可以是完全随机的。纤维11可以由许多不同类型的材料制成，但透明或者反射材料是优选的光学材料。光线可以从纤维反射和/或穿过纤维（在纤维由透明或者半透明材料制成的情况下）。此外，这些纤维11可以投射阴影，或者光可以绕所述纤维通过或者穿过所述纤维，从而创建光效果。

图2示出了本发明的另一实施例的横截面顶视图。这里，纤维11相对于彼此随机分布。为了说明的目的，发光器10定位在这些横向结构的中间。

图3示出了与图2中看到的相同的构造，不同之处在于在纤维11上以及周围定义的区域。这些区域对应于从发光器10发射的光的效果。从发光器10发射的一些光线可以不受干扰地通过31，而其它光线可以散射或者部分散射32出纤维11。最后，光在纤维11后面投射完整的或者部分的阴影33。

图4示出了图1的水平横截面侧视图，其示出了从发光器传播的不同的光线。由于纤维11的原因，在衬底12和支撑体13之间形成空气间隙40。由于光传播通过此空气间隙40，该空气间隙进一步帮助漫射光。一旦光到达支撑体13，所述光然后可以基于支撑体13的光学特性进一步漫射。光线41可以不受干扰地穿过空气间隙，或者光线42穿过一些纤维11并且然后反射到支撑体13，或者光线43在所遇到的第一纤维11处立即被反射。一旦光线44已经被反射，光线44可以从相邻的纤维11反射出，或者光线45可以继续穿过相邻的纤维11。光线可以继续在平面内传播，并且它们不像在如泡沫的传统漫射体中那样被向上/向下散射。这促使光的横向散布。可以使用各方向异性的并且主要在平面内重新分布光的漫射体。

图5示出了当被向下按压时纤维如何表现的实施例的示意图。如果光学层11、13、40被进一步向下推，则纤维11被压缩且光变得更漫射。图5示出了：压缩导致散射点或者纤维11的密度增加，同时在系统中仍保持空气间隙40。此散射密度变得更大，因为纤维11在发光器10的顶部上被向下推时弯曲。该弯曲导致平面中的横向散射点的密度增加，因为弯曲的纤维11将作为两个（或更多个）纤维而工作。纤维可能裂开，但纤维11也可能仅仅弯曲并且产生更高的密度。衬底12或者支撑体13也可以是纺织物或光子纺织物。

图6示出了光学圆顶的实施例的示意图，这里其是支撑体13，其具有从其中突出的纤维11。

纤维11可以被模制到支撑体13的顶部或底部，支撑体13被模制在发光器10上。例如，如果硅酮圆顶被模制在纺织物衬底12（未示出）上的发光器10上，则纤维11可以被模制在此结构的顶部上。该圆顶可以是透明的，并且可以包含光散射粒子。该圆顶也可以封装发光器，以使得在发光器10和支撑体13之间不存在空气间隙。

图7示出了编织的散射结构14的实施例的示意图。该结构可以被解释为组合在一个结构中的支撑体13和纤维11。编织技术可以被使用，以便在编织中改变纤维11的高度和间隔，从而帮助使纤维11具有规则的形状和分布。此方法可能是相对廉价的、可再现的，并且是针对LED显示器定制的。以类似的方式，可以使编织的表面粗糙或将其修剪，以便产生突出的纤维以创建图案化的漫射结构。

图8示出了当被向下按压时纤维11如何表现的实施例的示意图，所述纤维被以10度到170度之间的角度附接到所述支撑体13。纤维11与支撑体13之间的角度51对于各个纤维11而言可以不同。纤维11也可以被附接到衬底12。

尽管已经在附图和上述描述中详细地图示和描述了本发明，但是这种图示和描述应被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员根据对于附图、公开以及所附权利要求的研究，在实践所请求保护的发明时可以理解并实现对于所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件，不定冠词“一”不排除多个。某些措施记述在相互不同的从属权利要求中的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (14)

1. 一种发光设备（1），包括发光器（10）、支撑体（13）和附接到所述支撑体（13）的多个突出的纤维（11），所述多个突出的纤维（11）被布置为与从发光器（10）发射的光相互作用，其中所述多个突出的纤维（11）中的每一个纤维与支撑体（13）成一定角度而突出，所述角度在10度到170度的范围中。

2. 如权利要求1所述的发光设备（1），其中所述多个突出的纤维（11）中的每一个纤维基本上垂直于所述支撑体（13）而突出。

3. 如权利要求1或2所述的发光设备（1），其中所述多个突出的纤维（11）基本上是透明的。

4. 如权利要求1到3中的任一项所述的发光设备（1），还包括衬底（12）。

5. 如权利要求1到4中的任一项所述的发光设备（1），其中所述支撑体（13）与所述发光器（10）相关地放置。

6. 如权利要求4所述的发光设备（1），其中所述衬底（12）基本上与所述支撑体（13）平行，所述多个突出的纤维（11）被提供给支撑体的面向衬底（12）的表面，并且所述发光器（10）被提供在衬底（12）的面向支撑体（13）的表面上。

7. 如权利要求1到6中的任一项所述的发光设备（1），其中所述多个突出的纤维（11）是反光的。

8. 如权利要求1到7中的任一项所述的发光设备（1），其中所述多个突出的纤维（11）是从由维可牢、聚合物纤维、玻璃纤维、光纤维、碳纤维、金属纤维、带状物、复合物以及它们的任意组合构成的组中选择的。

9. 如权利要求1到8中的任一项所述的发光设备（1），其中所述多个突出的纤维（11）被随机分布。

10. 如权利要求1到8中的任一项所述的发光设备（1），其中所述多个突出的纤维（11）被布置为图案。

11. 如权利要求1到10中的任一项所述的发光设备（1），其中所述支撑体（13）或者所述衬底（12）基本上是反射性的。

12. 如权利要求1到10中的任一项所述的发光设备（1），其中所述支撑体（13）或所述衬底（12）基本上是漫射的。

13. 如权利要求1到12中的任一项所述的发光设备（1），其中所述支撑体（13）是从由网状物、编织的纤维、非编织的纤维、硅酮、聚合物、陶瓷材料、复合物、玻璃、胶以及它们的任何组合构成的组中选择的。

14. 如权利要求1到13中的任一项所述的发光设备（1），其中所述发光设备（1）被附接到纺织物。

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