CN102511012A - 包含具有眩光减弱的反射屏蔽的光导板的发光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光设备，并且更具体地涉及包括利用全内反射(TIR)的光导的发光设备。发光设备(100，600)包括衬底(3)、安装于衬底(3)上的多个光源(2)和光导板(4)。反射屏蔽(5)被布置为在光源(2)被供电状态下光源(2)朝向光导板(4)的直接光通量具有最大密度的位置处屏蔽光导板(4)。反射屏蔽(5)提高了光的混合并且避免了眩光问题。被输入耦合的光在光导板(4)内通过全内反射被传播，以使得来自不同光源(2)的光在光导板(4)内被混合。进一步，下表面的至少一部分配备有用于光的输出耦合的光学结构(6)。

Description

包含具有眩光减弱的反射屏蔽的光导板的发光设备
技术领域
本发明涉及发光设备，并且更具体地涉及包括利用全内反射(TIR)的光导的发光设备。
背景技术
这里提到的这种发光设备通常由一个或更多个发光二极管(LED)和附着连接于LED的光导板组成。这些已知发光设备的光导层进一步包括用于其发光表面上的光的输出耦合(out-coupling)的若干光学结构。这种类型的发光设备的一个问题是，例如当用于办公室和其他工作场所中的照明目的时，LED的使用会在一些情况下导致眩光问题。例如，欧盟法规将暴露于观察者的亮度限制为在最敏感的方向(相对纵向从90°到65°)上～103cd/m2、以及在其他方向上～104cd/m2。在US2005/0265029中进行了解决这个问题的一种尝试，在其中公开了根据上述内容的一种发光设备。在该现有技术设备中，每个光提取结构位于各自的LED的正上方，并且适应于在接近LED本身的位置上提取较少的光，而在进一步远离LED之处提取较多的光。通过这样做，眩光问题得到减弱。该已知的发光设备的一个缺点是，它提供了非常有限的灵活度，这是因为使现存的设备适应于不同的要求是困难的。如果由于被改变的要求而需要具有更大光通量的发光设备，根据现有技术的设备不能简单地利用功率更大的LED而被升级。这是因为，光导板适应于通过由光提取结构进行的光提取的减少，来提供一定程度的眩光保护。因而，如果功率更大的LED要被用于该已知系统中，则眩光问题将会产生。同样地，如果一个或更多个LED要被去除，或者如果一个或更多个LED失灵，则由于每个阵列单元被直接暴露于对应的LED，对应的一个或更多个阵列单元将变得比邻近的阵列单元显著更暗。
发明内容
本发明的一个目的是减弱或者甚至克服该问题，并且提供一种可以取决于预期用途而配备不同类型和不同数量的LED的发光设备。
根据本发明的第一方面，利用根据如权利要求1中所定义的本发明的发光设备来实现这个和其他目的。因此，根据本发明的一个方面，提供了包括光导板和多个光源的发光设备。光导板具有光出射表面和相对的面向多个光源的光入射表面。光入射表面被布置用于将由光源发出的光输入耦合到光导板中。被输入耦合的光的至少一部分在光导板内通过全内反射被传播，以使得来自不同光源的光在光导板内被混合。光出射表面的至少一部分配备有用于光的输出耦合的光学结构。发光设备进一步包括被提供于在光源被供电状态下光源朝向光导板的直接光通量具有最大密度的位置处的反射屏蔽。通过这种方式，每个用于光的输出耦合的光学结构不被暴露于来自光源的高密度直接光。作为替代，所述多个光源发出的光的混合发生于它被输入耦合到光导板中并且可以通过光学结构出射之前。这提供了非常有效的眩光保护。
根据发光设备的一个实施例，反射屏蔽被提供于光导板的光入射表面上在光源被供电状态下光源朝向光导板的直接光通量具有最大密度的位置处。反射屏蔽可以在光导板的生产过程中被容易地提供于光导板的光入射表面上。
根据发光设备的一个实施例，光源被安装于衬底上，并且其中面向光导板的衬底的表面配备有反射屏蔽。已被反射向光源的光将会被反射回光导板，从而提高光学效率以及不同光源发射的光的混合。该混合对光源的色温和通量的差异进行了平均，从而增大发光设备的装箱(binning)容差。
根据发光设备的一个实施例，多个光学结构被提供为光导板的光出射表面上的单独的出射窗口，并且光导板的光出射表面的非结构区域的至少一部分是平坦的。通过交替光导板的表面上的用于光的输出耦合的光学结构和平坦部分，可以获得多种多样的不同出射窗口图样。
根据发光设备的一个实施例，为了提供光的二次输出耦合，向光导板的平坦光出射表面的一部分中引入粗糙。
根据发光设备的一个实施例，通过被沿着光导板的外边缘布置的侧壁，光导板被连接到衬底，并且其中侧壁的内表面配备有反射屏蔽。反射屏蔽提高光效率以及发光设备内的光的混合。
根据发光设备的一个实施例，侧壁被布置为使得光导板的横向表面被暴露。通过使光导板的横向表面被暴露，可能将多个发光设备互相耦合，以使得光将在不同发光设备的光导板之间被传播。
根据发光设备的一个实施例，侧壁被布置为使得它们覆盖光导板的横向表面。
根据发光设备的一个实施例，光源包括发光二极管。
根据发光设备的一个实施例，光学结构包括圆锥形透镜。
根据发光设备的一个实施例，光学结构包括具有棱锥形状的单元。
根据发光设备的一个实施例，光学结构包括扩散单元。
根据发光设备的一个实施例，光学结构包括折射准直结构。
根据发光设备的一个实施例，反射屏蔽被提供在光导板上以使得光导板的光出射表面的至少10％并且不超过90％的区域被屏蔽。
根据本发明的进一步的方面，提供了包括这样的发光设备的灯具。
注意本发明涉及在权利要求书中陈述的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的附图而更详细地描述本发明的该方面或其他方面。
图1示出了根据本发明概念的发光设备的实施例的图解截面侧视图。
图2-4示出了根据本发明的光导板的不同实施例。
图5示出了根据本发明的发光设备的实施例的图解截面侧视图。
图6a-6f示出了本光学概念所允许的光学结构的不同图样的例子。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的发光设备100。发光设备100包括由诸如铝或者其他金属或者聚合物衬底之类的任何合适的材料制成的衬底3。在此情况下为LED的多个光源2被附着于衬底3的下侧，并且适应于在发光设备100的光出射窗口的方向上向下产生光。由于LED产生的热量可以向上离开发光设备100，所以这提供了良好的热效率。
在衬底3下面并且基本上与之平行而布置光导板4。该光导板4由诸如丙烯酸酯或者聚碳酸酯之类的半透明材料制成。光导板4的光出射表面配备有一个或更多个用于光的输出耦合的光学结构6。这些光学结构6被形成为光导板的光出射表面上的单独的光出射窗口。光学结构6可以以例如圆锥形透镜或者棱锥的形式来提供，并且可以具有变化的尺寸和光提取属性以创造不同光分布，例如同时来自相同灯具的一般光和墙壁照明。反射屏蔽5被布置于光导板4的光入射表面上光源被供电状态下光源朝向光导板4的直接光通量具有最大密度之处。反射屏蔽5例如可以包括金属化层、具有反射粒子的黏合剂、电介质多堆叠层或者反射聚合物膜。由于光导板4在光源的通量具有最大密度之处被屏蔽，所以反射屏蔽5也将保证高效的眩光保护。由光源产生的光L1、L2可以被分为三个不同的部分，其中一部分L11、L21被光学结构6透射并且重新定向，第二部分L12、L22被反射回光源，而第三部分L13、L23被输入耦合到光导板4中，在光导板4中光L13、L23可以行进通过光导板4，并且和来自其他光源的光混合，并且最终通过光导板的光出射表面上所提供的任意光学结构6离开光导板4。被反射回光源2的光L12、L22将被衬底3再次重新定向朝向光导板4。这提供了来自不同光源2的光的甚至在其被输入耦合到光导板中之前有效混合。与在光导板4中发生的混合相组合，由光源2可能具有不同的亮度和颜色的事实导致的装箱问题可以被有效地减少。并且，由于光源2被藏在反射屏蔽5后面的事实，LED的失灵将几乎不可见并且将不会显现为一个光学结构变得另一个显著更暗。作为替代，根据本发明的设备中的单独LED的失灵将显现为来自所有光学结构6或者至少来自区域内的若干光学结构的光强的少量减少。应该注意反射屏蔽5不一定被布置在光导板4本身上。只要它被放置于在光源被供电状态下光源朝向光导板4的直接光通量具有最大密度之处，则它可以被布置于光源2和光导板4的光出射表面之间的任何地方。
参考图2-4，示出了光导板4的不同实施例。在图2中，示出了一个实施例200，其中光学结构6被提供于比光导板4的光出射表面的其余部分更低的位置。通过在光导板4的光出射表面上而不是在光入射表面上提供反射屏蔽7，可以保证光将只在光学结构6处离开光导板4，并且同时光导板的总厚度可以被保持为常数。
图3示出了光导板4的一个实施例300，其中向光导板4的光出射表面的平坦的部分中引入受控粗糙8。该粗糙8充当二次光提取表面并且可以被成形为标识、公司名称或者任意其他期望的形状。该二次光提取表面通常将不会提供像光学结构6那样强的亮度，但是将更多地提供鲜明的外观。还可能为了创造不同的图样而变化表面上的粗糙8。和使用不同类型的光学结构6的可能性一起，这提供了非常高的设计自由程度。还可能在光导板4的整个非结构表面上提供这样的受控粗糙，并且如果想要在相反的方向上提取光，则也可以在光导板4的光入射侧上提供表面粗糙。
图4示出了将创造不同光分布的两个不同的光学结构6。这仅仅是非常宽范围的可能的结构中的两个例子，并且该图意图示出在光导板的光出射表面的不同位置上具有不同类型的光学结构的原理。
图5示出了根据本发明的一个实施例的发光设备600。在这个实施例中，反射屏蔽5被提供于光导板4的光入射表面上在LED被供电状态下LED朝向光导板4的直接光通量具有最大密度之处。在该位置提供反射屏蔽来重新定向光是避免眩光问题的有效措施。当使用当今的高功率LED作为光源时，为了提供足够的眩光保护，发现在一个区域上提供反射屏蔽5以使得反射屏蔽5和LED 2一起形成具有至少60°的锥角α的圆锥是足够的。当然，反射屏蔽可以适应于形成任何合适的锥角。如果不同类型的LED 2被用在一个相同的发光设备600中，则反射屏蔽5单独地适应于每个LED 2。对于更大的入射角度，光导板4的半透明材料将减少观察到的亮度并且提供足够的眩光保护。就在LED下方的屏蔽与半透明材料对于横向发射的光强的改进的去眩光品质的组合，提供了非常有效的去眩光概念。再次，应该注意反射屏蔽5不一定被直接布置于光导板4。只要它被放置于在LED被供电状态下LED朝向光导板4的直接光通量具有最大密度之处，并且满足所需的锥角，则它可以被布置于光源2和光导板4的光出射表面之间的任何地方。然而，由于效率的原因，应该避免非常接近于光源的位置。没有示出在图中的另一个可能性是提供来自衬底3的部分的光的输出耦合。经常期望非直接成分来创造例如天花板亮度等。这可以通过在衬底3中提供光导材料的发光岛来实现。与之前描述的光导板4类似，来自于光导材料的光的输出耦合可以利用光学结构或者通过向光导材料的表面中引入粗糙来实现。
进一步，沿着光导板4和衬底3的外边缘提供侧壁9从而将它们互相连接。侧壁9的内表面和衬底3的下表面也配备有反射屏蔽5。再次，反射屏蔽5例如可以包括金属化层、具有反射粒子的黏合剂或者反射聚合物膜。然而，反射屏蔽也可以通过为衬底3和内壁9选择合适的材料来获得。合适的材料的例子包含金属，该金属如果必要则使得所讨论的表面被处理以获得好的反射属性。
在除了被放置于由临界锥角定义的区域之外的光导板4的光入射表面上的输入耦合区域以外的面向发光设备的内部的所有表面上提供反射屏蔽5，保证了甚至在光被输入耦合到其中发生进一步混合的光导板4之前由单独的LED 2发射的光的非常高效的混合，这使得发光设备对因为LED一般在颜色和亮度方面不同的事实而出现的装箱问题相当不敏感。如在例如US2005/0265029中所示出的那样，利用现有技术的方案，每个光学结构被放置在LED前，并且LED发射的光的大部分将被直接透射到外面。在该现有技术中由单独的光学结构发射的光将因此被观察者感知为具有不同的颜色和强度。
发光设备可以形成一个灯具。
仍然参考图5，现在将讨论根据本发明概念的发光设备的另一个可能性。多个发光设备600可以被彼此相对安置来形成一个由多个单独的发光设备600构成的灯具。如果必要，例如基于能耗原因或者仅仅在期望更少的光时，单独的发光设备中的一个或更多个可以被关断。由于侧壁9被布置于光导板4顶部以使得光导板4的横向表面暴露，并且由于光导效应，所以被关断的设备的发光区域将不会变黑，而仍然发射一束光。然而，如果意图使用单个发光设备600，则侧壁9可以被布置为覆盖光导板4的横向表面。
图6a-6f仅仅意图呈现本光学概念所允许的许多出射窗口图样中的一些。灰色区域是由光学结构6形成的发光区域。
图6a示出了包括被围在具有中空四边形形状的另一个光学结构6内的方形光学结构的出射窗口图样。
图6b示出了包括均匀地分布在光导板4的表面上的多个圆形光学结构6的出射窗口图样。
图6c示出了包括以六个为一组布置的多个圆形光学结构6的出射窗口图样，其中每一组描述或多或少圆形的图样。
图6d示出了包括均匀地分布在光导板4的表面上的多个方形光学结构6的出射窗口图样。
图6e示出了包括以四个为一组布置的多个圆形光学结构6的出射窗口图样，其中每一组描述一个倾斜的正方形。
图6f示出了包括被围在被成形为中空圆形的另一个光学结构6内的圆形光学结构的出射窗口图样。
于是，使用根据本发明的发光设备，一个外壳可以配备用于不同的应用的更多或者更少的LED。并且由于LED技术的发展不断地增加每个LED的通量值，所以有必要能够连续地改造系统。同样地，在根据本发明的发光设备内LED的定位是或多或少不相关的，特别是对于光学结构，只要符合锥角即可，这将允许具有低容差要求的简单和健壮的架构。
本领域技术人员意识到本发明决不被限制于上面描述的优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化都是可能的。例如，光导板不一定是平坦的，而是可以相反具有弯曲的形式。进一步，取代使用LED作为光源，也可以使用OLED条作为光源。

Claims (15)

1.一种发光设备(100，600)，包括多个光源(2)和光导板(4)，其中所述光导板(4)具有光出射表面和相对的面向所述多个光源(2)的光入射表面，其中所述光入射表面被布置用于将由所述光源(2)发射的光输入耦合到所述光导板(4)中，其中所述被输入耦合的光的至少一部分在所述光导板(4)内通过全内反射被传播，以使得来自不同光源(2)的光在所述光导板(4)内被混合，并且其中所述光出射表面的至少一部分配备有用于光的输出耦合的光学结构(6)，并且其中所述发光设备(100，600)进一步包括被提供于在所述光源(2)被供电状态下所述光源(2)朝向所述光导板(4)的直接光通量具有最大密度的位置处的反射屏蔽(5)。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述反射屏蔽(5)被提供于所述光导板(4)的光入射表面上在所述光源被供电状态下所述光源朝向所述光导板(4)的直接光通量具有最大密度的位置处。
3.根据前述权利要求中的任意一项所述的发光设备，其中所述光源(2)被安装在衬底(3)上，并且其中所述衬底(3)面向所述光导板(4)的表面配备有反射屏蔽(5)。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的发光设备，其中多个光学结构(6)被提供为所述光导板(4)的光出射表面上的单独的出射窗口，并且其中所述光导板(4)的光出射表面的非结构区域的至少一部分是平坦的。
5.根据权利要求4所述的发光设备，其中为了提供光的二次输出耦合，向光导板(4)的平坦光出射表面的一部分中引入粗糙。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的发光设备，其中通过被沿着光导板(4)的外边缘布置的侧壁(9)，光导板(4)被连接到衬底(3)，并且其中侧壁(9)的内表面配备有反射屏蔽(5)。
7.根据权利要求6所述的发光设备，其中所述侧壁(9)被布置为使得所述光导板(4)的横向表面被暴露。
8.根据权利要求6所述的发光设备，其中所述侧壁(9)被布置为使得它们覆盖所述光导板(4)的横向表面。
9.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述光源(2)包括发光二极管。
10.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述光学结构(6)包括圆锥形透镜。
11.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述光学结构(6)包括具有棱锥形状的单元。
12.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述光学结构(6)包括扩散单元。
13.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述光学结构(6)包括折射准直结构。
14.根据权利要求2所述的发光设备，其中反射屏蔽(5)被提供在所述光导板(4)上以使得所述光导板(4)的光出射表面的至少10％并且不超过90％的区域被屏蔽。
15.一种灯具，包括根据前述权利要求中的任意一项所述的发光设备。
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