CN103104837A - 照明系统、照明组件、改善相邻led组件的照明的方法和光孔的用途 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及一种照明系统，所述照明系统包括:彼此相邻安排的发光二极管组件(10、20)，优选地以一种矩阵结构安排发光二极管组件(10、20)。通过引入光孔（101），光孔安排在两个或几个相邻组件之间，每个组件包括一个混合室（11、21），使光能在相邻组件的混合室之间侧向透过，由此使感觉到的来自相关的组件照明窗口的照明是均衡的。因此，本发明便于在不需要电子控制系统的情况下均衡感觉到的照明。

Description

照明系统、照明组件、改善相邻LED组件的照明的方法和光孔的用途

技术领域

本发明一般地涉及包括发光二极管组件的照明系统，更加具体地说，本发明涉及改善发光二极管组件系统的照明特性的系统和方法，本发明还涉及用在这样的系统中的发光二极管组件。

背景技术

众所周知的是，当为了普通照明应用安排照明系统的时候，使用包括发光二极管（LED）的组件。当设计这些发光二极管系统和发光二极管组件时，应该关注的是要实现便于得到期望的强度、均匀性、和各颜色的色温的系统，并且这个系统优选地需要最低数量的设计工作。在一般情况下，其中的照明尽可能均匀的系统是最优选的。

在一种类型的常规发光二极管组件中，光混合室用于漫射来自一个或几个发光二极管的光，以便实现来自包括发光二极管的光混合室的更加均匀的光。具体来说，如果在光混合室中从具有不同颜色的几个发光二极管发出光，则这个光混合室还有一个作用就是颜色混合室。在这种情况下，光混合室漫射来自不同颜色的发光二极管的光，使得离开光混合室的光被感知为具有均匀的颜色。如果发光二极管系统和光混合室安排得适当，则这种颜色例如可以是白色。

与包括几个相邻光混合室的发光二极管系统有关的一个问题是，从不同的室发出的光没有被感知为具有相同强度或颜色。这可能是例如由于在不同的或单个的发光二极管之间光的强度和颜色或波长发生了变化，即，如果相同的电流加到两个单个的发光二极管上，则在两个发光二极管之间的强度或色温仍可能不同。而且，单个发光二极管以不同的过程老化，即，一个特定的发光二极管的参数与另一个发光二极管的参数相比，随时间改变不同。因此，要注意的是，通过控制加到所述发光二极管上的电流来控制发光二极管的强度和颜色。

WO2004/002198公开了一种用于控制和维持来自发光二极管组件的光特性的设备。按照这个文献，发光二极管组件的光强度和颜色是使用光学传感器、辅助电子设备、和控制系统进行测量和保持不变的，这里的光学传感器安装在发光二极管之间。

与所述的控制光分布的方式有关的一个缺点是需要设计一个控制系统。另外，传感器和控制系统可能会限制照明系统的设计。第三，对于这种设计，传感器增加了体积，并可能使发光二极管的光分布变阴暗。第四，要求所有的传感器都准确地操作是不可靠的。例如，如果传感器之一损坏或毁坏，这个系统就不能正确地调节相关的发光二极管（一个或多个）。

JP特开平11-163412A公开了一种安装在框架内的照明模块的二维阵列，但是在相邻照明模块之间并不存在可以交换光的任何互连。

JP特开2004-12728A公开了一种用于显示器的背光单元。在这个单元中，安装了大量的平行定位的线性光源。这些光源向前发射光，以穿过显示屏；这些光中的部分光在向前的方向中将被三角形结构反射。在该文件中存在间隔的目的并不在于混合光：每个间隔仅仅具有一个荧光管。反射材料将来自荧光管的非朝向上方的光重定向（反射）到朝向上方。由于反射材料之间的三角形部分，从荧光管发射的光不能在反射材料之间反射多次。

发明内容

本发明的一个目的是消除或者至少是减轻与发光二极管照明系统有关的上述问题。

本发明基于如下的认识：通过在两个或几个相邻的组件之间引入光孔，其中每个组件包括一个混合室，以使光侧向透射到组件的混合室或侧向从组件的混合室发出，从而使所感觉到的来自所述组件的照明是均衡的。换言之，由于在所述的混合室中不仅漫射或混合来自一个混合室的光，而且漫射或混合来自相邻混合室的光，这样就减小了从不同组件发出的光之间的差异，例如关于色温和光强度之间的差异。而且，当直接看这样的组件系统时，或者观看从这样的组件系统发出的光的反射时，与没有上述孔的系统相比，会感觉到更加均匀一致。这是有益的，因为许多客户喜欢均匀的照明系统。

本发明的这个目的是通过按照所附的独立权利要求1、10、13、15所述的系统、组件、方法、和用途实现的。在从属权利要求中定义了优选实施例。

按照第一方面，本发明提供一种通用的照明系统，所述照明系统包括彼此相邻安排的第一发光二极管组件和至少一个第二发光二极管组件。此外，每个这样的组件都有一个光混合室，和至少一个发光二极管组件，所述发光二极管组件用于在所述的光混合室内发光并且通过组件照明窗口向其外部发光。此外，所述照明系统包括至少一个光孔，光孔安排在相邻的组件之间，用于使光能从所述组件之一进入相邻组件的光混合室，反之亦然。对于组件的光混合室进行安排，以使由所述组件中发光二极管发出的光以及从相邻组件通过所述孔透射入组件的光混合室的光都在所述室中以这样的方式漫射和混合:使得感觉到的来自相关的组件照明窗口的照明是均衡的。

光混合室的一个目的是发射尽可能多的光，同时实现所需的光输出均匀性。光混合室还可以用于混合来自几个发光二极管的具有不同颜色的光。按照本发明，光混合室进一步用于混合从一个组件发出的光与从相邻组件发出的光。而且，应该理解，组件光发射窗口不包括相邻组件之间的所述孔。相反，在大多数情况下，所述孔和所述组件照明窗口指向垂直的方向。

按照第二方面，本发明提供一种照明组件，所述照明组件用在涉及该第一方面描述的通用照明系统中。所述组件设有至少一个涉及该第一方面描述的孔，使得如果第一和第二这样的组件彼此相邻地安排，发光二极管的光就可以从所述第一组件透射进入该第二组件进行漫射和混合，反之亦然。

按照第三方面，本发明提供一种方法，通过将发光二极管的光从所述组件中之一透射入相邻组件的光混合室，反之亦然，以便均衡感觉到的来自相关的组件照明窗口的光，从而改进在通用照明系统中来自相邻发光二极管组件的照明，其中每个所述的组件包括一个光混合室。

按照第四方面，本发明提供在通用照明系统的相邻照明组件的框架结构中至少一个透光孔的用途，用于实现光在所述组件的光混合室之间传输，以便均衡来自与所述发光二极管组件有关的组件照明窗口的感觉到的照明。

与上述第四方面有关的一个优点是，从所述照明系统提供更加均匀光分布而不用任何额外的部件。因此，可以维持照明系统的紧凑设计。另一个优点是，不用重新安排发光二极管就可以提供这样更加均匀的光分布。因此，本发明通常便于实施。

下面列出与本发明的不同实施例有关的一系列优点。所有这些优点的共同点就是所述的系统可以使感觉到的来自相关组件照明窗口的照明是均衡的。

在这样的照明系统的实施例中，通过所述组件沿两维方向相互相邻安排，来使它们可以提供相邻组件的一个矩阵。例如，相邻组件的第一行与相邻组件的第二行相邻地排列，如此等等。以此方式，可以得到光组件的一个矩阵，这个矩阵有均匀的光分布。

这样的一种照明系统的另一实施例的特征在于，其中的每个发光二极管组件都是独立（self-contained）的发光二极管单元，具有包括一个孔的框架结构。如这里所用的，该术语“独立单元”指的是包括一个或几个组件的、可独立地使用或者优选地与其它单元组合地使用的单元。这些单元通过按照本发明相互相邻地排列单元,便于组装大面积的发光二极管系统。进而，简单地通过按照不同的方式安排组件就可以实现具有不同几何形状的大面积发光二极管系统。

一种照明系统，其中该光混合室是反射性的，具有漫反射的和／或镜面反射的壁，因为具有反射性的室便于在室内有效的漫射和混合光，这是有益的。通常需要这样的漫射，来高效率地实现均匀的照明。

一种照明系统，其中所述的组件基本是具有直角平行六面体、三角形、六角形的形状，有益于方便在矩阵结构中安排几个这样的组件，产生均匀的照明。

一种照明系统，其中孔由光透明塑料或玻璃构成，有益地提供照明组件的更刚性的结构。

在一种照明系统中，每个组件包括一组发光二极管。这是有益的，因为来自每个光混合室的照明将是来自所述组中每个单个的发光二极管的光的平均值，并且因此来自所述组件的照明感觉更加均匀。

在另一个实施例中，所述一组发光二极管的中心基本上就是所述组件相对于所述组件照明窗口的中间位置。这是有益的，因为较少的光受到框住所述窗口的边缘的限制，并且因此所述更多的来自所述发光二极管的直接光从窗口发射。

一种照明系统具有这样优点，如果相应地排列发光二极管和光混合室，可促成几乎任何期望的颜色。通过使用例如红和黄发光二极管的正确混合，可以得到任何颜色深浅的橙色。通过混合来自例如红、绿、蓝发光二极管的光或者通过混合来自例如红、蓝、黄、绿发光二极管的光，可以得到白色。在大多数情况下，通过在相同的室内安排几个二极管，可以得到比在每个室内只安排一个二极管更加均匀的光。

一种孔具有基本上长方形的形状的照明系统，提供了容易设计和制造的孔。

以上描述了按照本发明的实施例获得的几个优点。类似的优点还可通过所述照明系统、所述组件、所述方法、和所述用途的对应实施例实现,其由分别涉及照明组件、方法、和用途的从属权利要求限定。

从下述实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见并得到说明。

附图说明

图1A和1B示意地表示按照本发明的组件；

图2示意地表示按照本发明的第一实施例的照明系统；

图3示意地表示本发明的另一个实施例；

图4示意地表示本发明的第三实施例，其中的一组组件排列成矩阵结构。

具体实施方式

下面描述按照本发明的优选实施例，其中参考符号在全部的附图中代表相似的或者对应的部件。所有的实施例适当地包括了用于操作发光二极管的常规的电子电路，所述的电子电路在本领域中是公知的，因此在这里不作更加详细的描述。

图1A表示按照本发明的发光二极管组件10的示意剖面图。这个组件包括光混合室11，其中安排两个发光二极管12、14，每个发光二极管都由反射体15、16和透镜包围。在这个实施例中，使用侧面发射的发光二极管。这样的发光二极管的优点是，通过发光二极管的侧面发射的辐射图形，便于实现具有相当低数目的壁上反射的发光二极管的混合。因此，可以提供很高的效率。室壁由组件框架壁结构2和底限定，其中包括安装发光二极管的反射性的二次基板17。框架壁结构2包括4个直角的、反射性的侧壁18、19，侧壁18、19垂直于所述基板。合适的反射材料例如是来自Alanod的Miro板材，它是一个漫反射的涂层，还有来自Labsphere的Spectraflect型反射涂层和来自Philips的NBC涂层，它们都包含强反射颗粒。还要提供一个上部透射性照明组件窗口13，窗口13平行于所述基板。换言之，室壁17、18、19中的5个基本上是反射性的，因此击中它们的光将要反射回到室11内，或者通过组件照明窗口13射出。然而，击中组件照明窗口13的一部分光也可能被反射。只要光被某个壁反射，这个光就要继续击中另一个壁，一直到这个光或者通过组件照明窗口13或者通过在组件中安排的孔101找到了它的出路为止，只是这个光的一个微小部分在室11中被吸收。

在没有混合室11的一种结构安排中，并且其中组件照明窗口13是普通的透明玻璃板，观看组件照明窗口的某个人可能会看到源自发光二极管的两个不同的光点。通过引入正确设计的室11，光的大部分将要穿过组件照明窗口13，否则这些光会在组件内被吸收。而且，穿过这个窗口发射的光将会更加强烈地漫射，因为某些光将会在混合室内部来回散射。

在一般情况下，在组件10内部安排发光二极管12、14有几种不同的方式。发光二极管或者全都是相同的颜色，或者它们中的一个或几个与其余的发光二极管相比具有不同的颜色。例如，通过在光混合室混合来自4个不同的发光二极管（例如绿、黄、红、蓝）的光，或者通过涂以磷的蓝色发光二极管，可以得到白光。此外，取决于期望的照明设计，在每个组件内可以安排一个或几个发光二极管。而且，发光二极管可以散开或者可以集中在组件的中间。

按照本发明，在图1A的组件10的侧壁18、19上安排光孔101。每个这样的壁都设有两个隔开的、细长的、长方形的光孔101、102，一个在另一个的上面。设置这些孔的目的是使光能够透射出组件并进入另一个相邻组件的反射室，且反之亦然，其目的在于均衡来自两个组件的感觉到的照明的差异。因此，安排光孔101、102主要是为了使光沿基本上垂直于透过所述组件照明窗口13的光的主方向的方向传播。换言之，如果假定通过所述组件照明窗口发出的光是向上发射的，则可以认为透过所述孔的光是侧向发射的。这些孔的大小和形状取决于来自于所述组件的期望的光分布。在有关图2的描述中，将对此做进一步的描述。

图1B是图1A所示的相同实施例的三维视图。这个图表示二次的透射性的组件照明窗口13和结构2，结构2用于在四侧框住所述的组件。在四侧之一以及这一侧的相对侧（未示出）提供的结构具有所述的两个孔101、102。

在图2中，示意地给出按照本发明的组件的概观。在第二组件20和第三组件30之间并且与这两个组件相邻地安排第一组件10，因而它们提供一行组件。如关于图1所描述的,在内部安排所述组件的每一个。按照本发明，在限定组件10、20、30的各结构2、3、4中安排孔101、102、202、301，从而使来自例如第一组件10的光分别通过孔101、202及102、301进入周围组件20、30的混合室21、31，反之亦然。即,来自周围组件20、30的光也通过所述的孔101、202、102、301进入所述第一组件10的光混合室。光孔可以通过壁结构中的孔形成，或者由玻璃或塑料构成，一般是PMMA或聚碳酸酯。唯一的要求是该孔对于相关发光二极管产生的波长是透射性的。如何最优选地安排该孔取决于应用和设计参数，例如重量、费用、抗冲击和防水。与分隔组件的壁相比，该孔可以是相当大的，但精确的要求取决于期望的光分布和在每个组件中光线跟踪（raytracing）以及瞄准的均匀性。

图3示意地描述本发明的另一个实施例，它基本上具有与图1描述的实施例相同的全部特征。所述的附图表示出照明窗口13和限定所述组件的结构2，基本上如以上所述排列。在框架结构2的四个侧壁安排组件孔105、106、107、108，并且这些组件孔垂直于组件照明窗口13，用于使矩阵系统中的光侧向分布。使孔105－108与组件的侧壁相比上相当地大。此外，将这些孔安排在本领域公知的锁紧装置110的每一侧，锁紧装置110设计成可以与相邻组件的对应锁紧装置啮合，从而可以稳定组件的矩阵结构。在每个组件的底部有散热片115,以促进组件的散热。此外，为了便于安排几个组件成一个矩阵结构，这些组件具有基本上矩形平行六面体的形状，即有3对平行的矩形侧面。当在两维方向平铺形成这样组件的矩阵时，每个组件都按照常规的方式连接到基板插座109上。这些组件是独立单元，并且在这个实施例中，将控制系统和电子电路设计成,当安装一个单元时不需要任何其它的调整，除了将这个单元连接到插座上，优选地提供对于电子电路的连接。与独立组件有关的另一个优点是，取决于当前照明应用的要求，相同组件很容易地排列成不同的几何图形。

在图4中，彼此相邻地安排12个与针对图3描述的单元相似的独立单元。由结构2框住每个单元，其中安排孔。在一个实施例中，根据组件在矩阵中安排的位置，安排其对应数量的壁有孔，按照本发明每一个都安排了孔。例如，在边角组件30中只有两个壁4、5安排有孔，而在中央组件10中在框住所述组件10的结构2的所有4个壁上都安排有孔。使矩阵系统的框架表面是反射性的优点是，可以实现朝向行或矩阵的边缘的更加均匀的光分布。在一般情况下，在整个照明表面上优选有相同的光分布。另一个优点是，通过组件照明窗口可以发射更多的光。优选地，在中央组件内，使得在锁紧装置110后面的表面111为反射性的，以使在所述混合室内能够最大限度的漫射和混合光。

在另外一个实施例中，组件的侧壁是可以更换的，即，可以拆掉它们并用具有期望的性质的不同侧壁代替它们。例如，在一个矩阵的一个外围组件中，可以用一个反射性的壁替换不与任何其它组件壁相邻的一个侧壁。此外，如果一个组件侧壁与另一个组件相邻，则这个侧壁可以用透明塑料替代。

在又一个实施例中，在一个框架内安装一个照明系统或独立单元的矩阵。将这个框架安排成当在这个框架内相互相邻地安装组件的时候，框架的反射面将要反射透过所述照明系统的外壁的光再次回到这个组件内。这便于在矩阵的所有位置使用相同类型的组件，优选的为中央组件。有益地，通过反射通过所述外壁发射的光回到室内，增加了透过所述组件照明窗口的发光二极管光的量。

以上提出了一系列不同的照明组件的结构。然而，其它的结构也是可能的，并且可以被认为是不超出本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求书限定。应该理解，在本说明书中，“包括”的使用并不排除存在其它的元件或步骤，使用“一个”并不排除多个。

Claims (15)

1.一种照明系统，所述照明系统包括:

彼此相邻安排的第一发光二极管组件(10)和至少一个第二发光二极管组件(20)，每个组件都有光混合室(11；21)，和至少一个发光二极管（12；22），用于在所述的光混合室(11；21)内发光并且通过组件照明窗口（13；23）向光混合室外发射光；和，

至少一个光孔（101），光孔安排在所述组件之间，用于使光能从所述组件之一进入相邻组件的光混合室，以及用于使光沿相反方向通过，以使感觉到的来自相关的组件照明窗口的照明是均衡的。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述组件沿两维方向安排，以使它们形成相邻组件的一个矩阵。

3.根据前述权利要求中任何一个所述的照明系统，其中每个发光二极管组件（10，20）都是独立的单元，由包括所述至少一个光孔（101）的结构（2）框住每个发光二极管组件（10，20）。

4.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述光混合室（11，21）是反射性的，从而漫射所述发光二极管的光。

5.按照权利要求1或2所述的照明系统，其中所述照明系统用于二维铺设，所述组件中的每一个基本上具有直角平行六面体、三角形或六角形的形状。

6.按照权利要求1或2所述的照明系统，其中所述的孔（101）包括对于所述发光二极管发射的光是透明的塑料或玻璃。

7.按照权利要求1或2所述的照明系统，其中所述至少一个发光二极管是一组发光二极管。

8.根据权利要求7所述的照明系统，其中所述一组发光二极管相对于所述组件的照明窗口在所述组件的中心。

9.根据权利要求7所述的照明系统，其中所述一组发光二极管包括至少两个具有不同颜色的发光二极管。

10.一种照明组件，所述照明组件用在前述权利要求中任何一个所述的照明系统，所述照明组件包括：

限定光混合室（11）的框架结构（2）；

至少一个发光二极管（12），用于在所述光混合室（11）中发射光并且通过一个组件照明窗口（13）向光混合室外发射光；和

至少一个光孔（101），安排在所述框架结构（2）中，用于使来自所述至少一个发光二极管（12）的光从所述光混合室进入另一个这样的照明组件的光混合室，以及用于使光沿相反方向通过，当所述的照明组件相互相邻地安排时，用于均衡感觉到的来自相关组件照明窗口（13，23）的照明。

11.根据权利要求10所述的照明组件，其中所述的照明组件基本上具有直角平行六面体的形状。

12.根据权利要求10或11所述的照明组件，其中所述的光混合室是反射性的。

13.在照明系统中改善来自相邻发光二极管组件（10，20）的照明的方法，其中的每个组件包括至少一个光孔（101）和用于漫射和混合来自发光二极管的光的室，所述方法包括如下步骤：通过所述相邻发光二极管组件的对应光孔（101），将发光二极管的光从所述组件（10）之一透射入相邻组件（20）的光混合室（21），以及用于将发光二极管的光沿相反方向透射，以便均衡感觉到的来自相关的组件照明窗口（13，23）的照明。

14.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括：穿过限定所述组件的框架结构中的光孔透过所述发光二极管的光。

15.在通用照明系统的相邻发光组件的框架结构中的至少一个光孔（101）的用途，所述光孔（101）的位置设置在所述组件中，使得光能从组件之一进入相邻组件的光混合室，以及用于使光沿相反方向通过，以便均衡感觉到的来自相关的组件照明窗口（13，23）的照明。

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