用于提供中性颜色外观的照明组件、灯具和照明装置
技术领域
本发明涉及具有中性颜色外观的照明组件。
背景技术
在多种照明组件中,发光材料被用来将发光体所发出的光的一部分转换为另一种颜色的光而实现具体颜色的发光。发光层也朝向外界并且因此对看向该照明组件的人可见。特别地,当发光体并未发光时,该发光层具有带颜色的外观。外界光线落在发光层上并且该外界光线的一部分被吸收并转换为另一种颜色,并且该另一种颜色的光被发射回外界。因此,所反射和发射的光的组合具有颜色并且令观看者看上去该发光层具有某种颜色。由于照明组件必须被整合在诸如照明装置之类的具体环境之中并且在这样的环境中必须具有中性外观,所以经常并不期望这样的颜色外观。
所公开的专利申请US2012/0001204涉及一种减少照明组件的颜色外观的颜色调节装置。该颜色调节装置包括额外的发光层,其包括将所吸收的光转换为互补颜色的光的发光材料。该互补颜色的光对(原始)发光层所发出的光进行部分中和从而获得较不显色的照明组件。
在所引用文献的颜色调节装置中,在附加的层中使用了附加的发光材料。许多发光材料是相对昂贵的。另外,该发光组件的发光在使用中也被该附加发光层所影响并且因此发光也包括了该互补颜色。通常并不期望照明组件的发光中出现这样的附加色彩。
发明内容
本发明的目标是提供一种照明组件,其具有更为中性的颜色外观而并不被该照明组件的发光体的发光所影响。
本发明的第一方面提供了一种用于提供中性颜色外观的照明组件。本发明的第二方面提供了一种灯具。本发明的第三方面提供了一种照明装置。有利实施例在从属权利要求中进行限定。
依据本发明的第一方面的照明组件包括出光窗口、光源和部分透光反射体。该光源至少在可见光谱的第一窄带中朝向该出光窗口进行发光。部分透光反射体被布置在该出光窗口并且基本上对可见光谱中除可见光谱的至少第一窄带之外的所有光进行反射。该部分透光反射体被布置在该第一窄带中是透光的。
在该出光窗口处,经由该部分透光反射体,光被透射到该照明组件的外界之中。该部分透光反射体允许该光源所发射的光透射到外界之中,因为其并不在可见光谱的第一窄带中反射光而是对该光进行透射。第一窄带的光的颜色和/或强度并不被该部分透光反射体所影响。由于基本上所有其它可见光都被该部分透光反射体所反射,所以入射在该照明组件上的外界光以最大程度被反射并且因此该照明组件具有中性颜色外观。对于观看者而言,被反射回来的光似乎与外界光具有相同的光谱分布。第一窄带中的光在反射光中的缺失并不会明显改变反射光的色点,因为在大多数常见外界照明条件下,第一窄带中仅存在有限数量的能量并且反射光仅是缺少第一窄带中的该光而已。
所要注意的是,术语“窄”意味着第一窄带的半高全宽(FWHM)宽度并不大于整个可见光谱范围的15%。在一个实施例中,第一窄带的FWHM小于可见光谱范围的10%。因此,换句话说,在一个实施例中,第一窄带的FWHM小于45纳米,或者在另一个实施例中,第一窄带的FWHM小于30纳米。
可见光范围中的光是可以被人裸眼看到的光。通常,可见光范围以大约380纳米的波长(紫色光)开始并且在800纳米(红色光)处结束。
另外,只要光源的发光处于可见光谱范围的窄带之中,每种适当类型的光源就都可以使用。在本文中对适当光源进行讨论,并且示例为:发光二极管(LED)、激光二极管、提供有量子点发光材料的光源,等等。
可选地,该照明组件包括用于在可见光谱的多个窄带中发光的多个发光体。该部分透光反射体被配置为并不反射可见光谱的多个窄带的光并且在多个窄带中是透光的。因此,换句话说,基本上所有入射的外界光都被该部分透光反射体所反射,由此该照明组件具有中性颜色外观。另外,该部分透光反射体基本上对发光体所发射的所有光都进行透射(在该光入射在部分透光反射体的范围内)。
可选地,该光源包括发射具体颜色的光的发光体。该光源进一步包括发光材料,其吸收具体颜色的光并且将所吸收光的一部分转换为另一种具体颜色的光。根据光源的具体配置,该具体颜色的所有光都被转换为另一种具体颜色的光,并且该另一种颜色灯光是第一窄带的光。也有可能,并非发光体所发射的所有光均被转换成另一具体颜色的光,并且该具体颜色的光是第一窄带的光。在该后一种情形中,另一种具体颜色的光是可见光谱的第二窄带的光,并且该部分透光反射体并不反射第一和第二窄带的光而是在该第一和第二窄带中是透光的。该部分透光反射体防止该光源的发光材料的颜色容易被看向该照明组件的观看者所看到。
可选地,该发光材料包括表现出量子局限的材料并且在至少一个维度中为纳米尺寸。如量子点、量子棒、线四角体(wire tetrapod)的照明材料表现出量子局限,这意味着它们具有大小相关的光学属性。该材料为纳米尺寸,这意味着它们的维度在至少一个维度中处于从0.5纳米到100纳米的范围中,或者在另一个实施例中,从1纳米到30纳米的范围中。通常,这样的材料具有相对窄的发光光谱,其例如具有宽度为20纳米的FWHM。这样的材料非常适于在本发明的照明组件中使用,因为该部分透光反射体仅需要在可见光谱的窄带中是透光的以对这些发光材料所生成的光进行透射。
可选地,该部分透光反射体包括二向色滤光器。二向色滤光器仅通过定义明确的颜色范围而对其它颜色进行反射。通过使用一个或多个二向色滤光器,该部分透光发射体可以被配置为使得仅有第一窄带的光通过该部分透光反射体进行透射而其它光则被反射。经常使用术语“陷波滤光器(notch filter)”来替代二向色滤光器。
可选地,该部分透光反射体包括包括二向色镜。二向色镜对可见光谱的定义明确的带中的光进行反射并且允许与该带的波长不同的其它波长的光进行透射。因此,若干二向色镜能够组合在一起和/或与二向色滤光器进行组合以制造允许在一个或多个窄带中的光进行透射而在这些的一个或多个窄带之外的波长的光进行反射的部分透光反射体。
可选地,该部分透光反射体包括多个二向色滤光器。
可选地,该部分透光反射体包括交替的光学层的堆叠,其中两个相邻层的折射率互相不同。通过设计交替层的具体堆叠,其中不同层具有不同的定义明确的厚度,能够获得在可见光谱的一个或多个带中是透光的并且在可见光谱的其它带中进行反射的部分透光反射体。在相邻层的每个界面处,部分具体波长的光被反射并且可以获得不同波之间的具体干涉模式,这导致了该堆叠的具体透射和反射特性。通过仿真和妥善设计,可以设计出交替光学层的适当堆叠。交替的层可以由玻璃、聚合物组合物、有机材料等制成。经常用于这样的部分透光反射体的其它术语是“干涉滤光器”或“薄膜滤光器”。可以获得来自3M的具有类似结构的ESR滤光器。
该部分透光反射体包括朝向远离光源的表面。该表面是漫射反射的。因此,该表面是朝向外界并且是被看向该照明组件的人所看到的表面。该具体表面是漫射反射的并且因此比具有镜面反射的照明组件(其具有镜面外观并且具有更为闪亮/闪光/闪耀的外观)具有更为中性的外观。注意到,本发明并不局限于具有这样的漫射反射表面的照明组件-该表面在其它光学实施例中也可以是镜面反射的。
可替换地,该部分透光反射体包括朝向远离光源的表面。该照明组件进一步包括提供在该部分透光反射体的该表面上的漫射层。因此,该朝向外界并且被观看者所看到的表面的外观并不闪亮/闪光或闪耀而是更为中性的。由于使用该漫射层,该表面获得类似于白色或中性颜色的纸张的外观。另外,通过该部分透光反射体进行透射的光被漫射,这导致了多个方向的发光。经常需要漫射发光,因为其提供了环境中更为统一的照明。
可选地,该漫射层将光漫射到有限范围。通过该部分透光反射体透射的光被在具体的发光角分布(发光角度的光强度相对于所发射光束的中心轴线的角度的分布)中发射,其具有以半高全宽(FWHM)测量的某个宽度。达到有限范围的漫射使得FWHM的宽度增加不超过20度。
根据本发明的第二方面,提供了一种包括根据本发明第一方面的照明组件的灯具。
根据本发明的第三方面,提供了一种照明装置,其包括根据本发明第一方面的照明组件或者包括根据本发明第二方面的灯具。
根据本发明第二方面的灯具和根据本发明第三方面的照明装置提供了与根据本发明第一方面的照明组件相同的好处,并且具有效果类似于照明组件的相对应实施例的类似实施例。
本发明的这些和其它方面参考随后描述的实施例而变得显而易见并且将得以阐述。
本领域技术人员将会意识到,以上所提到的两个或更多的本发明的选项、实施方式和/或方面可以以被认为有用的任意方式进行组合。
与该组件、灯具和/或照明装置的所描述的修改和变化相对应的修改和变化能够由本领域技术人员基于这里的描述而实施。
附图说明
在附图中:
图1a以截面图示意性示出了根据本发明第一方面的照明组件的示例;
图1b示意性示出了光源的发光光谱和部分透光反射体的反射率分布;
图2a以截面图示意性示出了照明组件的另一个示例;
图2b示意性示出了三个不同光源的三种不同发光光谱和另一个部分透光反射体的反射率分布;
图3以截面图示意性示出了照明组件的多个示例;
图4a以截面图示意性示出了部分透光反射体,其包括多个部分透光反射体的独立层的反射率分布;
图4b以截面图示意性示出了透光反射体的另一个示例;
图5a以截面图示意性示出了根据本发明第二方面的改装灯管;
图5b以截面图示意性示出了根据本发明第二方面的改装灯具;
图6示出了根据本发明第三方面的照明装置。
应当注意的是,不同示图中以相同附图标记表示的项具有相同的结构特征和相同的功能或者为相同的信号。在这样的项的功能和/或结构已经被解释的情况下,不必在详细描述中对其进行重复解释。
附图仅作为图示而并非依比例绘制。尤其为了简明,一些尺寸被大幅放大。
具体实施方式
图1a示出了第一实施例。图1a以截面图示意性示出了根据本发明第一方面的照明组件100的示例。照明组件100包括光源110、出光窗口114和部分透光反射体102。在图1a中,照明组件的外壳104以虚线绘出。外壳104是照明组件的可选特征-并不重要的是哪个特定外壳用于容纳光源110并且用于支撑部分透光反射体102,其仅有的重要之处在于具有出光窗口,例如外壳104的出光窗口114。在另一个实施例中,出光窗口也可以是凹进的开口。在图1a中示意性图示的外壳104可以具有盒子形状,其具有光源110提供于其上的基座并且具有处于出光窗口114和该基座之间的壁。光源110在可见光谱的至少第一窄带中发射光112,并且光112朝向出光窗口114进行发射。部分透光反射体102被部署在出光窗口114处。部分透光反射体102对于可见光谱中的最大部分是光反射的并且在至少一个窄带中透光,该窄带基本上等于光源110所发射的光所在的第一窄带。这意味着由光源110所发射的光112透射通过部分透光反射体到照明组件100的外界之中,并且诸如光106、108的外界光被部分透光反射体102反射。
图1b示意性地给出了图表150,其中给出了光源110的发光光谱154连同部分透光反射体102的反射率分布152。x轴表示可见光的波长λ。y轴分别表示以具体波长λ所发射光的强度I以及以具体波长λ所反射的光的相对数量R。发光光谱154相对窄,这意味着发光光谱154的半高全宽(FWHM)数值小于60纳米,在另一个可选实施例中小于40纳米且在又一个实施例中小于25纳米。部分透光反射体102的反射率分布在可见光谱的几乎所有波长处都基本上是平的,并且仅在可见光谱中光源110发光的波长处,反射率分布152具有下沉,这意味着发光光谱154的波长并未被反射。部分透光反射体102的光透射分布(未示出)与反射率分布152的反转相类似,这意味着光透射分布类似于光源110的发光光谱154。因此,具有发光光谱154中的波长的光并不被部分透光反射体102所反射而被透射通过部分透光反射体102。
注意到,反射率分布152被绘制为基本上是平的并且在大多数波长处具有接近于100%的反射率。所绘制的反射率分布152是示意性表示,并且在实际实施例中,反射率可能稍微更低并且可能沿着可见光谱稍微有所变化。反射率至少为80%,并且在其它实施例中,反射率至少为90%。另外,在发光光谱154的窄带中透射通过部分透光反射体102的光可以经受有限数量的吸收。
如果部分透光反射体发射可见光谱中的大部分光,则部分透光反射体的表面对于观看者而言是中性色彩的。在被反射的同时,外界光的分布并不发生变化,并且因此对于观看者而言,该表面似乎并不是非常具有色彩并且甚至看上去为白色(如果部分透光反射体是扩散反射的)-该表面也可能看上去类似镜面,其并不改变反射的颜色(如果部分透光反射体是镜面反射的)。
图2a以截面图示意性地示出了照明组件200的另一个示例。图2b示意性示出了三个不同光源110、220、230的三个发光光谱154、256、258以及另一个部分透光反射体202的反射率分布254。照明组件200包括三个光源220、110、230。每个光源220、110、230在一个窄的发光带中进行发光。。三个窄的发光带可以重叠、部分重叠或者可以是分离的。光源110在如图1a/1b的背景下所讨论的相同的窄发光带154中发射光112。光源220在另一个发光带256中发射光222而光源230在另一个发光带258中发射光232。发光带154、256、258是窄的,这意味着它们的FWHM小于60纳米,或者在可选实施例中小于40纳米,或者在又另一个可选实施例中小于25纳米。
照明组件200进一步包括外壳204,其具有出光窗口114和部分透光反射体202。外壳204的内部形成光混合室。该光混合室的基座和壁如在位置242、244所示意性指示的是漫射反光的。如果光入射在这些壁和基座上,光就以多个方向进行反射。光源110、220、230被提供在光混合室的基座并且被配置为朝向出光窗口114发光。部分透光反射体202被布置在出光窗口114。部分透光反射体202透射由光源110、220、230所发射的光112、222、232并且基本上反射所有其他可见光。所要注意的是,在有利实施例中,该光混合室的壁和基座具有大于80%或者甚至大于90%的反射率。基座和壁这样的反射数值提高了照明组件200的效率,因为并非直接朝向部分透射反射体202发射或者在某一位置被反射的光经由一次或多次反射进行循环而使得其仍然能够被透射到外界之中。
可以使用不同类型的光源110、220、230。在一个示例中,光源是均在另一个发光带中进行发光的发光二极管(LED)。在另一个示例中,光源110、220、230中的一个或多个是激光二极管。在一个示例中,光源110、220、230是蓝色发光LED、红色发光LED和绿色发光LED。LED的其它组合也是可能的,并且光的颜色的其它组合也落入本发明的范围之内。例如,当使用四个光源时,每个光源发射红色、绿色、蓝色和琥珀色四种颜色之一。
在图2b中,示出了其中示出光源110、220、230的发光光谱154、256、258以及部分透光反射体202的反射率分布254的图表。x轴表示可见光的波长λ。y轴表示以具体波长λ所发射光的强度I以及以具体波长λ所反射的光的相对数量R。如以上所讨论的,发光光谱154、256、258相对窄。部分透光反射体202的反射率分布254针对可见光的大多数波长具有相对大的反射数值(处于80%和100%之间),并且仅针对发光光谱154、256、258中的波长,反射数值相对低并且部分透光反射体202具有高透射数值(处于80%和100%之间),这意味着几乎所有朝向部分透光反射体202发射的光都通过部分透光反射体202透射。如图2a所示,分别由光源110、220、230所发射的光112、222、232被透射到外界之中,并且处于其它波长的外界光则被部分透光反射体202所反射。图2b并未给出部分透光反射体202的光透射分布,但是其光透射分布基本上等同于反射分布254的反转。
所要注意的是,如果在本文中提及反射率和透射百分比,则该百分比是具体波长的光的分数,或者它们表示根据具体光分布而可在具体发光中获得的光的总量的分数。例如,如果部分透光反射体202必须要透射第一窄带的光的至少80%,则其必须要透射第一窄带中出现的所有光的至少80%。
图3以截面图示意性示出了照明组件300、320、340、360的多个示例。照明组件300类似于照明组件200,然而,光源304、306、308不同于光源110、220、230。光源304、306、308全部包括被绘制为黑色矩形的发光二极管(LED)312。所有LED312可以是等同的,或者它们可以有所不同。例如,它们可以全部发射蓝色光,或者它们可以发射不同颜色的光。在LED312的顶部提供光转换层310,其包括吸收LED312所发射的光并且将所吸收的光的一部分转换为另一种颜色的光的发光材料。另一种颜色的光在可见光谱的相对窄的带中发射。照明组件300具有三个光源304、306、308,它们均在可见光谱中不同的相对窄的带中进行发光。每个光源304、306、308包括光转换层310,并且不同光源304、306、308的不同光转换层310包括不同的发光材料以获得可见光谱中不同的相对窄的发光。在一个实施例中,至少一种发光材料表现出量子局限,这意味着粒子具有取决于粒子大小的光学特性。材料为纳米大小,这意味着在至少一个维度,它们的大小处于从0.5纳米到100纳米的范围之内,或者在另一个实施例中,处于从1纳米到30纳米的范围之内。这样的材料一般具有相对窄的发光光谱,其例如具有20纳米FWHM的宽度。表现出量子局限的发光材料例如是量子点、量子棒、线四角体(wire terapods)。特别地,这些材料具有相对窄的发光带。也可以使用诸如有机或无机磷光体的其它适当发光材料。部分透光反射体302与部分透光反射体202的不同之处在于其已经被配置为透射光源304、306、308所发射的光并且反射可见范围内的所有其它光。
照明组件320类似于照明组件300。在照明组件300中,光源是LED312和发光层的单独配置,而在照明组件320中提供了一个光源324,其包括朝向发光层322进行发光的多个LED 312,该发光层322包括用于吸收LED所发射的光并且将所吸收光的一部分转换为一个或多个其它颜色的光的一种或多种发光材料。一种或多种发光材料的发光处于可见光谱中的一个或多个相对窄的发光带中。该发光材料可以被配置为发光层322中的混合,但是在可替换实施例中,也可以在发光层322的空间分隔区域中提供单种发光材料。所要注意的是,照明组件320的部分透光反射体302被配置为透射发光层322所发射的光并且反射可见光谱中其它波长的光。以上已经对适当发光材料进行了讨论。
照明组件340类似于图2a的照明组件200。仅有的差异在于使用了附加的可选光学元件。所给出的附加的可选光学元件可以互相结合使用或单独使用,并且它们可以与本申请中所给出的照明组件的任意一个实施例进行组合。
光源110、220、230被提供以反射体344以便将具体形状的光束中的光朝向部分透光反射体302进行反射。这可以防止光入射在外壳的壁上。只要部分透光反射体302并不使得光发生散射,其就可以进一步使得照明组件340所发射的光束形成具体形状。反射体344用作对光束进行准直的器件。在许多实际应用中都需要准直光束的发射,例如,当根据本发明的照明组件在用于对书桌进行照明的照明装置中使用时。可替换地,照明组件340也可以在部分透光反射体302的顶部提供准直薄膜,其中这样的准直薄膜包括微尺寸的准直结构以用于对光进行准直-微尺寸的准直结构的示例是微棱镜。
提供在部分透光反射体302的顶部的另一光学元件是漫射层342。漫射层342对通过层342透射的光进行漫射。因此,被部分透光反射体302所反射的光被漫射两次而通过部分透光反射体202透射的光则被漫射一次。结果,照明组件的外观无光泽的而不是例如镜面反射的。在一个实施例中,漫射层342在有限范围内对光进行漫射。例如,入射在层的一侧上的具有具体角光强度分布的光仅被漫射成使得该角光强度分布的FWHM仅增加30度,或者在其它实施例中仅增加20度。
部分透光反射体302的特性并无明显不同。仅有的重要之处在于,部分透光反射体302透射光源110、220、230所发射的光并且反射可见光谱范围内的其它光。
照明组件360与之前的照明组件实施例仅有的不同之处在于使用了光源的不同组合。例如,光源220为在第一相对窄的发光带中发光的LED。光源306是诸如在照明组件300的实施例中所讨论的结合颜色转换层的LED。在一个实施例中,光源366是具有包括发光材料的混合的发光层的LED。在另一个实施例中,光源366是激光二极管。
图4a以截面图示意性地示出了部分透光反射体400,其包括该部分透光反射体的层402、404、406的反射率分布412、414、416。部分透光反射体400包括三个不同的层402、404、406。在其它实施例中,层的数量可以依据部分透光反射体400所具体要求的特性而有所变化。例如,层402是二向色镜,其仅反射可见光谱范围中第一相对小的带中的光并且透射该第一相对小的带以外的光,诸如反射分布412中所示出的。层404是另一个二向色镜,其仅反射可见光谱范围中第二相对小的带中的光并且透射该第二相对小的带以外的光,诸如反射分布414中所示出的。层406是二向色滤光器,其透射可见光谱范围内定义明确的带中的光并且反射该带以外的光。所示出的是二向色滤光器406的反射率分布416。三个层402、404、406的组合形成了在图4a的底部所示的部分透光反射体400的反射率分布420。因此,通过将具体二向色镜和具体二向色滤光器相结合,几乎能够制造出每一种部分透光反射体400。
图4b以截面图示意性地示出了部分透光反射体450的另一个实施例。部分透光反射体450包括层452..466的堆叠,两种不同材料的层在其中进行交替。第一材料具有第一折射率而第二材料具有与第一折射率不同的第二折射率。层452..456为第一材料而层462..466为第二材料。另外,层具有不同厚度。通过妥善选择具有不同折射率的材料并且妥善选择连续层452..466的厚度,能够依据对具体照明组件中所使用的部分透光反射体450的要求而形成反射率和透射分布。利用仿真程序,本领域技术人员能够找出适合其使用的层452..466的堆叠。通过设计其中不同层具有不同的定义明确的厚度的交替层的具体堆叠,能够获得部分透光反射体,其在可见光谱的一个或多个窄带中是透光的并且在可见光谱的其它带中进行反射。在相邻层之间的每个界面,部分具体波长的光被反射并且可以获得不同波之间的具体干涉模式,这导致了层452..466的堆叠的具体透射和反射特性。交替层可以由玻璃、聚合物组合物、有机材料等制成。经常用于这样的部分透光反射体的其它术语是“干涉滤光器”或“薄膜滤光器”。可以获得来自3M的具有类似结构的ESR滤光器。
图5a以截面图示意性示出了根据本发明第二方面的改装灯管500。改装灯管500包括一个或多个根据本发明第一方面的照明组件502。代替改装灯管,也可以采用术语LED TL替换灯管。
图5b以截面图示意性示出了根据本发明第二方面的改装灯具550。改装灯具550包括针对其提供玻璃灯泡552的基座558。灯泡552可以是漫射反射的。在基座558提供有LED556(或者具有一个或多个发光层的LED),其朝向灯泡552发光。LED556的发光处于可见光谱范围内至少一个相对窄的发光带中。在灯泡552的内表面提供有依据本发明第一方面的特性的部分透光反射体554。
图6示意性示出了根据本发明第三方面的照明装置600。照明装置600包括一个或多个根据本发明第一方面的照明组件(未示出)或者一个或多个根据本发明第二方面的灯具(未示出)。
应当注意的是,以上所提到的实施例是对本发明进行说明而非限制,并且本领域技术人员将能够设计出许多可替换实施例而并不背离所附权利要求的范围。
在权利要求中,置于括号之间的任何附图标记都不应当被理解为对权利要求进行限制。动词“包括”及其词形变化的使用并不排除存在权利要求中所提到的那些以外的其它要素或步骤。要素之前的冠词“一个”(“a”或“an”)并不排除存在多个这样的要素。本发明可以利用包括若干不同要素的硬件来实施。在列出多种器件的设备权利要求中,这些器件中的多个可以通过一个且相同的硬件来体现。某些措施在彼此不同的从属权利要求中引用的仅有事实并非指示这些措施的组合无法被加以利用。