CN104583673A - 照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明设备，包括壳体(104)、布置在壳体中的多个光源(102)、布置在距光源一定距离处的波长转换构件(108)以及布置在光源和波长转换构件之间的可切换光学构件(111)。波长转换构件至少具有将由光源发出的第一波长范围的光转换成第二波长范围的光的第一波长转换材料。可切换光学构件是可切换的以调整由光源在波长转换构件上做出的光图案。由此可切换光学构件改变照明设备的外观。

Description

照明设备

技术领域

本发明涉及具有安装在载体上的多个光源和布置在距光源一定距离处的波长转换构件的照明设备，光源发出具有第一波长范围的光，并且波长转换构件将第一波长范围的光转换为第二波长范围的光。

背景技术

上面提到的种类的照明设备是一种通常被称为大面积照明设备的灯具，因为几个光源的光输出跨照明设备的公共输出区域分布。在各种感知测试中已经表明用户想要对大面积照明设备中的光强度分布进行控制。例如，人们可以使用点光源并且通过改变点光源的强度/分布连同它们的单独的强度来保持来自光源的总强度恒定，而同时改变光源的外观。然而，这些解决方案相对复杂和/或僵硬。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种缓和以上提到的现有技术的问题并且提供照明设备外观的直接可调性的照明设备。

该目的通过如权利要求1所限定的根据本发明的照明设备实现。

因此，根据本发明的一个方面，提供一种照明设备，包括：

安装在载体上的多个光源，光源发出第一波长范围的光，其中每个光源具有光输出开口；

波长转换构件，布置在距光源一定距离处并且包括布置为将第一波长范围的光转换为第二波长范围的光的第一波长转换材料，以及

可切换光学构件，布置在光源和波长转换构件之间，其中光学构件是可切换的以调整由光源在波长转换构件上所作出的光图案。借助于在光到达波长转换构件之前布置的可切换光学构件，获得光分布的最佳控制。可以关于总光输出以不同的方式执行控制，诸如在恒定光强度的情况下或者在变化光强度的情况下改变光图案等。根据照明设备的一个有利实施例，可切换光学构件包括多个单独的可切换光学元件，其每一个被布置在相应的光源和波长转换构件之间。但是光学元件能够被共同调整。

根据照明设备的一个有利实施例，可切换光学构件被布置为借助于散射、折射、反射和衍射之一调整光图案。

根据照明设备的一个有利实施例，光学构件包括布置以调整光图案面积的第一光学元件。由此照明设备的外观控制到期望的外观是简单的。

根据照明设备的一个有利实施例，可切换光学构件是电光构件，其在不同光束整形状态之间是可控的。

根据照明设备的一个有利实施例，可切换光学构件是机械构件，其具有移动结构部分。

根据照明设备的一个实施例，每个光源生成至少一个斑，其中可切换光学构件包括第二可切换光学元件，其是可切换的以调整由每个光源生成的斑的数目。

由此，照明设备的外观控制到期望的外观是简单的。

根据照明设备的一个实施例，每个光源至少生成在光通过波长转换构件后呈现为第一颜色的中心斑以及呈现为第二颜色的周边区，其中可切换光学构件包括第三可切换光学元件，第三可切换光学构件是可切换的以调整周边区的颜色。

通常周边区不被光源照射于是它具有第一颜色，或者或多或少被照射于是它具有第二颜色。

根据照明设备的一个实施例，它进一步包括布置在波长转换构件下游的漫射体，漫射体被布置以提供照明设备的所有光输出表面的白色外观。由此，没有来自波长转换构件的以下部分的干扰，该部分未经受光源的光并且由此具有与来自光源的光穿过的波长转换构件的部分不同的另一颜色。漫射体可以被定位在距波长转换构件一定距离处或者与波长转换构件光学接触。如本文所使用的那样，“光学接触”旨在意指光的路径从第一物体延伸到第二物体而不必穿过诸如空气或光学元件之类的中间介质。

根据照明设备的一个实施例，每个光源包括布置以准直光源的光输出的准直器。由此，光源的光输出被很好地控制。

根据照明设备的一个实施例，波长转换构件包括布置以将第一波长范围的光转换为第三波长范围的光的第二波长转换材料。由此，照明设备的更复杂的外观是可获得的。

本发明的这些和其他方面和优点将从在下文中描述的实施例显而易见并且参考在下文中描述的实施例被阐明。

附图说明

现在将更加详细地并且参考附图描述本发明，在附图中：

图1a示意性地在截面视图中示出根据本发明的照明设备的第一实施例；

图1b示意性地示出图1a的照明设备的透视视图；

图2a和图2b示意性地在截面视图中示出根据本发明的照明设备的实施例；

图2c和图2d示意性地在截面视图中示出根据图2a和图2b的在照明设备中包括的部分的实施方式示例的不同状态；

图3图示根据照明设备的另一实施例的斑调整；

图4a和图4b示意性地在截面视图中示出照明设备的进一步的实施例；

图4c示意性地在截面视图中示出图4a和图4b的照明设备的部分的实施方式示例；

图5a和图5b示意性地在截面视图中示出照明设备的进一步的实施例；

图6示意性地在截面视图中示出照明设备的进一步的实施例。

具体实施方式

现在的照明设备通常是大面积光源灯或灯具。根据照明设备100的第一实施例，它包括布置在壳体104内的多个光源102。每个光源102包括至少一个发光元件106。优选地，发光元件106是固态发光元件，诸如LED(发光二极管)。光源发出第一波长范围的光。在壳体中有很多布置光源102的方式，它们在本技术领域内属于常识。例如，发光元件可以被安装在公共载体或诸如PCB(印刷电路板)之类的基板上。光源的其他部件也被附连到载体。载体被附连到壳体102。可替换地，每个光源是单独的单元。由于这是常识，因此就这点而言没有详细的图。光源102被安装在例如具有多行和多列光源102的矩形或方形阵列中。

波长转换构件108被布置在光源之前(即光源102的下游)距光源102一定距离(例如几厘米)处，并且它包括配置为将第一波长范围的光转换成第二波长范围的光的第一波长转换材料。波长转换构件108是板状的并且它被附连到壳体104。例如，波长转换构件108构成盒状壳体104的前罩。波长转换材料是磷光体，即波长转换构件108是磷光体元件。波长转换材料优选地是有机磷光体、无机磷光体或量子点。然而，其他材料也是可行的。作为进一步的备选例，波长转换构件108包括多个磷光体层。

每个光源102包括围绕一个或者多个发光元件106的准直器110。例如，准直器110具有截顶锥体的形状，其中光在较宽端部处输出。准直器110由例如光反射片状材料或者TIR(全内反射)类型的光学元件制成。

此外，发光设备100包括布置在光源102和波长转换构件108之间的可切换光学构件111。可切换光学构件111是可切换的以调整由光源112在波长转换构件108上作出的光图案114。在该实施例中，可切换光学构件111包括多个单独的可切换光学元件112。每个可切换光学元件112被布置在相应的光源102和波长转换构件108之间，其中每个可切换光学元件112是可切换的以调整由光源102在波长转换构件108上作出的光图案116，这导致照明设备100的如从其外部所见的不同外观。可切换光学元件112被布置在准直器110的光输出端部处，并且覆盖该端部。因此，可切换光学元件112被定位于在波长转换构件108上游距其一定距离处。可切换光学元件112控制从光源102发出的光束的形状，并且因此它控制接收光束的波长转换构件108的面积。如下文将要描述的那样，很多不同种类的光图案调整是可能的。应当注意的是准直器110不是必要的，由可切换光学元件提供的照明设备的常规可调性无论怎样将被获得，但是该操作通过准直从发光元件106发出的光而被增强。

可切换光学构件可以是机械或者电可切换的。在机械可切换光学构件的情况下，可以使用可移动折射或衍射元件，诸如透镜阵列。机械可切换光学构件和每个可切换光学元件可以分别借助马达或压电元件被移动。在电可切换光学构件的情况下，可以使用电光元件，诸如液晶光学器件，例如，PDLC(聚合物分散液晶)或者包括衍射或折射结构的液晶单元。

当切换可切换光学构件时，产生的光图案的调整可以被做出使得从照明设备发出的总光量，即光通量(lm)，被保持恒定或者至少近似恒定。备选地，照明设备的亮度，即照度(lm/m²)，被保持恒定，并且在这些备选例之间的选择也是可能的。

根据照明设备200的第二实施例，如图2a和图2b所示，它包括与第一实施例相同的部分，即布置在壳体204中的多个光源202、波长转换构件208以及可切换光学元件212等。该第二实施例的特定性质是通过切换可切换光学元件212得到的效果。可切换光学元件212被布置以调整由光源202在波长转换构件208上做出的光图案214的面积。更特别地，如图2a所示，当可切换光学元件212被切换到最小面积状态时，它对波长转换构件208上的图案214的贡献是第一直径的圆形斑216，并且当可切换光学元件212被切换到最大面积状态时，它对波长转换构件208上的图案214的贡献是第二显著更大的直径的圆形斑218。可切换光学元件212可以是在最小面积状态和最大面积状态之间连续地可切换的、二位置可切换的或者多步可切换的。为了获得该切换功能，可切换光学构件211和后续的每个可切换光学元件212可以是例如提供不同的光散射的电光元件。电控光散射可以以很多不同方式完成。常见的用于完成电控光散射的方法是利用聚合物分散液晶(PDLC)或液晶凝胶。PDLC是借助于在各向同性聚合物中分散液晶分子产生的。通常，如图2c所示，液晶材料220被布置在两个具有透明电极224的玻璃板222之间，由此形成单元。当在玻璃板222之间不施加电场时，液晶220随机取向，这产生散射模式，其中光被在各种方向上散射，由此生成更大面积斑218。通过施加电场226，散射逐渐降低，并且当液晶平行于电场对准时，晶体分子折射率与聚合物折射率匹配，其中产生透明模式并且光穿过单元，由此生成更小面积斑216。

作为备选例，使用LC凝胶。它们是通过在各向异性取向的聚合物基体中分散液晶产生的。对于具有负介电各向异性的LC凝胶，当不施加电场时透明模式存在。在不存在电场的情况下，液晶分子在垂直于单元表面的方向上取向，并且因此，在LC单元内没有大尺度折射率波动。当施加电场时，液晶趋向于变成取向与电场垂直，并且在LC单元内引起折射率波动，并因此激活散射模式。

根据照明设备的第三实施例，它类似于第二实施例。唯一不同是由光源在波长转换构件上生成的光，即光束的形状，被在不同形状之间调整。当然这里也一样，当改变形状时面积通常将改变。如图3所示，在最小面积状态中，形状是圆形斑302，而在最大面积状态中形状是比最小面积状态的圆形斑302更大面积的椭圆形斑304。斑形状的改变可以通过使用例如填充LC的可切换透镜或者LC梯度折射率透镜阵列获得，这本身在专利申请EP2208111的公开中公开。

根据照明设备400的第四实施例，如图4a和图4b所示，它类似于第一实施例，在于它包括布置在壳体404中的多个光源402、波长转换构件408和可切换光学元件412等。该第四实施例的特定性质是通过切换可切换光学元件412获得的效果。可切换光学元件402包括第二可切换光学元件，其是可切换的以调整在由光源在波长转换构件408上生成的光图案中包括的斑的数目。更特别地，通常在第一状态中每个光源402在波长转换构件408上生成单个斑414。可切换光学元件412可切换到第二状态的，其中光源402在波长转换构件408上生成两个斑416。很多其他关系也是可行的，诸如在两个光斑的第一状态和四个光斑418的第二状态之间，在一个和三个光斑之间等切换。

为了获得该切换功能，可切换光学元件，像在第三实施例中，可以用诸如填充LC的可切换透镜或LC梯度折射率透镜阵列之类的电光元件获得。然而，需要高准直度。换句话说，TIR光学器件或者反射器应当被添加以提供可能以多个斑衍射的良好的准直光。

如图4c所示，机械切换光学构件的示例包括在LED光源402前具有不同衍射图案422、424的板。板可以前后移动使得不同的图案422、424被定位在光源402之前。

根据照明设备500的第五实施例，如图5a和图5b所示，它类似于第一实施例，在于它包括布置在壳体504中的多个光源502、波长转换构件508和可切换光学元件512等。该第五实施例的特定性质是通过切换可切换光学元件512获得的效果。在最小面积状态中可切换光学元件512使得光源502生成包括分离的斑514的光图案。在最大面积状态中可切换光学元件512使得光源502照射波长转换构件508的连续表面。由此调整了照度比。通常，在用于人观看照明设备500的最小面积状态中，斑514表现为第一颜色，并且周边区516表现为第二颜色。通常波长转换构件508具有诸如黄色之类的颜色，并且将由光源502的发光元件506发出的蓝色光转换为白色光。在最大面积状态中，周边区516具有与斑514相同的颜色。为了获得光束的展宽，可切换光学元件512包括第三可切换光学元件512，第三可切换光学元件是可切换的以将光源502的光输出从基本的相当窄的光束进行扩展，该基本的相当窄的光束穿过基本上在最小面积状态中不受影响的可切换光学元件512。

根据照明设备600的第六实施例，它具有与前述实施例中任一个实施例相同的部分。因此，作为该实施例的一般描述，它具有布置在壳体604中的多个光源602、布置在光源602的光束输出方向上距光源602一定距离处的波长转换构件608和包括布置在光源602和波长转换构件608之间的多个可切换光学元件612的可切换光学构件。照明设备600进一步包括布置在波长转换构件608下游的漫射体620。漫射体620被布置以提供照明设备的所有光输出表面的白色外观，不管它是否被光源602照射。

本发明中使用的波长转换材料可以是无机波长转换材料或有机波长转换材料。无机波长转换材料的示例可以包括但不限于铈(Ce)掺杂钇铝石榴石(Y3Al5O12:Ce3+，也称为YAG:Ce或Ce掺杂YAG)或者镥铝石榴石(LuAG，Lu3Al5O12)，α-SiAlON:Eu2+(黄色)和M2Si5N8:Eu2+(红色)，其中M是从钙Ca、Sr和Ba中选择的至少一个元素。此外，YAG:Ce的铝的部分可以由钆(Gd)或镓(Ga)替代，其中更多的Gd导致黄发射的红移。其他合适的材料可以包括(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz2+，其中0≤a<5，0≤x≤1，0≤y≤1且0≤z≤1，且(x+y)≤1，诸如发红色范围的光的Sr2Si5N8:Eu2+)。

合适的有机波长转换材料的示例是基于二萘嵌苯衍生物的有机发光材料，例如由BASF在名下销售的化合物。市场上可买到的合适的化合物的示例包括但不限于Red F305、Orange F240、Yellow F083和F 170及其组合。有利地，有机25发光材料可以是透明的和非散射的。

此外，在一些实施例中，波长转换材料可以是量子点或量子棒。量子点是通常具有只有几个纳米的宽度或直径的半导材料的小晶体。当由入射光激发时，量子点发出由晶体的大小和材料确定的颜色的光。特定颜色的光因此可以通过适配点的大小产生。最知名的具有可见光范围发射的量子点基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的壳的硒化镉(CdSe)。可以使用无镉量子点，诸如磷化铟(InP)和硫化铜铟(CuInS2)和/或硫化银铟(AgInS2)。量子点表现出非常窄的发射带并因此它们表现出饱和的颜色。此外，发射颜色可以通过适配量子点的大小被轻易地调整。本领域已知的任何类型的量子点可以用于本发明中。然而，为了环境安全和顾虑的原因使用无镉量子点或者至少具有很低镉含量的量子点可以是优选的。

在本申请的上下文中“电光元件”应当被理解为光学元件，它的至少一个光学性质通过电压施加到光学元件是可控的。电光元件是非机械的并且不具有移动结构部分。电光元件的示例包括但不限于聚合物分散液晶(PDLC)元件、液晶凝胶(LC Gel)元件、液晶梯度折射率(GRIN)透镜阵列元件、电泳元件、电润湿元件。

在本申请的上下文中机械可切换光学构件应当被理解为光学构件，它的至少一个光学性质通过移动结构部分是可控的。机械可切换光学元件的示例包括但不限于可以相对于光源移动使得它调整由光源在波长转换构件上做出的光图案的衍射、折射、反射或散射元件。

如本领域技术人员将清楚的，可切换光学构元件。

此外，可切换光学构件可以另外被连接到控制器，而且连接到用于控制由光源生成的光束的光束性质的探测器或者传感器，该探测器或传感器可以向控制器发送信号使得可以调整或者控制光束。例如，探测器是检测人在房间中的存在的存在探测器。在另一示例中，传感器是时间或温度传感器。

此外，照明设备被连接到用户接口，诸如远程控制或开关。

以上，已经描述如所附权利要求所限定的根据本发明的照明设备的实施例。这些应当仅被视为只是非限制性示例。如本领域技术人员理解的，很多修改和备选实施例在由所附权利要求所限定的本发明的范围内是可能的。

应当说明的是为了本说明书的目的，并且特别关于所附权利要求，措辞“包括”并不排除其他元件或步骤，并且措辞“一(a)”或“一个(an)”并不排除复数，这本身对本领域技术人员将显而易见。

Claims (12)

1.一种照明设备，包括：

-壳体(104)和被布置在所述壳体中的多个光源(102)，所述光源发出第一波长范围的光；

-波长转换构件(108)，被布置在距所述光源一定距离处，并且包括被布置为将所述第一波长范围的光转换成第二波长范围的光的第一波长转换材料，以及

-可切换光学构件(111)，被布置在所述光源和所述波长转换构件之间，其中所述可切换光学构件是可切换的以调整由所述光源在所述波长转换构件上做出的光图案。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述可切换光学构件包括多个单独的可切换光学元件，其中的每个所述单独的可切换光学元件被布置在相应的光源和所述波长转换构件之间。

3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中所述可切换光学构件被布置为借助散射、折射、反射和衍射之一调整所述光图案。

4.根据权利要求1、2或3所述的照明设备，其中所述可切换光学构件是电光构件，所述电光构件在不同的光束整形状态之间是可控的。

5.根据权利要求1、2或3所述的照明设备，其中所述可切换光学构件是具有移动结构部分的机械构件。

6.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述可切换光学构件包括第一可切换光学元件，所述第一可切换光学元件是可切换的以调整所述光图案的面积。

7.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光源生成至少一个斑，其中所述可切换光学构件包括第二可切换光学元件，所述第二可切换光学元件是可切换的以调整由每个光源生成的斑的数目。

8.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光源至少生成在光穿过所述波长转换构件后表现为第一颜色的中心斑和表现为第二颜色的周边区，其中所述可切换光学构件包括第三可切换光学元件，所述第三可切换光学元件是可切换的以调整所述周边区的颜色。

9.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，进一步包括被布置在所述波长转换构件下游的漫射体，所述漫射体被布置为提供所述照明设备的所有光输出表面的白色外观。

10.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光源包括被布置为准直所述光源的光输出的准直器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述波长转换构件包括被布置为将所述第一波长范围的光转换成第三波长范围的光的第二波长转换材料。

12.一种灯具，包括根据前述权利要求中任一项所述的照明设备。