CN110809695B - 包括局部光耦出部分的光导及将其引入的方法 - Google Patents

Abstract

呈现了一种光导(1)。光导(1)包括本体(2)，该本体(2)由其中布置有纳米颗粒(3)的透明聚合物制成，所述本体(2)包括至少一个局部变形区段(4)，该局部变形区段(4)形成光导(1)的局部光耦出部分(6)，其中局部光耦出部分(6)包括在被布置在光导(1)的至少一部分中的纳米颗粒(3)的至少一部分处或附近的裂纹(5)，裂纹(5)充当光散射体。还呈现了一种用于在光导(1)中引入局部光耦出部分(6)的方法。

Description

包括局部光耦出部分的光导及将其引入的方法

技术领域

本发明涉及一种包括局部光耦出部分的光导。本发明还涉及一种用于将局部光耦出部分引入到光导的方法。

背景技术

白炽灯正被基于LED的照明解决方案迅速代替。尽管如此，用户仍希望拥有具有白炽灯泡外观的改型灯。为此，人们可以简单地利用用于生产基于玻璃的白炽灯的基础设施，并且利用发出白光的LED代替丝。利用LED代替丝的构思之一是基于放置在灯泡中的LED丝。另一种可能性是使用光纤，光纤可以针对装饰目的而以各种设计成形。一个或多个LED用于将光耦合到光纤中。光纤还包含诸如光散射颗粒的光耦出装置。光纤的形式的替代丝的外观取决于用于将光耦合到光纤中的LED以及光纤本身的设计。例如，光耦出装置在光纤内的放置和密度影响包括作为“丝”的光纤的灯泡的外观。

发明内容

本发明的一个目的是为用作灯泡中的“丝”的光纤的设计提供更多的选择。

根据第一方面，提供了一种光导。该光导包括本体，该本体由其中布置有纳米颗粒的透明聚合物制成。该本体包括至少一个局部变形区段，该至少一个局部变形区段形成光导的局部光耦出部分。该局部光耦出部分包括在被布置在光导的至少一部分中的纳米颗粒的至少一部分处或附近的裂纹。裂纹充当光散射体。

这为设计用作灯泡中“丝”的光纤提供更多的选择。这是因为光导可以根据设计考虑而变形。可以根据设计考虑来产生局部光耦出部分。局部光耦出部分的产生很容易实现，因为光导仅需要在光导的、局部光耦出部分适合该设计的区段处变形。变形可以通过施加任何种类的变形力(诸如弯曲、拉伸、扭曲或压缩)来实现。另外，在未诱导变形的光导的区段处，光导保持透明，并且仅将光引导通过该区段。

本体可以包括第一局部变形区段和第二局部变形区段，其中第一局部变形区段中的裂纹的密度与在第二局部变形区段中的裂纹的密度不同。这可以通过对第一和第二局部变形区段施加不同程度的变形力来实现。因此，光导的、变形最大的局部变形区段将具有较高的裂纹密度。

第一局部变形区段和第二局部变形区段可以被光导的局部未变形区段分隔开。

透明聚合物可以选自由以下构成的组：丙烯酸玻璃、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸共聚物、聚碳酸酯和环烯烃。所有这些聚合物都是透明的脆性聚合物。

纳米颗粒可以由苯乙烯和丁二烯的共聚物制成。这些是容易获得的纳米颗粒。优选地，纳米颗粒的尺寸在5nm-200nm的范围内。使用具有这种尺寸的纳米颗粒确保不存在过量的光散射。

光导可以处于光纤的形式。因此，提供了易于形成经典的“丝”的光导的形状。

光导可以处于片材的形式。

其中布置有纳米颗粒的透明聚合物可以构成光导的第一层，其中光导还包括第二层，该第二层由其中未布置纳米颗粒的透明聚合物制成，其中该第一层和第二层被堆叠。所获得的效果是，在堆叠的光导的第一表面处诱导散射，而在第二表面处没有诱导散射。这种效果可以用来调节光耦出。

其中布置有纳米颗粒的透明聚合物可以构成光导的芯，其中光导还包括包层，该包层由其中未布置纳米颗粒的透明聚合物制成。芯和包层可以具有不同的衍射指数。所获得的效果是，光导中的光通过全内反射传输到局部光耦出部分，而不存在例如由于光导构造上的灰尘或局部损坏而导致的光耦出。

其中布置有纳米颗粒的透明聚合物还包括磷光材料。所获得的效果是，在局部光耦出部分中出现光转换，因此不仅光源光被耦合出，而且经转换的光也可以逃脱光导。两种光的结合产生装饰光效果。

纳米颗粒可以被均匀地布置在透明聚合物中。这将提高设计自由度，因为在选择光导的、待变形以形成局部光耦出部分的区段时，无需考虑纳米颗粒的密度。

根据第二方面，提供了一种照明设备。该照明设备包括根据第一方面的光导和光源，该光源被配置成将光发射到光导的光耦入部分中。

光导可以包括两个或更多光耦入部分，其中相应的光源被布置在两个或更多光耦入部分中的每个光耦入部分处。所获得的效果可以是增强的装饰效果。两个或更多光源可以发射不同的颜色。所获得的效果可以是装饰性的有色外观。

照明设备可以包括控制单元。控制单元控制一个或多个光源。所获得的效果可以是动态的装饰性光效果。

可以在灯中使用照明设备。

可以在灯具中使用照明设备。

根据第三方面，提供了一种用于在光导中引入局部光耦出部分的方法。方法包括：提供一种光导，该光导包括其中布置有纳米颗粒的透明聚合物；以及向光导的至少一部分施加变形力，从而在被布置在光导的至少一部分中的纳米颗粒的至少一部分处或附近诱导裂纹，裂纹充当光散射体，从而在光导中形成局部光耦出部分(6)。

这为设计用作灯泡中“丝”的光导提供更多的选择。这是因为光导可以根据设计考虑而变形。可以根据设计考虑来产生局部光耦出部分。局部光耦出部分的产生很容易实现，因为光导仅需要在光导的、局部光耦出部分适合该设计的区段处变形。变形可以通过施加任何种类的变形力(诸如弯曲、拉伸、扭曲或压缩)来实现。另外，在没有诱导变形的光导的区段处，光导保持透明，并且仅将光引导通过该区段。

方法还可以包括沿着光导的至少一部分的不同子部分施加不同程度的变形力，从而在被布置在光导的该至少一部分中的纳米颗粒的至少一部分处或附近诱导的裂纹的程度根据所施加的变形力的程度而变化。所获得的效果是可以调节光耦出。与变形力的程度相对较低的子部分相比，变形力的程度相对较高的子部分可以耦合出更多的光。

方法还可以包括：将变形力施加到光导的多个不同部分，从而在光导中形成多个局部光耦出部分。所获得的效果是可以提供多个局部光耦出部分。没有变形的光导的区段将主要保持透明，并且将主要仅引导光通过。这种效果可以用于装饰性光耦出。

根据下面给出的详细描述，本发明的进一步适用范围将变得清楚。然而，应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅是以说明的方式给出，因为根据该详细描述，在本发明的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是清楚的。

因此，应当理解，本发明不限于所描述的设备的特定组成部分或所描述的方法的步骤，因为这种设备和方法可以变化。还应当理解，本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在进行限制。必须注意的是，除非上下文另有明确指示，否则如说明书和所附权利要求中所使用的，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意指存在一个或多个元件。因此，例如，对“一个单元”或“该单元”的引用可以包括数个设备等。另外，词语“包括”、“包含”、“具有”和类似措词不排除其他元件或步骤。

附图说明

现在将参考示出本发明的实施例的附图，更详细地描述本发明的上述和其他方面。这些附图不应当被认为将本发明限制于特定的实施例；相反，它们用来解释和理解本发明。

图1a图示了处于未变形状态的光导的示意性侧视图。

图1b图示了处于变形状态的图1a的光导的示意性侧视图，其中形成了局部光耦出部分。

图2a图示了具有局部光耦出部分的处于片材的形式的光导1的示意性侧视图。

图2b图示了具有多个局部光耦出部分的处于片材的形式的光导的示意性俯视图。

图3图示了备选光导的示意性侧视图。

图4图示了又一备选光导的示意性侧视图。

图5是用于在光导中引入局部光耦出部分的方法的框图。

图6图示了包括光导的照明设备的示意性侧视图，该光导具有局部光耦出部分。

图7图示了包括两个局部光耦出部分的光导的示意性侧视图。

如图中所图示的，出于说明的目的，夸大了层和区域的尺寸，因此，提供这些层和区域是为了说明本发明的实施例的总体结构。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了透彻和完整，以及将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

结合图1a和图1b，示出了光导1的示意性俯视图。光导1包括具有一个或多个层的本体2。本体2的至少第一层由透明聚合物制成。纳米颗粒3被布置在透明聚合物中。纳米颗粒可以被均匀地布置在透明聚合物中。

透明聚合物可以选自由以下构成的组：丙烯酸玻璃、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸共聚物、聚碳酸酯和环烯烃。所有这些聚合物都是透明的脆性聚合物。在其中未布置纳米颗粒的透明聚合物的夏比(charpy)冲击强度(无缺口)优选小于50kJ/N。

纳米颗粒可以由苯乙烯和丁二烯的共聚物制成。纳米颗粒是分散良好的颗粒，优选小于200nm，其不会产生过量的光散射。

图1a和图1b中所示的光导1处于光纤的形式。然而，正如下面将要讨论的，光导1可以具有不同的形式，例如，光导1例如处于片材的形式。片材例如可以处于细长表面的形式。处于片材的形式的光导1将在下面结合图2a和图2b更详细地讨论。

在图1a中，示出了处于未变形状态的光导1。在图1b中，示出了处于一种状态的光导1，在该状态中，光导1的区段变形。未变形状态和变形状态之间的转变由箭头指示。因此，光导1包括局部变形区段4。在图1b所示的示例中，光导1通过弯曲而变形。因此，通过向光导1施加弯曲力而使光导1变形。然而，可以通过施加其他种类的变形力来使光导变形，非限制性示例是：向光导1施加压缩力、拉伸力或扭曲力。在形成局部变形区段4时，通过施加变形力，将在被布置在局部变形区段4中的纳米颗粒3处或附近形成裂纹5。在图1b中，由实心点指示所形成的裂纹5，并且光导的局部未变形区段的纳米颗粒3被示为空心点。在图1b中，局部变形区段4中的所有纳米颗粒被指示为诱导裂纹5的形成。但是，这可能并非总是如此。在局部变形区段4中的纳米颗粒3中的一些纳米颗粒可以不具有在该处或其附近形成裂纹5。因此，局部变形区段4包括裂纹5。在光导中被引导并且到达局部变形区段4的光将在裂纹5处被散射。因此，裂纹5充当光散射体。因此，局部变形区段4将充当光导1的局部光耦出部分6。光导1可以包括多个局部变形区段4。因此，光导1可以包括多个局部光耦出部分6，这在图2b和图7中被例示。在光导1包括多个局部光耦出部分6的情况下，局部光耦出部分6可以利用空间中的不同定向来定向。因此，多个局部光耦出部分6可以形成图案、标志或文本。

在弯曲光导1或以其他方式向光导1施加变形力时，在光导1中诱导应力。在应力为张力的光导1的区段中，出现裂纹5，并且光导1变为局部光散射，而光导1的未变形区段主要保持透明。这种效果可以用于装饰性光耦出。光导1可以被弯曲为丝的形式或以其他方式变形为丝的形式。

形成丝的光导1可以以各种方式配置。光导1可以被配置成包括一个或多个圈(loop)。在光导包括多个圈的情况下，多个圈可以具有不同的直径，例如参见图7。圈中的一个或多个圈可以具有圆形形状。圈中的一个或多个圈可以具有椭圆形状。圈中的一个或多个圈可以具有增加的节距。圈中的一个或多个圈可以具有减小的节距。圈中的一个或多个圈可以具有布置在其中的急剧弯曲。

结合图1a和图1b，图示了处于光纤的形式的光导1。光纤的长度优选在从1cm至50cm的范围内。光纤的直径优选在从0.1mm至5mm的范围内。优选地，光纤的长度是光纤的直径的至少10倍。更优选地，光纤的长度是光纤的直径的至少15倍。最优选地，光纤的长度是光纤的直径的至少20倍。

如上所述，光导1可以具有其他形式。结合图2a和图2b图示了处于片材的形式的光导1的一个示例。片材的长度优选在从1cm至100cm的范围内。片材的高度优选在从0.1mm至5mm的范围内。片材的宽度优选小于长度。优选地，片材的长度是片材的高度的至少10倍。更优选地，片材的长度是片材的高度的至少15倍。最优选地，片材的长度是片材的高度的至少20倍。图2a是处于片材的形式的光导1的侧视图。图2b是处于片材的形式的光导1的俯视图。对于图2a和图2b中的光导，通过使片材变形来形成光导1的局部光耦出部分6。因此，在局部光耦出部分6处，光导变为光散射，而光导1的其余部分主要保持透明。这种效果可以用于装饰性光耦出。

处于未变形的状态的光导1可以采用除光纤或片材之外的其他形式。例如，处于未变形的状态的光导1可以采取任何三维结构的形式。然后可以将局部变形施加到光导1，以形成局部光耦出部分6。

可以利用激光切割来制作光导。备选地，光导可以是形成三维结构的平面光导的组件。备选地或组合地，可以通过3D打印来制作光导。

光导1可以包括多个堆叠的层。这在图3中示意性地图示。因此，其中布置有纳米颗粒3的透明聚合物可以构成光导1的第一层30。光导1的第二层32可以包括其中未布置纳米颗粒的透明聚合物。第二层32的透明聚合物可以选自由以下构成的组：丙烯酸玻璃、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸共聚物、聚碳酸酯和环烯烃。所有这些聚合物都是透明的脆性聚合物。在其中未布置纳米颗粒的透明聚合物的夏比冲击强度(无缺口)优选小于50kJ/N。利用包括堆叠的第一层30和第二层32的光导1，可以在第一层30的表面处诱导光散射，而在第二层32的表面处不诱导散射。因此，可以调节在局部耦出部分处的光耦出。图3的光导1被图示为处于其未变形状态。然而，可以预期的是，这种光导1可以局部变形以形成一个或多个局部光耦出部分6。

备选地，其中布置有纳米颗粒3的透明聚合物可以构成光导1的芯40。然后，光导1还可以包括包层42，包层42由其中未布置纳米颗粒的透明聚合物制成。这在图4中示意性地图示。芯40和包层42可以具有不同的衍射指数。例如，芯40和包层42可以具有不同的衍射指数，使得可以使用全内反射来对光导1内的光进行波导。因此，可以通过全内反射将光导1中的光传输到局部光耦出部分6，而在光导1的其余部分中没有光耦出。因此，包层42使光导1上的灰尘或局部损坏不会诱导光耦出。图4的光导1被图示为处于其未变形状态。然而，可以预期的是，这种光导1可以局部变形以形成一个或多个局部光耦出部分6。

结合图5，将讨论用于在光导1中引入局部光耦出部分的方法。方法包括以下动作。在S500，提供根据本文公开的任何实施例的光导1。因此，所提供的光导包括本体，该本体由其中布置有纳米颗粒3的透明聚合物制成。提供的光导1还包括未变形区段，该未变形区段将变形以形成局部光耦出部分6。整个所提供的光导1可以处于未变形状态。接下来，执行向光导的至少一部分施加变形力的动作S502。变形力可以是在光导中诱导张应力的任何力。变形力的示例是弯曲、压缩、拉伸和扭曲。通过施加变形力，在被布置在光导的至少一部分中的纳米颗粒的至少一部分处或附近诱导裂纹。裂纹充当光散射体，以在光导中形成局部光耦出部分。

方法还可以包括沿着光导的至少一部分的不同子部分施加不同程度的变形力。由此，在被布置在光导的该至少一部分中的纳米颗粒的至少一部分处或附近诱导的裂纹的程度根据所施加的变形力的程度而变化。例如，可以将例如逐渐增加并随后减小的变形力(通过弯曲)施加到光导1。这将导致在光导1的局部变形区段4处，沿着光导1的长度出现逐渐增加然后减小的裂纹5。

方法还可以包括将变形力施加到光导的多个不同部分，以在光导中形成多个局部光耦出部分。结合图2b和图7对此进行图示。

结合图6，将讨论包括如本文公开的光导1的照明设备60。除了上面已经讨论过的之外，光导1还包括光耦入部分62。光导1的光耦入部分62优选地位于光导1的局部未变形区段处。由此，可以获得改善的光耦入。

照明设备还包括光源64。光源64可以是固态光源。光源64可以是LED或激光二极管。光源64被布置成使得从光源64发射的光被耦合在光导1的光耦入部分62处。利用从光源64出来并且在光导1的光耦入部分62处进入光导1的箭头对此进行图示。照明设备60还可以包括控制单元66，控制单元66被配置成控制光源64。照明设备还可以包括热沉(未示出)，该热沉被配置成从光源64去除热量。

光导1可以包括多于一个的光耦入部分。因此，光导1可以包括两个或更多光耦入部分。可以在两个或更多光耦入部分中的每个光耦入部分处布置相应的光源。控制单元可以被配置成控制照明设备的相应的光源。

该照明设备可以被用在灯具中。

本领域技术人员意识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变化。

例如，其中布置有纳米颗粒3的透明聚合物还可以包括磷光材料。磷光材料可以例如是有机磷。由此，可以在局部光耦出部分6处诱导光转换。因此，可以对从光导1发射的光的颜色进行调节。

而且，如图7中所图示的，光导可以包括至少三个不具有裂纹的局部未变形区段和至少两个具有裂纹的局部变形区段4a、4b。不同的区段以交替的顺序布置。第一局部变形区段4a中的裂纹5的密度可以与第二局部变形区段4b中的裂纹的密度不同。可以借助于向不同的局部变形区段施加不同量的变形力来影响裂纹5的密度。在图7中，这由以下进行说明：与在第一局部变形区段4a处施加的变形力相比，在第二局部变形区段4b处施加了更高程度的变形力。这是基于以下假设：纳米颗粒3的密度在整个光导中是均匀的。

在与图6的照明设备相似的照明设备中使用图7的光导1时，在局部未变形区段中的第一局部未变形区段处的光导1的光耦入部分包括耦入部分，并且构成光导1的局部区段的顺序上的第一局部区段，其后跟随有第一局部变形区段4a，第一局部变形区段4a跟随有又一个局部未变形区段，其后跟随有第二局部变形区段4b，第二局部变形区段4b跟随有又一个局部未变形区段。

另外，照明设备可以包括：被配置成发射第一颜色的光的一个光源、和被配置成发射第二颜色的光的第二光源。光导可以具有两个(或更多个)光耦入部分，每个光源至少一个光耦入部分。光导还可以包括两个或更多局部光耦出部分。

另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹的事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种光导(1)，包括：

本体(2)，所述本体(2)由其中布置有纳米颗粒(3)的透明聚合物制成，所述本体(2)包括局部变形的至少一部分，裂纹(5)由此被诱导，从而产生局部变形区段(4)，所述局部变形区段(4)形成所述光导的局部光耦出部分(6)，所述本体进一步包括其中没有变形被诱导的区段，在所述区段中所述光导保持透明并且仅引导光通过这些区段，

其中所述局部光耦出部分(6)包括在被布置在所述光导的所述至少一部分中的所述纳米颗粒(3)的至少一部分处或附近的裂纹(5)，所述裂纹(5)充当光散射体，并且

其中所述纳米颗粒(3)具有在5nm-200nm的范围内的尺寸，以确保不存在过量的光散射。

2.根据权利要求1所述的光导，其中所述本体(2)可以包括第一局部变形区段(4a)和第二局部变形区段(4b)，其中在所述第一局部变形区段中的裂纹(5)的密度与在所述第二局部变形区段中的裂纹的密度不同。

3.根据权利要求2所述的光导，其中所述第一局部变形区段(4a)和所述第二局部变形区段(4b)被所述光导的局部未变形区段分隔开。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光导，其中所述透明聚合物选自由以下构成的组：丙烯酸玻璃、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸共聚物聚碳酸酯和环烯烃。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光导，其中所述纳米颗粒(3)由苯乙烯和丁二烯的共聚物制成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光导，其中所述光导处于光纤的形式。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的光导，其中所述光导处于片材的形式。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的光导，其中，布置有纳米颗粒(3)的所述透明聚合物构成所述光导的第一层(30)，其中所述光导还包括第二层(32)，所述第二层(32)由其中未布置纳米颗粒的透明聚合物制成，其中所述第一层(30)和所述第二层(32)被堆叠。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的光导，其中，其中布置有纳米颗粒(3)的所述透明聚合物构成所述光导的芯(40)，其中所述光导还包括包层(42)，所述包层(42)由其中未布置纳米颗粒的透明聚合物制成。

10.根据权利要求9所述的光导，其中所述芯(40)和所述包层(42)具有不同的衍射指数。

11.根据权利要求1、2、3和10中任一项所述的光导，其中所述纳米颗粒(3)被均匀地布置在所述透明聚合物中。

12.一种照明设备，包括：根据权利要求1至11中任一项所述的光导(1)；以及光源(64)，所述光源(64)被配置成将光发射到所述光导(1)的光耦入部分(62)中。

13.一种用于在光导(1)中引入局部光耦出部分(6)的方法，所述方法包括：

提供(S500)光导(1)，所述光导(1)包括其中布置有纳米颗粒(3)的透明聚合物；

向所述光导(1)的至少一部分施加(S502)变形力，裂纹(5)由此在被布置在所述光导的所述至少一部分中的所述纳米颗粒(3)的至少一部分处或附近被诱导，所述裂纹(5)充当光散射体，从而在所述光导(1)中形成所述局部光耦出部分(6)。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：沿着光导的所述至少一部分的不同子部分施加不同程度的变形力，由此在被布置在所述光导的所述至少一部分中的所述纳米颗粒的至少一部分处或附近诱导的裂纹的程度根据所施加的变形力的程度而变化。

15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括将所述变形力施加到所述光导的多个不同部分，从而在所述光导中形成多个局部光耦出部分。

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