CN116348708A - 照明设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及照明设备(10)，包括：被适配为发射可见光(24’)的多个第一光源(24)；导光板(12)，其中在操作中由多个第一光源发射的可见光经由光耦入部(16a)耦合到导光板中；至少一个第二光源(28)，其被适配为发射UV光(28’)和紫光中的至少一者，以经由光耦入部(16a；16b)耦合到导光板中；以及由第一材料制成的光学元件(30；30’；30”；42)，第一材料与制成导光板的第二材料不同并且与其相比更抗UV，其中光学元件被适配为将至少一个第二光源发射的光分布在面积(34；46)之上，面积(34；46)大于在光被耦合到导光板中之前至少一个第二光源的总光输出表面积(35)。
Description
技术领域
本发明涉及照明设备，具体是具有导光板的UV(紫外)发光照明设备。本发明还涉及包括这样的照明设备的灯具或灯。
背景技术
尽管标准LED照明是相当成熟的技术，但也存在一些新的趋势。第一趋势是市场上越来越多地使用导光板(LGP)，例如用于普通照明的天花板灯具。
第二趋势是将UV LED添加到用于诸如消毒(UV-C)、维生素D(UV-B)和脆白光(UV-A/紫)等应用的灯具中。
US2018193504公开了用于提供智能消毒服务的设备。设备包括沿显示屏边缘定位的各种LED。换言之，设备包括边缘发光LED显示器。显示屏包括用于在与显示屏垂直的方向上引导由LED发射的光的光导、漫射器、薄膜晶体管(TFT)液晶显示器(LCD)和其他部件。至少一个LED包括发射UV光的UV LED。
然而，US2018193504的设备的一个问题是它的寿命可能有限。
发明内容
本发明的一个目的是克服该问题，并提供其中导光板具有改进的寿命的照明设备。
根据本发明的第一方面，该目的和其他目的通过照明设备来实现，照明设备包括：被适配为发射可见光(例如，白光)的多个第一光源；导光板，其包括至少一个光耦入部和光耦出表面，其中照明设备被布置为使得由多个第一光源在操作中发射的可见光经由所述至少一个光耦入部中的光耦入部而耦合到导光板中，其中耦合到导光板中的可见光的至少一部分被导光板引导(经由全内反射)，并且其中被导光板引导的可见光的至少一部分在光耦出表面处/经由光耦出表面而耦合出导光板；至少一个第二光源，其被适配为发射UV光和紫光中的至少一者，以经由所述至少一个光耦入部中的光耦入部耦合到导光板中；以及由第一材料制成光学元件，第一材料与制成导光板的第二材料不同并且与其相比更抗UV，其中光学元件被适配为将至少一个第二光源发射的光分布在面积之上，该面积大于在光被耦合到导光板中之前至少一个第二光源的总光输出表面积(35)。
至少一个光耦入部可以例如是导光板的至少一个边缘。
光学元件可以被适配为将至少一个第二光源发射的光分布在比光被耦合到导光板之前的至少一个第一光源的总光输出表面积大至少4倍、更优选至少8倍、最优选至少10倍的面积之上。
本发明基于这样的理解：通过提供由比导光板更抗UV的材料制成的(其他)光学元件，该光学元件在操作中在UV/紫光源被耦合到导光板中之前(而不是UV/紫光直接耦合到导光板中)将UV/紫光源分布在大面积之上，可以防止导光板(其可以由聚合物制成)的局部材料退化(例如，褐变)，由此本照明设备的寿命可以被改进。此外，由于光学元件的材料比导光板的材料更抗UV，因此即使至少一个UV/紫光源被放置在光学元件附近，诸如褐变的局部材料退化也不是问题。
在至少一些实施例中，至少一个第二光源可以比多个第一光源远离其光耦入部定位得更远。通过将UV/紫光源放置在比多个可见光源更远离其导光板的光耦入部的位置，可以降低导光板上的局部UV/紫色强度，同时可见光源仍然可以紧密地定位到其光耦入部，由此可以防止导光板局部材料退化，这进而意味着导光板的寿命可以被改进。应注意，在US2018193504的图2a中，所有LED被定位在距显示屏相同距离处。
从至少一个第二光源到其光耦入部的最近距离d2可以比从多个第一光源到其光耦入部的最近距离d1大至少两倍或三倍。
在至少一个实施例中，光学元件包括第二光耦入部和第二光耦出表面，其中照明设备被布置为使得由至少一个第二光源在操作中发射的光经由第二光耦入部而被耦合到光学元件中，其中耦合到光学元件中的光的至少一部分由光学元件引导，其中由光学元件引导的光的至少一部分在第二光耦出表面处耦合出光学单元，并且其中在第二光耦出表面处耦合出光学元件的光的至少一部分被耦合到导光板中。借助这样的光学元件，在UV/紫光被耦合到导光板中之前，在不会使得照明设备过大的情况下，UV/紫光可以容易地在较大的(表面)面积(对应于第二光耦出表面)上良好地分布。
光学元件优选地是细长和薄的，例如可以是第二光导。备选地，光学元件可以是TIR(全内反射)准直器、光学间隔器等。
光学元件可以沿着导光板的边缘或边缘部分延伸。边缘或边缘部分可以形成针对至少一个第二光源的上述光耦入部。优选地，光学元件沿着(基本上)导光板的一个或多个边缘的整个长度延伸。这可以确保在UV/紫光被耦合到导光板中之前，UV/紫光分布在足够大的(表面)面积之上。
在一个变型中，多个第一光源光可以沿着与所述光学元件不同的导光板的边缘或边缘部分布置，该不同的边缘或边缘部分可以形成多个第一光源的光耦入部。例如，对于方形或矩形导光板，可见光源光可以沿着导光板的一个边缘(优选地整个长度)布置，而光学元件可以沿着导光板的相邻边缘延伸。此处，至少一个第二光源可以是位于光学元件的短端部处的单个第二光源或者是沿着光学元件的长侧分布的多个第二源。在前一种情况下，第二光源可以方便地安装在与多个第一光源相同的(LED)带状衬底上。
在另一变型中，多个第一光源可以沿着与所述光学元件相同的导光板的边缘或边缘部分布置。
在另一实施例中，光学元件是反射器，其至少部分地限定了在操作中充当由至少一个第二光源发射的光的混合室的空间，之后来自该混合室的光被耦合到导光板中。借助这样的反射器，在UV/紫光被耦合到导光板中之前，UV/紫光可以在不会使得照明设备过大的情况下，分布在更大的面积(对应于混合室的光出射窗)之上。反射器可以例如由(抗UV)金属或合金制成。混合室可以具有高反射内表面的壁。反射器可以沿着导光板的边缘或边缘部分延伸，优选地沿着(基本上)导光板的一个或多个边缘的整个长度延伸，而多个第一光源光可以沿着导光板的不同边缘或边缘部分布置。
照明设备还可以包括围绕导光板的框架，其中上述光学元件被布置在框架中，框架屏蔽多个第一光源、至少一个第二光源和光学元件。以这种方式，当有人观察照明设备时，从外部看不到光学元件，这进而提供了照明设备的改进(或至少不恶化)美学。框架还可以屏蔽照明设备的其他部件，诸如电子器件、散热器等。
在另一实施例中，围绕导光板的框架的一部分可以方便地形成(或至少保持)上述反射器。
代替被布置在框架中，光学元件可以被嵌入在导光板中或与导光板集成或者被布置在导光板后面或者被布置在导光板前面。光学元件可以例如被布置为穿过导光板中的孔的光纤。光纤可以是其包层紧挨着纤芯的“泄漏”光纤，其中存在折射率失配。即，包层可以具有比纤芯低的折射率。
(所述光学元件的)第一材料可以是有机材料。第一材料可以例如选自由以下项组成的组：玻璃、UV熔融二氧化硅、高纯度二氧化硅和硅树脂。
导光板可以由有机聚合物制成，诸如PMMA、PC、PET、PS等。
导光板可以被布置在照明设备的导光板反射器和漫射器之间。漫射器可以被定位在导光板的第一主表面的前面，并且导光板反射器可以被定位在与所述第一主表面相对的导光板第二主表面的后面，其中所述第一主表面的至少一部分形成导光板的上述光耦出表面。
导光板可以包括在导光板的至少一个主表面(例如，导光板的上述第一主表面)上布置的光耦出特征。光耦出特征可以包括结构、粗糙度等中的至少一项。
多个第一光源和至少一个第二光源可以是LED(发光二极管)光源。第一光源被适配为发射可见光并且在它们发射白光的情况下，它们可以是磷光体转换的蓝色LED或RGBLED。第一光源可以没有光学器件。第一光源可以被放置得相当接近其导光板的光耦入部(例如，大约1mm)。
根据本发明的第二方面，提供了包括根据第一方面所述的照明设备的灯具或灯。灯具可以例如是用于一般照明的天花板灯具或用于一般照明的墙壁灯具。灯可以例如是立灯或台灯。
应注意，本发明涉及权利要求中所述特征的所有可能的组合。
附图说明
现在将参考示出本发明的实施例的附图来更详细地描述本发明的这一方面和其他方面。
图1是根据本发明的实施例的照明设备的分解透视图。
图2是图2的照明设备的示意性前视图。
图3是本发明的照明设备的变型的示意性前视图。
图4是本发明的照明设备的另一变型的示意性前视图。
图5a-图5c示出了图4中照明设备的子变型的局部侧视图。
图6是本发明的照明设备的另一变型的示意俯视图。
图7a-图7b示意性地图示了包括光纤的照明设备。
图8是根据本发明的另一实施例的照明设备的示意俯视图。
如图中所示，层和区域的尺寸可以为了例示目的而被夸大，因此被提供来图示本发明的实施例的整体结构。相同的附图标记始终指代相同的元素。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图来更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性并将本发明的范围充分传达给技术人员。
图1-图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的照明设备10。
照明设备10包括导光板(LGP)12。应当注意，在本申请的上下文中，术语“导光板”可以是适合用作光导的任何面板、物体、板、平板等。换言之，可以使用适合于传导光的任何面板、物体、板、平板等。导光板12可以由例如透明、半透明材料制成。导光板12可以例如由塑料(聚合物)制成。
图1-图3中的导光板12是(平坦的)板。图1-图3中的导光板12是矩形的。然而，它可以具有其他形状，例如方形、圆形、六边形、正交等。导光板12可以具有长度L、宽度W和厚度T。通常，L＞20T，并且W＞20T。例如，对于方形导光板，L＝10cm，W＝10cm，T＝0.5cm。导光板12具有第一主(前)表面14a以及与第一主表面14a相对的第二主(后)表面14b。导光板12还具有四个边缘(或侧表面)16a-16d。边缘16a-16d将第一和第二主表面14a-14b连接。第一主表面14a可以形成导光板12的光耦出表面。边缘16a-16d中的至少一个边缘可以形成导光板12的至少一个光耦入部。
导光板12可以有利地被提供有在第一主表面14a上布置的光耦出特征18。光耦出特征18可以包括结构、粗糙度等中的至少一项。此外，导光板12可以被布置在(导光板)反射器20和漫射器22之间。如图1所示，漫射器22可以位于第一主表面14a的前面，并且反射器20可以位于第二主表面14b的后面。漫射器22可以减少眩光。漫射器22例如可以是漫射膜或漫射板。反射器20例如可以是在第二主表面14b上提供的反射涂层，诸如金属涂层。
照明设备10还包括被适配为发射可见光24’的多个第一光源24。照明设备10可以例如包括十个第一光源24。第一光源24可以例如是磷光体转换的蓝色LED。备选地，它们可以是RGB LED。多个第一光源24在图1-图2中沿着(基本上)导光板12的边缘16a-16d中的一个边缘(即，边缘16a)的整个长度布置为一条线。边缘16a是第一光源24的最近的导光板边缘，形成第一光源24中的光耦入部。从多个第一光源24到它们的光耦入部16a的(最近的)距离由d1表示。第一光源24可以被安装在带状衬底26上。带状衬底26平行于边缘16a。
在照明设备10的操作中，由多个第一光源24发射的可见光24’经由光耦入部16a耦合到导光板12中，其中耦合到导光板12中的可见光的至少一部分经由导光板12内的全内反射被引导，并且其中在导光板12中被引导的可见光中的至少一部在光耦出表面14a处耦合出导光板12。
照明设备10还包括至少一个第二光源28，其被适配为发射UV光28’和紫光中的一种。第二光源28的数量通常小于第一光源24的数量。至少一个第二光源28可以是LED光源，例如一个或多个UV LED。UV光可以在10nm至400nm的波长范围内。紫光可以在380nm至420nm或380nm至410nm的波长范围内。特别是在405nm处的紫色能杀死细菌。至少一个第二光源28可以具体被适配为发射UV-C(100-280nm)、UV-B(280-315nm)和UV-A(315-380nm)辐射中的至少一种。UV-A杀死细菌。UV-B杀死细菌并轻微杀死(一些)病毒。UV-C杀死细菌和病毒。
UV光28’和/或紫光将经由至少一个第二光源28的光耦入部(此处是边缘16b)耦合到导光板12中，边缘16b是至少一个第一光源28的最近的导光板边缘。从至少一个第二光源28到其光耦入部16b的(最近)距离由d2表示。
与多个第一光源24距离其光耦入部16a定位相比，至少一个第二光源28可以距离其光耦入部16b定位得更远。换言之，d2>d1。d2可以比d1大至少两(或三)倍。d1通常小于4mm，更优选小于3mm，最优选1-2mm。d2优选大于5mm，更优选大于7mm，最优选大于9mm。
通过将至少一个第二光源28放置得比多个第一光源24更远离导光板12的其最近的光耦入部16b，导光板12上的局部UV/紫光强度可以被降低(而第一光源24仍然可以紧密地定位到它们的光耦入部16a)，由此可以防止导光板12的局部材料退化，这进而意味着可以改进导光板12的寿命。
照明设备10还可以包括围绕导光板12的(此处为矩形)框架29。框架29可以固定导光板12、反射器20和漫射器22。框架29被适配为屏蔽多个第一光源24和至少一个第二光源28。框架29还可以屏蔽照明设备10的其他部件，诸如电子器件、散热器等(未示出)。
根据本发明，照明设备10还包括光学元件30。在图1-图2中，光学元件30是第二光导。该光导被标记为“第二”，以避免其与(第一)光导(板)12混淆。光学元件/第二光导30可以被上述框架29屏蔽，使得当有人观察照明设备10时，从外部看不到光学元件/第二光导30。
光学元件30由第一材料制成，第一材料与制成导光板12的第二材料不同并且更抗UV。例如，第一材料可以是玻璃或UV熔融二氧化硅或高纯度二氧化硅或硅树脂。如上所述，第二材料可以例如是塑料(聚合物)。
图1-图2中的光学元件30基本上沿着导光板12的边缘16b的整个长度延伸。因此，光学元件30的长度(基本上)等于边缘16b的长度。此外，光学元件30的厚度t可以等于或(略)小于距离d2。图1-图2中的光学元件/第二光导30例如可以是具有矩形或方形截面的杆。
此外，光学元件30包括第二光耦入部32和第二光耦出表面34。光耦入部32和光耦出表面34被表示为“第二”，以避免它们与导光板12的(第一)光耦入部16a-16b和(第一)光耦出表面14a混淆。在图1-图2中，第二光耦出表面34面向导光板12的边缘16b，而第二光耦入部32与第二光耦出表面34相对。
此外，在图1-图2中，至少一个第二光源28是被适配为发射UV光28’和/或紫光的多个第二光源28，例如三个第二光源28。多个第二光源28沿着光学元件30的第二光耦入部32分布。
在操作中，由第二光源28发射的光，诸如UV光28’，经由其第二光耦入部32耦合到光学元件30中，其中耦合到光学元件30中的光的至少一部分在光学元件30内被引导，其中在光学元件30内被引导的光的至少一部分在第二光耦出表面34处被耦合出光学元件30，并且其中在第二光耦出表面34处被耦合出光学元件30的光的至少一部分经由边缘16b被耦合到导光板12中。
借助光学元件30，在UV/紫光被耦合到导光板12中之前，UV/紫光28’分布在面积(对应于第二光耦出表面34的面积)之上，该面积远大于至少一个第二光源28的总光输出表面积35。以这种方式，防止了诸如(聚合物)导光板12的褐化的局部材料退化，由此可以改进本照明设备10的寿命。
UV/紫光28’可以借助光学元件30分布在面积(例如，对应于第二光耦出表面34的面积)之上，该面积优选地比总光输出表面面积35大至少4倍，更优选地大至少8倍，最优选地至少大10倍，诸如例如20倍。每个第二光源28的光输出表面面积35可以例如为大约1mm x1mm。所述三个第二光源28的总光输出表面面积将为3x0.01cm2＝0.03cm2。例如，如图3所示，单个第二光源28的总光输出表面面积将为0.01cm2。
在图1-图2的照明设备10的变型中，该变型在图3中示出，至少一个第二光源28(此处可以是被适配为发射UV光28’和/或紫光的单个第二光源28)位于光学元件/第二光导30的短端部处，该短端部在此处构成光学元件30的第二光耦入部32。此处，第二光源28可以方便地安装在与多个第一光源24相同的带状衬底26上。
在图4所示的另一变型中，光学元件/第二光导30可以与多个第一光源24沿着导光板12的相同边缘16a布置。在图4中，光学元件30的第二光耦出表面34面向导光板12的边缘16a。此外，光学元件30在此处延伸超过边缘16a并且在(至少)一个第二光源28之上延伸，该第二光源可以被安装在多个第一光源24附近，优选地安装在带状衬底26上。同样在图4中，第二光耦入部32可以由光学元件30的表面部分形成，该表面部分延伸超过边缘16a并面向第二光源28。此外，位于边缘16a之外的光学元件30的端部36a可以是倾斜的，从而(例如)UV光28’可以被反射到光学元件30的相对端部36b。此外，光学元件30在此处可以不布置在可见光18’的光路中(图5a)，完全布置在可见光18’的光路中(图5b)，或者部分布置在可见光18’的光路中(图5c)。
在图1-图2的照明设备10的又一变型中，该变型在图6中示出，光学元件是TIR准直器30’。TIR准直仪30’可以是具有TIR准直器截面的杆，用于若干(所有)第二光源28。备选地，光学元件可以是多个TIR准直器，每个第二光源28一个TIR准直器。在任何情况下，特别是在前一种情况下，TIR准直器(杆)30’或TIR准直器的第二光耦出表面34的面积大于至少一个第二光源28的总光输出表面35。本领域技术人员本身已知可用于本发明的各种TIR准直器截面。
在图7a-图7b所示的另一变型中，光学元件可以是光纤30”。光纤/光学元件30”可以例如穿过导光板12中的孔38，其中孔38的内部形成导光板12针对至少一个第二光源28的光耦入部。孔38可以例如沿着导光板12的边缘16b延伸。光纤30”可以是其包层40a靠近纤芯40b的“泄漏”光纤，其中包层40a的折射率优选低于纤芯40b。光纤30”的圆柱形外表面形成第二光耦出表面34，其面积(远)大于总光输出表面面积35。
在类似于例如图1-图2的实施例的另一实施例中，光学元件是反射器42。反射器42可以例如由(抗UV)金属或合金制成。反射器42可以例如沿着导光板12的边缘16b的大致整个长度延伸。反射器42可以方便地由上述框架29的一部分(例如，一侧)形成。反射器42至少部分地限定了空间44。为此，反射器42可以具有例如U形或
形截面。至少一个第二光源28可以被布置在(U形或/>
形)反射器42的底部处或附近。光出射窗46可以面向导光板12的边缘16b(对于至少一个第二光源28可以是光耦入部)。在操作中，空间44充当由至少一个第二光源28发射的光28’的(光)混合室，之后来自混合室的光(通常是源光+混合光)被耦合到导光板12中。光出射窗46的面积可以(远)大于至少一个第二光源28的总光输出表面面积35。借助反射器42，在UV/紫光28’被耦合到导光板12之前，在不会使得照明设备10过大的情况下，UV/紫光28’可以分布在更大的面积之上。
本发明的照明设备10可以例如是或被包括在灯具中，例如用于普通照明的天花板灯具、用于一般照明的墙壁灯具等。照明设备可以备选地被包括在灯中，诸如立灯、台灯等。
本领域技术人员认识到，本发明不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
附加地，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，可以通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究来理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。仅在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施这一事实并不指示这些措施的组合不能被用于有利地使用。
Claims (14)
1.一种照明设备(10)，包括：
多个第一光源(24)，其被适配为发射可见光(24’)；
导光板(12)，其包括至少一个光耦入部(16a、16b)和光耦出表面(14a)，其中所述照明设备被布置为使得由所述多个第一光源在操作中发射的可见光经由所述至少一个光耦入部中的光耦入部(16a)耦合到所述导光板中，其中耦合到所述导光板中的所述可见光的至少一部分由所述导光板引导，并且其中由所述导光板引导的所述可见光的至少一部分在所述光耦出表面(14a)处被耦合出所述导光板；
至少一个第二光源(28)，其被适配为发射UV光(28’)和紫光中的至少一者；
由第一材料制成的光学元件(30；30’；30”；42)，所述第一材料与制成所述导光板的第二材料不同且更抗UV，所述光学元件包括第二光耦入部(32)和第二光耦出表面(34)，其中所述照明设备被布置为使得由所述至少一个第二光源在操作中发射的光经由所述第二光耦入部而被耦合到所述光学元件中，其中被耦合到所述光学元件中的所述光的至少一部分被所述光学元件引导，其中由所述光学元件引导的所述光的至少一部分在所述第二光耦出表面处被耦合出所述光学单元，其中所述光学元件被适配为将所述至少一个第二光源发射的光分布在面积(34；46)之上，所述面积(34；46)大于在所述光被耦合到所述导光板中之前所述至少一个第二光源的总光输出表面积(35)，并且其中在所述第二光耦出表面处耦合出所述光学元件的所述光的至少一部分经由所述至少一个光耦入部(16a；16b)中的光耦入部(16b)耦合到所述导光板中。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中与所述多个第一光源距离其光耦入部(16a)定位相比，所述至少一个第二光源被定位为距离其光耦入部(16b)更远。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中从所述至少一个第二光源(28)到其光耦入部(16b)的最近距离(d2)是从所述多个第一光源到其光耦入部(16a)的最近距离(d1)的至少两倍大。
4.根据权利要求3所述的照明设备，其中所述光学元件是第二光导(30)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光学元件沿着所述导光板的边缘(16b)或边缘部分延伸。
6.根据权利要求5所述的照明设备，其中所述多个第一光源光沿着与所述光学元件不同的所述导光板的边缘(16a)或边缘部分布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光学元件是反射器(42)，所述反射器(42)至少部分地限定了空间(44)，所述空间(44)在操作中充当由所述至少一个第二光源发射的光的混合室，之后来自所述混合室的光被耦合到所述导光板中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，还包括围绕所述导光板的框架(19)，其中所述光学元件被布置在所述框架中，所述框架遮蔽所述多个第一光源、所述至少一个第二光源和所述光学元件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光学元件被嵌入在所述导光板中或与所述导光板集成，或者被布置在所述导光板后面或者被布置在所述导光板前面。
10.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述光学元件被布置为光纤(30”)。
11.根据权利要求1至7或9至10中任一项所述的照明设备，其中所述第一材料是有机材料，例如选自由以下项组成的组：玻璃、UV熔融二氧化硅、高纯度二氧化硅和硅树脂。
12.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述导光板被布置在所述照明设备的导光板反射器(20)和漫射器(22)之间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述导光板包括在所述导光板的至少一个主表面(14a)上布置的光耦出特征(18)。
14.一种灯具或灯，包括根据前述权利要求中任一项所述的照明设备。
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