CN102803836A

CN102803836A - 照明设备

Info

Publication number: CN102803836A
Application number: CN2010800257222A
Authority: CN
Inventors: L.P.巴克; J.佘; H.J.科内利森; G.韦
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-11-28
Also published as: EP2440839A1; WO2010143112A1; US20120163022A1; JP2012529737A

Abstract

本发明涉及照明设备。该照明设备包括：导光板；以及光源，被配置成发射光通过第一表面进入导光板；所述导光板包括汇聚器，其被配置成引导导光板中的入射光以在与预设平面基本上平行的方向上传播。所述预设平面与导光板的底面和顶面中的任一个垂直，以及以显著大于全反射临界角的角度与侧表面中的一个侧表面和第一表面相交或与导光板的第一表面和第二表面相交。以此方式，减少了导光板中的不必要光损耗，及改进了沿着导光板的亮度或光强度的分布，即，可以取得光强度基本上均匀的分布。

Description

照明设备

技术领域

本发明涉及照明设备，特别是包括照明组件的空间划分器（space divider）。

背景技术

导光板广泛用于许多产品（如，LCD（液晶显示器）、超薄灯箱和便携式装置的背光等）中。在不同应用中，导光板与光源合作以达到不同种类的照明需求。

US2001/0019479公开了照明系统。该照明系统包括线性光源，和导光部件（光源放置在其侧面旁边），其中，导光部件的底面和顶面总体上彼此平行，以及其中，在导光部件的顶面中以具体间隔布置由不同材料或气体构建的缝隙。因此，在导光部件内传播的光中的大多数光在导光部件中形成的缝隙处完全反射以从导光部件输出，从而照明反射板。反射光再次入射在导光部件上，并把所得全反射光透射到除了缝隙以外地点处的观测者侧，而在缝隙部分处不妨碍观测者的视野。

发明内容

导光板可以用作窗帘、屏风、房间划分器（room divider）、以及工作台划分器等的一部分，以及用来提供照明和/或装饰，同时光源发射光从它的表面之一进入导光板。在一些应用场景中，导光板具有相当大的长度。例如，当使用导光板作为窗帘或帘子时，导光板的长度可以是2米或甚至更长。

由于导光板的材料进行的吸收和导光板的一些表面（特别是侧表面）外的漏光，远离光源的导光板的区域中的光强度低于光源附近区域中的光强度。导光板中的不均匀光强度分布在导光板较长时更加严重。US2001/0019479中公开的缝隙无法有助于减少导光板的材料进行的吸收或导光板的侧表面处的漏光。

考虑到本发明的发明人发现的以上问题，提供导光板中的相当或比较均匀光分布（特别是在光源附近和远离光源的区域中）将会是有益的。还将会期望通过减小材料吸收和漏光引起的不必要的光损耗来改进照明效率。

为了较好地解决以上顾虑中的一个或更多个，根据本发明的实施例提供了照明设备，该照明设备包括：

导光板；以及

光源，被配置成发射光通过导光板的第一表面进入导光板；

其中，所述导光板包括汇聚器（concentrator），其被配置成引导导光板中的入射光以在与预设平面基本上平行的方向上传播，所述预设平面与导光板的底面和顶面中的任一个垂直，以及以显著大于全反射临界角的角度与导光板的第一表面和一个侧表面相交或与导光板的第一表面和第二表面相交。

本发明的基本思想是，通过使用内置汇聚器约束导光板内光的照射方向。当预设平面与导光板的底面和顶面中的任一个垂直以及与导光板的第一表面和第二表面相交时，入射光可以以直线从第一表面向第二表面传播（radiate），继而导光板的材料吸收较少入射光。当预设平面与导光板的底面和顶面中的任一个垂直以及以显著大于全反射临界角的角度与第一表面和侧表面之一个侧表面相交时，入射光中的大多数将会在一个侧表面处完全反射，且较少入射光泄漏出导光板，特别是在侧表面处。以此方式，减小导光板的侧表面处的不必要的光损耗，所以较多入射光可以传播到相对远离光源的导光板中地点。改进沿着导光板的亮度或光强度的分布，即，可以取得光强度基本上均匀的分布。

本发明的这些和其它方面将根据下文中描述的实施例而明显和参考下文中描述的实施例叙述。

附图说明

本发明的以上和其它目的和特征将根据结合附图考虑的以下详细描述变得较明显，其中：

图1（a）至图1（c）描绘了照明设备的实施例的顶视图的示意图；

图2（a）至图2（c）描绘了多个光反射器的实施例的示意图；

图3描绘了多个光反射器的实施例的顶视图的示意图；

图4（a）和图4（b）描绘了多个光反射器的实施例的顶视图的示意图；以及

图5（a）和图5（b）描绘了多个光反射器的实施例的顶视图的示意图。

遍及附图，使用同样的附图标记标注类似部分。

具体实施方式

本发明提供了照明设备。虽然照明设备的形状是三维的，但为求简单起见，图1至图5中图中的大多数图是照明设备实施例的二维视图。

图1（a）至图1（c）描绘了照明设备的实施例的顶视图的示意图。

如图1（a）中所示，照明设备100包括导光板102。导光板102是可以通过诸如石英、玻璃、诸如丙烯酸树脂或聚碳酸酯的透明树脂等的材料制成的光传导板。尽管其它规则和不规则形状也是可行的，但如图1（a）至图1（c）中分别所示，导光板102可以是长方体、梯形和三角形。导光板102可以薄或厚。

照明设备100进一步包括光源101，被配置成发射光通过导光板102的第一表面105进入导光板102。光源101可以采取荧光灯、发光二极管、白炽灯或有机发光材料的形式。导光板102包括汇聚器103，被配置成引导导光板102中的直接入射光以在与预设平面106基本上平行的方向上传播，预设平面106与导光板102的底面（未示出）和顶面（未示出）中的任一个垂直，以及以显著大于全反射临界角的角度与导光板102的侧表面109、110中的一个侧表面和第一表面105相交或与导光板102的第一表面105和第二表面108相交。

入射光是由光源101发射到导光板102中的光的一部分或全部。汇聚器103内置在导光板102中，并且可以通过许多方式，例如导光板中的缝隙、导光板中的设置透镜或其它种类的光学元件，实施它。

导光板102的顶和/或底表面是其中入射光被配置成传播出导光板102以便照射和/或装饰的表面。第一表面105是光从其穿过到达导光板102中的表面，及第二表面108是相对于第一表面的远离表面。侧表面109、110是导光板102的侧表面。在本发明的实施例中，预期取得侧表面109、110处漏光的减少。

预设平面106是基于导光板102中入射光传播方向需求的人工定义平面。可以通过许多方式定义预设平面106。例如，预设平面106可以是与光源的正常方向平行的平面、连接注入光的导光板的附近表面和与附近表面相对的远离表面的平面、或者与注入光的导光板的第一表面垂直的平面。

参照图1（a），在实施例中，导光板102的两个侧表面109、110对称，预设平面106是与侧表面109、110平行的平面。

参照图1（b），在另一实施例中，导光板102的两个侧表面109、110不对称，及预设平面106连接第一表面105和第二表面108。

参照图1（c），在进一步的实施例中，导光板102并非四边形而是三边形，及预设平面106是与第一表面105和侧表面109这二者相交的平面。

参照图1（d），在进一步的不同实施例中，导光板102的两个侧表面109、110对称，及预设平面106是以显著大于全反射临界角的角度与第一表面105和侧表面109相交的平面。

当预设平面106与导光板102的底表面和顶表面中的任一个垂直，以及与导光板102的第二表面108和第一表面105相交时，入射光因为通过汇聚器103引导导光板102中的入射光以与预设平面106基本上平行地传播，所以可以从第一表面105向第二表面108以直线传播。因此，相比于没有汇聚器103的情况下的自由光传播而言，缩短了导光板102中入射光的传播路径，减小了导光板102的材料进行的光吸收，及减少了导光板的侧表面109、110处的漏光。把图1（a）中的照明设备100作为实例，其中，汇聚器103引导的入射光被汇聚以根据最短路径从导光板102的第一表面105向第二表面108以直线传播以大大减小材料吸收和漏光。把图1（b）中的照明设备100作为另一实例，入射光在导光板102的侧表面109、110附近的区域中从第一表面105向第二表面108传播，以调整导光板102中的光分布，用于照明和装饰的目的。

当预设平面106与导光板102的底表面和顶表面中的任一个垂直以及以显著大于全反射临界角的角度与侧表面109、110中的一个侧表面和第一表面105相交时，可以通过汇聚器103引导入射光以根据导光板102中的全内反射传播。把图1（d）中的照明设备100作为实例，入射光可以根据导光板102的侧表面109、110上的全内反射从导光板102的第一表面105向导光板102的第二表面108传播（radiate）。以此方式，在侧表面109、110上存在较少或不存在漏光，以使得较多光可以从导光板102的第一表面105向导光板102的第二表面108传播。

可以通过调整光源101的设置取得更多的优点。

通过把光源101放置在预设平面106处，汇聚器103引导的入射光可以相对于预设平面106对称，及光在导光板102中更均等地分布。

通过设置与导光板102中光源101的形状匹配和耦合到导光板102中光源101的凹槽（indentation）104以及如图1（a）中所示把光源101放置在凹槽104处，从凹槽104的表面反射较少光，及较多光进入导光板102。以此方式，改进照明效率。凹槽的形状将会对于不同形状的光源而不同。例如，在光源以相对较大球的形状时凹槽是相对较大球的形状；在光源的形状相对较平坦和小时凹槽的形状相对较浅和小。

在汇聚器103的实施例中，汇聚器103包括多个光反射器。

可以通过许多方式实施多个光反射器。例如，每个光反射器包括缝隙。易于以许多方式实施缝隙，例如，可以通过激光器在导光板中切取缝隙。用折射率低于导光板折射率的材料和/或气体部分地或整个地填充缝隙。以此方式，当光入射的角度足够大时，光可以被缝隙完全反射。如果填充材料与导光板的折射率之间的折射率差异未足够大，则可以用反射性涂层部分地或整个地涂覆缝隙。反射性涂层材料可以是铝和银等。

根据拇指公式的规则，渐逝波耦合（evanescent wave coupling）在缝隙的宽度大于光波长的十倍时将不会是问题。它意味着在入射的角度达到全反射的需求的情况下光可以通过缝隙完全反射。另外，当缝隙与导光板的边缘相交时，如果缝隙的宽度很大，则将会存在从缝隙向外部脱离的导光板中的光。因此，期望缝隙的宽度α满足0.01mm ≤α≤ 1mm。

每个光反射器可以处于抛物线的片段、直线、椭圆的片段、双曲线的片段或圆形的片段等的形状。

当光反射器以直线的形状时，可以通过设置光反射器相对于导光板一侧的倾斜角度来控制直线形光反射器反射的光方向。

当光反射器处于抛物线片段的形状时，可以把光源放置在抛物线形光反射器的焦点上以使得光反射器反射的光基本上平行。也可以在抛物线形光反射器的焦点与光源不重叠的情况下汇聚入射光。

不同形状的光反射器可以彼此合作以控制光反射器反射的光的照射方向。

参照图2至图5，多个反射器200的数个实施例描述如下。

图2（a）至图2（c）描绘了多个光反射器200的实施例的示意图。

参照图2（a），在多个光反射器200的实施例中，多个光反射器200包括多个直线形光反射器201，全部具有不同的倾斜角度。具有具体倾斜角度的每个直线形光反射器201可以引导直线形光反射器201反射的入射光以与预设平面106基本上平行地延伸。

通过增加直线形光反射器201的数量和沿导光板102的宽度布置这些直线形光反射器201，短直线形光反射器201也可以工作良好。较之长直线形光反射器201占用的区域而言，短直线形光反射器201占用的区域相对较小。把光反射器200放置在光源101附近的相对较窄区域中是有益的。易于从用户的视角隐藏包括汇聚器103的区域，这也帮助改进最终产品（例如，窗帘）的美观。

图2（a）是从与x轴211和y轴212的平面垂直的方向获取的直线形光反射器201的二维视图。为了示例直线形光反射器201的三维视图，图2（b）通过从与图2（a）中的线AB垂直的方向上

看示出了图2（a）中左上角中直线形光反射器201的横截面视图。在图2（b）中示出了沿着z轴213获取的图2（a）中左上角中直线形光反射器201的三个三维视图。它们是第一个视图202、第二个视图203和第三个视图204。可以发现，图2（a）中左上角中直线形光反射器201的长度在这些三维视图中变化。图2（a）中左上角中直线形光反射器201的长度也可以在沿着z轴213获取的三维视图（即，图2（c）中示出的三个视图205、206和207）中一样。

对于光反射器200的其它形状，其它图中未示例的光反射器200的三维视图可以在三维方向上看上去一样或不同。光反射器200的深度可以与导光板102的深度一样或短于导光板102的深度。

图3描绘了多个光反射器200的另一实施例的顶视图的示意图。

参照图3，在多个光反射器200的另一实施例中，多个光反射器200包括多个光反射器对，每个光反射器对包括相对于预设平面106对称布置的两个光反射器200。多个光反射器对可以形状均一样，如，直线；或者形状不同，例如，如图3中所示，两个光反射器对的每个光反射器301处于抛物线片段的形状，及光反射器对的每个光反射器201处于直线的形状。

在一对曲线形的光反射器200中，只要一对的两个光反射器200对称，两个光反射器200就可以处于不同曲线或同样曲线片段的形状。例如，当光反射器对处于抛物线片段的形状时，光反射器对中的两个光反射器200可以处于同样抛物线的同样片段的形状或处于两个不同抛物线的两个不同片段的形状。

光反射器对可以在布局中不同。例如，光反射器200与入射光进入的导光板102的第一表面105相交。在图3中，直线形光反射器201与第一表面105相交。以此方式，可以通过汇聚器103反射入射光中的所有入射光，以使得存在较少不必要（unwanted）的漏光。光反射器200中的所有光反射器或一部分可以与第一表面105相交。

图4（a）和图4（b）描绘了多个光反射器200的实施例的顶视图的示意图。

在多个光反射器200的进一步实施例中，多个光反射器200包括多个抛物线形光反射器301和多个直线形光反射器201，每个抛物线形光反射器301的抛物线轴平面与预设平面106垂直以及焦点与光源101重叠，及每个直线形光反射器201被配置成在与预设平面106平行的方向上反射从多个抛物线形光反射器301反射的光。

通过确保焦点和光源101显示重叠，多个抛物线形光反射器301使得入射光在导光板102中基本上平行地传播。继而多个抛物线形光反射器301被配置成重定向抛物线形光反射器301反射的光的照射方向。以此方式，用于改变入射光照射方向的光反射器200的区域可以小。把光反射器200放置在光源101附近的相对较窄区域中是有益的。易于从用户的视角隐藏包括汇聚器103的区域，这也帮助改进最终产品（例如，窗帘）的美观。

可以通过许多方式实施用于耦合多个抛物线形光反射器301和多个直线形光反射器201的布置。

把图4（a）中的光反射器200作为实例，一个直线形光反射器201被配置成耦合到五个抛物线形光反射器301。以此方式，因为耦合五个抛物线形光反射器301只需要一个直线形光反射器201，所以易于实施反射器200的布局。

把图4（b）中的光反射器200作为另一实例，每个直线形光反射器201进一步被配置成耦合到多个抛物线形光反射器301之中的相应抛物线形光反射器301以在与预设平面106平行的方向上反射从所述抛物线形光反射器301反射的光。例如，五个直线形光反射器201被配置成耦合到五个抛物线形光反射器301。由于存在耦合到预设平面106附近抛物线形光反射器301的直线形光反射器201，与图4（a）中示出实施例的比较示出了，在图4（b）中预设平面106附近的区域中存在较多反射光。结果是，入射光从中心向汇聚器103的边更加均匀地分布。

参照图5（a）和图5（b），在多个光反射器200的进一步实施例中，多个光反射器200包括两对抛物线形光反射器301和一对直线形光反射器201。一对抛物线形光反射器301的每个抛物线形光反射器301的抛物线轴平面与预设平面106平行以及焦点与光源101重叠；及另一对抛物线形光反射器301的每个抛物线形光反射器301的抛物线轴平面与预设平面106垂直以及焦点与光源101重叠。该对直线形光反射器201被配置成相应地耦合到该对抛物线形状光反射器301，其抛物线轴平面与预设平面106垂直。在抛物线形光反射器301上照射的光的入射角度很小时抛物线形光反射器301对光透明，即，抛物线形光反射器301不反射光。

如图5（a）和图5（b）中所示，有效引导入射光以在与预设平面106基本上平行的方向上传播只需要六个光反射器200。因此，光反射器200的实施很简单和容易。另外，用于改变入射光照射方向的光反射器200的区域可以小。把光反射器200放置在光源101附近的相对较窄区域中是有益的。易于从用户的视角隐藏包括汇聚器103的区域，这也帮助改进最终产品（例如，窗帘）的美观。

应当注意，以上提到的实施例示例而非限制本发明，本领域技术人员将会能够在不脱离所附权利要求范围的情形下设计替选实施例。在权利要求中，不应当把括号之间放置的任何附图标记解释成限制权利要求。词语“包括”不排除说明书中或权利要求中未列出的步骤或元件的存在。元素前面的词语“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。在列举数个单元的设备权利要求中，可以通过同一项硬件或软件实施这些单元中的数个单元。词语第一、第二和第三等的使用不表明任何排序。应该把这些词语解释成名称。

Claims

1.一种照明设备，包括：

导光板（102）；

光源（101），被配置成发射光通过导光板（102）的第一表面（105）进入导光板（102）；

其中，所述导光板（102）包括汇聚器（103），其被配置成引导导光板（102）中的入射光以在与预设平面（106）基本上平行的方向上传播，所述预设平面（106）与所述导光板（102）的底面和顶面中的任一个垂直，以及以显著大于全反射临界角的角度与导光板（102）的侧表面（109、110）中的一个侧表面和第一表面（105）相交或与导光板（102）的第一表面（105）和第二表面（108）相交。

2. 如权利要求1所述的照明设备，其中，所述汇聚器（103）包括多个光反射器（200）。

3.如权利要求2所述的照明设备，其中，每个光反射器（200）包括缝隙。

4.如权利要求3所述的照明设备，其中，所述缝隙用折射率低于导光板（102）折射率的材料和/或气体部分地或整个地填充。

5.如权利要求3所述的照明设备，其中，缝隙的宽度α满足0.01mm ≤ α ≤ 1mm。

6.如权利要求2所述的照明设备，其中，每个光反射器（200）可以处于抛物线的片段、直线、椭圆的片段、双曲线的片段或圆形的片段的形状。

7.如权利要求2所述的照明设备，其中，所述多个光反射器（200）包括多个光反射器对，每个光反射器对包括相对于所述预设平面（106）对称布置的两个光反射器（200）。

8.如权利要求2所述的照明设备，其中，所述多个光反射器（200）之中的光反射器（200）与导光板（102）的第一表面（105）相交。

9.如权利要求2所述的照明设备，其中，所述多个光反射器（200）包括多个直线形光反射器（201），其具有彼此不同的倾斜角度。

10.如权利要求2所述的照明设备，其中，所述多个光反射器（200）包括多个抛物线形光反射器（301）和多个直线形光反射器（201），每个抛物线形光反射器（301）的抛物线轴平面与预设平面（106）垂直以及焦点与光源（101）重叠，每个直线形光反射器（201）被配置成在与预设平面（106）平行的方向上反射从多个抛物线形光反射器（301）反射的光。

11.如权利要求10所述的照明设备，其中，每个直线形光反射器（201）进一步被配置成耦合到所述多个抛物线形光反射器（301）之中的一个相应抛物线形光反射器（301）以在与预设平面（106）平行的方向上反射从这一个抛物线形光反射器（301）反射的光。

12.如权利要求10所述的照明设备，其中，所述多个光反射器（200）进一步包括一对抛物线形光反射器（301），每个抛物线形光反射器（301）的抛物线轴平面与汇聚器（103）的预设平面（106）平行以及焦点与光源（101）重叠。

13.如权利要求1所述的照明设备，其中，光源（101）放置在导光板（102）的凹槽（104）处，凹槽（104）的形状与光源（101）的形状匹配和耦合到光源（101）。