本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的光輸出空間均勻性的固態(tài)照明面板。
背景技術(shù):
在建設(shè)中,通常采用模塊化表面系統(tǒng),以便減少與建造地板、墻壁和天花板相關(guān)聯(lián)的成本和建設(shè)時間。這樣的模塊化系統(tǒng)的典型示例是被包含于許多專業(yè)和辦公室環(huán)境內(nèi)的懸浮式天花板,其標(biāo)準(zhǔn)地包括限定正方形/矩形凹部的塑料或金屬柵格,這些凹部以跨越天花板的鑲嵌面板或鋪片(tile)填充,并且通常在規(guī)則點處用專用照明器照明面板隔開。
傳統(tǒng)上,這樣的照明面板利用與光重定向反射器組合的一個或多個熒光管。然而,諸如led的固態(tài)照明元件逐漸地在照明面板應(yīng)用中被用作熒光管的替代方案。相比于傳統(tǒng)的(熒光或白熾)光源,led具有很多普通優(yōu)點,包括長壽命、高流明效率、低工作電壓以及流明輸出的快速調(diào)制。此外,在辦公室環(huán)境中,一般期望模塊化系統(tǒng)包含聲阻尼元件,以便減輕跨過大的開放空間的聲音的傳遞。特別地,通常合意的是,照明面板自身包含聲學(xué)吸收鋪片或?qū)?,使得總天花板表面區(qū)域的比較大的部分可以被提供以照明,而不在聲阻尼方面妥協(xié)。
因此,相比于熒光面板,led模塊化照明面板具有很多優(yōu)點。然而,與管狀照明元件相反,單獨的led封裝能夠產(chǎn)生僅跨過非常窄的輸出區(qū)域的光發(fā)射。因此,在這樣的設(shè)備內(nèi),典型地利用多個led,這些led例如布置在反射器之下的陣列中,該反射器適配成跨過位于面板基部的輸出窗口而重定向所發(fā)射的光。
wo2013/190447例如公開了一種模塊化照明設(shè)備,其包括聲學(xué)吸收鋪片、若干行的led元件和反射器裝置。
wo2014/187788公開了一種可安裝在天花板中的發(fā)光聲學(xué)面板。該發(fā)光聲學(xué)面板包括聲音吸收層和光透射層,它們平行地布置使得在它們之間形成空間。在該空間中,光源和反射器布置成使得由光源發(fā)射的光由反射器重定向,并且朝著聲音吸收層的反射側(cè)發(fā)射。光源是沿著平行于發(fā)光聲學(xué)面板的邊緣的線布置的細(xì)長光源,其中該細(xì)長光源包括多個led元件。
已知的led照明面板具有下述缺點:在維持均勻的光分布(以便避免在跨過窗口寬度的各種點處出現(xiàn)更亮和更暗的斑點)時,難以實現(xiàn)大的橫向尺寸,例如大于大約60x60cm。光強(qiáng)度的這種不均勻性是美學(xué)上令人不滿的,并且是功能上低效的。
特別困難的是,利用還包含聲學(xué)功能的面板來避免這種非均勻性。
因此期望一種照明面板,其利用固態(tài)照明元件的條,并且能夠包含聲學(xué)吸收鋪片層-但是其中,即使對于大橫向尺寸的面板,跨過面板區(qū)域的寬度產(chǎn)生的光的強(qiáng)度分布展現(xiàn)出改進(jìn)的均勻性。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明由權(quán)利要求限定。
根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種照明面板,其包括:
具有一寬度的光輸出區(qū)域,光輸出將跨過該寬度產(chǎn)生;
具有一反射表面的反射器結(jié)構(gòu),該反射表面至少部分地在光輸出區(qū)域的方向上朝向;以及
布置在反射器結(jié)構(gòu)之下、具有發(fā)光頂表面的一行或多行固態(tài)照明元件,該一行或多行垂直于光輸出區(qū)域的寬度而延伸;其中:
固態(tài)照明元件一起包括照明元件的至少兩個子集,這些子集包括:
創(chuàng)建跨過光輸出區(qū)域的寬度的第一光強(qiáng)度輪廓的第一子集,以及
創(chuàng)建跨過光輸出區(qū)域的寬度的第二光強(qiáng)度輪廓的第二子集,其中
經(jīng)組合的強(qiáng)度輪廓創(chuàng)建跨過光輸出區(qū)域的寬度的第三光強(qiáng)度輪廓,相比于第一或第二強(qiáng)度輪廓中的任何一個,該第三光強(qiáng)度輪廓具有更大的均勻性,并且其中
固態(tài)照明元件的第一子集適配成產(chǎn)生抵著反射器表面的射束輪廓,該射束輪廓對應(yīng)于具有相對于光輸出區(qū)域的第一垂直位移的虛擬光源方位,并且
固態(tài)照明元件的第二子集適配成產(chǎn)生抵著反射器表面的射束輪廓,該射束輪廓對應(yīng)于具有相對于光輸出區(qū)域的第二垂直位移的虛擬光源方位。
照明面板包括一條或多條的固態(tài)照明元件,其(在一種布置中)“向上”面朝布置在上面的反射器的表面。反射器可以至少部分地在光透射輸出區(qū)域(例如光輸出窗口)的方向上朝向,該光透射輸出區(qū)域位于面板的基部、在照明元件的條的下面?!爸辽俨糠值爻颉币庵杆哂幸槐砻娣ň€,該表面法線在輸出區(qū)域的方向上至少具有一些矢量分量。
照明元件可以例如包括或者作為裸部件、或者與例如射束成形光學(xué)器件組合的一個或多個led。
照明元件的線可以布置在基本同一個方向上:垂直于下面的輸出窗口的橫向延伸地延展。由照明元件發(fā)射的光落在上面的反射器結(jié)構(gòu)上,并從反射器表面上的一個或多個點和/或在反射器表面上的一個或多個點之間反射或反彈(可能若干次)。在一些更小或更大量的反彈之后,光朝面板基部的輸出區(qū)域定向,在該處,光可以或者直接從面板傳播出來,或者替代地在穿過所提供的輸出窗口時漫射或散射。
在照明元件當(dāng)中布置兩個子集,每個子集適配成共同地產(chǎn)生跨過輸出窗口的橫向延伸的不同的光強(qiáng)度輪廓。兩個子集選擇性地適配,以便產(chǎn)生強(qiáng)度輪廓,這些強(qiáng)度輪廓相互抵消彼此相對于跨過輸出區(qū)域長度的某個(可能的)公共平均強(qiáng)度的偏差。以這種方式,可以建立跨過輸出窗口的一強(qiáng)度輪廓,該強(qiáng)度輪廓相比于由任何一個子集獨自產(chǎn)生的強(qiáng)度輪廓,具有大得多的均勻性,因為由于反射過程的性質(zhì)而自然地出現(xiàn)的峰和谷可以通過疊加由第二子集產(chǎn)生的特別適配的共軛強(qiáng)度輪廓而被“消除”。
“強(qiáng)度輪廓”寬泛地意指跨過輸出區(qū)域的寬度的光的分布,其實際上可以按照任何數(shù)量的特定物理量的分布或擴(kuò)展來表示和理解。例如,當(dāng)前上下文中的強(qiáng)度輪廓可由跨過面板寬度的輝度的標(biāo)繪或僅僅由發(fā)光強(qiáng)度的標(biāo)繪來表示,或者由發(fā)光度或與強(qiáng)度或亮度的度量具有直接物理關(guān)系的任何其它度量的標(biāo)繪來表示。例如,輪廓還可以在它們的顏色分布的方面被區(qū)分。
照明元件的第一子集中的照明元件可與照明元件的第二子集中的照明元件交錯。
根據(jù)這個實施例,兩個子集基本是空間交織或摻和的,使得由一個子集產(chǎn)生的輪廓盡可能整齊地疊加到由另一子集產(chǎn)生的輪廓上。以這種方式,兩個輪廓在可能的最大程度上“混合”:理想地,第一輪廓的整個范圍與第二輪廓的整個范圍重疊。因為均勻性通過兩個共軛輪廓的混合來實現(xiàn),最大空間重疊確保均勻性的最大容量。
在一個特定示例中,反射器結(jié)構(gòu)可以沿著行方向具有恒定的截面形狀。
在一些示例中,反射器可以具有在縱向(height-wise)方向上延伸的彎曲的或否則非平面的形式。在本發(fā)明的一個實施例中,照明元件的行布置在相關(guān)聯(lián)的反射器之下,使得它們與反射器的長度平行地延展,反射器沿著該長度具有恒定的形狀。因此,從照明元件的行的基部到反射器表面的縱向位移沿著行的整個長度保持恒定。這個恒定的反射器形狀是反射器截面,其在沿著平行于行延展的軸的點處垂直地切割。
這樣的布置允許每個條產(chǎn)生的(跨過輸出區(qū)域的橫向延伸的)強(qiáng)度輪廓在沿著窗口長度(其垂直于寬度)的每個點處相同(忽略行末端的邊緣效果)。這不僅確保了存在跨過窗口寬度的強(qiáng)度的均勻性,還確保了跨過長度的均勻性,因為由疊加的輪廓產(chǎn)生的均勻的寬度分布在沿著長度的每個點處準(zhǔn)確地再現(xiàn)。
反射器結(jié)構(gòu)可以包括位于面板一側(cè)的第一部分和位于面板另一側(cè)的第二部分,每個部分具有布置在下面的一行或多行照明元件的相應(yīng)集合。
這樣,反射器可以分成兩個部分,每個部分沿著面板的相對側(cè)定位。例如,兩個部分可以布置在面板的寬度的相對兩端處,并且此外,在一些實施例中,每個部分可以包括反射表面,該反射表面具有表面法線,該表面法線具有在輸出窗口的方向上的至少一些矢量分量和在另一反射器的方向上的至少一些矢量分量。根據(jù)這個示例,入射在反射器的任一部分上的光的至少一些(其起源于正下方的照明元件)最初在相對部分的方向上反射。在相對部分處,光可以進(jìn)而朝第一部分往回反射,或者(取決于部分的形狀)朝輸出窗口,或朝定位在下方的相應(yīng)照明元件向下反射。
兩個分開的部分的優(yōu)點是,光可在輸出區(qū)域的整個寬度之上更均勻地擴(kuò)展。利用單個反射器,在遠(yuǎn)離反射器的方向上,可以自然地出現(xiàn)減小的(平均)強(qiáng)度的圖案,這破壞了分布的均勻性。通過利用位于不同方位的第二反射器部分,第一反射器的低平均強(qiáng)度的區(qū)可以與第二反射器的高平均強(qiáng)度的區(qū)混合,并且因此實現(xiàn)了更高的均勻性。
對于每行的照明元件,行中的相鄰元件可屬于不同的子集。
這樣的布置確保最接近的程度的“混合”。對于包括僅僅兩個子集的實施例,例如,每行中的連續(xù)照明元件在第一子集和第二子集之間進(jìn)行交替,使得對于作為整體的行,這兩個子集完全均勻地散布。作為結(jié)果,兩個對應(yīng)的強(qiáng)度輪廓有效地精確地彼此“覆蓋”,這允許跨過輸出窗口的最大可能的均勻性。
固態(tài)照明元件的第一子集可以適配成產(chǎn)生具有第一入射強(qiáng)度的抵著反射器表面的射束輪廓,并且
固態(tài)照明元件的第二子集可以適配成產(chǎn)生具有第二入射強(qiáng)度的抵著反射器表面的射束輪廓。
由每個子集創(chuàng)建的不同“強(qiáng)度輪廓”因此可以共同地從一布置顯現(xiàn),在該布置中兩個子集中的單獨的元件適配成在反射器的表面產(chǎn)生單獨的射束,這些射束具有不同的、子集特定的入射強(qiáng)度。通過選擇性地調(diào)諧兩個特征強(qiáng)度,所顯現(xiàn)的輪廓可被調(diào)節(jié),以便一起產(chǎn)生跨過輸出區(qū)域的均勻的強(qiáng)度分布。
對于將照明元件的不同子集適配成產(chǎn)生跨過輸出區(qū)域的寬度的不同的強(qiáng)度輪廓而言,存在很多可能性。例如在一個可能性中,固態(tài)照明元件的第一子集可以具有光源方位,其對應(yīng)于在垂直于光輸出區(qū)域的方向上的、相對于反射器表面的第一位移;以及
固態(tài)照明元件的第二子集可以具有光源方位,其對應(yīng)于在垂直于光輸出區(qū)域的方向上的、相對于反射器表面的第二位移。
根據(jù)這個布置,照明元件的第一和第二子集被布置,以便具有位于相對于反射器表面的不同相對距離處的射束源方位。在兩個子集的照明元件被布置以便在基本相同的角方向上、并且在基本相同的寬度和準(zhǔn)直的射束中傳播光的情況下,結(jié)果是,起源于屬于不同子集的元件的光線以不同范圍的入射角入射到反射器上。相比于由具有更遠(yuǎn)的光源方位的元件產(chǎn)生的光束,由具有較近的光源方位的元件產(chǎn)生的光束例如將以更窄范圍的角度落在反射器表面上。因此,由照明元件的不同子集產(chǎn)生的光線以不同的角度分布從反射器表面反射,因此創(chuàng)建跨過下面的輸出區(qū)域的寬度的不同的反射強(qiáng)度輪廓。
在上面的特定示例中,光源方位通過下述來改變:布置兩個子集的照明元件,使得它們的發(fā)光表面或孔徑位于相對于反射器表面不同的“豎直”距離處。
然而在本發(fā)明的照明面板中,固態(tài)照明元件的第一子集適配成產(chǎn)生抵著反射器表面的射束輪廓,其對應(yīng)于具有相對于光輸出區(qū)域的第一垂直位移的虛擬光源方位,以及
固態(tài)照明元件的第二子集適配成產(chǎn)生抵著反射器表面的射束輪廓,其對應(yīng)于具有相對于光輸出區(qū)域的第二垂直位移的虛擬光源方位。
以這種方式,射束的兩個集合的強(qiáng)度分布不通過將照明元件孔徑布置成占據(jù)相對于反射器的不同的豎直位移,而是通過光學(xué)地操縱輸出射束以便產(chǎn)生射束的移動的“虛擬”光源而改變。
例如,固態(tài)照明元件中的一個或多個可以包括定位于發(fā)光頂表面的光學(xué)下游的折射層。在這里,由對應(yīng)的照明元件發(fā)射的光在它穿過折射層時被折射,從而相對于反射器結(jié)構(gòu)的表面垂直地移動所產(chǎn)生的射束輪廓的虛擬光源方位。照明元件的一個子集例如可以包括折射層,而另一子集不包括折射層,從而引起兩個子集的射束的入射角度的不同范圍。替代地,兩個子集都可以包含折射層,但是這些折射層包括不同折射率或不同厚度的材料。
在一個示例中,折射層可包括折射板。
折射板可以例如包括折射率大于照明面板周圍大氣的玻璃或塑料片材。
在任何實施例中,一行或多行照明元件中的每一個可耦合到相應(yīng)的pcb的表面,并且每個pcb的表面可以具有相對于沿著行的長度的不同點處的輸出區(qū)域的多個垂直位移。
例如,可利用一pcb(該pcb具有針對特定行中的連續(xù)的照明元件的交替的較高和較低的位移)以便實現(xiàn)上面的實施例,其包括具有處于相對于反射器結(jié)構(gòu)的不同的豎直位移處的光源方位的照明元件。所述pcb可以僅僅包括交替的較厚和較薄的節(jié)段,或可以被折曲或變形成具有較高和較低的相鄰部分的波浪形狀。
反射器結(jié)構(gòu)可包括一個或多個拋物面型反射器元件。
照明面板還可以包括聲學(xué)吸收背表面,反射器結(jié)構(gòu)夾在光輸出區(qū)域和該背表面之間。
這樣的實施例具有提供跨過其背表面的聲學(xué)隔離的優(yōu)點。例如,在許多照明面板作為房間中的天花板照明的部分而被安裝的情況下,聲學(xué)鋪片幫助防止聲音跨過房間中的不同位置而傳播。通過將這樣的聲音吸收元件包含在照明面板內(nèi),有效的聲阻尼可以由模塊化表面系統(tǒng)來實現(xiàn),在該模塊化表面系統(tǒng)中,照明面板占據(jù)表面的總區(qū)域的大部分。
照明面板的光輸出區(qū)域可以包括部分透明的層,諸如部分透明的表面片材。
在這個實施例中,入射在輸出區(qū)域處的光落在半透明或亞透明表面片材上,并且-在某種程度上-在它穿過所述片材時被消散或散射。本發(fā)明確保光以均勻的強(qiáng)度分布落在輸出區(qū)域上,并且因此對于從輸出窗口下方進(jìn)行觀看的面板的觀察者而言,外觀是具有跨過其輸出區(qū)域的廣域的均勻的亮度的發(fā)光面板的外觀。
固態(tài)照明元件可以包括一個或多個led。
附圖說明
現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例,在附圖中:
圖1示出照明面板的一種簡單的可能的示例的光學(xué)布置的示意圖;
圖2示出照明面板的另一種可能的示例的示意圖,其具有包含兩個單獨的部分的反射器結(jié)構(gòu);
圖3示出對應(yīng)于針對布置在不同的相對高度處的照明元件的集合的跨過照明面板的寬度的模擬輝度分布的標(biāo)繪;
圖4示出圖示產(chǎn)生具有改進(jìn)均勻性的分布的圖3的兩個輝度分布的模擬混合的標(biāo)繪;
圖5示出照明元件的第一示例布置的一部分;
圖6示出照明元件的第二示例布置的一部分;
圖7示出一光學(xué)圖,該光學(xué)圖圖示了由折射層產(chǎn)生的虛擬光源移動的示例;
圖8示出照明元件的第三示例布置的一部分,其包括用于移動虛擬光源方位的折射板;
圖9示出照明元件的第四示例布置的一部分,其包括具有變化的厚度的pcb;
圖10示出照明元件的第五示例布置的一部分;
圖11示出照明元件的第六示例布置的一部分;
圖12示出照明元件的第七示例布置的一部分;
圖13示出照明元件的第八示例布置的一部分;
圖14示出照明元件的第九示例布置的一部分。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種用于例如在模塊化表面系統(tǒng)內(nèi)使用的照明面板,其包括與反射器結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的一條或多條固態(tài)照明元件。照明面板適合于跨過其輸出區(qū)域的寬度的光強(qiáng)度的改進(jìn)的均勻性。照明元件包括兩個或更多個子集,每個子集適配成共同產(chǎn)生跨過面板輸出窗口寬度的不同的光強(qiáng)度輪廓。子集選擇性地適配成產(chǎn)生輪廓,當(dāng)被混合時,這些輪廓相互抵消彼此相對于跨過輸出窗口的寬度的某個公共的平均強(qiáng)度的偏差,從而產(chǎn)生具有改進(jìn)的均勻性的組合的強(qiáng)度輪廓。示例包括照明元件的子集適配成具有不同的實際或虛擬的到反射器表面的光路長度的布置。照明面板還可以包括用于提供聲阻尼功能的聲學(xué)吸收背表面。還提供了從照明面板產(chǎn)生基本均勻的光輸出的方法。
本發(fā)明是基于下述原理的:疊加多個單獨的不均勻的光分布,以便產(chǎn)生看起來是跨過任何可見輸出區(qū)域的總廣域而均勻的整體輸出輪廓。這通過下述來實現(xiàn):通過操縱照明元件的光學(xué)布置以便產(chǎn)生光源的至少兩個子集(每個子集適配成實現(xiàn)跨過反射器廣域的不同的強(qiáng)度輪廓),適配使用結(jié)合重定向反射器結(jié)構(gòu)的光源的常見的一般方案。
在圖1中示出了第一實施例的簡單示例的光學(xué)布置。一行固態(tài)照明元件24布置在反射器結(jié)構(gòu)18下面,每個固態(tài)照明元件具有在反射器結(jié)構(gòu)的反射表面20的方向上朝向的發(fā)光頂表面。照明元件的行垂直于面板的橫向延伸14(即如圖1所示的朝向頁面內(nèi))地布置,并且反射器結(jié)構(gòu)類似地、平行于行的方向而延伸。反射器和照明元件下面是光輸出區(qū)域12。在一些示例中,光輸出區(qū)域可以包括部分透明的層或鋪片,所述層起到當(dāng)光從面板向外穿出時色散或散射光的作用,因而產(chǎn)生均勻和無眩光的光輸出,這對于面板的觀察者而言是美學(xué)上令人滿意的。然而在其它(非限制性的)示例中,輸出區(qū)域可以僅僅包括開放的空間,或者可以包括局部層,或者可以包括完全透明的層,這取決于預(yù)期的應(yīng)用。
應(yīng)當(dāng)注意,在接下來的描述中,輸出區(qū)域替代地可以被描述為輸出窗口,或簡單地描述為窗口。這些術(shù)語應(yīng)當(dāng)被理解為是可互換的和非限制性的-特別地,窗口不打算使任何特定材料或框架布置的使用成為必要。
此外,在上面和下面的描述中,可能提及特定的方向術(shù)語,諸如“豎直”、“向上”、“向左”、“背后”、“向下”等。在使用這些的情況下,它們待被純粹解讀為是示例性或說明性的、只用于輔助描述的清楚性和簡潔性。在其它實施例中,自然替代的、等同的特定方向可能適用,不過相對位移、方位或路徑可以仍然保持基本相同。
在圖1中僅描繪了反射器之下的單行的照明元件。然而在各種實施例中,提供了多個行,這些行相對于彼此平行地布置,形成在反射器之下、在橫向和縱向兩者上延伸的照明元件的陣列。
在圖1的示例中,設(shè)備另外包括聲學(xué)吸收背面板28,其可以包括用于執(zhí)行聲阻尼功能的聲學(xué)鋪片。這樣的特征可能特別適用于例如開放式辦公室中的天花板照明應(yīng)用中??赡芎弦獾氖?,限制在辦公室的一個部分產(chǎn)生的噪聲傳播到辦公室的其它部分的程度。在這里,即使在照明面板包括總天花板表面區(qū)域的大比例的布置中,照明面板中的聲學(xué)吸收背層也允許高效和有效的噪聲阻尼。在照明面板自身不包括聲學(xué)吸收功能的情況下,專用的聲學(xué)天花板鋪片可以用于所安裝的照明面板之間的空間中,并且在要求特定的阻尼規(guī)格的情況下,這可以限制可由(非吸收性)照明面板覆蓋的可能的總表面區(qū)域。相反,包含聲學(xué)功能的照明面板允許這樣的區(qū)域的整個天花板表面被用面板覆蓋,這向空間提供了無縫的和“去雜亂的”美感,每個天花板面板具有相同的外觀。
由照明元件24發(fā)射的光落在反射器20上,并且沿著面板的橫向延伸(至少部分地)重定向,因而允許最初具有高度局部化的發(fā)射源的光跨過面板的寬區(qū)域重新分布。特別地,在由圖1描繪的示例中,反射器具有拋物面型或近似拋物面型的表面,這意味著從與反射器的焦點重合的點傳播的光將全部沿著面板的橫向軸重定向(如由反射的射線18所表示的)。然而在其它實施例中,反射器可以包括不同地成形的表面,或者相對于照明元件的(多個)行不同地布置。反射器可以適配成例如朝輸出區(qū)域的方向,而不是在橫向方向上反射所有或大部分的入射光,或者可以適配成以跨過輸出區(qū)域表面的角度的范圍反射到來的射線。
在一些實施例中,反射器適配成跨過照明面板的背表面重新分布一些或所有的入射光。例如,在包括聲學(xué)鋪片的實施例中,如在圖1的示例中那樣,鋪片可以包括半反射表面,其適配成向下朝著輸出區(qū)域反射從反射器入射的光。在一些示例中,這個半反射表面可以是部分色散的,使得光朝具有射線傳播角的擴(kuò)展的輸出區(qū)域定向。這確保沒有在觀察者的方向上投影的led模塊的直接“圖像”,和/或沒有在輸出窗口表面上可見的對應(yīng)的高亮的斑點。
此外,在一些實施例中,反射器可以不是彎曲的,而是平面的,或者可以包括以不同角度設(shè)置的接合的平面節(jié)段(即有小面的而不是彎曲的)。
在一個特定實施例中(其示例在圖2中示出),反射器結(jié)構(gòu)包括兩個不同的部分,這兩個部分彼此面對地布置在照明面板的相對兩側(cè),并且每個部分具有設(shè)置在其下的相應(yīng)的一行或多行照明元件。在圖2的特定示例中,反射器部分再次具有拋物面型或近似拋物面型的表面,這意味著從位于第一拋物面型部分30的焦點之處或附近的照明元件(由元件24表示)入射的光沿著平行于輸出窗口14的表面的方向,朝著相對布置的部分32的表面反射。一旦入射到第二部分的表面,光就或者直接朝著輸出窗口反射,或者一些實施例中,首先朝著下面的照明元件的相應(yīng)行向下定向,之后經(jīng)由反射器的第二部分,或者朝著輸出窗口、或者(在設(shè)置了聲學(xué)鋪片的情況下)朝著聲學(xué)鋪片往回重新反射。如上面討論的那樣,聲學(xué)鋪片可以適配成朝輸出區(qū)域半色散地反射入射光,這改進(jìn)了跨過輸出區(qū)域的強(qiáng)度輪廓的均勻性。
注意,附圖中的尺寸不是按比例的。例如,面板的寬度優(yōu)選比深度(即在天花板面板的情況下的豎直高度)大得多。因此,相比于圖2中呈現(xiàn)的,相對于高度,這些反射器將分開得遠(yuǎn)得多。
兩個單獨的部分的優(yōu)點是,光可以在輸出區(qū)域的整個寬度之上更均勻地擴(kuò)展。利用單個反射器,可能自然地在背離反射器的方向上出現(xiàn)消減的(平均)強(qiáng)度的圖案,這逐漸損害分布的均勻性。通過利用位于不同方位的第二反射器部分,第一反射器的低平均強(qiáng)度的區(qū)可以與第二反射器的高平均強(qiáng)度的區(qū)混合,并且因此實現(xiàn)更大的均勻性。
在實際的實施例中,兩個部分的表面可以被適配,以便脫離拋物面型,也許替代地采用具有更大或更小偏心率的不同的圓錐形狀,或不同類型的曲線一起。通過選擇性地適配一個或兩個反射器部分的形狀,可以協(xié)調(diào)入射光的反射角的分布,這允許實現(xiàn)跨過表面的不同的反射輪廓。
然而,任何被選擇的鏡布置受困于下述問題:跨過輸出窗口的經(jīng)反射的強(qiáng)度分布在整個廣域各處不均勻。結(jié)果通常是,在某些位置有過多的光,并且在其它位置沒有足夠的光。這樣的結(jié)果是使用鏡面結(jié)構(gòu),跨過(相對于照明元件)非常大的表面區(qū)域擴(kuò)展(具有局部化的源方位的)光這一困難任務(wù)的自然后果。特別地,通常在面板邊緣處看到強(qiáng)度的兩個最大值,該強(qiáng)度朝著在面板中間的中央最小值減?。ɑ蚍粗嗳唬?/p>
然而,已觀察到,在z方向上(其中x和y方向被定義為跨越水平面,即分別跨越圖1和2的實施例中的輸出窗口的寬度和長度)移動照明元件改變了光分布中的峰和谷的方位。在圖1和2中,z軸在頁面的上下方向上。
圖3中示出了許多標(biāo)繪36、38、40、42、44,它們圖示了設(shè)置在不同的z方位的照明元件的模擬的光分布(對于保持在恒定方位的拋物面型反射器,它的最低點位于z=0處)。圖3的y軸對應(yīng)于單位為坎德拉每平方米(candela/m2)的輝度,并且x軸對應(yīng)于單位為毫米的x方向(對應(yīng)于寬度方向14)上的位移。
分布44對應(yīng)于最低z方位處的照明元件,在其后面按照z方位的升序是38、42、40和36。分布44對應(yīng)于定位在z=0處的照明元件,38對應(yīng)于定位在z=0.3mm處的照明元件,42對應(yīng)于定位在z=0.5mm處的照明元件,40對應(yīng)于定位在z=0.7mm處的照明元件,以及36對應(yīng)于定位在z=0.9mm處的照明元件。所有照明元件定位于同一x方位,該方位距反射器最左邊的點8mm,所述最左邊的點具有590mm的相對于照明面板中心的位移。
所產(chǎn)生的分布中的每一個是單獨非均勻的,顯示了上面描述的特征邊緣效果和中央最大值/最小值。然而,值得注意的是,輪廓36和38顯示出具有峰和谷的分布,該峰和谷在相同的點處近似地彼此相對。當(dāng)這兩個分布被疊加或“求平均”時(如圖4所圖示的),所得到的組合分布46展示出跨過x方向的顯著改進(jìn)的均勻性。
因此結(jié)果就是,通過同時在照明面板內(nèi),在基本相同的y位置處產(chǎn)生兩個分布36、38,使得這兩個分布變得被疊加,產(chǎn)生跨過輸出區(qū)域的寬度的合成的強(qiáng)度分布46,該合成的強(qiáng)度分布相比于36或38中的任意一個自身,具有極大改進(jìn)的均勻性。此外,通過建立照明元件的兩個子集(成員元件設(shè)置在沿著y軸的規(guī)則點處,即位于沿著一行或多行照明元件的規(guī)則點處,因為行垂直于面板寬度而延伸),每個子集適配成在成員元件所在的每個y位置處產(chǎn)生兩個分布之一,該效果可以沿著面板的整個長度自然地往回延伸。每個子集因而有效地產(chǎn)生跨過輸出窗口表面的二維強(qiáng)度分布,其中兩個分布的疊加創(chuàng)建了跨過輸出區(qū)域的整個廣域的組合輪廓,該組合輪廓在x和y方向兩者上展示出基本上的均勻性。
注意,上面描述的沿著面板長度的橫向強(qiáng)度分布的“延伸”假設(shè):在沿著每一行的長度的所有點處,在該點處的照明元件的相對方位/布置相對于反射器結(jié)構(gòu)是相同的;假設(shè)光學(xué)布置對于沿著該行的任何點都是相同的。從結(jié)構(gòu)方面來說,這對應(yīng)于反射器截面,該截面在沿著平行于該行延展的軸(即y軸)的點處垂直地切割,在沿著所述軸的所有點處具有均勻的形狀?;蛘叩韧兀@樣的布置對應(yīng)于照明元件的行,其被布置以便與反射器結(jié)構(gòu)的高度廓線平行地延展。
雖然在圖3和4的模擬輝度標(biāo)繪中,通過將源照明元件放置在不同的z訪問處產(chǎn)生了不同的分布,但是通過不同種類的操縱可以引起強(qiáng)度輪廓中的類似變化。最一般地,由照明元件的給定子集創(chuàng)建的強(qiáng)度輪廓可以僅通過改變?nèi)肷浣堑奶囟ǚ秶蜉喞獊砀淖?,由單獨的成員元件產(chǎn)生的該射束抵著反射器表面來創(chuàng)建。創(chuàng)建在角度的不同分布上入射的光的照明元件的子集產(chǎn)生被對應(yīng)變更的跨過輸出區(qū)域的經(jīng)反射的光分布。將給定子集的所有成員移動更靠近反射器(即改變它們的z訪問)是實現(xiàn)這種效果的一種手段,因為射束它們到反射器表面的較短行程期間招致較少的橫向色散。然而,其它等同地有效的手段同樣存在,并且將在下面的實施例的一些中更詳細(xì)地描述。
兩個不同的子集的照明元件不一定彼此直接相鄰地定位。然而,為了兩個輪廓的最大化的混合,以及因此強(qiáng)度分布的最佳可能的平滑,優(yōu)選的是,盡可能精細(xì)地在空間上混合這兩個子集。因此在一個實施例中,照明元件的行布置成使得相鄰的元件屬于不同的子集。在照明元件僅包括兩個子集的示例中,這對應(yīng)于其中連續(xù)元件在屬于第一子集的那些元件和屬于第二子集的那些元件之間交替的行。
在圖5中描繪了根據(jù)這樣的實施例的示例行的小節(jié)段。照明元件24的第一子集56安裝在pcb52上,并且與安裝在同一pcb上的照明元件的第二子集58交錯。在所得到的布置中,行中所有相鄰的照明元件屬于不同的子集。
在圖5的特定示例中,照明元件的兩個子集通過占據(jù)不同的豎直位移的它們的發(fā)光表面光學(xué)地表征,因此體現(xiàn)了由圖3和4中的標(biāo)繪圖示的z位置變化。特別地,子集被布置成具有在正交于輸出窗口表面的方向上的、相對于反射器結(jié)構(gòu)的表面的不同的位移。
在圖5中,通過定位于第二子集58的照明元件下面的基板54實現(xiàn)不同的位移,其因此升高了它們相對于pcb52的豎直位置,整個行被安裝在pcb52上。在對齊pcb使得行平行于反射器的高度廓線的情況下(如上面所描述的),則這種布置導(dǎo)致照明元件的兩個子集,其中每一個子集的成員全部共享相同的相對于反射器結(jié)構(gòu)表面的豎直或“縱向”位移。因此在沿著面板的縱向延伸的所有點處,基本相同的兩個強(qiáng)度分布跨過面板的寬度被創(chuàng)建并疊加,這產(chǎn)生了從輸出區(qū)域的前部往回延伸到后部的相同的混合分布。結(jié)果是,對觀察者而言看起來在所有點處基本均勻的跨過面板的整個廣域的分布。
在其它示例中,可以采用替代的布置,以便實現(xiàn)照明元件的一個或多個子集的發(fā)光表面的不同的相對位移。圖6中示出了一個這樣的替代布置的示例。這里,替代地,預(yù)制造具有不同的豎直延伸的照明元件62的第二子集,而不是采用基板來選擇性地升高特定的照明元件的水平。如填充第一子集的那些照明元件那樣,這些照明元件24具有發(fā)光頂表面,并且因此通過僅僅延伸部件的整體高度,如在圖5的示例中那樣實現(xiàn)相同的位移效果。
如上面討論的,在其最一般的形式中,本發(fā)明只需要照明元件的不同子集被適配成使得它們的填充的照明元件產(chǎn)生抵著反射器表面的射束輪廓,其包括具有入射角的不同范圍或輪廓的射線。改變相對于反射器表面的照明元件的物理位置實現(xiàn)了這點,因為接近的光源將產(chǎn)生更窄的入射射束輪廓,并且因此產(chǎn)生入射角的更窄的范圍。然而,相同的效果可以僅通過下述而等同地實現(xiàn):光學(xué)地操縱所討論的子集的輸出射束,使得虛擬光源方位以等同的方式移動。這可以例如通過折射出射光來完成,從而有效地變窄所產(chǎn)生的射束的橫向范圍,并且因此豎直地移動射束的虛擬源方位。
圖7中示出了描繪這樣的實施例背后的光學(xué)概念的射線圖。由具有比空氣(或其它周圍介質(zhì))的折射率更高的折射率的任何介質(zhì)組成的折射層72定位于一個或多個照明元件的光學(xué)下游。來自(多個)照明元件的出射光線68(為了簡單起見示出了單個示例性射線)在層的底部邊界入射,并且在它們穿過時朝邊界法線折曲。當(dāng)從層退出時,出射射線70再次往回折曲,再采用與入射射線的路徑平行的路徑。然而,折射的效果是:相對于射線原本將采取的路徑,以與圖中由74表示的距離相等的距離(如圖7所示)向左,有效地移動射線的出射路徑。同樣,通過在理論上往回推測出射射線70以找到具有虛擬光源66的“虛擬”源射線78,折射的效果是,以與在圖中由82表示的距離相等的距離,豎直向上移動虛擬光源方位。豎直移動距離82等于折射層80的總高度,小于在圖7的圖中由標(biāo)記76表示的距離,不過后者一般取決于用于折射層的材料的折射率。
折射層72自然地實現(xiàn)與上面針對源照明元件的所有發(fā)射射線而描述的效果相同的效果,整體結(jié)果是有效地縮窄出射射束(因為所有射線都朝著它們的源位置的水平方位橫向移動),這等同地對應(yīng)于以成比例的量向上移動整個射束的源方位。因此,折射層實現(xiàn)了與物理地移位特定子集的照明元件相同的光學(xué)效果。
在圖8中示出了照明元件24的行的示例的小節(jié)段,其采用了圖7所示的光學(xué)原理。如在圖5和6中,描繪了兩個子集,相鄰的照明元件屬于不同的子集,照明元件安裝在pcb52頂上。在屬于這兩個子集之一的元件之上定位了折射板88,其構(gòu)成圖7的折射層80。如上面所描述的,折射板起作用以移動照明元件的一個子集而不是另一子集的虛擬光源方位,從而引起這兩個子集產(chǎn)生不同強(qiáng)度輪廓。
折射板可以例如由一層玻璃或塑料組成。然而,同樣可以采用具有比大氣或直接包圍元件24的其它環(huán)境更大的折射率的任何材料。
在圖7描繪的示例中,照明元件的兩個子集中僅有一個子集包括折射板。然而在其它示例中,兩個子集都可以包括折射層,但是其中提供具有不同的折射率的層。
利用折射板來移動照明元件的虛擬光源方位具有優(yōu)于前面所描述的(采用元件的物理位移的)實施例的可能的優(yōu)點:照明面板的制造可能變得更簡單,并且面板的光學(xué)特性變得更靈活地被改變。例如,幾乎相同的制造過程可以用于生產(chǎn)不同橫向和豎直延伸(因此具有不同的光學(xué)要求)的照明面板的照明元件,因為只需要改變所提供的折射板的折射率。這與基于物理位移的實施例相反,在基于物理位移的實施例中,將需要形成和應(yīng)用不同的pcb或不同的物理間隔物。
然而,圖8的實施例具有下述潛在缺點:與提供大量光學(xué)板88相關(guān)聯(lián),并且還與將這些板單獨地耦合或覆蓋到所需照明元件相關(guān)聯(lián)的較大成本。
上面描述了不同子組的照明元件適配成使得它們的發(fā)光頂表面占據(jù)相對于反射器表面的不同的方位的示例。這些包括使用置于下方的基板(圖5)和通過豎直地延伸某些照明元件的尺寸(圖6)來移動照明元件的高度。
然而在替代的示例中,相同的位移移動效果可以通過替代地操縱或適配下層pcb來實現(xiàn),照明元件安裝或耦合到pcb之上。例如,圖9示出根據(jù)本發(fā)明的照明元件的示例性行96的節(jié)段,其中下層pcb52被適配,以便具有交替的較薄節(jié)段92和較厚的節(jié)段94。當(dāng)連續(xù)地安裝相同的照明元件24(每個節(jié)段的表面頂上一個照明元件)時,創(chuàng)建交錯的子節(jié)段,其中第二包括具有升高的豎直位移(并且因此具有相對于反射器表面的減小的位移)的照明元件。
在圖10中示出了另一可能的示例。這里,pcb52沿著行的范圍具有均勻的厚度,然而板材(board)通過定位在下方的填料基板100在規(guī)則點處物理地升高,該填料基板起作用以使pcb變形,并升高安裝到填料基板之上的板材的表面的照明元件。pcb在一些示例中可以在安裝照明元件之前變形,或者可以替代地在已安裝元件之后變形。
在此實施例的一變形中,圖11示出了安裝在波浪形pcb52上的照明元件24的行的示例,其中板材的彎曲通過下述來實現(xiàn):利用被有意構(gòu)造成對于給定空間過長的pcb,以及然后將它容納在限制的基部104和側(cè)面106元件內(nèi)。這里,如在前面的實施例中,照明元件24可以在彎曲之前或在彎曲之后安裝到pcb。
在一些實施例中,可以替代地采用集成的照明元件封裝(其包括在兩個不同水平處的發(fā)光表面),而不是替代地改變連續(xù)安裝的照明元件的高度。實現(xiàn)這點的一種手段可以是組裝容納照明元件(諸如led)的封裝,該照明元件位于封裝內(nèi)的兩個不同水平處。這樣的封裝的示例在圖12中示出。led封裝110包括兩個層112、114,一個層在另一層頂上。在每個層內(nèi)安裝或容納led照明元件116、118,這些led照明元件設(shè)置在它們相應(yīng)的層內(nèi)的不同的橫向方位處,使得從每一個led照明元件發(fā)射的光可以自由地傳播。這兩個層可以適配成包括不同的厚度,從而允許實現(xiàn)不同的高度間隔。這樣的封裝然后可以布置在沿著照明面板的長度的行中,從而創(chuàng)建如在圖9-11的實施例中那樣的交替的照明元件的等同的布置。
在圖13中以示意形式示出利用替代的集成的照明元件封裝的示例布置。在這個示例中,照明封裝122僅包括單個層124,并且該單個層含有兩個照明元件126、128,這兩個照明元件設(shè)置在層內(nèi)的不同的橫向方位處。通過借助于使用定位在封裝一側(cè)之下的基板132來以一角度安裝封裝122,兩個照明元件相對于pcb的豎直位移適配成彼此不同。
在一些實施例中,可能優(yōu)選的是,不通過操縱照明元件的安裝高度,而是通過操縱反射器結(jié)構(gòu)自身的表面,來引起連續(xù)的照明元件和反射器表面之間的交替的豎直位移。在圖14中示出了這樣的布置的一個示例。這里,一行照明元件24以相對于支撐pcb136的均勻的豎直位移安裝。然而,所覆蓋的反射器結(jié)構(gòu)138被片段化,并且奇數(shù)元件140和偶數(shù)元件142相對于彼此移位。作為結(jié)果,針對交替的照明元件引起照明元件和反射器結(jié)構(gòu)138的表面之間的移動的豎直位移。
在其它示例中,以其它方式操縱反射器,以便實現(xiàn)類似的結(jié)果。例如,部分反射的層可以在反射器表面的主表面之下的水平處被添加到反射器表面的交替片段。以這種方式,交替的照明元件和反射表面之間的光路相比于剩余的照明元件被縮短。在其它示例中,例如,通過彎曲鏡,或者通過在金屬中創(chuàng)建規(guī)則隔開的凹部,鏡的形狀可以被改變以便在不同的橫向位置具有不同的豎直表面方位。
根據(jù)另一示例,通過“丟棄”由第一子集產(chǎn)生的光的部分(其或者通過在鏡的對應(yīng)部分阻擋入射光的部分,或者通過引起照明元件自身在較低功率下產(chǎn)生射束輪廓),屬于第二子集的照明元件的入射發(fā)光度可相對于第一子集的照明元件的入射發(fā)光度被減小。
與上面描述的實施例中的任何一個結(jié)合,還可以包括針對對于不同的特定應(yīng)用適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)或改變的功能的附加特征。例如,聲學(xué)鋪片可以執(zhí)行照明面板的光學(xué)功能的部分。它可以例如具有有著光反射或光散射功能的底表面。這可以是均勻的光處理功能,或它可以例如通過使用繪制的圖案而被圖案化。例如,鋪片可以設(shè)置有作為鋪片上的方位的函數(shù)的繪制負(fù)載,或者可以用智能的方式選擇其形狀以便實現(xiàn)奇數(shù)和偶數(shù)照明元件的不同行為。
在一些示例中,可包括部件,其用于將落在(接近鏡的)聲學(xué)鋪片的第一部分上的光重定向到更需要均勻性的改進(jìn)的鋪片的其它部分上。這可以例如通過使用菲涅爾鏡或透鏡或其組合來完成。再次,對于奇數(shù)或偶數(shù)照明元件,這可以不同地完成。
在一些實施例中,照明元件、反射器結(jié)構(gòu)和/或折射板可以適配成顯示機(jī)械移動。特別地,反射器結(jié)構(gòu)的片段可以例如適配成從第一豎直位置到第二豎直位置周期性地擺動或變化。以這種方式,由移動的片段產(chǎn)生的強(qiáng)度分布將適時移動。如果以足夠快的速率(即比大約每秒24次擺動更快)執(zhí)行移動,則觀察者同時看到兩個分布。在這兩個分布適配成被均勻混合的情況下,則觀察者看到跨過輸出面板的光的均勻分布。
因此,將理解,跨過光輸出區(qū)域的寬度的第一和第二光強(qiáng)度輪廓可以以時間順序的方式或否則適時地同時組合。
在一些實施例中,混合室(照明面板的內(nèi)部體積)的一個或多個部分可被填充以一介質(zhì),該介質(zhì)具有相對于周圍大氣的不同的折射率。例如,這可以作為利用折射板的替代方案,在相關(guān)實施例內(nèi),起到折射層的作用。
通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求,本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所要求保護(hù)的發(fā)明時,可以理解和達(dá)成對所公開實施例的其它變型。權(quán)利要求中,詞語“包括”不排除其它元素或步驟,并且不定冠詞“一(a或an)”不排除復(fù)數(shù)。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉某些措施的純粹事實不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)當(dāng)被解釋成限制范圍。