專利名稱：照明設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括具有多個發(fā)光二極管的照明設備，每個二極管具 有準直光學部件，并設置成朝照明方向發(fā)光。
背景技術：
在US 6554451中公開了這樣一種設備。通過^f吏用具有不同顏色的 發(fā)光二極管(LED),這種設備能用事實上具有任何顏色的包括白色 光的光可控地照明表面。
然而，這樣的一個系統(tǒng)的問題是，在障礙物阻斷光路的情況下， 出現(xiàn)不希望的色影邊緣。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在本文開始段提到的這類設備， 其中消除或至少減少了色影邊緣。
用如權利要求1限定的方案實現(xiàn)這個目的。
更具體地，于是本發(fā)明包括具有多個發(fā)光二極管的照明設備，每 個二極管具有準直光學部件，并設置成朝照明方向發(fā)光，其中第一子 組二極管放置在前層，第二子組二極管放置在后層，如沿著照明方向 所看見的，前層放置在后層的前面，前層中二極管的準直光學部件包 括二向色反射器。
由于其中包括準直光學元件的第一LED發(fā)光并且第二光學元件能 放置在第一元件的前面而不完全阻擋來自第一 LED的光通量(light flow)的這種設置，具有不同顏色的LED不需要并排放置。而是，它 們可以布置在不同層中。由此可以大量減少陰影的有色邊緣的發(fā)生， 因為阻擋物同樣影響來自具有不同顏色的LED的光通量。
在后層中的準直光學部件可以包括復合拋物面聚光器。
在前層中的發(fā)光二極管可以設置在透明襯底上并可以由同樣是透 明的ITO導體給前層中的發(fā)光二極管饋電(fed)。
在優(yōu)選實施例中，如沿著照明方向所看見的，前層中的發(fā)光二極管與后層中的發(fā)光二極管對準。然后后層中的發(fā)光二極管的準直光學 部件可以設置成在由前層中的發(fā)光二極管占據(jù)的區(qū)域中減少來自后層 中發(fā)光二極管的光通量。這在減少了自后層發(fā)射的光的損失的同時提 供了對色影的良好的消除。
作為替換，如沿著照明方向所看見的，前層可以相對于后層中的 發(fā)光二極管偏移，使得在由前層中的發(fā)光二極管占據(jù)的區(qū)域中來自后 層發(fā)光二極管的光通量較小。
除了前層和后層，所述照明設備可以包括前層和后層之間的一個 或多個中間層。
本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)下面描述的實施例變得清楚明白 并得到闡述。


圖1示意性地描述了矩陣照明系統(tǒng)的使用。
圖2表示了穿過矩陣照明系統(tǒng)的橫截面。
圖3-5以橫截面圖描述了準直光學部件的不同實例。
圖6描述了常規(guī)矩陣照明系統(tǒng)中顏色缺陷的發(fā)生。
圖7以橫截面圖描述了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的矩陣照明系統(tǒng)。
圖8以橫截面圖描述了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的矩陣照明系統(tǒng)。
圖9以橫截面圖描述了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的矩陣照明系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示意性地說明了矩陣照明系統(tǒng)的使用。該系統(tǒng)包括具有多個 發(fā)光二極管(LED) 3, 5等的板形式的承載裝置1,所述發(fā)光二極管 以一定圖案設置在所述承載裝置上。如圖l所示，所述LED可以設置 成行和列，但是也可以考慮其他的結構。所述LED可以例如設置成相 互偏移的列，它們可以設置成同心圓，或者它們可以任意地或隨才幾地 放置在承載裝置上。如下面將要說明的，每個LED可以光學連接至準 直光學部件或元件，以便LED和準直光學部件的每個組合朝照明方向 發(fā)射準直光束7。承載裝置上的LED可以用于照明表面9，因為可以 單獨控制每個LED,所以可以用許多不同的方式改變該表面上的照明。 如將要i兌明的，可以4吏用發(fā)射具有不同顏色的光的LED，以便通過顏色混合可以控制光的顏色。
圖2表示了穿過矩陣照明系統(tǒng)的橫截面。如上所述，該系統(tǒng)包括 設置在優(yōu)選地為平面載體襯底11上的多個LED3, 5等，所述襯底ll 可以由例如透明PMMA (聚甲基丙烯酸曱酯)的透明材料形成。如杲 使用了透明襯底，所述LED可以優(yōu)選地借助于諸如ITO(銦錫氧化物) 導體之類的透明導體(未示出)來饋電。在所述系統(tǒng)中，給每個LED 提供準直光學部件13， 15等，在所述情況下，準直光學部件是采用TIR (全內部反射)透鏡形式的復合拋物面聚光器。
圖3-5以橫截面圖說明了準直光學部件的不同實例。圖3說明了第 一實例類似拋物鏡面反射器的復合拋物面聚光器(CPC)(有時稱之為 復合拋物面準直器)。然而，CPC包括具有透明材料的固體，透明材料 的折射率大于空氣折射率，例如為1.5。在CPC主體和周圍空氣之間 的界面上通過全內反射(TIR)反射了由發(fā)光二極管在橫向方向發(fā)出的 大部分光。然后，這個光在垂直于這個表面的前表面19作為準直光束 7離開CPC。盡管術語拋物面通常指的是形成為錐形部分的截面，但 是CPC的截面在某種程度上可以偏離這個形狀。如將在下面描述的， 這個部件可以優(yōu)選地處于后層中。在其他層中，而是使用二向色反射器。
圖4說明了第二個略微較平的(flatter)實例，其中附加的透鏡21 被集成到光學元件的前表面中。圖5說明了第三實例，其中除了前表 面透鏡外，準直光學元件包括圓的、同心棱鏡23, 25等，這些棱鏡允 許實現(xiàn)與如圖4中部件類似的準直功能，但是具有小得多的光學元件 深度。
圖6說明了常M^矩陣照明系統(tǒng)中顏色缺陷的發(fā)生。三個LED31, 33, 35 ^:描述為包括大量LED的矩陣照明系統(tǒng)的一部分。所述三個 LED分別發(fā)射具有紅色、綠色和藍色(R, G, B)的光，通過控制每 個LED的電流能用具有任意顏色的光(包括白光)來照明表面9。在 所描述的場景中，在光路中存在在表面9上產(chǎn)生陰影39的障礙物37。 由于并排放置的二極管之間的空間關系，這個陰影將具有有色邊緣。 即，最靠近全陰影39的第一區(qū)域41將只由第一LED31照明，并因此 呈紅色。第二區(qū)域將只接收來自第一和第二LED31， 33的紅色和綠色 光。在許多情況下，這是這個照明系統(tǒng)的一個缺點，因為期望用均勻 光照明所述表面9，就如同使用了燈泡或熒光燈。圖7以橫截面圖示意說明了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的矩陣照明系 統(tǒng)。這個系統(tǒng)^(吏用布置在兩個層43， 45中的具有不同顏色的LED。后 層43中的LED 47發(fā)射具有第 一顏色的光，前層45中的LED 49發(fā)射 具有第二顏色的光。在前層45中，每個LED49的準直光學部件51是 二向色反射器，來自后層中LED的具有第一顏色的光得到很大程度的 透射，來自前層中相關聯(lián)LED的具有第二顏色的光得到很大程度的反 射。結果是，來自后LED的光經(jīng)過前反射器，而所述前反射器準直來 自前LED的光。前層45的承載板53是透明的，以便來自后層的光能 夠基本上不受影響地通過它。后層中的LED 47也具有準直光學部件 55,但是這些不需要具有二向色性質?？梢蕴娲厥褂贸Ｒ?guī)反射器或 CPC。后層承載板57不需要是透明的。每層中的準直光學部件不需要 互相接觸。
圖7中的系統(tǒng)具有兩個層，但是該構思可以由技術人員容易地擴 展至三個或更多個層。在LED具有二向色準直元件處添加具有透明承 載板的中間層，所述二向色準直元件反射它們的光但是透射來自后層 中LED的光。前層的準直光學部件應該透射來自后層和中間層這兩者 的光。
如圖7中所示，前層中的LED可以遮斷來自后層光的路徑，因為 前LED和后LED互相對準。然而，前層LED只占據(jù)前層表面的一'J、 部分，僅帶來作為陰影的光的小損失。也可以修改后層中準直光學部 件的形狀，以便在每個前層LED的區(qū)域中減少來自每個后層LED的 光通量，因而相應地減少了光的損失。替代地，在圍繞每個前層LED 的區(qū)域中增加了所述光通量。
在圖8中描述了針對這個問題的另一個解決方案，以橫截面表示 了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的矩陣照明系統(tǒng)。于是，如沿著照明方向所 看見的，前層中的每個發(fā)光二極管相對于后層中的對應發(fā)光二極管偏 移，因而，在由前層中的發(fā)光二極管占據(jù)的區(qū)域中來自后層發(fā)光二極 管的光通量較小。
圖9以橫截面圖說明了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的矩陣照明系統(tǒng)。 這里，互連第一層和第二層的反射器51'和55，以形成單元。因此在 該實施例中不需要承載板，在反射體上設有給LED饋電的導體。前層 的導體優(yōu)選地是透明的?？傊?，本發(fā)明涉及包括多個發(fā)射具有不同顏色光的LED的照明系 統(tǒng)。給LED提供準直光學部件以發(fā)射準直的光束。所述LED設置成 至少兩層，前層中的準直光學部件是二向色反射器，使得它們反射來 自相關聯(lián)的前層LED的光，而透射由后層或后面的層發(fā)射的光。這在 被照明的表面上消除或減少了圍繞陰影的有色邊緣的發(fā)生。
本發(fā)明不限于所述實施例。在所附權利要求書的范圍內可以以不 同方式改變之。
權利要求
1. 一種照明設備，包括多個發(fā)光二極管(47, 49)，每個二極管 具有準直光學部件(51, 55)，并且設置成朝照明方向發(fā)光，其中第 一子組二極管放置在前層(45)中，第二子組二極管放置在后層(43) 中，如沿著照明方向所看見的，前層放置在后層的前面，前層中二極 管的準直光學部件(51)包括二向色反射器。
2. 根據(jù)權利要求1的照明設備，其中后層中的準直光學部件包括 復合拋物面聚光器(CPC)。
3. 根據(jù)權利要求1或2的照明設備，其中前層中的發(fā)光二極管設 置在透明襯底(53)上并由ITO導體給前層中的發(fā)光二極管饋電。
4. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的照明設備，其中如沿著照明方 向所看見的，前層(45)中的發(fā)光二極管(49)與后層(43)中的發(fā) 光二極管(47)對準。
5. 根據(jù)權利要求4的照明設備，其中后層中的發(fā)光二極管的準直 光學部件(55)設置成在由前層中發(fā)光二極管(49)占據(jù)的區(qū)域中減 少來自后層中發(fā)光二極管(47)的光通量。
6. 根據(jù)權利要求1-3中任一項的照明設備，其中如沿著照明方向 所看見的，前層中的發(fā)光二極管相對于后層中的發(fā)光二極管偏移，使 得在由前層中的發(fā)光二極管占據(jù)的區(qū)域中來自后層發(fā)光二極管的光通 量較小。
7. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的照明設備，其中除了前層和后 層，所述設備包括在前層和后層之間的發(fā)光二極管的一個或多個中間層。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括多個發(fā)射具有不同顏色光的LED的照明系統(tǒng)。給所述LED提供準直光學部件(51，55)以發(fā)射準直的光束。所述LED設置成至少兩層(43，45)，前層中的準直光學部件(51)是二向色反射器，使得它們反射來自相關聯(lián)的前層LED的光，而透射由后面的后層發(fā)射的光。這在被照明的表面上消除或減少了圍繞陰影的有色邊緣的發(fā)生。
文檔編號F21V7/22GK101313174SQ200680043589
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權日2005年11月21日
發(fā)明者R·P·范戈科姆, W·L·伊澤曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司