專利名稱：照明系統(tǒng)、照明組件、改善相鄰led組件的照明的方法和光孔的用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及包括發(fā)光二極管組件的照明系統(tǒng)，更加具體地說，本發(fā)明涉及改善發(fā)光二極管組件系統(tǒng)的照明特性的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明還涉及用在這樣的系統(tǒng)中的發(fā)光二極管組件。
背景技術：
眾所周知的是，當為了普通照明應用安排照明系統(tǒng)的時候，使用包括發(fā)光二極管(LED)的組件。當設計這些發(fā)光二極管系統(tǒng)和發(fā)光二極管組件時，應該關注的是要實現(xiàn)便于得到期望的強度、均勻性、和各顏色的色溫的系統(tǒng)，并且這個系統(tǒng)優(yōu)選地需要最低數量的設計工作。在一般情況下，其中的照明盡可能均勻的系統(tǒng)是最優(yōu)選的。在一種類型的常規(guī)發(fā)光二極管組件中，光混合室用于漫射來自一個或幾個發(fā)光二極管的光，以便實現(xiàn)來自包括發(fā)光二極管的光混合室的更加均勻的光。具體來說，如果在光混合室中從具有不同顏色的幾個發(fā)光二極管發(fā)出光，則這個光混合室還有一個作用就是顏色混合室。在這種情況下，光混合室漫射來自不同顏色的發(fā)光二極管的光，使得離開光混合室的光被感知為具有均勻的顏色。如果發(fā)光二極管系統(tǒng)和光混合室安排得適當，則這種顏色例如可以是白色。與包括幾個相鄰光混合室的發(fā)光二極管系統(tǒng)有關的一個問題是，從不同的室發(fā)出的光沒有被感知為具有相同強度或顏色。這可能是例如由于在不同的或單個的發(fā)光二極管之間光的強度和顏色或波長發(fā)生了變化，即，如果相同的電流加到兩個單個的發(fā)光二極管上，則在兩個發(fā)光二極管之間的強度或色溫仍可能不同。而且，單個發(fā)光二極管以不同的過程老化，即，一個特定的發(fā)光二極管的參數與另一個發(fā)光二極管的參數相比，隨時間改變不同。因此，要注意的是，通過控制加到所述發(fā)光二極管上的電流來控制發(fā)光二極管的強度和顏色。W02004/002198公開了一種用于控制和維持來自發(fā)光二極管組件的光特性的設備。按照這個文獻，發(fā)光二極管組件的光強度和顏色是使用光學傳感器、輔助電子設備、和控制系統(tǒng)進行測量和保持不變的，這里的光學傳感器安裝在發(fā)光二極管之間。與所述的控制光分布的方式有關的一個缺點是需要設計一個控制系統(tǒng)。另外，傳感器和控制系統(tǒng)可能會限制照明系統(tǒng)的設計。第三，對于這種設計，傳感器增加了體積，并可能使發(fā)光二極管的光分布變陰暗。第四，要求所有的傳感器都準確地操作是不可靠的。例如，如果傳感器之一損壞或毀壞，這個系統(tǒng)就不能正確地調節(jié)相關的發(fā)光二極管(一個或多個)。JP特開平11-163412A公開了一種安裝在框架內的照明模塊的二維陣列，但是在相鄰照明模塊之間并不存在可以交換光的任何互連。JP特開2004-12728A公開了一種用于顯示器的背光單元。在這個單元中，安裝了大量的平行定位的線性光源。這些光源向前發(fā)射光，以穿過顯示屏；這些光中的部分光在向前的方向中將被三角形結構反射。在該文件中存在間隔的目的并不在于混合光:每個間隔僅僅具有一個熒光管。反射材料將來自熒光管的非朝向上方的光重定向(反射)到朝向上方。由于反射材料之間的三角形部分，從熒光管發(fā)射的光不能在反射材料之間反射多次。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是消除或者至少是減輕與發(fā)光二極管照明系統(tǒng)有關的上述問題。本發(fā)明基于如下的認識:通過在兩個或幾個相鄰的組件之間引入光孔，其中每個組件包括一個混合室，以使光側向透射到組件的混合室或側向從組件的混合室發(fā)出，從而使所感覺到的來自所述組件的照明是均衡的。換言之，由于在所述的混合室中不僅漫射或混合來自一個混合室的光，而且漫射或混合來自相鄰混合室的光，這樣就減小了從不同組件發(fā)出的光之間的差異，例如關于色溫和光強度之間的差異。而且，當直接看這樣的組件系統(tǒng)時，或者觀看從這樣的組件系統(tǒng)發(fā)出的光的反射時，與沒有上述孔的系統(tǒng)相比，會感覺到更加均勻一致。這是有益的，因為許多客戶喜歡均勻的照明系統(tǒng)。本發(fā)明的這個目的是通過按照所附的獨立權利要求1、10、13、15所述的系統(tǒng)、組件、方法、和用途實現(xiàn)的。在從屬權利要求中定義了優(yōu)選實施例。按照第一方面，本發(fā)明提供一種通用的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括彼此相鄰安排的第一發(fā)光二極管組件和至少一個第二發(fā)光二極管組件。此外，每個這樣的組件都有一個光混合室，和至少一個發(fā)光二極管組件，所述發(fā)光二極管組件用于在所述的光混合室內發(fā)光并且通過組件照明窗口向其外部發(fā)光。此外，所述照明系統(tǒng)包括至少一個光孔，光孔安排在相鄰的組件之間，用于使光能從所述組件之一進入相鄰組件的光混合室，反之亦然。對于組件的光混合室進行安排，以使由所述組件中發(fā)光二極管發(fā)出的光以及從相鄰組件通過所述孔透射入組件的光混合室的光都在所述室中以這樣的方式漫射和混合:使得感覺到的來自相關的組件照明窗口的照明是均衡的。光混合室的一個目的是發(fā)射盡可能多的光，同時實現(xiàn)所需的光輸出均勻性。光混合室還可以用于混合來自幾個發(fā)光二極管的具有不同顏色的光。按照本發(fā)明，光混合室進一步用于混合從一個組件發(fā)出的光與從相鄰組件發(fā)出的光。而且，應該理解，組件光發(fā)射窗口不包括相鄰組件之間的所述孔。相反，在大多數情況下，所述孔和所述組件照明窗口指向垂直的方向。按照第二方面，本發(fā)明提供一種照明組件，所述照明組件用在涉及該第一方面描述的通用照明系統(tǒng)中。所述組件設有至少一個涉及該第一方面描述的孔，使得如果第一和第二這樣的組件彼此相鄰地安排，發(fā)光二極管的光就可以從所述第一組件透射進入該第二組件進行漫射和混合，反之亦然。按照第三方面，本發(fā)明提供一種方法，通過將發(fā)光二極管的光從所述組件中之一透射入相鄰組件的光混合室，反之亦然，以便均衡感覺到的來自相關的組件照明窗口的光，從而改進在通用照明系統(tǒng)中來自相鄰發(fā)光二極管組件的照明，其中每個所述的組件包括一個光混合室。按照第四方面，本發(fā)明提供在通用照明系統(tǒng)的相鄰照明組件的框架結構中至少一個透光孔的用途，用于實現(xiàn)光在所述組件的光混合室之間傳輸，以便均衡來自與所述發(fā)光二極管組件有關的組件照明窗口的感覺到的照明。與上述第四方面有關的一個優(yōu)點是，從所述照明系統(tǒng)提供更加均勻光分布而不用任何額外的部件。因此，可以維持照明系統(tǒng)的緊湊設計。另一個優(yōu)點是，不用重新安排發(fā)光二極管就可以提供這樣更加均勻的光分布。因此，本發(fā)明通常便于實施。下面列出與本發(fā)明的不同實施例有關的一系列優(yōu)點。所有這些優(yōu)點的共同點就是所述的系統(tǒng)可以使感覺到的來自相關組件照明窗口的照明是均衡的。在這樣的照明系統(tǒng)的實施例中，通過所述組件沿兩維方向相互相鄰安排，來使它們可以提供相鄰組件的一個矩陣。例如，相鄰組件的第一行與相鄰組件的第二行相鄰地排列，如此等等。以此方式，可以得到光組件的一個矩陣，這個矩陣有均勻的光分布。這樣的一種照明系統(tǒng)的另一實施例的特征在于，其中的每個發(fā)光二極管組件都是獨立(self-contained)的發(fā)光二極管單元，具有包括一個孔的框架結構。如這里所用的，該術語“獨立單元”指的是包括一個或幾個組件的、可獨立地使用或者優(yōu)選地與其它單元組合地使用的單元。這些單元通過按照本發(fā)明相互相鄰地排列單元，便于組裝大面積的發(fā)光二極管系統(tǒng)。進而，簡單地通過按照不同的方式安排組件就可以實現(xiàn)具有不同幾何形狀的大面積發(fā)光二極管系統(tǒng)。一種照明系統(tǒng)，其中該光混合室是反射性的，具有漫反射的和/或鏡面反射的壁，因為具有反射性的室便于在室內有效的漫射和混合光，這是有益的。通常需要這樣的漫射，來高效率地實現(xiàn)均勻的照明。一種照明系統(tǒng)，其中所述的組件基本是具有直角平行六面體、三角形、六角形的形狀，有益于方便在矩陣結構中安排幾個這樣的組件，產生均勻的照明。一種照明系統(tǒng)，其中孔由光透明塑料或玻璃構成，有益地提供照明組件的更剛性的結構。在一種照明系統(tǒng)中，每個組件包括一組發(fā)光二極管。這是有益的，因為來自每個光混合室的照明將是來自所述組中每個單個的發(fā)光二極管的光的平均值，并且因此來自所述組件的照明感覺更加均勻。在另一個實施例中，所述一組發(fā)光二極管的中心基本上就是所述組件相對于所述組件照明窗口的中間位置。這是有益的，因為較少的光受到框住所述窗口的邊緣的限制，并且因此所述更多的來自所述發(fā)光二極管的直接光從窗口發(fā)射。一種照明系統(tǒng)具有這樣優(yōu)點，如果相應地排列發(fā)光二極管和光混合室，可促成幾乎任何期望的顏色。通過使用例如紅和黃發(fā)光二極管的正確混合，可以得到任何顏色深淺的橙色。通過混合來自例如紅、綠、藍發(fā)光二極管的光或者通過混合來自例如紅、藍、黃、綠發(fā)光二極管的光，可以得到白色。在大多數情況下，通過在相同的室內安排幾個二極管，可以得到比在每個室內只安排一個二極管更加均勻的光?！N孔具有基本上長方形的形狀的照明系統(tǒng)，提供了容易設計和制造的孔。以上描述了按照本發(fā)明的實施例獲得的幾個優(yōu)點。類似的優(yōu)點還可通過所述照明系統(tǒng)、所述組件、所述方法、和所述用途的對應實施例實現(xiàn)，其由分別涉及照明組件、方法、和用途的從屬權利要求限定。從下述實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將顯而易見并得到說明。


圖1A和IB示意地表示按照本發(fā)明的組件；圖2示意地表示按照本發(fā)明的第一實施例的照明系統(tǒng)；圖3不意地表不本發(fā)明的另一個實施例；圖4示意地表示本發(fā)明的第三實施例，其中的一組組件排列成矩陣結構。
具體實施例方式下面描述按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中參考符號在全部的附圖中代表相似的或者對應的部件。所有的實施例適當地包括了用于操作發(fā)光二極管的常規(guī)的電子電路，所述的電子電路在本領域中是公知的，因此在這里不作更加詳細的描述。圖1A表示按照本發(fā)明的發(fā)光二極管組件10的示意剖面圖。這個組件包括光混合室11，其中安排兩個發(fā)光二極管12、14，每個發(fā)光二極管都由反射體15、16和透鏡包圍。在這個實施例中，使用側面發(fā)射的發(fā)光二極管。這樣的發(fā)光二極管的優(yōu)點是，通過發(fā)光二極管的側面發(fā)射的輻射圖形，便于實現(xiàn)具有相當低數目的壁上反射的發(fā)光二極管的混合。因此，可以提供很高的效率。室壁由組件框架壁結構2和底限定，其中包括安裝發(fā)光二極管的反射性的二次基板17?？蚣鼙诮Y構2包括4個直角的、反射性的側壁18、19，側壁18、19垂直于所述基板。合適的反射材料例如是來自Alanod的Miro板材,它是一個漫反射的涂層,還有來自Labsphere的Spectraflect型反射涂層和來自Philips的NBC涂層，它們都包含強反射顆粒。還要提供一個上部透射性照明組件窗口 13，窗口 13平行于所述基板。換言之，室壁17、18、19中的5個基本上是反射性的，因此擊中它們的光將要反射回到室11內，或者通過組件照明窗口 13射出。然而，擊中組件照明窗口 13的一部分光也可能被反射。只要光被某個壁反射，這個光就要繼續(xù)擊中另一個壁，一直到這個光或者通過組件照明窗口 13或者通過在組件中安排的孔101找到了它的出路為止，只是這個光的一個微小部分在室11中被吸收。在沒有混合室11的一種結構安排中，并且其中組件照明窗口 13是普通的透明玻璃板，觀看組件照明窗口的某個人可能會看到源自發(fā)光二極管的兩個不同的光點。通過引入正確設計的室11，光的大部分將要穿過組件照明窗口 13，否則這些光會在組件內被吸收。而且，穿過這個窗口發(fā)射的光將會更加強烈地漫射，因為某些光將會在混合室內部來回散射。在一般情況下，在組件10內部安排發(fā)光二極管12、14有幾種不同的方式。發(fā)光二極管或者全都是相同的顏色，或者它們中的一個或幾個與其余的發(fā)光二極管相比具有不同的顏色。例如，通過在光混合室混合來自4個不同的發(fā)光二極管(例如綠、黃、紅、藍)的光，或者通過涂以磷的藍色發(fā)光二極管，可以得到白光。此外，取決于期望的照明設計，在每個組件內可以安排一個或幾個發(fā)光二極管。而且，發(fā)光二極管可以散開或者可以集中在組件的中間。按照本發(fā)明，在圖1A的組件10的側壁18、19上安排光孔101。每個這樣的壁都設有兩個隔開的、細長的、長方形的光孔101、102，一個在另一個的上面。設置這些孔的目的是使光能夠透射出組件并進入另一個相鄰組件的反射室，且反之亦然，其目的在于均衡來自兩個組件的感覺到的照明的差異。因此，安排光孔101、102主要是為了使光沿基本上垂直于透過所述組件照明窗口 13的光的主方向的方向傳播。換言之，如果假定通過所述組件照明窗口發(fā)出的光是向上發(fā)射的，則可以認為透過所述孔的光是側向發(fā)射的。這些孔的大小和形狀取決于來自于所述組件的期望的光分布。在有關圖2的描述中，將對此做進一步的描述。圖1B是圖1A所示的相同實施例的三維視圖。這個圖表示二次的透射性的組件照明窗口 13和結構2，結構2用于在四側框住所述的組件。在四側之一以及這一側的相對側(未示出)提供的結構具有所述的兩個孔101、102。在圖2中，示意地給出按照本發(fā)明的組件的概觀。在第二組件20和第三組件30之間并且與這兩個組件相鄰地安排第一組件10，因而它們提供一行組件。如關于圖1所描述的，在內部安排所述組件的每一個。按照本發(fā)明，在限定組件10、20、30的各結構2、3、4中安排孔101、102、202、301，從而使來自例如第一組件10的光分別通過孔101、202及102、301進入周圍組件20、30的混合室21、31，反之亦然。S卩，來自周圍組件20、30的光也通過所述的孔101、202、102、301進入所述第一組件10的光混合室。光孔可以通過壁結構中的孔形成，或者由玻璃或塑料構成，一般是PMMA或聚碳酸酯。唯一的要求是該孔對于相關發(fā)光二極管產生的波長是透射性的。如何最優(yōu)選地安排該孔取決于應用和設計參數，例如重量、費用、抗沖擊和防水。與分隔組件的壁相比，該孔可以是相當大的，但精確的要求取決于期望的光分布和在每個組件中光線跟蹤(raytracing)以及瞄準的均勻性。圖3示意地描述本發(fā)明的另一個實施例，它基本上具有與圖1描述的實施例相同的全部特征。所述的附圖表示出照明窗口 13和限定所述組件的結構2，基本上如以上所述排列。在框架結構2的四個側壁安排組件孔105、106、107、108，并且這些組件孔垂直于組件照明窗口 13，用于使矩陣系統(tǒng)中的光側向分布。使孔105 - 108與組件的側壁相比上相當地大。此外，將這些孔安排在本領域公知的鎖緊裝置110的每一側，鎖緊裝置110設計成可以與相鄰組件的對應鎖緊裝置嚙合，從而可以穩(wěn)定組件的矩陣結構。在每個組件的底部有散熱片115，以促進組件的散熱。此外，為了便于安排幾個組件成一個矩陣結構，這些組件具有基本上矩形平行六面體的形狀，即有3對平行的矩形側面。當在兩維方向平鋪形成這樣組件的矩陣時，每個組件都按照常規(guī)的方式連接到基板插座109上。這些組件是獨立單元，并且在這個實施例中，將控制系統(tǒng)和電子電路設計成，當安裝一個單元時不需要任何其它的調整，除了將這個單元連接到插座上，優(yōu)選地提供對于電子電路的連接。與獨立組件有關的另一個優(yōu)點是，取決于當前照明應用的要求，相同組件很容易地排列成不同的幾何圖形。在圖4中，彼此相鄰地安排12個與針對圖3描述的單元相似的獨立單元。由結構2框住每個單元，其中安排孔。在一個實施例中，根據組件在矩陣中安排的位置，安排其對應數量的壁有孔，按照本發(fā)明每一個都安排了孔。例如，在邊角組件30中只有兩個壁4、5安排有孔，而在中央組件10中在框住所述組件10的結構2的所有4個壁上都安排有孔。使矩陣系統(tǒng)的框架表面是反射性的優(yōu)點是，可以實現(xiàn)朝向行或矩陣的邊緣的更加均勻的光分布。在一般情況下，在整個照明表面上優(yōu)選有相同的光分布。另一個優(yōu)點是，通過組件照明窗口可以發(fā)射更多的光。優(yōu)選地，在中央組件內，使得在鎖緊裝置110后面的表面111為反射性的，以使在所述混合室內能夠最大限度的漫射和混合光。在另外一個實施例中，組件的側壁是可以更換的，S卩，可以拆掉它們并用具有期望的性質的不同側壁代替它們。例如，在一個矩陣的一個外圍組件中，可以用一個反射性的壁替換不與任何其它組件壁相鄰的一個側壁。此外，如果一個組件側壁與另一個組件相鄰，則這個側壁可以用透明塑料替代。在又一個實施例中，在一個框架內安裝一個照明系統(tǒng)或獨立單元的矩陣。將這個框架安排成當在這個框架內相互相鄰地安裝組件的時候，框架的反射面將要反射透過所述照明系統(tǒng)的外壁的光再次回到這個組件內。這便于在矩陣的所有位置使用相同類型的組件，優(yōu)選的為中央組件。有益地，通過反射通過所述外壁發(fā)射的光回到室內，增加了透過所述組件照明窗口的發(fā)光二極管光的量。以上提出了一系列不同的照明組件的結構。然而，其它的結構也是可能的，并且可以被認為是不超出本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求書限定。應該理解，在本說明書中，“包括”的使用并不排除存在其它的元件或步驟，使用“一個”并不排除多個。
權利要求
1.一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括: 彼此相鄰安排的第一發(fā)光二極管組件(10)和至少一個第二發(fā)光二極管組件(20)，每個組件都有光混合室(11 ;21)，和至少一個發(fā)光二極管(12 ;22)，用于在所述的光混合室(11 ；21)內發(fā)光并且通過組件照明窗口(13 ；23)向光混合室外發(fā)射光；和， 至少一個光孔(101)，光孔安排在所述組件之間，用于使光能從所述組件之一進入相鄰組件的光混合室，以及用于使光沿相反方向通過，以使感覺到的來自相關的組件照明窗口的照明是均衡的。
2.根據權利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述組件沿兩維方向安排，以使它們形成相鄰組件的一個矩陣。
3.根據前述權利要求中任何一個所述的照明系統(tǒng)，其中每個發(fā)光二極管組件(10，20)都是獨立的單元，由包括所述至少一個光孔(101)的結構(2)框住每個發(fā)光二極管組件(10，20)。
4.根據權利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中所述光混合室(11，21)是反射性的，從而漫射所述發(fā)光二極管的 光。
5.按照權利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中所述照明系統(tǒng)用于二維鋪設，所述組件中的每一個基本上具有直角平行六面體、三角形或六角形的形狀。
6.按照權利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中所述的孔(101)包括對于所述發(fā)光二極管發(fā)射的光是透明的塑料或玻璃。
7.按照權利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中所述至少一個發(fā)光二極管是一組發(fā)光二極管。
8.根據權利要求7所述的照明系統(tǒng)，其中所述一組發(fā)光二極管相對于所述組件的照明窗口在所述組件的中心。
9.根據權利要求7所述的照明系統(tǒng)，其中所述一組發(fā)光二極管包括至少兩個具有不同顏色的發(fā)光二極管。
10.一種照明組件，所述照明組件用在前述權利要求中任何一個所述的照明系統(tǒng)，所述照明組件包括: 限定光混合室(11)的框架結構(2)； 至少一個發(fā)光二極管(12)，用于在所述光混合室(11)中發(fā)射光并且通過一個組件照明窗口(13)向光混合室外發(fā)射光；和 至少一個光孔(101 )，安排在所述框架結構(2)中，用于使來自所述至少一個發(fā)光二極管(12)的光從所述光混合室進入另一個這樣的照明組件的光混合室，以及用于使光沿相反方向通過，當所述的照明組件相互相鄰地安排時，用于均衡感覺到的來自相關組件照明窗口(13，23)的照明。
11.根據權利要求10所述的照明組件，其中所述的照明組件基本上具有直角平行六面體的形狀。
12.根據權利要求10或11所述的照明組件，其中所述的光混合室是反射性的。
13.在照明系統(tǒng)中改善來自相鄰發(fā)光二極管組件(10，20)的照明的方法，其中的每個組件包括至少一個光孔(101)和用于漫射和混合來自發(fā)光二極管的光的室，所述方法包括如下步驟:通過所述相鄰發(fā)光二極管組件的對應光孔(101)，將發(fā)光二極管的光從所述組件(10)之一透射入相鄰組件(20)的光混合室(21)，以及用于將發(fā)光二極管的光沿相反方向透射，以便均衡感覺到的來自相關的組件照明窗口( 13，23)的照明。
14.根據權利要求13所述的方法，所述方法進一步包括:穿過限定所述組件的框架結構中的光孔透過所述發(fā)光二極管的光。
15.在通用照明系統(tǒng)的相鄰發(fā)光組件的框架結構中的至少一個光孔(101)的用途，所述光孔(101)的位置設置在所述組件中，使得光能從組件之一進入相鄰組件的光混合室，以及用于使光沿相反 方向通過，以便均衡感覺到的來自相關的組件照明窗口(13，23)的照明。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括:彼此相鄰安排的發(fā)光二極管組件(10、20)，優(yōu)選地以一種矩陣結構安排發(fā)光二極管組件(10、20)。通過引入光孔(101)，光孔安排在兩個或幾個相鄰組件之間，每個組件包括一個混合室(11、21)，使光能在相鄰組件的混合室之間側向透過，由此使感覺到的來自相關的組件照明窗口的照明是均衡的。因此，本發(fā)明便于在不需要電子控制系統(tǒng)的情況下均衡感覺到的照明。
文檔編號F21V7/10GK103104837SQ20121056796
公開日2013年5月15日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權日2004年6月29日
發(fā)明者S.M.韋爾布魯格, N.B.普菲菲爾, S.J.M.庫彭斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司