瓦式照明设备 【技术领域】
本发明涉及瓦式(tiled)照明设备。
背景技术
诸如发光二极管(LED)之类的固态光源的亮度、光效和经济可承受性方面取得的进展使得新的照明应用不再局限于利基(niche)市场。LED相对于传统光源提供了几个优势，例如寿命长、低工作电压、瞬时启动等。由于这些和其他原因，LED变得越来越适合制造用于若干应用的灯，例如颜色可变的灯、聚光灯、LCD背光照明、建筑照明、舞台照明等。
对于许多照明应用而言，单个LED的光是不够的，需要多个LED的光组合起来，以形成光源。关于这方面，US2005/0116667(Mueller等)公开了一种具有LED的瓦式照明系统，其中多个相似的光瓦并排设置并且相互连接以平铺任何表面，例如地板、天花板、墙壁或建筑物外部。
然而，使用多个光源的照明设备(例如US2005/0116667的照明设备)中的预期的问题是照明设备发射的光的总体均匀性。
【发明内容】
本发明的目的是至少部分地克服这个问题，并提供改进的瓦式照明设备。
依照本发明的一个方面，根据下面的描述将清楚的这一目的和其他目的是借助于依照所附权利要求1的瓦式照明设备来实现的，该瓦式照明设备包括：瓦式光导，其包括中央瓦片和至少一个末端瓦片，所述末端瓦片被设置在光导边缘处；至少一个固态光源，其被设置用于在朝向或离开末端瓦片的总体方向上将光耦合到光导中；以及多个外耦合结构，其用于将光耦合出光导；其中与中央瓦片不同，末端瓦片具有固有的光内耦合和/或固有的光外耦合。
因此，公开了瓦式照明设备，其包括形成光导一部分的中央瓦片和至少一个末端瓦片。该光导优选地为光导板，并且可以包括附加的瓦片(中央瓦片或末端瓦片)。末端瓦片设置在光导的边缘，而中央瓦片一般由其它瓦片包围。瓦片优选地并排设置并且被光学连接或对准，使得任何内耦合光能够从一个瓦片行进到相邻的瓦片。内耦合光由至少一个固态光源提供，并且在朝向或离开末端瓦片的总体方向上被引入。光源例如可以是设置在瓦片内或者在别的情况下与瓦片连接的侧面发射光源。于是，内耦合光在借助于多个外耦合结构耦合出去之前，可以在光导中混合。外耦合结构可以例如是设置在瓦片内或者在别的情况下与瓦片连接的瓦式反射器等等。然而，由于光在总体方向上(例如在基本上一个方向上)是内耦合的，因而相比于光导的其余部分，可能在末端瓦片处存在过量的光的累积，所述末端瓦片位于在光的方向上。这种光过剩可能导致眩光或亮斑或者在别的情况下被浪费掉。类似地，在光导对侧的末端瓦片中可能存在光的缺乏，即末端瓦片位于“远离”内耦合光的位置。该缺乏可能在末端瓦片处导致暗边缘或其他的暗区域。为此目的，根据本发明，末端瓦片不同于中央瓦片，具有固有的光内耦合和/或光外耦合，用来从瓦式照明设备产生不含上述眩光或亮斑或暗边缘的相对均匀的总体光发射。固有内耦合在这里是指被设置在特定瓦片内(或被设置用于特定瓦片)的任意光源引入的光，而固有外耦合是指被设置在特定瓦片内(或被设置用于特定瓦片)的任意外耦合结构进行的提取。其中区分末端瓦片和中央瓦片的依照本发明的瓦式照明设备与其中所有瓦片都相同的任何瓦式照明设备相比，具有更优的性能。
在一个实施例中，所述至少一个末端瓦片包括设置在光导第一边缘处的第一末端瓦片，并且所述至少一个固态光源被设置用于在朝向第一末端瓦片的总体方向上将光耦合到光导中。关于这方面，为了处理上述的光过剩，第一末端瓦片比中央瓦片具有较低的固有光内耦合和/或较高地固有光外耦合，由此可以产生相对均匀的总体输出。“较高”/“较低”在这里应当被解释为每单位面积的较高/较低。
在另一个实施例中，所述至少一个末端瓦片包括设置在光导第二边缘处的第二末端瓦片，并且所述至少一个固态光源被设置用于在离开第二末端瓦片的总体方向上(即与上述第一末端瓦片相比，第二末端瓦片可以位于光导的对侧)将光耦合到光导中。关于这方面，为了补偿上述的光缺乏，第二末端瓦片比中央瓦片具有较高的固有光内耦合和/或较高的固有光外耦合，由此可以产生相对均匀的总体输出。
为了实现上述在内耦合/外耦合上的变化，在本发明的一个实施例中，第一末端瓦片可以比中央瓦片具有较低的光源分布密度(即根据光源所处的区域，光源的分布密度是跨越光导而变化的)，从而较少的光从其自身的光源引入到末端瓦片内，以便减少导致眩光/亮斑或浪费的过剩光。在极端情况下，第一末端瓦片可能根本就没有光源。较少或没有光源意味着第一末端瓦片的制造变得较不昂贵。替代省略的光源的是，第一末端瓦片中的“自由”空间可以由其他电气部件占据。这种电气部件优选地对于整个照明设备是公共的(即，不用为每个瓦片再造该部件)，例如照明设备的AC/DC转换器(其对于向光源供电可能是必须的)，用于遥控照明设备的接收器(例如红外接收器等等)，用于照明设备的离线操作的电池(其在紧急照明应用中是有益的)，接口转换器等等。关于第二末端瓦片，它可以比中央瓦片具有较高的光源分布密度，以便实现上述较高的固有内耦合。作为省略/添加光源的替换(或附加)，所述照明设备还可以包括用于在操作期间选择性地控制末端瓦片的至少一个光源的亮度的装置。对于第一末端瓦片，亮度可以在操作过程中降低。在极端的情况下，第一末端瓦片的部分或所有光源可以在操作过程中完全关闭。对于第二末端瓦片，亮度可以在操作过程中增加。这就再次意味着在末端瓦片中引入的光量被调整，从而允许从光导中得到更加均匀的总体光发射。
在另一个实施例中，末端瓦片可以比中央瓦片具有更高的外耦合结构分布密度，使得与中央瓦片相比，更多的光通过它们自身的外耦合结构从末端瓦片向外耦合。也就是说，依照外耦合结构所在的区域，外耦合结构的分布密度是跨越光导而变化的。在第一末端瓦片中，所述较高的外耦合有益地用来通过控制的方式提取过剩光，以避免上述亮斑/眩光。在第二末端瓦片中，所述较高的外耦合有益地用来提取更多的光以便补偿上面提及的暗区。作为所述额外的外耦合结构的替换(或附加)，末端瓦片的外耦合结构可以比中央瓦片的外耦合结构具有更高的外耦合能力。较高的外耦合能力可以例如通过具有更大反射表面面积的瓦式反射器来实现，或者通过使用具有较高反射比的反射外耦合结构来实现。
优选地，本发明的瓦式照明设备中使用的所述至少一个固态光源包括多个发光二极管(LED)。LED具有长的寿命、低的工作电压、启动时瞬间打开等等。
根据发明的另一个方面，提供了瓦式照明设备，其包括：含有多个瓦片的瓦式光导；至少一个被设置用于将光耦合到光导中的固态光源；以及多个被设置用于将光耦合出光导的外耦合结构；其中依照瓦片所在的光导区域，瓦片的固有光内耦合和/或外耦合是跨越光导而变化的。这个方面表现出与之前讨论的本发明的方面相似的优点等。
【附图说明】
现在将参照附图更加详细地描述本发明的这些和其他方面，附图示出了本发明的当前优选的实施例。
图1是依据本发明实施例的瓦式照明设备的示意性顶视图。
图2是图1照明设备的瓦片的示意性截面图。
图3是依据本发明另一个实施例的瓦式照明设备的部分的示意性顶视图。
图4是依据本发明另一个实施例的瓦式照明设备的示意性顶视图。
图5是依据本发明另一个实施例的瓦式照明设备的示意性顶视图。
图6是依据本发明另一个实施例的瓦式照明设备的示意性顶视图。
【具体实施方式】
图1示出了根据本发明的瓦式照明设备10。照明瓦式设备10由统记为12的多个模块或瓦片构成。根据瓦片12的数量和大小以及它们是如何设置的，照明设备10可以具有几乎任意大小和形状，从而使得它比具有固定大小和形状的普通发光体具有更多用途。例如，可以定制照明设备10以覆盖某一区域或适合某一空间。在图1中，示例性瓦式照明设备10由4×4个瓦片12组成，所有的瓦片都具有基本相同的大小和形状。
图1照明设备10中的每一个瓦片12包括方形、透明或半透明亚光导板14。可以使用其他的形式，例如长方形的瓦片，并且在照明设备中不是所有的瓦片都必须具有相同的形状和大小。透明或半透明亚光导板14可以由玻璃或塑料制成。
瓦片12一般并排设置，以形成整个光导板16。为此目的，相邻瓦片优选地光学耦合，或者对准，使得来自一个瓦片的光能够以最小的干扰进入接下来的瓦片。
此外，图1照明设备中的每一个瓦片12包括侧发射固态光源18和外耦合结构20。光源18比如是发光二极管(LED)，如基于无机的发光二极管、基于有机的发光二极管(OLED和聚合物LED)和激光二极管。照明设备10的一般思想是通过LED 18引入光到光导板16中，允许光在光导板16中混合，并且然后借助于外耦合结构20竖直地提取来自光导板16的光，以产生照明。为了控制LED 18和为LED 18供电(以及瓦片12中的任何其他电气部件)，每一个瓦片12都具有电连接器(未显示)，来直接地或者通过比如潜在的印刷电路板(PCB)(未显示)将其连接到其他瓦片12等。
图2中示出了图1照明设备10中的示例性瓦片12的截面，其中每一个外耦合结构20是相对于光导板16的平面成大约45°的反射器。在操作过程中，来自示例性瓦片中的LED 18的光(由示例性射线追迹22a、22b表示)以及来自其他瓦片中的LED 18的光(由示例性射线追迹22c表示)可以通过外耦合结构20反射，借此它在基本上垂直于光导板16的水平面的方向上从光导板16耦合出去。光导板16中任何以相对于光导板16的法线成相对大的角度、撞击光导板16的顶部或底部表面的光(例如射线追迹22b)由于全内反射(TIR)而一般不会耦合出去，而是被反射回光导板16中以便进一步混合。为了避免来自LED 18的光在适当混合之前直接离开光导板16，来自这些LED的光优选地被准直，使得光线变得大致平行于光导板16的水平方向。
回到图1，所有的LED 18都指向从光导板16的边缘26(第二边缘)到边缘24(第一边缘)的相同方向。LED 18通常还跨越光导板16的平面以交错排列的模式设置，而外耦合结构20通常以相应的交错排列的模式设置在LED 18之后。这种结构可能有利于避免由于相邻LED 18处的光的吸收或光的散射而造成的损失，并且在光从导光板16耦合出去之前改善光的混合。不过，它也可能导致如下面解释的不均匀的光强度。
在照明设备10中，光一般被引导到一个方向，在图中从底部到顶部。在给出的瓦片12中，这可能导致在LED 18朝向的末端(富足端)有过剩的光，在瓦片的相对末端(贫瘠端)存在光的不足。在第一瓦片中的贫瘠端处的不足可以通过从连接到第一瓦片贫瘠端的相邻第二瓦片的富足侧转移过来的过剩补偿。因此，对于连续瓦片系统，存在很少或没有强度变化。然而，边缘24处的瓦片中的过剩不能通过这种方式转移，因为它们在相关的方向上没有相邻瓦片，这导致了边缘24处的瓦片中的总体光过剩，这又可能导致眩光或亮斑，以及来自照明设备10的通常不十分均匀的光发射。类似地，因为在相关的方向上没有相邻瓦片，因而在边缘26处的瓦片中的光不足不能得到补偿，这导致了在边缘24处的瓦片中的总体光不足。
关于这方面，本发明提出调整进入位于边缘24和26处的瓦片中以及从中提取的光量的措施，以避免上述眩光和亮斑以及暗边缘，并且从照明设备10产生均匀的总体光发射。
在图1中，这是通过在紧邻边缘24的瓦片(即在内耦合光方向上的末端瓦片)中具有较低的LED 18分布密度或者较少的LED 18来实现的。这些瓦片被称为(第一)末端瓦片12a。此外，紧邻边缘26的瓦片称为(第二)末端瓦片12c，具有更高的LED 18分布密度或附加的LED 18。剩下的瓦片称为中央瓦片12b，其设置在光导板16的中央部分。
每个末端瓦片12a中的LED 18少于每个中央瓦片12b中的LED，意味着较少的光被引入到瓦片12a中，这补偿了上面提到的来自中央瓦片12b的光过剩，其结果是，存在较少或没有造成上述眩光和亮斑的光过剩。在末端瓦片12a中省略的LED 18越多，可以补偿的光过剩就越多。在一个实施例中，所有的LED 18都可以从末端瓦片12a中省略，如图3所示。
在较少或没有LED 18的情况下，末端瓦片12a中的“释放的”空间可以由其他电子部件28容纳，如图1和3中所示。电子部件28可以比如为AC/DC转换器(其是向LED 18供电所必须的)、用于遥控照明设备10的接收器(例如红外接收器等)、用于照明设备10的离线操作的电池(其在紧急照明应用中是有益的)、接口转换器等等。
另一方面，在每一个末端瓦片12c中多于每个中央瓦片12b中的附加LED 18意味着更多的光被引入到12c中，这可以补偿上述的光不足，其结果是，末端瓦片12c的输出可以匹配中央瓦片12b的输出(和末端瓦片12a的输出)，以产生相对均匀的总体照明。
作为如图1和图3实施例中的省略/添加LED 18的替换(或附加)，可以在照明设备10操作期间调整末端瓦片中的LED 18的亮度，以便补偿在末端瓦片12a和12c中的任何光过剩/光不足，如图4示意性所示。在末端瓦片12a中，一些LED 18甚至可以完全关闭(图4中最上边一行)，而其他的LED被调暗(图4中从最顶部开始的第二行)。可以通过更大的亮度降低或关闭更大数量的LED 18来补偿更多的光过剩。另一方面，可以通过更大的亮度增加来补偿更多的光不足。因为具有相似结构的瓦片可以用于整个照明设备，这个实施例是有益的，但是另一方面它需要更复杂的控制单元(未显示)来调整LED亮度。
本发明的另一个实施例如图5所示。在这里，在末端瓦片的内耦合光的路径上提供了附加的外耦合结构20，导致与中央瓦片12b相比，在末端瓦片12a中具有较高的外耦合结构20密度。末端瓦片12a中的所述附加外耦合结构20用于以可控的方式提取过剩光，以避免上面提到的亮斑/眩光。末端瓦片12a中的较大数量的附加外耦合结构20管理所述末端瓦片12a中的更多的额外光。作为图5的额外外耦合结构20的替换(或附加)，可以在末端瓦片12a中使用比其他外耦合结构20具有更高的外耦合能力的外耦合结构20a，如图6所示。为此，外耦合结构20a可以具有比外耦合结构20更大的反射面积。例如，可以使用单个基本上沿着整个边缘24长度延伸的外耦合结构(未显示)。此外或者可替换地，可以增加末端瓦片12a中的外耦合结构的反射比，以增强末端瓦片12a的光输出。
同样地，在图5和图6中，可以针对第二末端瓦片12c应用更高的外耦合结构密度和/或更有效的外耦合结构(可选地结合上述附加内耦合)，以便提取更多的光来补偿上面提到的暗边缘或输出的不足。
关于上述实施例，应该指出的是，它们可以以各种方式相结合或分离。例如，设想一种瓦式照明设备，其中末端瓦片相对于中央瓦片既有较少的LED又有较大的外耦合结构分布。同样地，可以设想具有末端瓦片12a，但没有末端瓦片12c(反之亦然)的瓦式照明设备。
此外，LED和外耦合结构的其他整体布置可以应用在所述照明设备中，并且外耦合结构可以具有其他构造。外耦合结构可以比如实现为楔、槽、凹陷、散射元件等等。
再者，上面的教导也可以应用在非瓦式照明设备中。这种照明设备包括：含有中央部分和外边缘部分的光导；多个用于在朝向边缘部分的基本上一个方向上将光耦合到光导中的固态光源；和多个用于将光耦合出光导的外耦合结构；其中边缘部分具有比中央部分较低的固有的光内耦合和/或较高的固有的光外耦合。在上面的附图中，中央部分可以设想为中央瓦片12b，并且外边缘部分可以设想为末端瓦片12a。
根据本发明的瓦式照明设备的应用包括普通室内照明(例如办公室照明和商店照明)、建筑物照明、标识系统等。
本领域技术人员应当认识到，本发明绝不局限于上面描述的优选实施例。相反地，许多修改和变化都可能处于所附权利要求的范围内。