[发明专利]照明设备及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括与多个光学元件对准的多个发光元件的照明设备；还涉及一种用于制造该照明设备的方法。这种设备可用于家庭或专业照明、液晶显示器背后照明以及一般性的照明目的。

背景技术

白炽灯光源产生近黑体光谱，价格低廉，可靠性高。但这种光源具有很低的效率，并且比较大，需要较大的灯具。高强度放电灯能够通过小电弧光源产生高光通量，并且适合于投影应用和定向照明，但体积庞大。荧光灯中的气体放电产生泵浦荧光材料以产生可见波长的紫外波长，与白炽灯光源相比，荧光灯的效率得到提高，不过也类似地存在光源尺寸大的问题。

使用单片晶片上的半导体生长形成的发光二极管(LED)可具有高得多的效率水平。光源尺寸由LED管芯(die)的面积限定，因此原则上可被制成直至晶片尺寸的任意尺寸。由于LED能够提供高水平的效率且具有适宜的CIE显色指数

(CRI)，因此是特别有吸引力的。有机发光二极管(OLED)具有与晶片型LED类似的优点，并且能够形成在任意大的衬底上。在本说明书中，LED指的是从单片晶片上直接提取的未封装的LED管芯(芯片)，即半导体元件。其与封装的LED不同，封装的LED被组装到封装中以便于后续组装，并且进一步结合有诸如半球形结构之类的增加其尺寸但也提高光提取效率的光学元件。

在照明应用中，使用灯具结构来引导从发射体发出的光，以提供输出方向轮廓。强度的角变化被称为方向分布，方向分布相应地在光照环境中的表面上产生光辐射图样，并且被特殊应用所限制。朗伯发射体(Lambertian emitter)能够发光使得光充满房间。由于光会分布到房间可能不需要照明的部分，因此光的这种使用可能是低效率的，并且还会被认为提供了不经济的以及在视觉上不合意的照明源。朗伯发射体可被认为提供了缺乏闪烁的单调照明环境，这对设计者而言是缺乏吸引力的。

非朗伯定向光源使用光源尺寸相对较小的灯，例如卤钨型的反射器和/或反射式管状灯具，以便提供方向性更强的光源。这种灯通过将光引向重要区域而有效地利用光。这些灯还会产生更高水平的视觉闪烁，其中小光源提供光谱反射产物，给出更具吸引力的照明环境。此外，这种光具有低眩光，其中的轴外强度基本低于轴上强度，从而从大多数的位置观察时，灯的亮度看起来不会不舒服。不过，与灯具组合起来的这种灯可能具有大约5到10cm深的尺寸，并且还需要庞大的低压电源。这种灯可能不利地需要选择需要相对较深的凹进的结构设计。此外，这种庞大灯系统的材料成本会很高。此外，这种光源与LED光源相比具有较低的效率。

为了进一步提高使用效率，理想的是能够调节定向光源的指向。对于常规的定向灯而言，这通常需要手动移动灯。这可能常因灯的位置和表面温度而变得困难。因此，通常是在安装时一次性地设定灯的对准。为了应对房间中变化的使用模式，安装多个定向灯，为房间提供低效率的过度照明。

灯的色温和CRI是灯的使用当中非常重要的因素。颜色输出通常在制造时就已经通过灯的诸如峰值运行温度和使用寿命之类的工作条件固定下来。这意味着在白天为了满足活动的需要，这种调节房间白点的方式通常是不可能的。例如，据报道，可以使用高色温来刺激上班族的效率，而较低的色温则非常适合于更加放松的室内用途，例如晚间的家庭照明。此外，眼睛对照明区域中的小的白点变化非常敏感，因此照明系统在任何特定的环境中通常需要被选择成固定的色温。

自然采光可以产生时变照明，例如透过树荫的阳光提供较高分辨率的时变图样。如果通过单一时变光源来对房间进行照明，则这仅被当做强度起伏。如果强度的时变分量相对于全局在结构上变化则是理想的。这种方法提供有斑纹的照明。

液晶显示器背后照明典型地使用封装LED阵列或荧光灯，其通过与光循环膜(light recirculating film)联用的光波导元件连接到面板。此外，可以通过诸如棱镜层之类的增亮膜来增强显示器的方向性。这种系统的厚度可以是5mm或更低。不过，结构被设计为将光从小光源不均匀地分配到大面积上，就本身而言不如定向照明源效果好。理想的是，提供例如用作隐私过滤器的高效定向照明，或者提供高亮度室外显示功能。