具有兩個(gè)或更多微結(jié)構(gòu)化膜的光學(xué)配置的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及包括(i)多個(gè)光源單元的布置的照明單元以及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 單個(gè)LED和透鏡組件在本領(lǐng)域中是已知的。US7,588,358例如描述了用于從單個(gè) LED源通過透鏡產(chǎn)生光輸出圖案的裝置和方法，所述透鏡將光從單個(gè)源發(fā)散在透鏡中心處 或周圍但是將光會(huì)聚在中心區(qū)域周圍的同心區(qū)域處。組件可以避免光輸出圖案中的強(qiáng)度的 中心熱點(diǎn)并且創(chuàng)建較高表觀強(qiáng)度的一個(gè)或多個(gè)同心環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 射束成形在所有照明應(yīng)用中是關(guān)鍵的。一個(gè)類別的射束成形光學(xué)元件包括如使用 在大多數(shù)照明器中的諸如反射器和準(zhǔn)直器之類的經(jīng)典元件。傳統(tǒng)地，屬于該類別的元件是 龐大的而第二類別中的那些難以設(shè)計(jì)并且制造起來昂貴。
[0004] 因而，本發(fā)明的一方面是提供一種可替換的照明單元，其優(yōu)選地還至少部分地消 除以上描述的缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。特別地，本發(fā)明的一方面是提供一種可替換的照明單 元，利用其可以以相對(duì)大的自由度對(duì)射束成形，而另一方面具有（（多個(gè))光源和光學(xué)器件的 基本元件的)相對(duì)薄的構(gòu)造。
[0005] 微光學(xué)結(jié)構(gòu)和固態(tài)光源看起來提供了可以用于這樣的可替換照明單元的良好組 合?？雌饋砹钊梭@喜的是，當(dāng)選擇具有微光學(xué)結(jié)構(gòu)的箱的具體多層系統(tǒng)時(shí)，可以產(chǎn)生可以選 擇成窄或?qū)挷⑶铱梢远ㄏ虻纳涫?br>[0006] 因而，在第一方面中，本發(fā)明提供了一種照明單元，包括(i)多個(gè)光源單元的布置， 其配置成提供對(duì)應(yīng)光源單元光，（ii)包括多個(gè)透射第一箱區(qū)（"第一箱區(qū)"）的第一箱，其中 每一個(gè)第一箱區(qū)包括多個(gè)光學(xué)元件，所述多個(gè)光學(xué)元件包括在每一個(gè)區(qū)的中心的具有對(duì)光 源單元光的折射功能性的光學(xué)元件以及在遠(yuǎn)離每一個(gè)區(qū)中的所述中心的外圍區(qū)域中的具 有對(duì)光源單元光的全內(nèi)反射功能性的光學(xué)元件，以及（iii)包括多個(gè)透射第二箱區(qū)（"第二 箱區(qū)"）的第二箱，其中每一個(gè)第二箱區(qū)包括多個(gè)光學(xué)元件，其中每一個(gè)第二箱區(qū)包括在其 中心處的具有對(duì)光源單元光的折射功能性的光學(xué)元件以及在遠(yuǎn)離其中心的外圍區(qū)域中的 具有對(duì)光源單元光的全內(nèi)反射功能性的光學(xué)元件;其中每一個(gè)光源單元具有配置在所述光 源單元的下游的對(duì)應(yīng)第一箱區(qū)和配置在所述第一箱區(qū)的下游的對(duì)應(yīng)第二箱區(qū)。
[0007] 特別地，這樣的照明單元可以有益地用于控制來自多個(gè)光源單元的布置的光源單 元光的光束形狀。例如，這樣的照明單元可以用于提供具有小于20°，諸如小于15°的半高全 寬(FWHM)的所述光束（即照明單元(在第二箱的下游)所生成的光（的射束））；甚至小于10° 是可能的。可替換地(或此外），照明單元還可以用于控制所述光束的形狀和方向中的一個(gè) 或多個(gè)。因而，本文提供了令人驚喜的多功能照明單元。特別地，通過將第一箱選擇成均質(zhì) 的并且將第二箱選擇成準(zhǔn)直的，人們可以獲得相對(duì)窄的射束寬度，并且通過將第一箱選擇 成與可偏移（或可輸運(yùn))元件組合地提供聚焦射束，人們可能能夠?qū)⑸涫螤顝恼{(diào)諧成 寬。
[0008] 照明單元包括多個(gè)光源單元的布置。在實(shí)施例中，第一箱的每一個(gè)區(qū)的中心和對(duì) 應(yīng)光源單元在相應(yīng)法向矢量上對(duì)準(zhǔn)到多個(gè)光源單元的布置。該布置特別地是2D布置，并且 特別地該布置是規(guī)則的，諸如立方體布置或六邊形布置。然而，布置還可以是不規(guī)則的。光 源單元的布置特別地對(duì)多個(gè)第一箱區(qū)和(多個(gè))第二箱區(qū)的布置施以影響（同樣參見下文）， 因?yàn)樘貏e地每一個(gè)光源單元具有對(duì)應(yīng)第一箱區(qū)和(其下游的）第二箱區(qū)。在光源單元規(guī)則布 置的情況下，相鄰光源單元之間的最短距離(從來自光源單元的中心點(diǎn)測(cè)量)還可以指示為 間距。在實(shí)施例中，在(兩個(gè))不同方向上可以存在(兩個(gè))不同間距。由于布置可以是規(guī)則的 或不規(guī)則的，或者其組合，并且由于間距可以在布置之上全部恒定或者可以在(兩個(gè))不同 方向上不同，因此本文還限定平均最短距離(從來自光源單元的中心點(diǎn)測(cè)量）。對(duì)于每一個(gè) 箱上的區(qū)，適用類似的"間距"定義。區(qū)是相互定位在具體布置中的光學(xué)元件的組。所述具體 布置以（平均）周期性重復(fù)，因此限定兩個(gè)相鄰區(qū)之間的最短區(qū)距離，或者區(qū)間距。對(duì)于不規(guī) 則的區(qū)布置，這導(dǎo)致區(qū)的平均區(qū)間距。對(duì)于相互對(duì)應(yīng)的光源單元和第一箱上的區(qū)，光源單元 和區(qū)二者的（不)規(guī)則布置和平均間距優(yōu)選地等同，從而使得第一箱的每一個(gè)區(qū)的中心和對(duì) 應(yīng)光源單元能夠在相應(yīng)法向矢量上對(duì)準(zhǔn)到多個(gè)光源單元的布置?？蛇x地，該配置關(guān)系還適 用于光源單元和第二箱上的區(qū)。
[0009] 平均最短距離一般可以在0.5-100mm的范圍中，諸如至少1mm，比如特別地在5-50mm的范圍中。布置包括多個(gè)光源單元，諸如例如至少4,比如至少16,諸如至少25,比如至 少49,或者甚至更多，至少100個(gè)光源單元。然而要指出的是，明顯更大的數(shù)目也是可能的。
[0010] 在具體實(shí)施例中，光源單元包括固態(tài)光源(諸如LED或激光二極管）。在另外的具體 實(shí)施例中，多個(gè)光源單元包括兩個(gè)或更多子集，其可以是獨(dú)立可控的。可替換地或此外，多 個(gè)光源單元包括配置成生成具有不同顏色的光源單元光的兩個(gè)或更多子集。如以上所指示 的，并且如以下進(jìn)一步闡明的，每一個(gè)光源單元可以尋址具體的第一箱區(qū)。光源單元自身在 具體實(shí)施例中可以包括一個(gè)光源，諸如固態(tài)光源，比如LED或激光二極管。在這樣的實(shí)施例 中，光源單元可以基本上包括光源。然而，在又一實(shí)施例中，光源單元包括兩個(gè)或更多光源， 其也可以可選地是獨(dú)立可控的。因此，在具體實(shí)施例中，光源單元中的一個(gè)或多個(gè)，特別地 多個(gè)，諸如總數(shù)目的至少80%的光源單元，可以至少包括第一固態(tài)光源和第二固態(tài)光源，其 中第一固態(tài)光源的子集和第二固態(tài)光源的子集是單獨(dú)可控的。為此目的，照明單元還可以 包括控制單元，其配置成控制照明單元，特別地第一固態(tài)光源的子集和第二固態(tài)光源的子 集。當(dāng)然，可以存在多于兩個(gè)子集。因而，照明單元可以包括多個(gè)（2 2)子集，每一個(gè)單獨(dú)可 控。在另外的實(shí)施例中，可以存在一個(gè)或多個(gè)光源單元，其包括多于兩個(gè)不同光源，諸如多 于兩個(gè)不同固態(tài)光源，例如每一個(gè)具有不同顏色或不同色溫。
[0011] 如以上所指示的，照明單元包括至少兩個(gè)箱，盡管多于兩個(gè)箱可以是可得到的。在 此，主要關(guān)于兩個(gè)箱來說明本發(fā)明，并且在一些實(shí)施例中關(guān)于三個(gè)箱來說明本發(fā)明。箱特別 地平行于彼此并且平行于多個(gè)光源的布置而布置。一般地，將存在光源單元與第一箱之間 的非零距離（同樣參見下文），以及第一箱與第二箱之間的非零距離。每一個(gè)箱的總厚度可 以在0 · 2-20mm的范圍中，特別地0 · 2-5mm，包括光源元件。箱可以具有在4mm 2-50m2的范圍中 的截面面積，盡管甚至更大可以是可能的。還可以應(yīng)用布置成彼此相鄰的箱的拼塊。箱是透 射性的，即光的至少部分，特別地光照箱的一側(cè)（即特別地上游側(cè)）的可見光的至少部分，穿 過箱，并且在下游側(cè)從箱發(fā)出。這最終導(dǎo)致照明單元光。特別地，箱包括聚合物材料，甚至更 特別地大體由聚合物材料構(gòu)成，聚合物材料特別地為選自包括以下的組的一個(gè)或多個(gè)材 料：PE(聚乙烯）、PP(聚丙烯）、TON(聚萘二甲酸乙二酯）、PC(聚碳酸酯）、聚丙烯酸甲酯 (PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(樹脂玻璃或有機(jī)玻璃）、乙酸丁酸纖維素(CAB)、硅樹脂、 聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、（PETG)(乙二醇改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇 酯）、PDMS(聚二甲硅氧烷)和COC(環(huán)烯共聚物）。然而，其它(共）聚合物也可以是可能的。因 而，相應(yīng)箱的箱區(qū)對(duì)于(多個(gè))光源的光的至少部分也是透射性的。
[0012] 第一箱布置在光源單元的下游，并且第二箱布置在第一箱的下游;第一箱因而布 置在第二箱的上游。術(shù)語(yǔ)"上游"和"下游"涉及項(xiàng)或特征相對(duì)于來自光生成構(gòu)件(在此特別 地為（多個(gè))光源單元）的光的傳播的布置，其中相對(duì)于來自光生成構(gòu)件的光束內(nèi)的第一位 置，更靠近光生成構(gòu)件的光束中的第二位置是"上游"，并且更遠(yuǎn)離光生成構(gòu)件的光束內(nèi)的 第三位置是"下游"。
[0013] 每一個(gè)箱包括多個(gè)箱區(qū)，其分別指示為(透射)第一箱區(qū)和(透射)第二箱區(qū)。近似 地，光源單元的數(shù)目對(duì)應(yīng)于第一箱區(qū)和第二箱區(qū)的數(shù)目。無論如何，原則上，任何第一箱區(qū) 具有單個(gè)對(duì)應(yīng)光源單元和單個(gè)對(duì)應(yīng)第二箱區(qū)。術(shù)語(yǔ)對(duì)應(yīng)在那些短語(yǔ)中特別地指示光源單元 配置成大體僅光照單個(gè)(對(duì)應(yīng))第一箱區(qū)。例如，光源單元的頻譜功率(瓦特)的至少85%，特 別地至少95%可以光照對(duì)應(yīng)第一箱區(qū)。光源單