薄且高效的光导系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及背光的领域，并且更具体地涉及光导系统。
【背景技术】
[0002] LED在背光市场中的渗透正以非常快的步伐前进。作为这个事实的说明，在2011 年，装配有LED背光的大面积LCD-TV的百分比超越了装配有CCFL(冷阴极荧光灯）的大面 积LCD-TV的百分比。此外，现在LED正在越来越多地被引入在通用照明部分中。在所有这 些应用中，由于它允许非常紧凑的设计，基于光导的架构对于使光发散是高度期望的。
[0003] US7909496提出了一种系统，其中点光源结合光导元件和光重定向元件被组合到 系统中，该系统可以跨光导的一个或者多个延伸表面发射光并且可以被设计为能够跨延伸 表面均匀地发射光。该系统包括一个或者多个发光元件和一个或者多个空洞被限定在其中 的光导。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种照明系统，该照明系统是薄的并且提供良好的照明均匀 性。这可以从成本角度和设计角度二者都是有益的，从成本角度而言，因为需要更少的材 料，而从设计角度而言，因为较薄的设计由于美学原因在市场上越来越受欢迎。
[0005] 本发明的这个和其他目的借助于具有在独立权利要求中阐述的特征的照明系统 来实现。本发明的实施例被定义在从属权利要求中。
[0006] 根据本发明的第一方面，这个和其他目的通过如下照明系统来实现，该照明系统 具有：
[0007] 光透射光导，其具有相对彼此布置的顶表面和底表面，
[0008] 一个或者多个发光元件，每个发光元件均具有至少一个光源，并且被布置用于将 光发射到光透射光导中，
[0009] 其中光透射光导具有形成在与一个或者多个发光元件中的每个发光元件邻近的 顶表面中的恒定角度曲线，使得来自邻近发光元件中的每个发光元件的入射光以比光透射 光导的临界角更大的角度落在顶表面上，由此将入射光反射回到光透射光导中。
[0010] 本发明基于提供具有如下光导的照明系统的构思，该光导反射所有离开发光元件 的光至少一次，以便防止大部分的发射光在发光元件附近离开光导。这可以降低由照明系 统发射的光中的非均匀性的风险。利用具有如下顶表面的光导--该顶表面被成形使得所 有入射光以比光透射光导的临界角更大的角度落在顶表面上--实现全内反射并且因此 可以降低硬边界和热点出现的风险。借助于全内反射（TIR)机制发生的反射是无损的。光 导然后可以被布置为将光均匀地发散出光导系统，并且以此提供具有高光学效率和均匀照 明图案的紧凑照明系统。
[0011] 在本说明书的上下文中，术语"邻近于"应当被理解为，恒定角度曲线被形成在一 个方向上靠近发光元件，使得它可以被定位成在发光元件上方、顶上、上覆或者覆盖发光元 3 CN 104704290 A 说明书 2/7页 件。因此，术语"邻近发光元件"以相似的方式来定义。
[0012]具有形成在顶表面中的恒定角度曲线的效果可以是，在由发光元件发射的所有光 被捕获在光导内部的同时确保最小光导厚度。一旦曲线的切线是水平的或者换言之平行于 底表面，恒定角度曲线就可以停止。从那点起，平的顶表面将确保全内反射。恒定角度曲线 可以在所有方向上延伸，或者换言之是旋转对称的，其中其原点在光从发光元件发射的位 置上方或者邻近于该位置。恒定角度曲线的微小偏差（诸如入射角的±5。）在本发明的 范围内是可能的。
[0013] 全内反射是当光线以相对于表面的法线的、比特定临界角更大的角度撞击介质边 界时发生的光学现象。如果折射率在边界的另一侧更低并且入射角大于临界角，则没有光 可以穿过并且所有光被反射。临界角是高于其发生全内反射的入射角。
[0014] 术语"发光元件"用于定义当例如通过在设备的两端施加电势差或者使电流穿过 设备而被激活时，在电磁频谱的任何区域或者区域组合（例如，可见区域、红外和/或紫外 区域）中发射辐射的任何设备。因此，发光元件可以具有单色、准单色、多色或者宽带频谱 发射特性。每个发光元件具有至少一个光源。光源的示例包括半导体、有机或者聚合物/ 聚合的发光二极管、光栗浦磷光体涂布的发光二极管、光泵浦纳米晶发光二极管、或者如将 由本领域技术人员轻易地理解的任何其他类似的设备。此外，术语发光元件可以用于定义 发射辐射的具体光源结合壳体或者封装的组合，在壳体或者封装内放置一个或者多个具体 光源。
[0015] 光导是透明或者半透明元件，其被配置为通过光的内反射将光的流动引导通过光 导。光导的外鞘或者它的部分可以是高反射的并且可以由铝、保护性涂布的铝、反射性涂布 的塑料材料、多层塑料反射材料（例如3M Vicuity?箔）等来制造，如将由本领域技术人员 轻易地理解的。
[0016] 根据本发明的实施例，一个或者多个发光元件与光透射光导光学接触。
[0017] 在本说明书的上下文中，术语"光学接触"应当被理解为，光导的高折射介质与发 光元件的光学器件直接接触，或者换言之在这两个部件之间不存在空气隙。以这种方式，根 据发光元件的光学器件和光导的折射率，从发光元件到光导的光传递将不会受到菲涅尔反 射或者至少较少地受到菲浬尔反射。
[0018] 在本发明的一个实施例中，一个或者多个发光元件中的每个发光元件被定位使得 它在恒定角度曲线的中心内发射光。换言之，一个或者多个发光元件中的每个发光元件被 定位使得发光元件的中心点对应于邻近恒定角度曲线的中心轴。这一布置可以简化恒定角 度曲线的形成，因为可以使用已知的公式，如在本申请中随后所解释的。
[0019] 在本发明的进一步实施例中，一个或者多个发光元件被布置为将光经由底表面发 射到光透射光导中。发光元件还可以被布置为将光经由侧表面或者任何其他合适的表面 发射到光导中。发光元件可以被粘合到合适的表面或者在合适的表面处插入光导，优选地 与其光学接触。在一个实施例中，发光元件被布置在光导的底表面处并且朝向相对的表面 (即顶表面）发射光。
[0020] 在本发明的又一个实施例中，一个或者多个发光元件可以被提供在底表面的腔体 中。当制造照明系统时，这可以是有利的；发光元件然后可以被容易地插入光导。腔体可以 具有正方形轮廓或者半圆形轮廓。其他轮廓同样可能。腔体可以具有或者可以不具有反射 4 CN 104704290 A 说明书 3/7页 表面或者其表面可以是部分反射且部分非反射的。
[0021] 在本发明的一个实施例中，至少一个光源是顶发射LED。在进一步实施例中，至少 一个光源是侧发射LED。还可以存在如下情况，其中照明系统的光源包括不同类型的光源， 例如一个或者几个顶发射LED与一个或者几个侧发射LED混合。其他合适类型的光源同样 可能。以矩阵布置的侧发射器可以用于将光注入到小的光导瓦中，以便发散和混合照明系 统中的光。可以注意的是，LED可以提供与诸如CCFL源或者HCFL源之类的其他光源相比 显著更好的功率效率。本发明的照明系统中的LED的数目可以依赖于期望的照明水平和每 个LED的光通量。
[0022] 根据本发明的另一实施例，一个或者多个发光元件中的至少一个发光元件具有至 少两个光源和混合腔体，混合腔体布置在光透射光导中并且具有反射顶表面。混合腔体的 反射顶表面可以具有如下效果，在混合腔体中的从光源发射的光在预定位置处进入光导； 由此可以更容易地实现全内反射。让几个光源的光在进入光导之前混合的效果可以是，每 个发光元件可以发射关于颜色和强度更均匀的光。混合腔体可以有利地具有正方形轮廓， 但是诸如梯形轮廓之类的任何其他合适的形状同样可能。
[0023] 根据本发明的进一步实施例，混合腔体的反射顶表面的至少一部分是镜。根据本 发明的又一实施例，混合腔体的反射顶表面的至少一部分是漫反射体。漫反射是如下光从 表面的反射，使得入射线以很多角度被反射，而不是如镜面反射（即，如在镜中的反射）的 情况下仅仅以一个角度被反射。漫反射体因此可以对于混合的目的是有利的。
[0024] 根据本发明的实施例，照明系统可以进一步具有定位在光透射光导中的用于将光 从光透射光导中提取出的提取元件。提取元件不仅可以重定向而且可以散射落在它们上的 光。提