專利名稱：包括一細長光源和一背反射器的泛光燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括一細長光源和一背反射器類型的泛光燈。本發明特別地(但不排他地)適用于使用熒光燈管作為光源的泛光燈。
背景技術：
熒光燈管形式的細長光源被普遍用于室內外空間照明的泛光燈。它們也具有其它的用途，例如，貨架照明和陳列照明，不僅包括商業廣告和緊急標志，而且包括電子顯示屏。
對泛光燈所要求的光的分配取決于泛光燈的用途。例如，裝于天花板上的使用熒光燈管的泛光燈用于普通的空間照明，而通常較多使用的所謂“蝙蝠之翼”型的光輸出，其具有廣角的橫向光分配，因為即使當諸泛光燈相對寬地隔開時，該光源也能在地板上達到相當均勻的照明量。如果被照明的空間內，有人使用計算機顯示屏，則“蝙蝠之翼”型的光分配較佳地在豎直向下的兩側呈現約60°的截斷，以減少使用者經受來自顯示屏的炫目的光量。另一方面，當使用熒光燈管的泛光燈來用于光導的邊緣照明時，例如，對一顯示屏提供一背光系統，泛光燈的光輸出應具有窄的橫向分配，以使盡可能多的光注入光導。
熒光燈管通常繞其軸線向各個方向發出大致均勻的光，在一泛光燈中，通常裝備有一背反射器，用來將朝后發射的光再次引導到向前方向。間隔的背反射器與熒光燈管一起被廣泛地用于空間照明，通常還與熒光燈管一起用作電子顯示屏的背光，它們使泛光燈十分有效地利用其能量。然而，與光源相比，背反射器常顯得體積大，并不總是適合有限空間內的使用。此外，當泛光燈應用于空間照明時，通常也要求有前漫射體，以提供地板上均勻的照明量，這樣，又增加了結構龐大的體積。
包括線型光源并配備有隔開的背反射器的泛光燈的實例，在US-A-4 642 741，[US-A-4 514 793和US-A-3 654 471中均有介紹。在US-A-4 642 741中描述的結構中，背反射器可包復在線型光源周圍，以便運輸和處理。
作為對包括熒光燈管和隔開的背反射器的泛光燈的變體，已研制出所謂的“孔縫燈”。在這種類型的細長光源中，反射材料緊緊包圍(或一體形成)在熒光燈管的周向部分，留下一光(包括由反射材料反射的光)可透出的細長孔。反射材料可以是片狀材料，或直接涂復在熒光燈管的內側或外側的涂層，或涂復在完全包圍燈管的防護外殼的內面或外面的涂層。根據所使用的反射材料和所形成的細長孔的大小，孔可顯示高的面照度，但不總是提供有控制的光分配。
孔縫燈的實例在US-A-3 115 309，US-A-4 186 431，US-A-4 991 070，US-A-5036 436，US-A-5 510 965，WO 94/22160和WO 99/60303中均有介紹。在US-A-5 510965中所述的結構中，一印刷膜用作為反射器，選擇印刷圖案，以便按要求的方式修正光源的輸出。
在某些例子中，使用的背反射器緊密地圍繞燈管接合。這種類型結構的實例在US-A-2 078 370，US-A-2 595 275，US-A-3 140 055和DE-A-195 28 962中有描述。在其中的某些實例中，反射器裝備有背離燈管延伸的部分(見US-A-2 078 370，US-A-2 595 275和US-A-3 140 055)。
盡管帶有隔開的背反射器的燈管要求有更多的空間，但它一般比孔縫燈在耗能上更有效，因為光在沿向前方向發射之前經受較少的反射，這樣，可減少在反射上光的損失量。
US-A-4 933 821和US-A-5 414 604描述包括隔開的背反射器的泛光燈，反射器的形狀確保從熒光燈管發出的某些光線以相對于其它光線呈銳角地離開泛光燈。在US-A-4 933 021中描述的泛光燈中，這種情況是通過形成反射器的邊緣得以實現。在US-A-4 418 378中，用于一光箱內的熒光燈管的輸出，通過向燈管提供帶有切去端部的開孔套筒得以修正。
發明內容
本發明涉及的問題在于為一泛光燈內的細長光源提供一相當緊湊的反射器，該反射器將不僅沿一要求的方向再次導向，而且能從定制的泛光燈中分配光線，以滿足該泛光燈被使用的特殊場所的要求。
本發明提供一包括一反射器的泛光燈，反射器形成一細長的凹腔，一細長的光源位于凹腔內并與反射器保持隔開的關系，由此，反射器在光源的后側包圍住光源，以反射從光源發出的光，并使它以大致向前的方向從凹腔發射；反射器裝備有從其內表面直立的棱鏡結構，其中途阻止和偏轉發射的光，并從光源和反射器之間的凹腔內的空間、沿大致向前的方向發射光線。
本發明還提供一包括一反射器的泛光燈，反射器形成一細長的凹腔，一細長的光源位于凹腔內并與反射器保持隔開的關系，由此，反射器在光源的后側包圍住光源，以反射從光源發出的光，并使它以大致向前的方向從凹腔發射；反射器在凹腔的相對側裝備有從其內表面直立的對應棱鏡結構，其中途阻止和偏轉發射的光，并從光源和反射器之間的凹腔內的空間、沿大致向前的方向發射光線。
根據本發明的泛光燈的細長光源應是不會完全吸收被反射器返回的光線的光源，最好是基本上不吸收反射光。一種合適的光源是熒光燈管。
本文所使用的術語“光”是指在電磁譜的紫外線，可見光線和/或紅外線范圍內的電磁輻射。
本文所使用的術語“棱鏡結構”一般是指一種結構，其兩個端面是類似，相等和平行的直線圍著的圖形，且其諸側面是平行四邊形。在其最簡單的形式中，棱鏡結構具有一三角形截面。然而，如本文所使用的，該術語延伸至具有大于三條邊的截面的結構，并且也延伸極限情形，其中，該結構具有多樣性側面的截面，這種多樣性可達到至少其中的某些側面形成一曲線的程度。
附圖的簡要說明借助于實例(僅為示例而已)，下面將參照附圖來描述本發明的實施例，其中
圖1是根據本發明的一泛光燈的分解的立體圖；圖2是圖1的泛光燈處于組裝狀態下的立體圖；圖3示出通過圖2的泛光燈的橫向截面圖；圖3A圖示在圖3的平面內的泛光燈的光輸出的分布；圖4，5，6和7示出根據本發明的各泛光燈的橫向截面圖；圖4A，5A，6A圖示分別在上述諸圖的平面內的圖4，5，和6的泛光燈的光輸出的分布；以及圖8是根據本發明的一泛光燈的背光系統的示意圖。
具體實施例方式
以分解狀況在圖1中示出的以及以組裝狀況在圖2示出的泛光燈1，包括一線型的熒光燈管2和一反射器3。反射器3呈細長形式，如圖3所示，其具有一基本上為凹形的橫截面，它形成一光源2位于其中的凹腔4，這樣，光源在其一側由反射器部分地包圍。反射器3形成泛光燈的背部，在使用中，該背部用來沿向前的方向(即，背離反射器)將光線發射出凹腔4。
反射器3包括一細長的外殼5，其橫截面是大致的半圓，以及在其內表面上的三個直立的縱向延伸的肋6，7。以標號6表示的兩個直立的肋位于外殼5的縱向邊緣，而第三個直立肋7位于中央。包括外殼5和肋6，7的反射器3由一光學透明(較佳地是聚合物)的材料制成，且最好是模制或注塑部件。用于反射器3的合適材料是聚碳酸酯，但或者也可由丙烯酸材料制成。肋6，7接觸到熒光燈管2的包殼，并用來將外殼5與熒光燈管2隔開，其中在肋6的情形中，還用來修正離開泛光燈1的光線的分布，這將在下文中作較詳細的描述。一高效的鏡面反射層8形成在外殼5(如圖所示，包括與肋6的底部相對的邊緣部分)的外表面，以反射從光源2通過外殼的光線。
反射器3可安裝在接納熒光燈管2的配件上，或形成為該配件的一部分。或者，它以可被取下并相對于燈管可按要求調整的方式直接地安裝在燈管2的包殼上。在一優選的結構中，反射器3繞熒光燈管2延伸，使其通過肋6的作用能單獨地保持在燈管上，只需提供一些用來將反射器固定在燈管的要求的圓周位置上的裝置。在這種情形中，反射器3的外殼5必須有足夠的彈性，以允許需要時插入和取出燈管2。已知還有將反射器直接地安裝在熒光燈的包殼上的各種其它結構，在US-A-4 514793和2 595 275中描述有這種實例。或者，可使用與反射器同樣的結構來安裝反射器3，這種結構可以商標名“夾持式反射器(Clip-On Reflector)”，從美國明尼蘇達州的圣保羅市的Minnesota Mining and Manufacturing Company購得。
泛光燈1一般發揮如下功能。熒光燈管2繞其縱向軸線基本上向各個方向發射均勻的光線。朝后方向(即，朝向反射器3的方向)發射的光，將通過外殼5并被涂層8反射而返回到熒光燈管2，在那里它可再次反射并返回到涂層8。事實上，光在其最終通過燈管2或肋6中一個肋，能離開凹腔4(沿向前方向行進)之前，可在凹腔4內，在熒光燈管2和外殼5之間經歷多次的反射。如迄今為止所述，反射器3以傳統的方式起作用。
為了減少在涂層8上反射損失的光量，涂層8朝向凹腔4應具有至少約為90％的反射率，較佳地至少為98％。涂層8可包括層合在外殼5的外表面上的反射膜，在這種情形中，較佳的反射膜是US-A-5 882 774和WO97/01774中所述類型的多層光學膜。也可采用其它合適的膜，例如，可以商標名“Miro”從德國的Ennepetal市的Alanod公司購得。作為對使用反射膜的變型，涂層8可以是蒸發沉積層。在某些例子中，涂層8基本上是漫反射材料，但相對于肋6的底部仍將要求鏡面反射材料的條帶。
各條肋6呈具有三角形截面的棱鏡形式，棱鏡的底部是反射器3的外殼5的外表面的延續，且棱鏡的頂靠近熒光燈管2的包殼。兩個棱鏡6具有呈等腰三角形的相同截面，并相對于燈管2對稱地定位和定向。通過其中一個棱鏡6的光線，在其離開凹腔4時，將被棱鏡偏轉，并通過棱鏡合適的定向和棱鏡角的選擇可控制光線離開泛光燈的方向。通過改變反射器3包圍熒光燈管2的范圍，還可調整通過棱鏡6的光量。
在圖3所示反射器的情形中，反射器3的范圍(量測為棱鏡6的兩頂之間的距離)，是反射器包圍燈管2的大約55％的圓周。棱鏡6具有76°的棱鏡角α，每個棱鏡定向成棱鏡的外表面與包含棱鏡頂的平面夾68°的β角，其結果，使棱鏡頂朝向凹腔4。圖3A示出在圖3平面內(即，橫對燈管2的長度)的反射器3，在從該結構的泛光燈發出的光的角向分布上的效果。圖3A示出，在該平面內，光在向前方向(圖3A中的0°)具有強度峰值，并比蘭伯特光源發出的光更快地在向前方向的兩側下降到零。在正交平面中(即，沿燈管2的長度)，光線也具有向前方向的強度峰值，但反射器3的效果不明顯。
圖4類似于圖3，示出一泛光燈，其中，棱鏡6定向成各棱鏡的外表面與包含棱鏡頂的平面夾8°的β角，其結果，使各棱鏡頂朝向凹腔4外。圖4A類似于圖3A，示出在圖4平面內的反射器3在從該結構的泛光燈發出的光的角向分布上的效果。由此可見，在該平面內，光在向前方向(圖4A中的0°)也具有強度峰值。在正交平面中(即，沿燈管2的長度)，光線也具有向前方向的強度峰值，但反射器3的效果不明顯。
圖3和4所示類型的泛光燈，提供具有沿向前方向強度峰值的一光束，這種類型的泛光燈特別適于光導的邊緣照明，因為它們能將相當高能級的光投射到光導內，由此，能提高系統的效率。光導可有各種用途，例如，用于電子顯示屏或邊緣照明的標志，而它們本身也可起泛光燈的作用。圖3和4所示類型的泛光燈，還適合用于“壁面打光(wall-washing)”的照明系統，用來照明表面(例如，標志面)和照明在零售貨架上的商品。此外，由于其結構緊湊，它們特別適合用來安裝在倉庫的儲存架之間的過道上，以有效地照明貨架而不妨礙叉車的移動。
圖5是與圖3和4類似的視圖，但其示出一提供完全不同的光分布的泛光燈。在這種情形中，反射器3的范圍(量測為棱鏡6的兩頂之間的距離)，是反射器包圍熒光燈管2的大約70％的圓周。此外，盡管棱鏡6仍具有如圖3和4所示的76°的頂角α，但它們定向成棱鏡的外表面與包含棱鏡頂的平面夾38°的β角。圖5A示出在圖5平面內的反射器3在從該結構的泛光燈發出的光的角向分布上的效果。該分布具有一所謂的“蝙蝠之翼”的形式，其中，光強度具有兩個峰值，向前方向(在該例子中，夾角約為40°)的每側各有一個，然后，當角擴大時，循著蘭伯特分布下降到零。在正交平面中(即，沿燈管2的長度)，反射器3的光的角向分布的效果不明顯。
圖6示出圖5所示結構的改型。主要的修改包括延續反射器3超過棱鏡6，以沿反射器的弧形外殼5的各邊緣，形成類似的向外傾斜的延伸部9。類似于涂層8的一高效鏡面反射層10形成在各個延伸部9的外表面。延伸部9用作中途阻止光線，否則光線以相當的廣角(包括各例子中的從在反射器另一側的棱鏡6發出的某些光線)離開泛光燈1，并使光線更加沿向前的方向發射。圖6A示出在圖6平面內，從該結構的泛光燈發出的光的角向分布。該分布仍具有“蝙蝠之翼”的形式，但兩個峰值的光強度增加，并從向前方向的兩側以約60°的角很快地降低到零。
在圖5所示類型的泛光燈中，通過提供廣角的“蝙蝠之翼”的分布，該類型的泛光燈特別適于一般的空間照明應用。業已知道，當使用天花板安裝的多個泛光燈來照明地板時，提供“蝙蝠之翼”分布的該泛光燈是最有效的，其有效之處在于，它們能更廣泛地隔開，而不損害所提供的照明的均勻性。圖6所示類型的泛光燈，較佳地應用于諸如室內使用計算機顯示屏的辦公室的空間照明。在這種情形中，因為由各泛光燈發出的光線被包括在繞向下垂線夾約60°角的范圍內，從顯示屏上發出的炫目之光將較少地煩擾使用者。應該認識到，對于在天花板上的安裝，圖5A和6A的泛光燈應這樣定位發射光應向下朝向被照明空間的地板區域。
在圖3至6所示的泛光燈的結構中，可改變棱鏡6的定向，反射器3的棱鏡角和范圍，來修正發射光的分布。在上述三個因素中，業已發現，棱鏡6的定向對于光的分布具有最大的作用。增加發射器3的范圍 (在棱鏡6的兩頂之間量測)，以及由此光源2被包圍的程度，將降低泛光燈的效率，這是因為發射的光較少，但也將減少以無控方式發射的光量。對于具有如圖5A和6A的“蝙蝠之翼”光分布的泛光燈來說，例如，反射器3(在棱鏡6的兩頂之間量測)，較佳地包圍光源2的圓周的約75％，但介于55％和85％之間任何值總是滿意的。另一方面，對于具有如圖3A和4A的窄的光分布的泛光燈來說，通常光源2的一較小部分被反射器3包圍。在所有這些情形中，如果改變反射器包圍光源的程度，則需考慮用來保持反射器相對于光源的位置的機構。
如圖6所示類型的用來提供蝙蝠之翼型的光分布的一優選結構，使用一直徑為25毫米的熒光燈管2，且反射器3的兩個棱鏡6的兩個頂之間的距離，足以包圍燈管圓周的約75％。棱鏡介于底部和頂部之間的側邊的長度是10毫米；棱鏡頂角α是74°；且棱鏡定向成各棱鏡的外表面與包含棱鏡頂的平面夾40°的β角。延伸部9具有20毫米的寬度，并以與包含棱鏡6的頂的平面夾100°角的方向向外傾斜。
如上面已指出的，圖3至6的泛光燈的反射器3，在橫向于熒光燈管2的長度的平面內，具有控制光分布的作用。如果在正交平面內要求對上述泛光燈中的任何一個的光輸出進行附加控制，則這可通過提供跨燈管布置在燈管2的向前側上的天窗得以實現。
圖3至6的泛光燈可裝備有已知的適合用于熒光燈管的任何合適的附加裝置，例如，當反射層8設置有一聚合物的膜時，裝載的聚合物材料可如EP-A-0 811 305所述的那樣設置在聚合物反射膜的后面，以有助于啟動和控制熒光燈管。
從以上圖3至6的描述，應理解到，在熒光燈管2的背面的肋7僅用來保持燈管和反射器外殼5之間的距離。它無助于從泛光燈發出的光的分布，如果為保持光源和反射器之間間隔而提供某些另外的機構的話，則可省去肋7。
圖3至6所示的泛光燈結構的一個特別實用的優點在于，熒光燈管2和背反射器3之間的空間，沿燈管的長度被棱鏡6封閉，因此，將遠比傳統結構保持得干凈。當泛光燈用于空間照明時，只有燈管2的外表面和棱鏡6需要經常清潔。
盡管圖3至6的反射器3的棱鏡肋6均具有呈等腰三角形的截面，但也可使用其它形式的棱鏡來改變從泛光燈發出的光的分布。對于棱鏡6可作的修改，例如包括提供圓形的側邊，微結構和不對稱的橫截面。任一反射器的棱鏡6不需具有相同的形狀，且根據所要求的光分布，諸棱鏡中的一個可以省去。
還可改變熒光燈管2和反射器3的相對位置，這樣，它們不再是同心的。例如，圖7示出一具有類似于圖5的反射器3的泛光燈，只是肋7加以縮短，這樣，減小反射器和燈管後側的燈管之間的空間。然而，一般來說，最好選用燈管2和反射器3之間較寬的空間，因為光在從泛光燈凹腔4出現之前，將經歷較少的反射。
背反射器3的形狀也可由圖3至6所示的一般呈半圓形進行修改。例如，反射器3可具有拋物線形或包括平的表面。此外，盡管肋6，7最好與反射器外殼5形成為一體，但這也不是關鍵的。例如，外殼5可用金屬形成(金屬本身可以是足以反射的)，而肋6，7則附連在其上。在這樣的結構中，棱鏡肋6當然可由光學透明的材料制成。
盡管圖1至7的泛光燈利用熒光燈管作為光源，但它們可使用任何其它形式的細長光源，只要其不完全吸收由反射器3返回到其上的光線。較佳地，光源不吸收或基本上不吸收由反射器3返回到其上的光線。合適的其它光源包括大直徑光纖和光導。
圖8是示出包括根據本發明的泛光燈11和實體光導12的背光系統20的截面示意圖。光導12顯示為一矩形截面，沿一邊緣12a設置細長的泛光燈。然而，使用矩形光導不是關鍵，也可使用任何其它合適形狀的光導。選擇泛光燈的反射器13，使泛光燈的輸出是如圖3A和4A所示的一狹窄朝向前的光束，由此，確保盡可能多的光線將通過鄰近的邊緣12a進入光導12。
光導12(其可以是實體的或中空的)具有一前表面14和一背表面15。當背光系統使用時，諸如偏振器，漫射器，液晶顯示屏，圖像膜或印刷的部件可放置在前表面14上。部件未示于圖7中，但它是眾所周知的，所以這里不再作更詳細的描述。光導12還包括某些形式的光萃取機構，以將從光導內發出的光引導出前表面14。已知萃取機構的實例包括在光導的背表面15上的漫射點或溝槽。
如圖3至7所示構造的泛光燈的具有特別優點的特點在于，與使用熒光燈管的傳統泛光燈相比，它們可做成非常緊湊，但不過在各種場合仍能提供有效的照明。需要較小空間的泛光燈在許多領域內提供較大的設計自由度，例如，包括房屋建造，室內裝飾設計和電子顯示屏。
權利要求
1.一泛光燈，它包括一形成有細長凹腔的反射器，一細長的光源位于凹腔內并與反射器保持隔開的關系，由此，反射器在光源的后側包圍住光源，以反射從光源發出的光，并使它以大致向前的方向從凹腔發射；反射器裝備有從其內表面直立的棱鏡結構，以中途阻止和偏轉發射的光，并從光源和反射器之間的凹腔內的空間、沿大致向前的方向發射光線。
2.一泛光燈，它包括一形成有細長凹腔的反射器，一細長的光源位于凹腔內并與反射器保持隔開的關系，由此，反射器在光源的后側包圍住光源，以反射從光源發出的光，并使它以大致向前的方向從凹腔發射；反射器在凹腔的相對側裝備有從其內表面直立的對應棱鏡結構，其中途阻止和偏轉發射的光，并從光源和反射器之間的凹腔內的空間、沿大致向前的方向發射光線。
3.如權利要求2所述的泛光燈，其特征在于， 反射器還包括在凹腔各側和對應棱鏡結構的前側上的一附加的反射表面，其定位成中途阻止由在凹腔相對側的棱鏡結構發射的光線。
4.如上述權利要求中任何一項所述的泛光燈，其特征在于，棱鏡結構/各棱鏡結構沿反射器的長度延伸。
5.如上述權利要求中任何一項所述的泛光燈，其特征在于，棱鏡結構/各棱鏡結構具有大致三角形截面，且定向成棱鏡結構的頂遠離反射器表面。
6.如權利要求5所述的泛光燈，其特征在于，棱鏡結構/各棱鏡結構定向成結構的頂朝向或背向凹腔。
7.如上述權利要求中任何一項所述的泛光燈，其特征在于，反射器包括具有層合在其上的可反射的片材的成形外殼，以提供反射器的反射表面。
8.如權利要求7所述的泛光燈，其特征在于，外殼由光學透明的材料制成，且可反射的片材層合在其外表面上。
9.如權利要求7或8所述的泛光燈，其特征在于，棱鏡結構/各棱鏡結構是外殼的一體的部分。
10.如權利要求2所述的泛光燈，其特征在于，棱鏡結構接合細長光源，且用作將反射器保持在細長光源上。
11.如權利要求2所述的泛光燈，其特征在于，棱鏡結構接合細長光源，由此，封閉光源的后側和反射器的內表面之間的空間。
12.如權利要求1至11中任何一項所述的泛光燈，其特征在于，泛光燈提供光輸出，它在橫向于光源范圍的方向的平面內呈一狹窄的光束的形式，并具有沿向前方向的一強度峰值。
13.一種包括如權利要求12所述的泛光燈的背光系統，設置一光導以通過一邊緣來接收從泛光燈發出的光線。
14.如權利要求1至11中任何一項所述的泛光燈，其特征在于，泛光燈提供光輸出，它在橫向于光源范圍的方向的平面內呈一發散的光束的形式，并具有兩個強度峰值，沿向前方向的各側各有一個強度峰值。
15.一種如權利要求14所述的泛光燈的照明系統，其特征在于，設置該泛光燈來朝向被照明的區域發射大致向下的光線。
16.一種泛光燈，其參照諸附圖中的圖1至3，或圖4至7中的任何一個所述。
全文摘要
一泛光燈(1)包括一反射器(3)，反射器形成一細長的凹腔，一細長的光源(2)、例如一熒光燈管位于凹腔內并與反射器保持隔開的關系，由此，反射器在光源的后側包圍住光源，以反射從光源發出的光，并使它以大致向前的方向從凹腔發射。為了能從定制的泛光燈(1)分配光線，以滿足泛光燈被使用的場合的要求，反射器(3)在凹腔的相對側裝備有從其內表面直立的對應的棱鏡結構(6)，以中途阻止和偏轉發射的光，并從光源(2)和反射器(3)之間的凹腔內的空間、沿大致向前的方向發射光線。
文檔編號F21V17/04GK1479849SQ01820244
公開日2004年3月3日 申請日期2001年12月6日 優先權日2000年12月11日
發明者M·C·利, J·C·賴特, A·M·希克斯, M C 利, 希克斯, 賴特 申請人:3M創新有限公司