基于具有光漫射粒子的導(dǎo)熱板的照明設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種包括具有嵌入的光散射和/或反射粒子的光導(dǎo)單元W及至少一 個(gè)發(fā)光元件的照明設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 包括與光導(dǎo)板或片禪合的光源的照明設(shè)備，光導(dǎo)板或片能夠在內(nèi)部傳播光，將來 自其表面的光重定向和出禪合（out-couple),提供諸如擱板、內(nèi)部面板、符號(hào)和海報(bào)的照明 表面。
[0003] 用于在此類照明設(shè)備中使用的一個(gè)光導(dǎo)是來自贏創(chuàng)工業(yè)（Evonik In化stries)的 ACRYLITE? En化i曲ten板。它包括其中嵌入光漫射粒子的光傳導(dǎo)丙帰酸材料板。丙帰酸板 通過其端表面接受來自光源的光，光借助于內(nèi)部反射從該端表面在板內(nèi)傳播。嵌在板中的 光漫射粒子將行進(jìn)的光進(jìn)行重定向使得其中的至少一些可離開板的表面，由此賦予板其照 明屬性。
[0004] 當(dāng)基于具有嵌入的光漫射粒子的丙帰酸板(諸如化化i曲ten材料）來制作照明設(shè) 備時(shí)，可能需要要求冷卻的高功率光源。例如，在LED (發(fā)光二極管）光源的情況下，可通過 利用相對(duì)大的金屬熱沉將來自L邸的熱量傳導(dǎo)走來完成冷卻。然而，對(duì)于最小化設(shè)計(jì)而言， 相對(duì)大的金屬熱沉的使用可能不合期望。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 鑒于W上討論，本發(fā)明關(guān)注的是提供一種照明設(shè)備，其中可耗散源自至少一個(gè)發(fā) 光元件的熱量，同時(shí)保持照明設(shè)備的總體尺寸相對(duì)小，或者對(duì)照明設(shè)備的最小化設(shè)計(jì)具有 相對(duì)小的影響或甚至沒有影響。
[0006] 為了處理該個(gè)關(guān)注和其他關(guān)注中的至少一個(gè)，提供了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的一種照 明設(shè)備。優(yōu)選的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種照明設(shè)備，包括： -光導(dǎo)單元，包括嵌入的光散射和/或反射粒子和被適配成將光禪合到光導(dǎo)單元中的 至少一個(gè)光入禪合（in-coupling)表面；W及 -至少一個(gè)發(fā)光元件，其被布置成使得從其發(fā)射的至少一些光經(jīng)由所述光入禪合表面 被禪合到光導(dǎo)單元中； 其中光導(dǎo)單元包括被適配成將由至少一個(gè)發(fā)光元件的工作所生成的熱量從至少一個(gè) 發(fā)光元件轉(zhuǎn)移走的熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件，其中熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件被布置成使得光導(dǎo)單元的本體（body ) 的至少一部分具有等于或小于20 K/W的絕對(duì)熱阻。
[0008] 如本文所提到的，術(shù)語"絕對(duì)熱阻"表示當(dāng)單位熱能量在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)一結(jié)構(gòu)時(shí) 跨該結(jié)構(gòu)的溫度差。如本文所提到的熱阻是熱導(dǎo)率的倒數(shù)。
[0009] 在實(shí)施例中，熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件被布置為使得光導(dǎo)單元的本體的至少一部分具有等于 或小于17 K/W的絕對(duì)熱阻。在另一示例中，熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件被布置為使得光導(dǎo)單元的本體的 至少一部分具有等于或小于15 K/W的絕對(duì)熱阻。絕對(duì)熱阻可能取決于光導(dǎo)單元的幾何結(jié) 構(gòu)和/或光導(dǎo)單元的材料或多種材料。在一個(gè)示例中，光導(dǎo)單元的本體的所述部分等于或 超過本體的50%。在另一個(gè)示例中，光導(dǎo)單元的本體的所述部分等于或超過本體的75%。在 又另一個(gè)示例中，光導(dǎo)單元的本體的所述部分等于或超過本體的90%。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備包括具有嵌入的光散射和/或反射粒子的光導(dǎo)單元W及 至少一個(gè)發(fā)光元件。光導(dǎo)單元包括諸如波導(dǎo)的光導(dǎo)和熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件。
[0011] 在一個(gè)示例中，光導(dǎo)單元優(yōu)選地為透明的。如本文所提到的，術(shù)語"透明"是允許 光穿過材料而不被散射的物理屬性。在另一示例中，至少光導(dǎo)是透明的。
[0012] 例如，光導(dǎo)的材料(光散射和/或反射粒子被嵌入該材料中）優(yōu)選地為透明的。在 實(shí)施例中，光導(dǎo)單元包括選自聚（甲基丙帰酸甲醋）（PMMA)、聚碳酸醋、玻璃和/或娃橡膠的 材料。PMMA有時(shí)被稱為丙帰酸玻璃。光導(dǎo)單元可包括該些材料中的多于一種的材料。例 女口，光導(dǎo)可包括PMMA、聚碳酸醋、玻璃和/或娃橡膠。
[0013] 光導(dǎo)單元可具有各種形式，諸如片、桿或纖維。光導(dǎo)單元的形狀可W是基本上規(guī)則 的或不規(guī)則的。光導(dǎo)單元的外表面的至少一部分可W是光滑的。在另一示例中，光導(dǎo)單元的 外表面的至少一部分是粗趟的，即不是光滑的。光導(dǎo)單元可具有矩形、H角形或圓形形狀。
[0014] 光導(dǎo)單元包括嵌入到材料中的光散射和/或反射粒子。在一個(gè)示例中，光散射和 /或反射粒子被嵌入到光導(dǎo)的材料中。通常，光散射和/或反射粒子可具有在0. 7微米到 100微米的范圍中的尺寸，諸如在1微米到10微米的范圍中。優(yōu)選地，光散射和/或反射 粒子是透明的和/或無色的。光散射和/或反射粒子可選自由聚苯己帰粒子、聚碳酸醋粒 子、聚丙帰粒子、聚（甲基丙帰酸甲醋）粒子、玻璃珠、二氧化娃粒子、石英粒子及其任何的組 合所組成的組。光散射和/或反射粒子的材料可與光導(dǎo)單元的材料相同或不同。
[0015] 該至少一個(gè)發(fā)光元件在使用期間生成熱量并發(fā)射光。光導(dǎo)單元通過至少一個(gè)光 入禪合表面接受來自至少一個(gè)發(fā)光元件的光，光借助于全內(nèi)反射從該至少一個(gè)光入禪合表 面在光導(dǎo)單元內(nèi)傳播。為了歸因于表面上的粗趟度的提高的光進(jìn)入和低的光出禪合，至少 一個(gè)光入禪合表面優(yōu)選地為光滑的。嵌入在光導(dǎo)單元中的光散射和/或反射粒子將在光導(dǎo) 單元內(nèi)傳播的光進(jìn)行重定向使得其中的至少一些可離開表面(例如光導(dǎo)單元的光出禪合表 面)，由此賦予光導(dǎo)單元W其照明屬性中的至少一些。粒子的數(shù)目可W被確定與應(yīng)當(dāng)從光導(dǎo) 單元的至少一個(gè)光出禪合表面重定向多少光相關(guān)。粒子的數(shù)目、尺寸、類型和/或材料可與 光導(dǎo)單元的照明屬性中的至少一部分相關(guān)。
[0016] 當(dāng)操作至少一個(gè)發(fā)光元件時(shí)，施加到至少一個(gè)發(fā)光元件的電極的電流的一部分被 轉(zhuǎn)換成熱能量而非被轉(zhuǎn)換成光。為了將至少一個(gè)發(fā)光元件維持在可接受的工作溫度并為了 達(dá)到足夠的或要求的使用壽命W及為了提供一定波長(zhǎng)處的基本上恒定或恒定的光通量，此 類照明設(shè)備可裝備有熱量移除單元。熱量移除單元可例如包括與光導(dǎo)單元交流的熱沉。利 用該方式，由例如L邸的光源所生成的熱量中的一些可被耗散。然而，該方式可能將照明設(shè) 備的尺寸增大到不合期望的程度。將有利的是，減小熱沉的尺寸或者甚至完全移除熱沉或 對(duì)照明設(shè)備隱藏?zé)岢粒瑫r(shí)仍然保持至少一些熱量耗散能力或者如當(dāng)利用熱沉?xí)r一樣的熱 量耗散能力。
[0017] 關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的包括光導(dǎo)單元和至少一個(gè)發(fā)光元件的照明設(shè)備(其中光導(dǎo)單元 的本體的至少一部分具有等于或小于20 K/W的絕對(duì)熱阻)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于源自至少一個(gè)發(fā) 光元件的熱量可從照明設(shè)備耗散而不需要相對(duì)大的附加的熱沉，因?yàn)楣鈱?dǎo)單元本身可起到 熱沉的作用。當(dāng)光導(dǎo)單元充當(dāng)熱沉?xí)r，熱沉在某種意義上被"隱藏"。
[0018] 光導(dǎo)單元可包括導(dǎo)熱材料。發(fā)明人也已發(fā)現(xiàn)，可通過在光導(dǎo)的外表面的至少一部 分上涂覆或?qū)訅簩?dǎo)熱涂層或?qū)?其可W是透明的或部分透明的）來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開的所要 求的絕對(duì)熱阻。光導(dǎo)單元和至少一個(gè)發(fā)光元件可經(jīng)由導(dǎo)熱連接器(其可包括諸如鉛的金屬） 而相互禪合。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)單元包括熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件。熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件可將至少一個(gè)發(fā)光元件 在使用期間生成的熱量轉(zhuǎn)移走。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)單元的熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件可被 理解為包括導(dǎo)熱材料的光導(dǎo)或光導(dǎo)單元的至少一部分。在實(shí)施例中，光導(dǎo)單元包括導(dǎo)熱材 料，其中光導(dǎo)單元的本體的至少一部分具有等于或超過12.5 W/(m-K)的熱導(dǎo)率。熱量轉(zhuǎn) 移構(gòu)件可包括導(dǎo)熱材料。如本文所提到的，術(shù)語"熱導(dǎo)率"表示材料的導(dǎo)熱能力的屬性。
[0020] 跨高熱導(dǎo)率材料或在高熱導(dǎo)率材料中的熱量轉(zhuǎn)移比起跨低熱導(dǎo)率材料或在低熱 導(dǎo)率材料中的熱量轉(zhuǎn)移W更高的速率發(fā)生。具有低熱阻的材料具有高熱導(dǎo)率并且反之亦 然，并且因此，具有相對(duì)低的熱阻的材料跨該材料轉(zhuǎn)移熱量的能力相對(duì)大。材料或元件的熱 導(dǎo)率取決于材料的幾何結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件可W為光導(dǎo)的外表面的至少一部 分的層或涂層的形式。在另一示例中，熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件包括至少一個(gè)導(dǎo)熱連接器。
[0021] 如上文描述的，熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)件可具有