CN121336070A - 具有透镜阵列的发光设备 - Google Patents

Abstract

一种发光设备（1），包括：发光元件阵列（2），其被配置为在操作中在主发射方向（M）上发射光；以及透镜阵列（3），其被布置为覆盖发光元件阵列（2）的至少一部分，其中透镜阵列（3）的每个透镜被布置为覆盖发光元件阵列（2）的发光元件，其中透镜阵列（3）的每个透镜是自由曲面透镜，并且其中透镜阵列（3）包括多个第一透镜（31）和多个第二透镜（32），多个第一透镜（31）被配置为使由发光元件发射的光被导向不同于主发射方向（M）的第一方向（D1），多个第二透镜（32）被配置为使由发光元件发射的光被导向不同于主发射方向（M）的第二方向（D2），第一方向（D1）不同于第二方向（D2）。

Description

具有透镜阵列的发光设备

技术领域

本发明涉及一种发光设备，其包括：发光元件阵列，其被配置为在操作中在主发射方向上发射光；以及透镜阵列，其被布置为覆盖发光元件阵列的至少一部分，其中透镜阵列的每个透镜被布置为覆盖发光元件阵列的发光元件。本发明还涉及包括这种发光设备的灯具或灯。

如这里所使用的，术语“2D颜色梯度”旨在表示当在目标表面上看时同时存在于两个相互不同的方向上的颜色梯度。

背景技术

随着像素化灯具（例如色调梯度信号）的引入，消费者现在能够在例如墙壁上呈现梯度光图案。然而，这些梯度被定义为1D，即，在一个方向上，即在与LED条的主定向相同的方向上，在光图案中仅存在梯度。

US2019/326350A1公开了一种使用可重新配置的板上芯片（CoB）发光二极管（LED）阵列作为光源的源敏感光学器件。可重新配置的CoB LED阵列包括预定数目的LED，其可配置用于各种照明情况。可重新配置的CoB LED阵列可以是被配置为与源敏感光学器件一起使用的多个CoB LED阵列。源敏感光学器件包括响应于可重新配置的CoB LED阵列的表面形状。源敏感光学器件被配置为基于由可重新配置的CoB LED配置的CoB LED阵列配置来提供光束轮廓和辐射图案差异。由于接近度和表面形状几何形状，每个可配置的CoB LED阵列配置通过表面形状辐射不同的光束图案。

在当前像素化的LED条带中，通过沿着条带的主轴改变LED的光谱，平滑的颜色梯度是可能的，如图1所示。然而，不能进行另一种颜色变化或梯度，例如在与所述平滑颜色梯度正交的方向上。

因此，期望提供一种发光设备，利用该发光设备，当在诸如墙壁或天花板的目标表面上看时，可以同时在至少两个不同方向上产生不同的颜色梯度。

发明内容

本发明的目的是克服这个问题，并且提供一种发光设备，利用该发光设备，当在诸如墙壁或天花板的目标表面上看时，可以同时在至少两个相互不同的方向上产生不同的颜色梯度。

根据本发明的第一方面，该目的和其他目的通过一种发光设备来实现，该发光设备包括：发光元件阵列，其被配置为在操作中在主发射方向上发射光；以及透镜阵列，其被布置为覆盖发光元件阵列的至少一部分，其中透镜阵列的每个透镜被布置为以便覆盖发光元件阵列的发光元件，其中透镜阵列的每个透镜是自由曲面透镜。并且其中透镜阵列包括多个第一透镜和多个第二透镜，多个第一透镜被配置为使由发光元件发射的光被导向不同于主发射方向的第一方向，多个第二透镜被配置为使由发光元件发射的光被导向不同于主发射方向的第二方向，其中第一方向不同于第二方向。

由此，并且特别地通过提供透镜阵列包括多个第一透镜和多个第二透镜，多个第一透镜被配置为使得由发光元件发射的光被导向不同于主发射方向的第一方向，多个第二透镜被配置为使得由发光元件发射的光被导向不同于主发射方向的第二方向，其中第一方向不同于第二方向，提供了一种发光设备，利用该发光设备，当在诸如墙壁或天花板的目标表面上看时，可以同时产生两种不同的颜色梯度。

特别地，这种发光设备能够使用发光元件的1D或2D阵列来产生具有2D颜色梯度的光输出。通常，在使用情况下，目标表面位于距离发光设备0.5m至1m的距离内。

多个第一透镜中的透镜和多个第二透镜中的透镜可以交替地布置在透镜阵列中。

因此，可以获得特别界定明确的颜色梯度。

多个第一透镜的透镜和多个第二透镜的透镜可以包括相互不同的表面轮廓。

除了通常能够以特别简单的方式产生不同的颜色梯度之外，这种相互不同的表面轮廓提供了改变或定制颜色梯度的特别简单的方式，即通过选择特定的预定义的表面轮廓。

多个第一透镜可以是被配置为准直由发光元件发射的光的自由曲面透镜，并且多个第二透镜可以是被配置为包括花生形状的自由曲面透镜。

已经表明，提供这种自由曲面透镜特别适合于提供具有界定明确的2D颜色梯度的光输出。

多个第二透镜可以被配置为以相对于主发射方向在40度和65度之间的光束角引导由发光元件发射的光的主要部分。

多个第一透镜可以被配置成为由发光元件发射的光提供第一光束角，多个第二透镜可以被配置成为由发光元件发射的光提供第二光束角，并且第一光束角小于第二光束角。

第一光束角可以比第二光束角小至少2×10度，或至少2×15度，或至少2×20度。

第一光束角可以是2×45度或2×50度或2×55度，第二光束角可以是2×60度或2×65度或2×70度。

这样的各个光束角的值和/或它们之间的关系已经显示出特别适合于在典型的使用情况下产生具有界定明确的2D颜色梯度的光输出，其中目标表面位于距离发光设备0.5m到1m的距离内。

由发光元件阵列的发光元件发射的光可以包括可变的色谱。

由此，可以通过改变由发光元件发射的光的色谱来控制光输出的2D颜色梯度。这可以在制造发光设备之前、期间和之后进行，例如在终端用户处和通过终端用户处于安装条件下。

由多个第一透镜覆盖的发光元件发射的光可以具有第一色谱，由多个第二透镜覆盖的发光元件发射的光可以具有第二色谱，并且第一色谱不同于第二色谱。

第一色谱可以例如在颜色、亮度或其组合方面不同于第二色谱。第一色谱和第二色谱之间的差异可以用测量变化量E或来表示，其是量化屏幕或目标表面上出现的两种颜色之间的差异的标准测量。水平是输入内容的显示颜色和原始颜色标准之间的差。较低的表示较小的差异，而较高的水平表示较大的差异。值用从0（无差异）到100（表示正好相反的颜色（例如，黑色和白色或红色和绿色））的标度表示。因此，在当前情况下，将第一色谱和第二色谱之间的差异量化为出现在目标表面上。

由此可以在两个方向上产生特别界定明确的颜色梯度，例如如图5和图7所示。

发光设备还可以包括控制器，控制器被配置为单独地控制由发光元件阵列的发光元件发射的光的色谱。

因此，即使在已经制造了发光设备之后，例如在终端用户处和通过终端用户处于安装条件下，也可以控制光输出的2D颜色梯度。

发光元件阵列和透镜阵列可以被布置在基板上。

发光元件阵列可以形成LED条带。

发光元件阵列可以是发光元件的二维阵列。

发光设备还可以包括被布置在发光元件阵列上方的漫射器板。

发光设备还可以包括壳体，发光元件阵列和透镜阵列被布置在该壳体中。

因此，有效地保护发光元件和透镜阵列免受外部影响，例如灰尘。

本发明还涉及一种包括至少一个根据以上权利要求中任一项的发光设备的灯具。

应当注意，本发明涉及权利要求中所述特征的所有可能组合。

附图说明

现在将参考示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的这个和其他方面。

图1示出了在目标表面上看到的现有技术发光设备的光图案。

图2示出了根据本发明的发光设备的透视图。

图3示出了根据图2的发光设备的放大截面的透视图。

图4示出了在图3所示的平面IV中看到的根据图2的发光设备的截面的截面图。

图5示出了在目标表面上看到的根据本发明的发光设备的光图案。

图6示出了如在目标表面上看到的由根据本发明的发光设备发射的光的照度和颜色的模拟，示出了可以用根据本发明的发光设备制造均匀的色带。

图7示出了在目标表面上看到的由根据本发明的发光设备发射的光的照度和颜色的模拟，示出了可以利用根据本发明的发光设备制造垂直和水平的多个梯度。

图8示出了包括根据本发明的发光设备的灯具的示意性横截面图。

如图所示，为了说明的目的，夸大了层和区域的尺寸，因此提供这些尺寸是为了说明本发明实施例的一般结构。相同的附图标记始终表示相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底和完整，并且将本发明的范围完全传达给技术人员。

参考图2至图4，现在将描述根据本发明的发光设备1的一个实施例。发光设备1通常包括发光元件阵列2和透镜阵列3。

发光元件阵列2被配置为在操作中在主发射方向M上发射光，参见图4。发光元件阵列2的发光元件21、22可以被配置为发射具有可变色谱的光。发光元件阵列2可以是如图1所示的一维（1D）阵列。备选地，发光元件阵列2可以是二维（2D）阵列。在前一种情况下，发光元件阵列2可以形成LED条带。在后一种情况下，阵列的任何尺寸原则上都是可行的。

发光设备1被配置为在操作中提供光输出。发光设备1的光输出是由发光元件阵列2的所有发光元件发射的光的组合。

透镜阵列3被布置为覆盖发光元件阵列2的至少一部分。透镜阵列3的每个透镜被布置为以便覆盖发光元件阵列2的发光元件。透镜阵列3的每个透镜是自由曲面透镜。

透镜阵列3包括多个第一透镜31，该多个第一透镜31被配置为使由透镜31覆盖的发光元件2发射的光被导向第一方向D1，参见图3和图4。第一方向D1不同于主发射方向M。多个第一透镜31的透镜包括第一表面轮廓33，参见图4。多个第一透镜31可以是自由曲面透镜，其被配置为准直由多个第一透镜31中的透镜覆盖的发光元件2发射的光。多个第一透镜31被配置成为由发光元件发射的光提供第一光束角A1，参见图4。第一光束角A1可以是2×45度或2×50度或2×55度。

发光元件阵列2的一些发光元件21被多个第一透镜31中的透镜覆盖。由多个第一透镜31覆盖的发光元件21发射的光可以具有第一色谱。

透镜阵列3还包括多个第二透镜32，多个第二透镜32被配置为使由透镜32覆盖的发光元件2发射的光被导向第二方向D2，参见图3和图4。第二方向D2不同于主发射方向M。此外，第二方向D2不同于第一方向D1。多个第二透镜32的透镜包括第二表面轮廓34，参见图4。第二表面轮廓34不同于第一表面轮廓33。多个第二透镜32可以是被配置为包括花生形状的自由曲面透镜。多个第二透镜被配置为以第二光束角A2引导由发光元件发射的光的主要部分，参见图4。第二光束角A2相对于主发射方向M可以在40度和65度之间。第二光束角A2可以是2×60度或2×65度或2×70度。

发光元件阵列2的一些发光元件22被多个第二透镜32中的透镜覆盖。由多个第二透镜32覆盖的发光元件22发射的光可以具有第二色谱。第二色谱不同于第一色谱。

第二光束角A2大于第一光束角A1。换言之，第一光束角A1小于第二光束角A2。例如，第一光束角A1比第二光束角A2小至少2×10度，或至少2×15度，或至少2×20度。

多个第一透镜31的透镜和多个第二透镜32的透镜如图3所示交替布置在透镜阵列3中。

具体参考图2，发光设备1还可以可选地包括控制器7。控制器7被配置为单独控制发光元件阵列2的发光元件，尤其是单独控制由发光元件阵列2的发光元件发射的光的色谱。

具体参考图3和图4，发光元件阵列2和透镜阵列3可以可选地布置在基板4上。基板4例如可以是印刷电路板。基板4可以包括被配置为向发光元件2提供电能的电线。基板4还可以包括连接元件，该连接元件被配置为将电线连接到诸如市电的电能源。

具体参考图3和图4，发光设备1还可以可选地包括漫射器板6。漫射器板6被布置在发光元件阵列2上方。漫射器板6可以被布置在发光设备1的光出射表面处或者形成发光设备1的光出射表面。漫射器板6可以包括光出耦结构和衍射结构中的一者或多者。

具体参考图2和图3，发光设备1还可以可选地包括壳体5，发光元件阵列2和透镜阵列3被布置在壳体5中。如图2所示，壳体5可以包括底表面51，顶表面52和连接底表面51和顶表面52的圆周侧壁53。面向发光元件阵列2的圆周壁53的内表面54（参见图3）可以被设置有反射层或涂层或由反射材料制成。在设置的情况下，基板4也可以被布置在壳体5中。备选地，基板4可形成壳体5的底表面51。在设置的情况下，漫射器板6可以被布置在壳体5的上表面52处或形成壳体5的上表面52。

现在转到图5，示出了在诸如墙壁或天花板的目标表面上看到的根据本发明的发光设备1的光图案。在该示例中，透镜阵列3的第一类型的透镜31是自由曲面透镜，其在笔直的方向上准直来自发光元件21的光以获得2×50度的光束角A1。透镜阵列3的第二类型的透镜32是具有花生形状的自由曲面透镜，其被配置为在向外的方向上准直来自发光元件22的光以获得2×65度的光束角A2，其中大部分光被引导在40度至65度的光束角A2内。通过将这些透镜31和32以交替的顺序放置在发光元件阵列2的发光元件上，并且通过分别改变由发光元件21和22发射的光的色谱，如图5所示，可以在两个相互不同的，这里是正交的方向上分别产生2D颜色梯度，即颜色梯度G1和G2。

图6示出了由根据本发明的发光设备1发射的光的照度和颜色的模拟，如上面结合图5所描述的那样，如在目标表面上所看到的那样。图6示出了利用根据本发明的发光设备1可以制造均匀的色带。例如，在两种类型的透镜下面分别将颜色梯度引入到由发光元件21和22发射的光，诸如例如对于由第二类型透镜32下面的发光元件22发射的光为绿色到红色，对于由第一类型透镜31下面的发光元件21发射的光为蓝色到绿色。这样，可以获得颜色的2D变化。由此，提供了用作均匀色带的发光设备1。

图7示出了由根据本发明的发光设备1发射的光的照度和颜色的模拟，如上面结合图5所描述的那样，如在目标表面上所看到的那样。图7示出了利用根据本发明的发光设备1还可以获得垂直和水平的多个梯度（参见图5中的G1和G2）。因此，获得2D颜色梯度，即分别在两个相互不同的，这里是正交的方向上的颜色梯度G1和G2。

应当注意，图6和图7是模拟的实际全色结果的黑白再现。例如，在图7中，实际情况是从顶部到底部，颜色梯度从绿色经过青色到蓝色。

最后，图8示出了包括根据本发明的任何实施例的发光设备1的示例性灯具或灯12。在所示的实施例中，发光设备1在这种情况下可以被配置或形成为基本上直的LED灯丝。在其它实施例中，这种灯的发光设备1可以是具有其它形状的LED灯丝，例如但不限于螺线形、螺旋形、曲折形、扭曲形、扁平形及其组合。在该实施例中，发光设备1不包括任何壳体5或漫射器板6。

灯12还包括被配置用于控制发光设备1的发光元件阵列2的驱动器或控制器17。控制器17被配置为经由发光设备1的电路向发光元件阵列2供电。控制器17还可以被配置用于控制由发光设备发射的光的CCT和由发光设备发射的光的CRI中的至少一者。控制器17还可以被配置用于控制与发光元件阵列2和由发光设备发射的光相关的其他参数。

灯12还包括至少部分地包封至少一个发光设备1的封壳13。灯12还包括帽14。如图8所示，控制器17被布置在封壳13内。当包括帽14时，控制器17也可以被布置在帽14内部，使得其从视觉上隐藏。灯12还包括用于连接到插座的螺纹15和用于连接到电能源的端子16。

灯12的封壳13还可以并且可选地设置有覆盖封壳13的至少一部分的涂层18，例如反射涂层或漫射涂层。

注意，图8所示的灯具或灯12仅仅是根据本发明的灯具的一个示例。可以设想任何合适类型的灯具，例如但不限于成形为灯带的灯具或方形灯具。在前一种情况下，发光设备1可以包括发光元件阵列2，其可以被配置或形成为发光元件2的一维阵列。在后一种情况下，发光设备1可以包括发光元件阵列2，其可以被配置或形成为发光元件的二维阵列2。

挂件式的灯具、立式灯具、壁装式灯具、吸顶式灯具、枝形吊灯、阅读灯具、户外灯具和表灯具也是可行的。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。

此外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (14)

1. 一种发光设备（1），包括：

发光元件阵列（2），被配置为在操作中在主发射方向（M）上发射光，以及

透镜阵列（3），被布置为覆盖所述发光元件阵列的至少一部分，其中

所述透镜阵列（3）的每个透镜被布置为以便覆盖所述发光元件阵列的发光元件，其中

所述透镜阵列（3）的每个透镜是自由曲面透镜，并且其中

所述透镜阵列（3）包括多个第一透镜（31）和多个第二透镜（32），所述多个第一透镜（31）被配置为使由所述发光元件发射的所述光被导向不同于所述主发射方向（M）的第一方向（D1），所述多个第二透镜（32）被配置为使由所述发光元件发射的所述光被导向不同于所述主发射方向（M）的第二方向（D2），其中所述第一方向（D1）不同于所述第二方向（D2），

其中所述多个第一透镜（31）的所述透镜和所述多个第二透镜（32）的所述透镜被交替布置在所述透镜阵列中，并且

其中所述多个第一透镜（31）是被配置为准直由所述发光元件发射的所述光的自由曲面透镜。

2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述多个第一透镜（31）的所述透镜和所述多个第二透镜（32）的所述透镜包括相互不同的表面轮廓（33；34）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中所述多个第二透镜（32）是被配置为包括花生形状的自由曲面透镜。

4.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中所述多个第二透镜（32）被配置为以相对于所述主发射方向（M）在40度和65度之间的光束角（A2）引导由所述发光元件发射的所述光的主要部分。

5.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中所述多个第一透镜（31）被配置成为由所述发光元件发射的光提供第一光束角（A1），其中所述多个第二透镜（32）被配置成为由所述发光元件发射的光提供第二光束角（A2），并且其中所述第一光束角（A1）小于所述第二光束角（A2）。

6.根据权利要求5所述的发光设备，其中所述第一光束角（A1）比所述第二光束角（A2）小至少2×10度，或至少2×15度，或至少2×20度。

7.根据权利要求5或6所述的发光设备，其中所述第一光束角（A1）是2×45度或2×50度或2×55度，并且其中所述第二光束角（A2）是2×60度或2×65度或2×70度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中由所述发光元件阵列（2）的所述发光元件发射的所述光包括可变的色谱。

9.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中由所述多个第一透镜（31）覆盖的所述发光元件（21）发射的所述光具有第一色谱，其中由所述多个第二透镜（32）覆盖的所述发光元件（22）发射的所述光具有第二色谱，并且其中如根据变化量E（）所量化的，所述第一色谱不同于所述第二色谱。

10.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，还包括控制器（7），所述控制器（7）被配置为单独地控制由所述发光元件阵列（2）的所述发光元件发射的所述光的色谱。

11.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中所述发光元件阵列（2）和所述透镜阵列（3）被布置在基板（4）上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中所述发光元件阵列（2）形成LED条带，

其中所述发光元件阵列（2）是发光元件的二维阵列。

13. 根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，并且还包括以下中的一项或多项：

漫射器板（6），被布置在所述发光元件阵列上方，以及

壳体（5），所述发光元件阵列和所述透镜阵列被布置在所述壳体中。

14.一种灯具，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的发光设备（1）。