TWI402463B - 照明系統 - Google Patents

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TWI402463B
TWI402463B TW094143016A TW94143016A TWI402463B TW I402463 B TWI402463 B TW I402463B TW 094143016 A TW094143016 A TW 094143016A TW 94143016 A TW94143016 A TW 94143016A TW I402463 B TWI402463 B TW I402463B
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Christoph Gerard August Hoelen
Johannes Petrus Maria Ansems
Stein Kuiper
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Description

照明系統
本發明係關於一種照明系統，其包括複數個發光器及至少一用於準直由該等發光器所發出光之第一光準直器。
該等照明系統自身為吾人所習知。其尤其用於一般照明目的，例如點光源、重點照明、泛光燈，並用於大面積直視式發光面板，例如用於標記系統、輪廓照明及廣告牌中。於其他應用中，將該等照明系統所發出之光饋送入一光導、光纖或其他光束整形光學器件內。此外，該等照明系統用作(影像)顯示裝置之背光，舉例而言，用於電視接收器及監視器。該等照明系統可用作非發光式顯示器之背光，例如用作在(可攜式)電腦或(無線)電話中所用之液晶顯示裝置(亦稱作LCD面板)之背光。本發明照明系統之另一應用領域係在用於投影影像或顯示電視節目、電影、視訊節目或DVD或此類影像之數位投影儀或所謂影像機(beamer)中用作照明源。
一般而言，該等照明系統包括許多光源，例如發光二極體(LED)。LED可係不同原色之光源，例如(舉例而言)眾所習知之紅(R)色發光器、綠(G)色發光器或藍(B)色發光器。此外，該發光器可將(舉例而言)琥珀色或藍綠色作為原色。該等原色可直接由發光二極體晶片產生，或者可在以來自發光二極體晶片之光照射時由一磷光體產生。在後一情況下，亦可將混合顏色或白色光作為該等原色之一。一般而言，該等光源所發出之光在光準直器內混合，以獲得均勻之光分佈、同時消除照明系統所發出之光與一具體光源之相關性。此外，吾人習知使用一具有一感測器及某種回饋演算法之控制器來獲得高顏色精確度。
美國專利申請案US－A 2003/0 076 034揭示一種LED晶片封裝，其包括一基座、一設置於該基座上之LED晶片陣列、及一安裝於該基座上的位於該發光二極體晶片陣列上之準直器。該陣列之LED晶片通常以一直列方式佈置。該準直器通常組態為一矩形、喇叭狀構件，並通常包括沿一第一方向準直由該等LED晶片所發出光之第一組壁及沿一第二方向最低限度地準直由該等LED晶片所發出光之第二組壁。
該習知照明系統之一缺陷係不能改變該照明系統所發出之光束圖案。
本發明之目的係全部或部分地消除上述缺陷。根據本發明，該目的藉由一種照明系統達成，該照明系統包括：複數個發光器，一用於準直該等發光器所發出光之第一光準直器，該第一光準直器圍繞該照明系統之一縱向軸線佈置，光在該第一光準直器中之傳播係基於全內反射，至少一用於準直該等發光器所發出光之第二光準直器，該第二光準直器沿該縱向軸線圍繞該第一光準直器佈置，光在該第二光準直器內之傳播係基於全內反射或在該第二光準直器的一背向該縱向軸線之外表面處之反射，一設置於該第一與該第二光準直器之間的腔，該腔配備一基於電濕潤性之可切換光學元件，該可切換光學元件可在一種減小該第二光準直器之效應的作業模式中切換。
該等發光器所發出之光束經由該第一光準直器傳播。若一方面，光在穿過該第一光準直器與第二光準直器之過程中折射率無變化，則光將不會在第一光準直器與第二光準直器之間的界面處反射。光自該第一光準直器經由該可切換光學元件傳播並進入該第二光準直器。在該作業模式中，該第一光準直器、該可切換光學元件與該第二光準直器之組合係基於全內反射或基於該第二光準直器的一背向該縱向軸線之外表面處之反射作為單個光準直器運作。根據第二光準直器之形狀而定，此將通常會使該照明系統發出一相對窄之光束。
若另一方面，在該第一光準直器與該可切換光學元件之間存在折射率變化，則光會在第一光準直器與可切換光學元件之間的界面處反射。於該作業模式中，僅該第一光準直器作用於該照明系統所發出光束之光束整形。根據第一光準直器之形狀而定，此通常會使該照明系統發出一相對窄之光束。
一般而言，在該第一光準直器與該第二光準直器之間存在至少兩個界面。在該第一光準直器至一位於設置於該腔內之該可切換光學元件及該第一光準直器內之流體之間存在一第一界面，且在位於設置於該腔內之該可切換光學元件內之流體與該等第二光準直器之間存在一第二界面。若在兩個界面處皆無折射變化，則於該等界面處無光反射。若存在相對小之折射率變化，則某些光將會受到反射，但此對於獲得一光束寬度可切換之系統而言仍可接受。
藉由使該可切換光學元件在該兩種作業模式之間切換，可影響該第二光準直器之效應，並可將該光束之形狀自一相對寬之光束(當主要由該第一光準直器決定光束整形時)修改成一相對寬之光束(當主要由該第二光準直器決定該光束整形時)。於該後一作業模式中，該第一光準直器與該第二光準直器一起作用。
該可切換光學元件之光學效應係因該第一光準直器與該可切換光學元件界面處之折射率改變而引起。該可切換光學元件係基於電濕潤性。電濕潤性係電場會改變一接觸一疏水性絕緣電極並可能直接電接觸一第二電極之極性流體之濕潤行為的現象。若藉由在該等電極之間施加電壓來施加電場，則會形成一表面能量梯度，該表面能量梯度可用於操縱該極性流體向該絕緣電極移動。一般而言，在一可切換光學元件中，使一第二流體取代一第一流體。基於電濕潤性之可切換光學元件使人們能夠不使用幫浦、閥門、甚至固定通道而在直接電控制下獨立地操縱流體。
當該可切換光學元件切換至其中該第二光準直器之效應減小之作業模式時，該可切換光學元件在該第一光準直器與該可切換光學元件之界面處引入一流體來增強該第一光準直器與該可切換光學元件界面處之折射率變化，其中使該第二光準直器之影響減小。
藉由增強該第一光準直器與該可切換光學元件界面處之折射率變化，來激勵該照明系統所發出光之角度分佈之擴寬。當該可切換光學元件不處於會減小該第二光準直器之效應之作業模式中時，該照明系統所發出光之角度分佈變窄。可藉由改變該第一光準直器與該可切換光學元件之間的折射率差來改變該照明系統所發出光束之寬度。
本發明之措施能夠藉由適當地切換該可切換光學元件以影響該第一光準直器之折射率與該可切換光學元件之折射率之差來影響該照明系統所發出光束之角度分佈。原理上，藉由在該可切換光學元件中實施分段並獨立地定址該等段或藉由該系統以該兩種模式足夠快地按順序性作業，可在該照明系統所發出光束之各角度之間切換。藉由適當地修改該第一光準直器與該可切換光學元件的折射率之差，可使該照明系統所發出光束之形狀自(例如)一具有相對窄角度分佈之「點」光束變成具有一相對寬角度分佈之「泛」光束。本發明照明系統之另一優點係可動態調節該照明系統之光束形狀及/或光束圖案。
藉由使發光器所發出光之傳播係以全內反射(TIR)為基礎，會很大程度上避免第一光準直器與第二光準直器內之光損失。較佳地，第一光準直器與第二光準直器光係由一折射率大於或等於1.3之非氣態光學透明介電材料所製成。較佳地，第一光準直器與第二光準直器之折射率基本上相同。較佳地，非鄰接於該可切換光學元件之第二光準直器之一部分在面向該縱向軸線之表面上配備一反射塗層。
根據本發明之照明系統之一較佳實施例之特徵在於：該可切換光學元件可在一其中基本上不存在第二光準直器之效應之作業模式中切換。在該作業模式情形中，該第二光準直器不作用於對該照明系統所發出光束之整形。該可切換光學元件抵消該第二光準直器對由該照明系統所發出光束實施之光束整形的參與。
可用各種方式來達成基於電濕潤性之光學元件。根據本發明之照明系統之一較佳實施例之特徵在於：其中該腔配備一啟用構件，該啟用構件在該可切換光學元件切換至減小該第二光準直器效應的作業模式時，使在該腔內用一第二流體交換一第一流體。當該第二流體處於該可切換光學元件之腔內時，該第一光準直器與該可切換光學元件界面處之折射率變化減小，從而激勵該照明系統所發出光之角度分佈變窄。用於使在該腔內用該第二流體交換該第一流體之構件包括一由該腔內受一電壓控制系統所控制之電濕潤性電極及一適當絕緣層形成之組態。此外，可在該流體絕緣層與該等流體之間形成一疏水性流體接觸層。
一種根據電濕潤性來激勵腔內流體交換之方式係賦予該等流體不同之電性質。為此目的，根據本發明之照明系統之一較佳實施例之特徵在於：該第一流體為電絕緣性，而該第二流體為導電性。一般而言，該第二流體係電敏感性流體，例如導電性流體、極性流體或可極化流體。一合適組合係：一第一流體包含一油基電絕緣流體，舉例而言聚矽氧油；而一第二流體包含一水性導電流體，舉例而言，具有一預定折射率之鹽水。
較佳地，第一流體係空氣，而第二流體係一種極性液體(polar liquid)。空氣係一種電絕緣性流體。極性流體之一適當實例係水性導電流體，例如具有一預定折射率之鹽水。
可能期望進一步激勵該照明系統內之光混合或進一步整形該光束。為此，本發明照明系統之一較佳實施例之特徵在於：該照明系統進一步包括另一用於準直由該等發光器所發出光之光準直器，該另一光準直器沿該縱向軸線圍繞該第二光準直器佈置；在於在該第二光準直器與該另一光準直器之間配備另一個腔；在於該另一腔配備一基於該電濕潤性之另一可切換光學元件；及在於該另一可切換光學元件可在一會減小該另一光準直器效應之作業模式中切換。
較佳地，該另一腔配備一啟用構件，該啟用構件在該另一可切換光學元件切換至會減小該另一光準直器效應的作業模式時使在該另一腔內用一第二流體交換一第一流體。較佳地，該第一流體為電絕緣性，而該第二流體為導電性。較佳地，該第一流體係空氣或油，而該第二流體係一種極性液體。
根據上文所述實施例易知本發明之該等及其他態樣且上文已參照所述實施例闡明瞭該等及其他態樣。
該等圖式完全係示意性而非按比例繪製。應注意，為清晰起見，以非常誇大之形式顯示某些尺寸。各圖式中相同之組件盡可能使用相同之參考編號標示。
圖1A示意性地顯示本發明照明系統之一第一實施例之剖面圖。圖1B示意性地顯示圖1A所示照明系統實施例在處於會增強該第二光準直器效應的作業模式中之剖面圖。
圖1A及圖1B中之照明系統包括複數個光源，例如複數個發光二極體(LED)。LED可係為不同原色之光源，例如在圖1A及1B所示實施例中係眾所習知之紅色R發光器、綠色G發光器或藍色B發光器。另一選擇係，發光器可將(舉例而言)琥珀色或藍綠色作為原色。該等原色可由發光二極體晶片直接產生，或者可在以來自發光二極體晶片之光照射時由一磷光體產生。於後一情況下，混合顏色或白色光亦可作為照明系統之原色之一。於圖1A及1B之實例中，LEDR、G、B安裝於(金屬芯)印刷電路板4上。概言之，LED具有相對高之源亮度。較佳地，每一LED在以標稱功率受到驅動時皆具有至少25 mW之輻射功率輸出。具有此一高輸出之LED亦稱作LED功率封裝。使用此等高效、高輸出LED具有如下特定優點：在需要相當高光輸出之情況下，LED之數量可相當地少。此對欲製造之照明系統之緊湊性及效率有積極作用。若LED功率封裝安裝在此一(金屬芯)印刷電路板4上，LED所產生之熱可易於藉由經PCB之熱傳導來消散。於該照明系統之一較佳實施例中，(金屬芯)印刷電路板4藉由一熱傳導連接與該照明系統之殼體(未顯示於圖1A及1B中)相接觸。較佳地，將所謂之裸功率LED晶片安裝在一基板上，例如(舉例而言)安裝於絕緣金屬基板、矽基板、陶瓷或合成基板上。基板會提供與晶片之電連接並亦起到向熱交換器良好地傳熱之作用。
圖1A及1B所示照明系統之實施例包括一用於準直發光器R、G、B所發出光之第一光準直器1。第一光準直器1圍繞該照明系統之一縱向軸線25佈置。當該可切換光學元件處於一其中會減小該第二光準直器之影響的作業模式中時，光在第一光準直器1中之傳播基本上係基於全內反射。光在第一光準直器1的背向發光器R、G、B一側處之光出射窗口5處自該照明系統中射出。於圖1A及1B之實施例中，用於準直該等發光器R、G、B所發出光之第二光準直器2沿該縱向軸線25圍繞第一光準直器1佈置。光在第二光準直器2中之傳播係基於全內反射或基於第二光準直器2的背向縱向軸線25之外表面23處之反射。於圖1A及1B之實例中，第二光準直器2之外表面23已配備一反射塗層24。
在第一光準直器1與第二光準直器2之間配備一腔3。腔3配備一基於電濕潤性之可切換光學元件(關於可切換光學元件之細節，參見圖2A、2B、3A及3B)。在圖1A所示情形下，該可切換光學元件在一其中會減小第二光準直器2之效應的作業模式中切換；在該作業模式中，第二光準直器2基本上不作用於該照明系統所發出光束之形成。於另一組態中，寬光束係由該第二光準直器所形成之一中央部分與由該第一光準直器所形成之更寬部分的重疊。藉由切換至該所謂之窄光束模式，(主要)由該第二光準直器決定該完整光束。
在圖1B所示情形中，腔3中之可切換光學元件在一如下作業模式中切換：在該作業模式中，第二光準直器2作用於該照明系統所發出光束之形成並支配性地決定該光束之形狀或寬度。在該作業模式中，光在第一光準直器1之光出射窗口5及第二光準直器2之光出射窗口6處自該照明系統中發出。
設置於腔3內之該可切換光學元件能夠在該第一光準直器與該第二光準直器之間形成一折射率階躍。若該可切換光學元件切換至其中在第一光準直器1與腔3內流體之間的界面處存在一明顯折射率變化之作業模式，則由發光器R、G、B發出並在第一光準直器1中傳播之光會在第一光準直器1與腔3內流體之間的界面處受到反射。該作業模式例示於圖1A中。在圖1A中，在第一光準直器1中傳播之光將在第一光準直器與腔3內之該可切換光學元件之間的界面處反射，而不會進入第二光準直器2。於該作業模式中，第二光準直器2不作用於該照明系統所發出光束之形成。根據第一光準直器1之形狀而定，此將通常會使該照明系統發出一相對寬之光束。
於一替代實施例中，部分光在第一光準直器1與腔3內流體之間的界面處反射，而部分光則透射進第二光準直器2，總體效應係該照明系統發出一相對寬之光束。
若該可切換光學元件切換至一其中在第一光準直器1與腔3內流體之間的界面處無折射率變化或存在小折射率變化之作業模式中，則由發光器R、G、B發出並在第一光準直器1中傳播之光在第一光準直器1與腔3內流體之間的界面處將不受到反射或大部分不受到反射。該作業模式例示於圖1B中。在圖1B中，光自第一光準直器1經由腔3內之該可切換光學元件傳播，並進入第二光準直器2。於該作業模式中，第一光準直器1與第二光準直器2作為一單一光準直器運作，該單一光準直器係基於全內反射或在設置於第二光準直器2外表面23上之反射塗層24處之反射。視第二光準直器2之形狀而定，此將通常會使該照明系統發出一相對窄之光束。
藉由使腔3內之該可切換光學元件在該兩種作業模式之間切換，可影響第二光準直器2之效應，並可將該光束之形狀自一相對寬之光束(當第一光準直器1決定該光束整形時)修改成一相對窄之光束(當第一光準直器1與該第二光準直器2決定該光束之形狀時)。
於圖1A及圖1B所示照明系統之實施例中，第二光準直器2的面向縱向軸線25且不鄰接腔3內之可切換光學元件的一部分配備一反射塗層22。為例示該等效果，在圖1A及圖1B中已繪示出諸多光線之效果。
圖2A示意性地顯示該可切換光學元件之一實施例處於圖1A所示照明系統第一實施例之一第一作業模式中之剖面圖。此外，圖2B示意性地顯示圖2A所示可切換光學元件之實施例處於圖1B所示該照明系統該第一實施例之一第二作業模式中的剖面圖。
圖2A與圖2B之腔3內之可切換光學元件係基於電濕潤性。電濕潤性係一種如下現象：電場會改變一接觸一局部濕潤(即在無電壓時，接觸角度大於0°)之絕緣電極並直接電接觸或容性耦接至一第二電極之電敏感性流體之濕潤行為。若藉由在該等電極之間施加電壓來施加電場，則會形成一表面能量梯度，該表面能量梯度可用於操縱一極性流體向該絕緣電極移動或使一第二流體取代一第一流體。基於電濕潤性之可切換光學元件使人們能夠不使用幫浦、閥門、甚至固定通道而在直接電控制下獨立地操縱流體。
圖2A及2B所示基於電濕潤性之腔3內可切換光學元件包括分別毗鄰第一光準直器1與第二光準直器2之第一透明電極16、17。此外，一第二電極18與一第三電極19設置於該照明系統之印刷電路板4內之另一腔4'內。第一電極16、17分別由一絕緣疏水性塗層14、15覆蓋。此外，第三電極19由一絕緣疏水性塗層12覆蓋。印刷電路板4內另一腔4'之剩餘部分塗敷有一疏水性塗層13。較佳地，該等第一透明電極16、17包含氧化銦錫(ITO)。較佳地，絕緣疏水性塗層12、14、15包含由DuPontT M 生產之TeflonT M AF1600或聚對二甲苯(parylene)與AF－1600之堆疊。較佳地，疏水性塗層13包含AF－1600。
在圖2A所示之作業模式中，一第一流體f1 存在於腔3內，同時第二流體f2 存在於印刷電路板4之另一腔4'內。於圖2B所示之另一作業模式中，該第二流體f2 存在於腔3內，同時該第一流體f1 存在於印刷電路板4之另一腔4'內。在該可切換光學元件之該等作業模式之間的切換係藉由改變施加至各電極之電壓來達成。在一種作業模式中，在第二電極18與反電極19之間施加電壓(參見圖2A)，於此種情況下，第一流體f1 (於該實例中係絕緣流體)存在於腔3內，而第二流體f2 存在於腔3'內。若現在切斷第二電極18與反電極19之間的電壓，並在第一電極16、17與第二電極18(參見圖2B)之間施加電壓，則第二流體f2 (於此情況下係導電流體)被吸引入腔3內，於是形成第二種作業模式。較佳地，該第一流體f1 係電絕緣性。較佳地，該第一流體f1 係空氣。另一選擇係，第一流體f1 係油，舉例而言係聚矽氧油或烷烴，例如十六烷。
該可切換光學元件在該兩種作業模式之間切換的另一種可能係藉由在第三電極與另一第三電極之間施加一電壓來達成，第一流體f1 (於此情況下係絕緣流體)存在於腔3內，而第二流體f2 存在於腔3'內。若在第一電極16與第一電極17之間施加電壓，則第二流體f2 (於此情況下係導電流體)存在於腔3內。為此，在另一腔4'內引入一面向該第三電極之另一第三電極(未顯示於圖2A與圖2B中)。於該實施例中，可省去電極18。
圖3A示意性地顯示該可切換光學元件之另一實施例處於圖1A所示照明系統第一實施例之第一作業模式中的剖面圖。此外，圖3B示意性地顯示圖3A所示可切換光學元件之第一實施例處於圖1B所示照明系統第一實施例之一第二作業模式中的剖面圖。
圖3A與圖3B中所示之在腔3內的基於電濕潤性之可切換光學元件包括一毗鄰第一光準直器1之第一透明電極16。此外，第二電極18設置於該照明系統印刷電路板4內之另一腔4' 內。第一電極16係由一疏水性塗層14' 所覆蓋。腔3的面向第二光準直器2之壁塗敷有疏水性塗層14' ，例如二氧化矽。若第二光準直器係由玻璃製成，則可省去疏水性塗層14' 。較佳地，第一透明電極16包含氧化銦錫(ITO)。較佳地，絕緣疏水性塗層15包括AF-1600或聚對二甲苯與AF-1600之堆疊。
於圖3A所示之作業模式中，第二流體f2 存在於腔3內，同時第一流體f1 存在於印刷電路板4之另一腔4' 內。於圖3B所示之其他作業模式中，第一流體f1 與第二流體f2 兩者皆存在於腔3內，其中該第二流體接觸第一光準直器1。該可切換光學元件在該兩種作業模式之間的切換係藉由在第一電極16與第二電極18之間施加電壓(圖3A)且不在第一電極16與第二電極18之間施加電壓來達成(圖3B)。
較佳地，該第一流體f1 係電絕緣性。較佳地，該第一流體f1 係油，舉例而言係聚矽氧油或烷烴，例如十六烷。較佳地，該第二流體f2 係導電性。極性流體之一適當實例係水性導電流體，舉例而言係具有一預定折射率之鹽水，例如溶解於水中的氯化鉀。
較佳地，當腔3內之該可切換光學元件處於減小該第二光準直器2之效應的作業模式中時，第二光準直器2對由該照明系統形成該光束之作用實質上減小。較佳地，引入可切換光學元件中之第二流體f2 之折射率基本上相同於第一光準直器1及第二光準直器2之折射率n1 。於此情況下，第二流體f2 用作腔3內之折射率匹配液體，穿過該可切換光學元件之光不會經歷折射率梯度，因此不會改變傳播方向。於此情形下，該第二光準直器完全作用於該照明系統所發出光束之形成。於該條件下，該照明系統發出相對窄之光束。藉由改變腔3內之流體來改變第一光準直器1與第二光準直器2之間腔3內接觸第一光準直器1之流體之有效折射率的結果係第二光準直器2不再作用於該照明系統所發出光束之形成，其中改變腔3內之流體係藉由使流體f2 代替流體f1 或藉由除第二流體f2 外還在腔3內接納第一流體f1 來達成。於此條件下，該照明系統發出一相對寬之光束。以此方式，可在照明系統所發出光束之各種角度之間進行電切換。舉例而言，一角度分佈約為10°半峰全寬(FWHM)之「點」光束可轉變為(舉例而言)一角度分佈約為30° FWHM之「泛」光束。原理上，藉由該系統在該兩種具有可變相對光通量成分之模式中足夠快地按順序作業，或藉由在腔3內該可切換光學元件之各可定址段中引入部分透射及/或反射，可(準)連續地達成光束圖案之變化。
圖4示意性地顯示具有一第一光準直器與一第二光準直器之本發明照明系統一第二實施例之剖面圖。於該組態中，光出射窗口5與光出射窗口6之形狀使得與該等光準直器其他表面之形狀相結合，使該照明系統發出一窄光束，該窄光束在尺寸上相對小於圖1A與圖1B所示組態中之尺寸。一基於電濕潤性之可切換光學元件佈置於腔3內。於圖4之實施例中，該第一光準直器與該第二光準直器兩者皆係基於全內反射，且省去第二光準直器2的背向縱向軸線25的外表面23上之反射塗層。
圖4示意性地顯示具有一第一光準直器與一第二光準直器之本發明照明系統一第二實施例之剖面圖。於該組態中，光出射窗口5與光出射窗口6之形狀使該照明系統發出一極窄光束。一基於電濕潤性之可切換光學元件佈置於腔3內。
圖5示意性地顯示具有一第一光準直器1、一第二光準直器2及另一光準直器2'之本發明照明系統另一實施例之剖面圖。該另一光準直器2'沿該縱向軸線25圍繞第二光準直器2佈置。於圖5之實施例中，另一腔3'設置於第二光準直器2與另一2'光準直器之間。一基於電濕潤性之可切換光學元件佈置於毗鄰第一光準直器1與第二光準直器2之腔3內。此外，該另一腔3'配備另一基於電濕潤性之可切換光學元件。該另一可切換光學元件可在一會減小該另一光準直器2'效應之作業模式中切換。於該組態中，準直器1及2之壁較佳地基本透明。光在另一準直器2'內之反射可基於全內反射或基於在塗敷於另一光準直器2'外表面23上之反射塗層24處之反射。圖5所示組態能夠形成該照明系統所發出光之多個光束寬度。若腔3內之該可切換光學元件處於一種在第一光準直器1與腔3內之毗鄰流體之間存在折射率階躍之作業模式中且其中該毗鄰流體之折射率明顯低於光準直器1之折射率，則該照明系統所發出之光束主要由第一光準直器1整形；獲得一由該照明系統所發出之相對寬之光束。若腔3內之該可切換光學元件處於一種在第一光準直器1與第二光準直器2之間基本上不存在折射率階躍之作業模式中，且若另一腔3'內之該可切換光學元件處於一種在第二光準直器2與腔3'內之毗鄰流體之間存在折射率階躍之作業模式中，且其中該毗鄰流體之折射率明顯低於光準直器2之折射率，則該照明系統所發出之光束主要由第二光準直器2整形，即受第一光準直器1與第二光準直器2之組合作用；獲得一由該照明系統所發出之相對窄之光束。若腔3內之該可切換光學元件處於一種在第一光準直器1與第二光準直器2之間基本上不存在折射率階躍之作業模式中，且若另一腔3'內之該可切換光學元件處於一種在第二光準直器2與另一光準直器2'之間基本上不存在折射率階躍之作業模式中，則該照明系統所發出之光束基本由另一第二光準直器2'整形，即受第一光準直器1、第二光準直器2及另一光準直器2'之組合作用；獲得一由該照明系統所發出之相對極窄之光束。根據準直器設計細節而定，亦可具有其他光束形狀。以此方式，可在照明系統所發出光束之各種角度之間進行電切換。舉例而言，一角度分佈約為10°半峰全寬(FWHM)之「點」光束可轉變為(舉例而言)一角度分佈約為20° FWHM之中等寬度光束，或一角度分佈約為30° FWHM之「泛」光束。原理上，藉由該系統在該兩種具有可變相對光通量成分之模式中足夠快地按順序作業，或藉由在腔3內該可切換光學元件之各可定址段中引入光部分透射/反射，可(準)連續地達成光束圖案之變化。
應注意，上述實施例係舉例說明而非限制本發明，熟習此項技術者將能夠設計出許多替代實施例，此並不背離隨附申請專利範圍之範疇。在申請專利範圍中，置於括號中的任何參考符號皆不應視為對申請專利範圍之限定。所用動詞「包括(comprise)」及其變化形式並不排除存在除一請求項中所述元件或步驟之外的其他元件或步驟。。本發明可藉由包括若干不同元件之硬體及藉由一經恰當程式化之電腦實施。於列舉若干構件之裝置申請項內，該等構件中之若干構件可由同一個硬體來實施。在互不相同的附屬請求項中陳述某些措施此一事實本身並不表明不能有益地組合使用此等措施。
1．．．第一光準直器
2．．．第二光準直器
2' ．．．另一光準直器
3．．．腔
3' ．．．另一腔
4．．．(金屬芯)印刷電路板
4' ．．．另一腔
5．．．光出射窗口
6．．．光出射窗口
12．．．絕緣疏水性塗層
13．．．疏水性層
14．．．絕緣疏水性塗層
14' ．．．疏水性塗層
15．．．絕緣疏水性塗層
16．．．第一透明電極
17．．．第一透明電極
18．．．第二電極
19．．．反電極
22．．．反射塗層
23．．．外表面
24．．．反射塗層
25．．．縱向軸線
圖1A係一具有一第一光準直器與一第二光準直器之本發明照明系統第一實施例之剖面圖；圖1B係圖1A所示照明系統之實施例處於另一作業模式中；圖2A係在圖1A所示照明系統之第一實施例之第一作業模式中，該可切換光學元件之一實施例之剖面圖；圖2B係在圖1B所示照明系統之第一實施例之第二作業模式中，圖2A所示可切換光學元件實施例之剖面圖；圖3A係在圖1A所示照明系統第一實施例之第一作業模式中該可切換光學元件之另一實施例之剖面圖；圖3B係在圖1B所示照明系統第一實施例之一第二作業模式中，圖3A所示可切換光學元件之第一實施例之剖面圖；圖4係一具有一第一光準直器與一第二光準直器之本發明照明系統之一第二實施例之剖面圖；及圖5係該具有一第一光準直器、一第二光準直器及另一光準直器之本發明照明系統之另一實施例之剖面圖。
1．．．第一光準直器
2．．．第二光準直器
3．．．腔
4．．．(金屬芯)印刷電路板
5．．．光出射窗口
22．．．反射塗層
23．．．外表面
24．．．反射塗層
25．．．縱向軸線

Claims (11)

  1. 一種照明系統，其包括：複數個發光器(R,G,B)，一用於準直由該等發光器(R,G,B)所發出光之第一光準直器(1)，該第一光準直器(1)圍繞該照明系統之一縱向軸線(25)佈置，光在該第一光準直器(1)中之傳播係基於全內反射，用於準直由該等發光器(R,G,B)所發出光之至少一第二光準直器(2)，該第二光準直器(2)沿該縱向軸線(25)圍繞該第一光準直器(1)佈置，光在該第二光準直器(2)內之傳播係基於全內反射或基於在該第二光準直器(2)的一背向該縱向軸線(25)之外表面(23)處之反射，一設置於該第一光準直器(1)與該第二光準直器(2)之間的腔(3)，該腔(3)配備一基於電濕潤性之可切換光學元件，該可切換元件可在一種減小該第二光準直器(2)之該效應的作業模式中切換。
  2. 如請求項1之照明系統，其中該可切換光學元件可在一種其中基本上不存在該第二光準直器(2)之該效應的作業模式中切換。
  3. 如請求項1或2之照明系統，其中該腔(3)配備啟用構件， 該啟用構件在該可切換光學元件切換至減小該第二光準直器(2)之該效應的該作業模式時，使在該腔(3)內用一第二流體(f2 )交換一第一流體(f1 )。
  4. 如請求項3之照明系統，其中該第一流體(f1 )為電絕緣性，且該第二流體(f2 )為導電性。
  5. 如請求項4之照明系統，其中該第一流體係空氣或油，且該第二流體係一極性液體。
  6. 如請求項1或2之照明系統，其中該照明系統包括用於準直由該等發光器(R,G,B)所發出光之另一光準直器(2' )，該另一光準直器(2' )沿該縱向軸線(25)圍繞該第二光準直器(2)佈置，一另一腔(3' )設置於該第二光準直器(2)與該另一光準直器(2' )之間，該另一腔(3' )配備基於電濕潤性之另一可切換光學元件，且該另一可切換光學元件可在一減小該另一光準直器(2' )之該效應的作業模式中切換。
  7. 如請求項6之照明系統，其中該另一腔(3' )配備啟用構件，該啟用構件在該另一可切換光學元件切換至減小該另一光準直器(2' )之該效應的該作業模式時，使在該另一腔(3' )內用一第二流體(f2 )交換一第一流體(f1 )。
  8. 如請求項7之照明系統，其中該第一流體(f1 )為電絕緣性，且該第二流體(f2 )為導電性。
  9. 如請求項8之照明系統，其中該第一流體(f1 )係空氣或油，且該第二流體(f2 )係一極性液體。
  10. 如請求項1或2之照明系統，其中該照明系統包括複數個 為不同原色或為一單一原色之發光二極體(R,G,B)。
  11. 如請求項10之照明系統，其中該等LED(R,G,B)中之每一LED在以標稱功率受到驅動時皆具有一至少25 mW之輻射功率輸出。
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