專利名稱：帶防護(hù)外套管的光導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種傳輸和/或分配光的光導(dǎo)。具體而言，本發(fā)明涉及一種采用全內(nèi)反射來輸運(yùn)光的光導(dǎo)。
背景技術(shù)：
光導(dǎo)(或稱光導(dǎo)管)通常用于從一光源(例如一高強(qiáng)度燈泡)將光傳送到遠(yuǎn)處，要求傳輸損失比較低。光導(dǎo)也能用來有效地對(duì)相當(dāng)大面積分配裝飾性或功能性的光。
光導(dǎo)的通常結(jié)構(gòu)包括一管壁，管壁內(nèi)側(cè)是非結(jié)構(gòu)化的，而其外側(cè)是結(jié)構(gòu)化的。管壁非結(jié)構(gòu)化的內(nèi)側(cè)一般是光滑的，其結(jié)構(gòu)化的外側(cè)通常包括一排并排平行排列的棱鏡，以形成多個(gè)沿光導(dǎo)長度延伸的三角槽。進(jìn)入光導(dǎo)的光，只要入射角不超過某定值，將被全內(nèi)反射約束著而沿光導(dǎo)的長度方向傳輸。上述光導(dǎo)的典型示例，已在美國4,805,984號(hào)專利中披露，本發(fā)明引為參考。
采用了各種技術(shù)分配來自光導(dǎo)的光，以照亮一定區(qū)域。一類技術(shù)是修改棱鏡(例如可將棱鏡的外角磨圓，磨損棱鏡，或完全去除所選的棱鏡等)，使光從修改后的部位釋放出去。另一種技術(shù)是在光導(dǎo)中置入一種光抽出器。光抽出器的典型例子是帶狀或片狀材料(例如，“SCOTCH-CAL EXTRACTORFILMTM”)，它被構(gòu)造成反射以全內(nèi)反射角度范圍以外的角度射向光導(dǎo)的光。當(dāng)以這種方式反射光時(shí)，使光導(dǎo)的內(nèi)反射受到削弱，而允許光得以逸出光導(dǎo)壁，提供裝飾性或功能性照明。
光導(dǎo)通常是用光學(xué)照明薄膜(optical lighting film，OLF)制造的。典型的OLF由比較薄的透明材料片(例如丙烯酸脂或聚碳酸脂)制成，該片材的一側(cè)上壓紋或用別的辦法形成一排棱鏡。這種材料片基本上是柔性的，可將OLF卷成管狀的光導(dǎo)。OLF適用于光導(dǎo)生產(chǎn)的技術(shù)在美國4,906,070號(hào)和5,056,892號(hào)專利中有披露，本發(fā)明引為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種包括中空光導(dǎo)的光傳遞裝置。光導(dǎo)壁的內(nèi)側(cè)一般是光滑的，其外側(cè)是結(jié)構(gòu)化的。該結(jié)構(gòu)化的外側(cè)包括多個(gè)形成凹槽的棱鏡，該凹槽沿光導(dǎo)的長度方向伸展。在光導(dǎo)的結(jié)構(gòu)化外側(cè)周圍提供一防護(hù)外套管。在某些實(shí)施例中，外套管與光導(dǎo)有至少三處粘連，它們沿光導(dǎo)的周邊隔開。在另幾個(gè)實(shí)施例中，采用夾具使光導(dǎo)保持彈性形變、非圓柱形截面結(jié)構(gòu)。
附圖簡介附圖是本說明書的一部分，具體說明本發(fā)明的一些方面，與文字?jǐn)⑹鲆黄鸾忉尡景l(fā)明的原理。各圖簡單介紹如下

圖1是按本發(fā)明原理構(gòu)造的照明裝置的剖視圖；圖2是圖1中照明裝置的端視圖；圖3是沿圖2的3-3切割線得出的剖面圖；圖4的平面圖示出按本發(fā)明原理具有光抽出圖案的光導(dǎo)，所述光導(dǎo)已被縱向剖開并鋪平；圖5的平面圖示出按本發(fā)明原理具有光抽出圖案的另一種光導(dǎo)，所述光導(dǎo)已被縱向剖開并鋪平；圖6的平面圖示出按本發(fā)明原理具有光抽出圖案的又一種光導(dǎo)，所述光導(dǎo)已被縱向剖開并鋪平；圖7的平面圖示出按本發(fā)明原理具有光抽出圖案的再一種光導(dǎo)，所述光導(dǎo)已被縱向剖開并鋪平；圖8的平面圖示出按本發(fā)明原理具有光抽出圖案的另外光導(dǎo)，所述光導(dǎo)已被縱向剖開并鋪平；圖9是按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置的端視圖，該照明裝置具有在光導(dǎo)中插入的襯里上提供的光釋放結(jié)構(gòu)圖案；圖10是按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置的端視圖，該照明裝置包括的光導(dǎo)具有分立的燒融處來實(shí)現(xiàn)光從光導(dǎo)的釋放；圖11是按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置的端視圖，該照明裝置包括的光導(dǎo)具有分布在其外表面上的點(diǎn)狀圖案來實(shí)現(xiàn)光從光導(dǎo)的釋放；圖12是按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置的端視圖，該照明裝置包括與內(nèi)部光導(dǎo)粘連的外套管；
圖13是按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置的端視圖，該照明裝置包括的光導(dǎo)被具有反射點(diǎn)圖案的外套管包圍；圖14A顯示了按本發(fā)明原理裝在方形夾具中的照明裝置；圖14B顯示了按本發(fā)明原理裝在三角形夾具中的照明裝置；圖14C顯示了按本發(fā)明原理裝在矩形夾具中的照明裝置；圖14D顯示了按本發(fā)明原理裝在半球形夾具中的照明裝置；圖14E顯示了按本發(fā)明原理裝在角支架夾具中的照明裝置；圖15A顯示了按本發(fā)明原理裝在雙片夾具中的照明裝置；圖15B是圖15A所示照明裝置的端視圖；以及圖16顯示一對(duì)按本發(fā)明原理構(gòu)造的照明模件。
詳細(xì)說明這里將詳細(xì)參考附圖所示本發(fā)明的示例方面。只要可能，在所有各圖中，對(duì)同樣或類似的部件采用相同的標(biāo)號(hào)。
圖1-圖3示出按本發(fā)明原理構(gòu)造的照明裝置20。該照明裝置20包含一個(gè)中空的管狀光導(dǎo)22，和包圍光導(dǎo)的柔性防護(hù)外套管24。光導(dǎo)22包含一圓柱管壁26，它具有結(jié)構(gòu)化的外表面28和一般為光滑的內(nèi)表面30。結(jié)構(gòu)化的外表面28包含一排棱鏡32(例如直角等邊棱鏡或其它類型的棱鏡)，它們彼此平行并排排列形成多個(gè)沿光導(dǎo)22長度伸展的凹槽34。光導(dǎo)22的構(gòu)造使得在光導(dǎo)22中預(yù)定角度范圍傳播的入射光在光導(dǎo)22中被全內(nèi)反射。例如圖3所示，以小于θ的角度入射到光導(dǎo)22內(nèi)表面30的光在光導(dǎo)22中被全內(nèi)反射。θ角定義為周圍介質(zhì)(典型的為空氣)折射率跟光導(dǎo)壁材料折射率的比值的反正弦。如果介質(zhì)材料的折射率為1.5，這正是丙烯酸脂塑料的情形，則θ約為27.5°。
光導(dǎo)22管壁26的具體材料可有多種選擇，對(duì)多數(shù)應(yīng)用來講，希望材料是柔性且透明的。典型的材料包括聚合物材料或玻璃。有用的聚合物材料包括丙烯酸脂和聚碳酸脂，它們的標(biāo)稱折射率分別為1.49和1.58。別的有用的聚合物還有聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。對(duì)本發(fā)明來講，不必專門選取特別材料，只要它具有所述功能即可。適合作圓柱管壁26的典型產(chǎn)品是光學(xué)照明薄膜(OLF)，購自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司。
有幾種不同方法都可用來大量生產(chǎn)光導(dǎo)22的圓柱管壁26。例如美國專利3,689,346號(hào)、4,244,683號(hào)和4,576,850號(hào)都披露了適用于制造圓柱管壁26的技術(shù)，本發(fā)明引為參考。對(duì)本發(fā)明來講，特別的制造過程并不必須，只要選擇經(jīng)濟(jì)的并易得到的技術(shù)。
用OLF制造光導(dǎo)22，需將OLF滾成或卷成管狀結(jié)構(gòu)，其縱向的接縫可用超聲融合、粘合劑、膠帶紙或夾子等傳統(tǒng)工藝來固定。在有的實(shí)施例中，管子的縱向邊緣可以重疊。在另一些實(shí)施例中，圓柱管壁26可以通過接觸防護(hù)套管24而維持管狀。
雖然用柔性O(shè)LF制造光導(dǎo)22很方便，但別的構(gòu)造法也是可用的。例如可用擠壓成型或模具制造的光導(dǎo)22，以提供柔性或剛性的單一元件。
光導(dǎo)22圓柱管壁26的厚度對(duì)本發(fā)明無關(guān)緊要。然而在一個(gè)非限制性的實(shí)施例中，圓柱管壁26的厚度通常約為0.015英寸，在其外圓柱面圓周上每英寸包含約70條棱鏡。這個(gè)實(shí)施例展示了足夠的柔性，可卷成最小直徑為約3英寸的圓柱光導(dǎo)。此外該種薄膜也具有足夠的剛性和自支撐力，當(dāng)卷成的圓柱光導(dǎo)的直徑至少為18英寸時(shí)，還能維持它的形狀。
照明裝置20也包含多個(gè)光釋放結(jié)構(gòu)，使光得以從光導(dǎo)22的圓柱壁26透射或釋放。如圖1-3所示，光釋放結(jié)構(gòu)包含沿圓柱壁26光滑內(nèi)表面30提供的多個(gè)點(diǎn)36。這多個(gè)點(diǎn)36可包含任意種不同類型的較小、分立、互不連接的光釋放結(jié)構(gòu)，它們都能將光反射或折射到一大于θ的角度，讓光得以從圓柱管壁26釋放出去。如圖1所示，這些點(diǎn)36一般是圓形。然而這些點(diǎn)也可以是任何不同的形狀。典型的別種形狀包括菱形、八角形、三角形、矩形、十字形、橢圓形、不對(duì)稱形等等。
根據(jù)想要從光導(dǎo)22抽出的光的多少，可改變點(diǎn)的密度。通過增大點(diǎn)的密度，從光導(dǎo)22抽出的光就增多。通過減小點(diǎn)的密度，從光導(dǎo)抽出的光就減少。
點(diǎn)“密度”這個(gè)術(shù)語意指光滑內(nèi)表面30上每單位面積中所有點(diǎn)的覆蓋面積。有許多不同技術(shù)來改變點(diǎn)的密度。例如，增加點(diǎn)密度可以通過維持內(nèi)表面30單位面積中恒定數(shù)目的點(diǎn)，并增大點(diǎn)的相對(duì)大小?；蛘?，增加點(diǎn)密度可以通過維持均勻的點(diǎn)大小，并增加內(nèi)表面30單位面積中的點(diǎn)數(shù)目。再者，將點(diǎn)大小和單位面積的點(diǎn)數(shù)目一起改變，以實(shí)現(xiàn)所要求的照明狀況。
在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)36沿線排列，這些線的間隔是每英寸包含約20條線，這些點(diǎn)覆蓋每根線的5-50％。在別的實(shí)施例中，提供的線覆蓋為0-100％。在整個(gè)內(nèi)表面30上散布點(diǎn)36，保持點(diǎn)36都比較小，這樣作可從光導(dǎo)22均勻地抽出光，在照明中不產(chǎn)生任何朝外的可見邊緣或不連續(xù)區(qū)。換句話說，采用這些點(diǎn)36可提供照明中沒有分立或驟變的照明(例如，消除了采用片狀或帶式光抽出器引起的明顯邊緣)。采用這些點(diǎn)36可提供通過光導(dǎo)22的360°光抽出(即在光導(dǎo)22的整個(gè)圓周上釋放光)。這些點(diǎn)36還可用于非圓柱形光導(dǎo)，以提供360°的光抽出。在這個(gè)實(shí)施例中，光從光導(dǎo)的整個(gè)外周抽出，在照明時(shí)不產(chǎn)生任何覺得出的間隙或不連續(xù)區(qū)。例如，如果光導(dǎo)是矩形的，可從光導(dǎo)的所有四邊抽出光，在照明時(shí)不產(chǎn)生任何覺得出的間隙或不連續(xù)區(qū)。在另一實(shí)施例中，這些點(diǎn)可選擇性地分布，只覆蓋中空光導(dǎo)的部分弧段。例如，為了從光導(dǎo)的特定弓形部分引出光來，可只將點(diǎn)印刷在中空光導(dǎo)的一半上(也就是只將點(diǎn)印刷在光導(dǎo)的180°弧段上)。在另一實(shí)施例中，只在光導(dǎo)的選出區(qū)域布上點(diǎn)圖案，以提供期望的照明效果或圖案(例如，螺旋波形、帶紋等)。
較佳的是，點(diǎn)36可通過涂抹、噴涂、沉積、印刷、顆粒沉積、粉末涂覆、噴漆或直接涂布到光導(dǎo)22的光滑內(nèi)表面30上。例如，可在圓柱壁26的光滑內(nèi)表面30上直接印上點(diǎn)36(例如，激光打印、噴墨打印、數(shù)字打印、絲屏打印等等)。也可用熱傳遞打印機(jī)或熱噴墨打印機(jī)。最好在圓柱壁26被鋪平的情況下在其光滑內(nèi)表面30上印上點(diǎn)36。印好這些點(diǎn)后，再將圓柱壁26卷成管狀光導(dǎo)22。
點(diǎn)36最好用半透明材料來作成，既能反射也能折射(即透射)光。例如圖3所示入射到點(diǎn)36之一上的光束38被漫反射或散射(示為光束40)并被折射(示為光束42)。光束40和42被導(dǎo)向大于θ的角度，使得光束從光導(dǎo)22的圓柱管壁26逸出。點(diǎn)36可用任何不同類型的反射/折射涂層、墨水、染料或漆來作成。最好用象二氧化鈦這類的白色漫反射材料。這些點(diǎn)36最好足夠薄，以保證一定的半透明度。例如，當(dāng)采用二氧化鈦時(shí)，點(diǎn)36的厚度最好在10-15微米范圍。從光導(dǎo)22逸出的反射和折射光的組合幫助光導(dǎo)22提供更均勻的照明狀況。
因?yàn)楣庠诠鈱?dǎo)22中傳播時(shí)釋放，所以光導(dǎo)22中的光強(qiáng)度沿光導(dǎo)22長度方向下降。然而，往往希望沿光導(dǎo)22長度方向保持光亮度基本恒定。沿光導(dǎo)22長度方向上特定點(diǎn)處釋放光的亮度是該點(diǎn)處光導(dǎo)22里光強(qiáng)的函數(shù)。通過增加沿光導(dǎo)22長度方向上光釋放機(jī)構(gòu)的密度，來調(diào)和光強(qiáng)的下降，有可能維持沿光導(dǎo)長度方向上恒定的照明亮度。
圖4示出可用于光導(dǎo)22的一種點(diǎn)36圖案。如圖4所示，光導(dǎo)22的圓柱管壁26已被縱向剖開并鋪平使其光滑內(nèi)表面30朝上。可見光導(dǎo)22的長度L和圓周C。圖4的特殊圖案適合于沿光導(dǎo)22長度方向提供均勻亮度，這里光導(dǎo)22用單個(gè)光源44。光導(dǎo)22的第一頂端46與第二頂端48相對(duì)。第一頂端46位置緊靠光源44。點(diǎn)密度36從第一頂端46到第二頂端48，按沿長度L方向延伸的梯度逐步增大。
如圖4所示，通過按光導(dǎo)22內(nèi)光強(qiáng)減弱的比例，沿長度L方向增大點(diǎn)密度，來提供均勻光亮度。沿長度方向特定點(diǎn)處的點(diǎn)一般均勻地分布在光導(dǎo)22的圓周C上。這結(jié)構(gòu)在沿光導(dǎo)22的全長度L上都提供了360°均勻的光抽出/照明。
圖5顯示按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一光導(dǎo)122。該光導(dǎo)122已被縱向剖開、鋪平，圖中可見光導(dǎo)122的長度L和圓周C。長度L從光導(dǎo)122的第一頂端146延伸到其第二頂端148。在光導(dǎo)122的光滑內(nèi)表面130上提供一種抽光點(diǎn)36的圖案。該點(diǎn)36圖案具有沿光導(dǎo)122長度L延伸的密度梯度。當(dāng)二個(gè)光源144分別置于二頂端146和148時(shí)，該梯度適于提供沿光導(dǎo)122長度L的均勻亮度。為了提供均勻的亮度，在光導(dǎo)122上從兩頂端146和148到其長度L的中點(diǎn)，點(diǎn)密度漸漸或逐步增大。就是說，點(diǎn)36密度最大處位于光導(dǎo)122的中點(diǎn)。對(duì)于一端是光源，相對(duì)端是反射端帽的光導(dǎo)，仍可用該特定結(jié)構(gòu)提供均勻照亮。
圖6說明按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一光導(dǎo)222。類似前述的實(shí)施例，光導(dǎo)222已被縱向剖開、鋪平，其光滑內(nèi)表面230朝上。光導(dǎo)222包括圓周C和長度L。類似于圖4的實(shí)施例，當(dāng)光導(dǎo)222使用一個(gè)光源244時(shí)，它適于發(fā)射沿長度L方向亮度基本均勻的光。為實(shí)現(xiàn)這一均勻發(fā)光，在光滑內(nèi)表面230上提供點(diǎn)36的圖案。點(diǎn)36圖案的密度梯度隨光導(dǎo)222從光源244在長度方向上的延伸而增大。點(diǎn)36圖案還有第二密度梯度，它沿著光導(dǎo)222的圓周方向變化。例如排列點(diǎn)36，使得隨著光導(dǎo)222從縱邊250、252向光導(dǎo)的縱向中線254延伸，點(diǎn)密度逐步增大。實(shí)際上，圓周點(diǎn)梯度疊加在縱向點(diǎn)梯度上?？v向點(diǎn)梯度提供沿光導(dǎo)222長度的均勻亮度。圓周點(diǎn)梯度使大量的光從光導(dǎo)22的一側(cè)釋放，從而產(chǎn)生定向照明效果。如果光導(dǎo)222被安裝在天花板或墻壁這類結(jié)構(gòu)上，這種定向照明是有用的。在這類應(yīng)用中，可引導(dǎo)大多數(shù)光離開天花板或墻壁，從而加強(qiáng)光導(dǎo)222的功能性照明。在此應(yīng)用中，期望最大點(diǎn)密度處的點(diǎn)多數(shù)是反射性的，少數(shù)是半透明的，以保證大多數(shù)抽出的光被反射到光導(dǎo)222的一側(cè)。
圖7說明按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一光導(dǎo)322。光導(dǎo)322已被縱向剖開、鋪平，其光滑內(nèi)表面330朝上。光導(dǎo)322確定長度L和圓周C。這里在內(nèi)表面330上提供多個(gè)線狀36’的光釋放結(jié)構(gòu)。類似圖6的實(shí)施例，排列線36’以提供雙向梯度，它適于沿光導(dǎo)322的長度方向提供均勻亮度的光，同時(shí)在光導(dǎo)322的一側(cè)提供較強(qiáng)的光輸出。線36’包含圓周線36c，在光導(dǎo)322上離開光源344越遠(yuǎn)，圓周線36c彼此就越靠近。線36’還包含縱向線361，在光導(dǎo)322上越靠近光導(dǎo)322的縱向中線354，縱向線361彼此就越靠近。該線圖案提供與圖6實(shí)施例的點(diǎn)圖案相似的照明效果?？梢圆捎蒙鲜鰧Ⅻc(diǎn)36施加到光導(dǎo)上的許多技術(shù)中任何一種，把線36’施加到光導(dǎo)322上。
圖8說明按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一光導(dǎo)422。光導(dǎo)422已被縱向剖開、鋪平，其光滑內(nèi)表面430朝上。光導(dǎo)422確定長度L和圓周C。光導(dǎo)422包含一個(gè)點(diǎn)36圖案，它的密度梯度隨光導(dǎo)422從光源444縱向延伸而逐步增加。類似前述的實(shí)施例，這一密度梯度有助于使光導(dǎo)422沿其長度L方向提供基本均勻的亮度。此點(diǎn)圖案還包含一塊比周圍區(qū)域點(diǎn)密度更高的區(qū)域423。區(qū)域423確定一圖像(如，字母“A”)，它疊加在沿光導(dǎo)422長度L延伸的點(diǎn)梯度上。在區(qū)域423抽出的光比周圍區(qū)域更多，于是可從光導(dǎo)上看見該圖像。任何不同種類的圖像，譬如字母、數(shù)字、符號(hào)、圖象顯示、美工、設(shè)計(jì)等，都可這樣演示出來。
對(duì)于圖8的實(shí)施例，期望有一包括圖像的防護(hù)外套管(例如，將一數(shù)字圖像印在外套管上，或印在外套管和光導(dǎo)422之間的襯里上)，該圖像對(duì)應(yīng)于較高點(diǎn)密度的區(qū)域423。例如，該圖像可以包括一塊更透明的區(qū)域(即，比周圍區(qū)域更清澈、吸收光更少的區(qū)域)，該區(qū)域?qū)?zhǔn)區(qū)域423。通過將透明區(qū)域直接定位在區(qū)域423上，可以提供透明區(qū)域和區(qū)域423之間的對(duì)準(zhǔn)，使得區(qū)域423折射的光被導(dǎo)向更透明的區(qū)域?；蛘?，使透明區(qū)域與區(qū)域423直接相對(duì)，使得被區(qū)域423反射的光經(jīng)過光導(dǎo)并透過透明區(qū)域。這塊更透明區(qū)域的形狀跟區(qū)域423可同，也可不同。
雖然沒有顯示，但可以理解上述光導(dǎo)122、222、322和422包括與所述內(nèi)側(cè)130、230、330和430相對(duì)的結(jié)構(gòu)化外側(cè)。這些結(jié)構(gòu)化外側(cè)最好類似于光導(dǎo)22的外側(cè)28。
圖9顯示按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置520。該照明裝置520包含一個(gè)光導(dǎo)522及包圍住它的防護(hù)套管524。光導(dǎo)522中有透明的內(nèi)部圓柱/襯里525。在襯里525的內(nèi)表面或外表面上提供點(diǎn)圖案36。點(diǎn)圖案可以是前述的任一點(diǎn)圖案，或其它點(diǎn)圖案。在有些實(shí)施例中，內(nèi)部襯里525可從光導(dǎo)522內(nèi)拿出，從而允許將不同的抽光襯里插入光導(dǎo)522以實(shí)現(xiàn)不同的照明效果。抽光襯里525特別適用于無縫或擠壓成型的光導(dǎo)，其中很難把點(diǎn)圖案施加到光導(dǎo)522的光滑內(nèi)表面530。
圖10說明了按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置620。該照明裝置620包含一個(gè)光導(dǎo)622及包圍住它的防護(hù)套管624。光導(dǎo)622的圓柱管壁626具有結(jié)構(gòu)化的外表面628和內(nèi)表面630。在內(nèi)表面630上形成多個(gè)光釋放點(diǎn)36″。點(diǎn)36″是在內(nèi)表面630上燒蝕成的多個(gè)凹槽或洞眼。燒蝕點(diǎn)36″適于改變光在裝置620里的通路，使得從裝置620抽出光。燒蝕點(diǎn)36″的分布可類似前述任何點(diǎn)圖案，還可采用別的點(diǎn)圖案。
圖11顯示按本發(fā)明原理構(gòu)造的另一照明裝置720。該照明裝置720包含一個(gè)光導(dǎo)722及包圍住它的防護(hù)套管724。形成光導(dǎo)722的圓柱管壁726具有結(jié)構(gòu)化的外表面728和光滑內(nèi)表面730。光導(dǎo)722也包含多個(gè)光釋放結(jié)構(gòu)，使光得以從圓柱管壁726釋放出去。較佳的是，光釋放結(jié)構(gòu)包括圓柱管壁726結(jié)構(gòu)化外表面728上的點(diǎn)36圖案或陣列。可以理解可用類似于將點(diǎn)施加到光導(dǎo)22內(nèi)表面30的技術(shù)將點(diǎn)36施加于外表面728。此外，可將圖4-8所示的任何一種點(diǎn)圖案，或別的圖案，施加到結(jié)構(gòu)化的外表面728，以提供所想要的照明效果。結(jié)構(gòu)化外表面728上的點(diǎn)36減弱了這些點(diǎn)區(qū)域上光導(dǎo)722的內(nèi)反射，實(shí)際上建立了一種折射窗口讓光逸出光導(dǎo)722。
如圖4-8所示，光釋放結(jié)構(gòu)一般安排成線性陣列。不論光釋放結(jié)構(gòu)是在光滑平面?zhèn)?，還是在棱鏡側(cè)，在各個(gè)實(shí)施例中這些光釋放光結(jié)構(gòu)36可以任意地分布。光釋放結(jié)構(gòu)也能配置成不提供360°照明，或不提供沿光導(dǎo)整個(gè)長度的光抽出。此外，為了提供定向照明，可在光導(dǎo)的部分弧段上提供光釋放結(jié)構(gòu)的圖案(例如，在180°的弧上)。在這種實(shí)施例中，可在有圖案的部分弧的對(duì)面，配以無光釋放機(jī)構(gòu)的“窗口”。光釋放機(jī)構(gòu)反射的光被導(dǎo)出窗外。在有圖案的部分弧的背后配一背反射體(例如，在防護(hù)套管上)可用來進(jìn)一步把光導(dǎo)出窗外。
回頭看圖1，光導(dǎo)20的外套管24最好用相對(duì)較薄且柔性的材料來做。在一個(gè)非限制性的實(shí)施例里，外套管24用一張厚度約0.020英寸的聚碳酸脂薄膜制成。在別的實(shí)施例中，其厚度范圍可在0.008-0.04英寸。最好將套管24卷成一般的管形，套管24的縱向邊緣連成一條縱縫?？捎谜澈蟿?、膠帶紙、超聲融合或激光融合等辦法來固定該縱縫。在某些實(shí)施例中，套管24的縱向邊緣可彼此重疊。在還有一些實(shí)施例中，套管24可擠壓成形或用別的辦法做成一體的、無縫管子。
在一些實(shí)施例中，套管24依靠磨擦力固定在光導(dǎo)22周圍?；蛘?，圖12顯示的照明裝置20’中，套管24通過粘合劑60連到光導(dǎo)22上。在該實(shí)施例中，粘合劑60在光導(dǎo)22外圓周上間隔的三個(gè)或更多分立位置處形成套管24和光導(dǎo)22之間的鍵連。如該實(shí)施例所示，大部分棱鏡頂端與外套管24連接(例如，圖12示出所有頂端都與外套管鍵連)?；蛘?，將粘合劑的連續(xù)涂層施加到圓周上的部分乃至全部棱鏡膜上，甚至填滿其溝槽，只要存在粘合劑與光學(xué)照明薄膜/棱鏡薄膜之間的折射率差，使得形成全內(nèi)反射，實(shí)現(xiàn)光的輸運(yùn)。一些實(shí)施例還用粘合劑作光導(dǎo)22的光抽出。在其它實(shí)施例中，像前面敘述的點(diǎn)或別的光釋放結(jié)構(gòu)被用于提供光抽出。
外套管24可以是透明的。當(dāng)然也可用別的涂層(例如，無光澤的、有色的、或不透明的涂層)。此外，套管24的內(nèi)或外表面可包括幫助光導(dǎo)實(shí)現(xiàn)期望照明效果的結(jié)構(gòu)。例如，防護(hù)套管24的一部分(如部分弧段)可涂上反射材料，諸如漫反射材料(如白漆)，或鏡面反射材料(如鏡面)。有些實(shí)施例將反射材料(如，德拉威州威明頓市的杜邦公司出品的TyvekTM材料)夾在防護(hù)套管24跟光導(dǎo)22之間。圖13顯示的照明裝置20″是將反射或半透明點(diǎn)36’的圖案提供在套管24的內(nèi)表面25上。最好還將多個(gè)點(diǎn)36提供在光導(dǎo)22上，以引導(dǎo)光通過光導(dǎo)壁朝向套管24上的點(diǎn)36’?？蓪Ⅻc(diǎn)36’排列成各種圖案，以提供裝置20″期望的照明外觀。例如，可將套管上的點(diǎn)36’按沿裝置20″長度方向延伸的梯度排列，以提供非均勻照明。也可在套管的部分弧上提供點(diǎn)36’，或按圓周梯度排列，起定向照明的背反射器功能。此外，在又一實(shí)施例中，套管24的大部分表面25都是反射性的，在反射材料上有開口或“洞眼”圖案。還可在光導(dǎo)22和外套管24之間插入具有多個(gè)開口的反射襯里，也能達(dá)到相似的效果。
套管24很重要，因?yàn)楣鈱?dǎo)22的結(jié)構(gòu)化外表面28很易損壞，又對(duì)灰塵和濕氣很敏感。因此，外套管24具有保護(hù)脆弱外表面28的功能。外套管24也有助于增強(qiáng)照明裝置20的可操作性。
光導(dǎo)20的重要特性是照明裝置20是柔性的或易彈性形變。較佳的是，裝置20結(jié)合一般剛性的夾具使用，夾具能支撐彈性形變、非圓柱形的照明裝置20。圖14A-14D說明了四種不同的夾具62A-62D，每一種都用一般剛性聚合材料制成。這里“剛性”這個(gè)術(shù)語意指夾具具有足夠的強(qiáng)度保持照明裝置20的彈性形變、非圓柱形狀。
夾具62A-62D可是透明的或不透明，可包括各種不同類型的涂層，如無光澤涂層、有色涂層，或各種裝飾設(shè)計(jì)。圖14A-14D顯示每種夾具62A-62D都是擠壓成形的單件。照明裝置20(示意性地顯示)可被塞進(jìn)任何一種夾具62A-62D中。例如，照明裝置20可先形變后縱向滑進(jìn)或穿過種夾具62A-62D。在插入過程中，防護(hù)套管24保護(hù)光導(dǎo)22的結(jié)構(gòu)化外表面28免受損傷。照明裝置20被塞進(jìn)夾具62A后，夾具62A維持裝置20的彈性形變的、方截面形狀。照明裝置20被塞進(jìn)夾具62B后，夾具62B維持裝置20的彈性形變的、三角形截面形狀。照明裝置20被塞進(jìn)夾具62C后，夾具62C維持裝置20的彈性形變的、矩形截面形狀。照明裝置20被塞進(jìn)夾具62D后，夾具62D維持裝置20的彈性形變的、半球形截面形狀。
圖14E示出適于將光導(dǎo)22裝在屋角的夾具62E。夾具62E適于保持照明裝置20的三角形形狀。較佳的是，在照明裝置20的至少一端配備燈泡70。為了引導(dǎo)光離開屋角，照明裝置最好具有雙向點(diǎn)梯度，用于引導(dǎo)光從箭頭72指示的方向離開屋角。圖6顯示了這樣一種雙向梯度。最好讓靠近照明裝置20區(qū)域74處的點(diǎn)密度最高。
圖15A顯示的夾具62F含有二片分離的相對(duì)片材90，用于握住照明裝置20。類似前述的夾具，片材90最好有透光性(例如，透明、不透明等)。照明裝置20被塞進(jìn)夾具62F后，夾具的相對(duì)片材90被鉗住收緊，使照明裝置20形變成橢圓形截面形狀(圖15B)。夾具62F最好是蚌殼形設(shè)計(jì)，其中裝飾性的有色墊片92夾在片材90之間。然而它也可用別種形狀(如方形、矩形、三角形、菱形、八角形、六角形等)。此外，有些實(shí)施例也可用多于兩片的夾具。
圖16顯示了按本發(fā)明原理構(gòu)成的兩個(gè)照明模件20a和20b。模件20a和20b包括對(duì)準(zhǔn)特征部，可將二個(gè)模件互連構(gòu)成延長的光導(dǎo)。對(duì)準(zhǔn)特征部最好構(gòu)造成確保每個(gè)模件上點(diǎn)圖案或梯度相互對(duì)準(zhǔn)或一致，以提供期望的沿延長光導(dǎo)的照明外觀。如圖16所示，對(duì)準(zhǔn)特征部包括模件20a和20b軸端上的凹槽27和突起29。當(dāng)模件20a和20b互連時(shí)，模件20a的凹槽27接受互連模件20b上的突起29，從而保證了模件20a和20b之間的角度/轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)?？梢岳斫猓＜?0a和20b中的每一個(gè)都具有與照明裝置20或這里所述的任何其它照明裝置類似的結(jié)構(gòu)。
可以理解光導(dǎo)22、防護(hù)套管24、分離的抽出器(如襯里525)或它們的任何組合都可包括對(duì)準(zhǔn)特征部。此外，可以理解當(dāng)需要接長光導(dǎo)時(shí)，各個(gè)光導(dǎo)都可具有混合的抽光梯度(就是說，要選擇梯度使得在兩管互連處點(diǎn)密度大致相同)，使沿整個(gè)長度都能均勻照明。對(duì)準(zhǔn)特征部還能為夾具內(nèi)的照明裝置提供轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。例如，照明裝置可包含終端凹槽，它可接受夾具上的對(duì)準(zhǔn)突出。
在有些實(shí)施例里，根據(jù)本發(fā)明的原理，一張平的光學(xué)照光薄膜可用作照明目的。抽光圖案可印在或用其它方法施加在膜上。在照光薄膜的棱鏡上可粘連一層防護(hù)層來保護(hù)棱鏡。在防護(hù)層外面(與棱鏡相反的面)也可提供粘合劑，以便把照光薄膜附到夾具上，如玻璃壁或其它夾具。
通過前面的敘述應(yīng)當(dāng)明白，細(xì)節(jié)是可改變的，特別是關(guān)于所用的結(jié)構(gòu)材料、形狀、大小和部件排列等，而這些變化并不偏離本發(fā)明的范圍。希把本說明書和描述的各方面僅僅看成示范，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求書的廣泛意義所指出。
權(quán)利要求
1.一種光傳送裝置，其特征在于，它包括一個(gè)中空光導(dǎo)，它包含一管壁，管壁的內(nèi)表面一般是光滑的，而外表面是結(jié)構(gòu)化的，結(jié)構(gòu)化的外表面包括多個(gè)棱鏡，這些棱鏡形成沿光導(dǎo)長度延伸的槽溝；以及一個(gè)防護(hù)外套管，它與光導(dǎo)的結(jié)構(gòu)化外表面間至少有三處粘連，這三處間隔分布在光導(dǎo)圓周上。
2.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一種光釋放結(jié)構(gòu)，它鄰近光導(dǎo)的內(nèi)表面或外表面中的至少一個(gè)，它使光通過光導(dǎo)的管壁從光導(dǎo)釋放出去。
3.如權(quán)利要求2所述的光傳送裝置，其特征在于光釋放結(jié)構(gòu)由多個(gè)光釋放點(diǎn)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的光傳送裝置，其特征在于光釋放結(jié)構(gòu)由多個(gè)光釋放線構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的光傳送裝置，其特征在于光釋放結(jié)構(gòu)包含多個(gè)印在光導(dǎo)上的光釋放結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于外套管是用粘合劑粘連到光導(dǎo)上。
7.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于大多數(shù)棱鏡與外套管粘連。
8.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于光導(dǎo)管壁由柔性光學(xué)薄膜構(gòu)成，外套管由柔性聚合物層做成。
9.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于外套管是透明的。
10.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于外套管有無光澤的表面涂層。
11.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于外套管包含反射材料。
12.如權(quán)利要求11所述的光傳送裝置，其特征在于反射材料包括印在外套管上的反射材料圖案。
13.如權(quán)利要求11所述的光傳送裝置，其特征在于反射材料包括多個(gè)點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于外套管包含半透明材料。
15.如權(quán)利要求6所述的光傳送裝置，其特征在于粘合劑提供從光導(dǎo)的光抽出。
16.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于光傳送裝置包括對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，以便旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)光傳送裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的光傳送裝置，其特征在于對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)包含從光導(dǎo)和套管中的至少一個(gè)軸向突起的一個(gè)突出。
18.如權(quán)利要求16所述的光傳送裝置，其特征在于對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)包含光導(dǎo)和外套管中的至少一個(gè)確定的端面凹槽。
19.如權(quán)利要求1所述的光傳送裝置，其特征在于基本上所有棱鏡都與外套管粘連。
20.一種光分布系統(tǒng)，其特征在于，它包括柔性的中空光導(dǎo)，其管壁的內(nèi)表面一般是光滑的，而外表面是結(jié)構(gòu)化的，結(jié)構(gòu)化的外表面包括多個(gè)棱鏡，棱鏡形成沿光導(dǎo)長度延伸的槽溝；柔性防護(hù)外套管，它包圍光導(dǎo)的結(jié)構(gòu)化外表面；以及夾具，用來維持中空光導(dǎo)的彈性形變、非圓柱形狀，其中外套管防止光導(dǎo)的結(jié)構(gòu)化外表面接觸夾具。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于外套管粘連在光導(dǎo)上。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于用粘合劑將外套管粘連在光導(dǎo)上。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于在圓周上至少幾個(gè)間隔的位置處外套管粘連在光導(dǎo)上。
24.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于大多數(shù)棱鏡與外套管粘連。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于實(shí)際上所有棱鏡與外套管粘連。
26.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于光導(dǎo)管壁由柔性的光學(xué)薄膜構(gòu)成，外套管由柔性的聚合物層做成。
27.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于外套管是透明的。
28.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于外套管有無光澤的表面涂層。
29.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于外套管包含反射材料。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于反射材料包括印在外套管上的反射材料圖案。
31.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于反射材料包括多個(gè)點(diǎn)。
32.如權(quán)利要求20所述的光傳送裝置，其特征在于外套管包含半透明材料。
33.如權(quán)利要求20所述的光傳送裝置，其特征在于夾具維持光導(dǎo)的方形截面形狀。
34.如權(quán)利要求20所述的光傳送裝置，其特征在于夾具維持光導(dǎo)的矩形截面形狀。
35.如權(quán)利要求20所述的光傳送裝置，其特征在于夾具維持光導(dǎo)的三角形截面形狀。
36.如權(quán)利要求20所述的光傳送裝置，其特征在于夾具維持光導(dǎo)的半球形截面形狀。
37.一種光學(xué)薄膜，其特征在于，它包括一般光滑的第一表面，和結(jié)構(gòu)化的第二表面，結(jié)構(gòu)化的第二表面包括多個(gè)棱鏡，棱鏡確定多個(gè)平行槽溝；以及柔性防護(hù)層，它與光學(xué)薄膜的至少幾個(gè)棱鏡粘連。
38.如權(quán)利要求37所述的光傳送裝置，其特征在于用粘合劑將防護(hù)層粘連到棱鏡。
39.如權(quán)利要求37所述的光傳送裝置，其特征在于大多數(shù)棱鏡都與防護(hù)層粘連。
40.權(quán)利要求39所述的光傳送裝置，其特征在于基本上所有棱鏡都與防護(hù)層粘連。
41.權(quán)利要求37所述的光傳送裝置，其特征在于防護(hù)層包括柔性聚合物薄膜。
全文摘要
一種照明裝置包括光導(dǎo)(22)。光導(dǎo)(22)是中空的，并包括圓柱管壁(26)，該管壁具有結(jié)構(gòu)化的外表面(28)和光滑的內(nèi)表面(30)。提供光釋放結(jié)構(gòu)用于將光反射或折射過光導(dǎo)(22)的圓柱管壁(26)。在某些實(shí)施例中，防護(hù)層與光導(dǎo)粘連。剛性夾具可用于維持光導(dǎo)的彈性形變、非圓柱截面形狀。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1451099SQ00819341
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2000年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月16日
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