Устройство для создания светоизлучающей поверхности (варианты)

Устройство содержит оптически прозрачную среду, ограниченную пересекающимися поверхностями, источник оптического излучения, средство преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, дисперсный слой, расположенный между поверхностью прозрачной среды и люминесцентным слоем, и отражающий слой, размещенный за люминесцентным слоем. По первому варианту пересекающиеся поверхности образуют двугранный угол и противолежащую ему поверхность, со стороны которой размещен источник оптического излучения. Люминесцентный слой расположен на одной из полуплоскостей двугранного угла. По второму варианту прозрачная среда ограничена плоскостью, конической и цилиндрической поверхностями, источник оптического излучения размещен у цилиндрической поверхности, а люминесцентный слой расположен на конической поверхности. Технический результат - повышение эффективности использования и равномерности излучения светового потока, возможность варьирования цвета и яркости свечения за счет изменения свойств люминесцентного, дисперсного и отражающего слоев. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к светотехнике, а именно к устройствам общего освещения.

Известно осветительное устройство, содержащее источник ультрафиолетового излучения, выполненный в виде светодиодов, смонтированных на светопрозрачной панели, подложку, снабженную нанесенным на ее поверхности люминесцентным покрытием и размещенную напротив упомянутой светопрозрачной панели (заявка РСТ № WO 2007/042962, МПК F21S 8/00, опубликовано 19.04.2007).

Недостатком известного решения является размещение светодиодов на светопрозрачной панели, которая одновременно является для переизлученного люминесцентным покрытием светового потока выходным элементом конструкции осветительного устройства. Создаваемый светодиодами световой поток направляют к подложке с люминесцентным покрытием, который преобразуется последним в световой поток видимой части спектра и излучается обратно в сторону светопрозрачной панели, при этом часть светового потока экранируется корпусами светодиодов. Это приводит к потере части светового потока и, в конечном итоге, к созданию неравномерно светящейся поверхности. Другим недостатком известного решения является использование светодиодов ультрафиолетового спектра, излучение которых оказывает деструктивное воздействие на большинство конструкционных полимерных материалов.

Известно осветительное устройство, содержащее корпус в виде оптической пластины, выполненной в форме параллелепипеда, светодиоды ультрафиолетового излучения, размещенные около одной из боковых граней корпуса, и люминесцентное покрытие, нанесенное на верхнее основание корпуса (заявка США № US 2007/0053208 А1, МПК F21V 7/04, опубликовано 08.03.2007).

Недостатком известного решения является параллельность направления оптической оси излучения светодиодов и границы раздела сред. В связи с малым углом падения излучения светодиодов на границы раздела сред основная часть световой волны многократно отражается от границ раздела сред и проходит, как по световоду, по всей длине оптической пластины и излучается с противоположной грани. Другим недостатком является использование ультрафиолетовых светодиодов, излучение которых оказывает деструктивное воздействие на большинство полимерных конструкционных материалов.

Решение по заявке США № US 2007/0053208 А1 совпадает с заявленным решением по большинству существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение эффективности использования светового потока точечных источников света, достижение высокой равномерности излучения светового потока с поверхности, возможность варьирования цветом и яркостью свечения светоизлучающей поверхности за счет изменения свойств дисперсного и отражающего слоев, возможность регулирования цвета результирующего светового потока путем изменения количества люминофора и его состава в люминесцентном слое.

Сущность изобретения по первому варианту характеризуется следующей совокупностью признаков:

устройство для создания светоизлучающей поверхности, содержащее оптически прозрачную среду, ограниченную пересекающимися поверхностями, образующими, по меньшей мере, один двугранный угол и противолежащую ему поверхность; источник оптического излучения; средство преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, расположенного на одной из полуплоскостей двугранного угла.

В качестве дополнительных признаков, уточняющих и развивающих изобретение по первому варианту, необходимо указать следующее:

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что величина тангенса двугранного угла выбрана из выражения

0,05<tgγ<0,14,

где γ - величина двугранного угла, град;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что источник оптического излучения выполнен в виде, по меньшей мере, одного светодиода белого или синего цвета;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что источник оптического излучения выполнен в виде линейки светодиодов белого и/или синего света;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что снабжено рефлектором, установленным с возможностью возвращения светового излучения в оптическую среду;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что снабжено дисперсным слоем, расположенным между поверхностью двугранного угла и люминесцентным слоем;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что состав люминесцентного слоя выбран с возможностью создания видимого излучения требуемого цвета;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что снабжено отражающим слоем, размещенным за люминесцентным слоем;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что противолежащая двугранному углу поверхность выполнена в виде плоскости или цилиндрической поверхности.

Сущность изобретения по второму варианту характеризуется следующей совокупностью признаков:

устройство для создания светоизлучающей поверхности содержит оптически прозрачную среду, ограниченную плоскостью, конической и цилиндрической поверхностями; источник оптического излучения, размещенный у цилиндрической поверхности; средство преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, расположенного на конической поверхности.

В качестве дополнительных признаков, уточняющих и развивающих второй вариант изобретения, необходимо указать следующее:

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что оси конической и цилиндрической поверхностей совпадают и перпендикулярны плоскости;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что тангенс угла между образующей конической поверхности и плоскостью выбран из выражения

0,05<tgγ<0,14,

где γ - величина угла между образующей и плоскостью, град;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что источник оптического излучения выполнен в виде линейки светодиодов белого и/или синего света, размещенных по периметру цилиндрической поверхности;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что снабжено рефлектором, установленным с возможностью возвращения светового излучения в оптическую среду;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что снабжено дисперсным слоем, расположенным между конической поверхностью и люминесцентным слоем;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что состав люминесцентного слоя выбран с возможностью создания видимого излучения требуемого цвета;

- устройство для создания светоизлучающей поверхности отличается тем, что снабжено отражающим слоем, размещенным за люминесцентным слоем.

Граничные значения величины двугранного угла γ определены эмпирически и установлены с учетом возможности наиболее полного использования излучения светодиодов для создания максимальной по площади равномерной светоизлучающей поверхности.

Изобретение характеризуется чертежами:

на фиг.1 показано объемное изображение первого варианта устройства;

на фиг.2 - увеличенное изображение части устройства, показанного на фиг.1, со схематичным изображением слоев;

на фиг.3 - схема хода лучей в устройстве, показанном на фиг.1;

на фиг.4 показано сечение устройства по первому варианту, содержащего два двугранных угла, обращенных ребрами навстречу друг другу;

на фиг.5 показан вид в плане устройства по второму варианту;

на фиг.6 - вид снизу устройства по второму варианту, показанному на фиг.5.

Устройство для создания светоизлучающей поверхности по первому варианту содержит оптически прозрачную среду 1, ограниченную пересекающимися поверхностями 2, двугранный угол 3, противолежащую ему поверхность 4, источник 5 оптического излучения, средство 6 преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, расположенного на одной из полуплоскостей двугранного угла 3, дисперсный слой 7, светоотражающий слой 8, рефлектор 12.

Устройство для создания светоизлучающей поверхности по второму варианту содержит оптически прозрачную среду 1, ограниченную плоскостью 9, конической 10 и цилиндрической 11 поверхностями, угол 3 между образующей конической поверхности 10 и плоскостью 9, источник 5 оптического излучения, размещенный у цилиндрической поверхности 11, средство 6 преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, расположенного на конической поверхности 10, дисперсный слой 7, светоотражающий слой 8, рефлектор 12.

Устройство по первому варианту работает следующим образом.

Источником 5 оптического излучения, например цепочкой белых и/или синих светодиодов, создается поток оптического излучения в прозрачную среду 1 со стороны поверхности 4. Световая волна от источника 5 рассеивается дисперсным слоем 7, а затем частично поглощается люминесцентным слоем 6 и переизлучается по всем направлениям с другой длиной волны. При этом и переизлученная световая волна и, отраженная от отражающего слоя 8 суммируются на выходной поверхности 9 устройства.

Особенностями второго варианта устройства является расположение светодиодов по периметру цилиндрической поверхности 11 и иное распределение световой волны в устройстве.

Световой поток от источников 5 входит в оптическую среду 1, достигает дисперсного слоя 7 и люминесцентного слоя 6, по хорде достигает соседних участков цилиндрической поверхности 11 и, отраженный рефлектором 12, возвращается в оптическую среду 1, затем рассеивается дисперсным слоем 7, преобразуется люминесцентным слоем 6, отражается слоем 8 и излучается с поверхности 9.

Похожая картина хода световой волны будет иметь место и в первом варианте при выполнении поверхности 4 в виде цилиндрической поверхности.

Конструктивно устройство по первому варианту может быть выполнено с одним двугранным углом, как показано на фиг.1, или с двумя двугранными углами, как показано на фиг.4. На фиг.4 изображена наиболее предпочтительная конструкция устройства по первому варианту, создающая наибольшую площадь светоизлучающей поверхности.

На фиг.5 и 6 разными проекциями представлено устройство для создания светоизлучающей поверхности по второму варианту, оптическая среда которого образована плоскостью и конической и цилиндрической поверхностями с совпадающими осями.

В качестве материала люминесцентного слоя могут быть использованы любые люминофоры, в том числе и с редкими землями. Структура этого слоя может быть сплошной или структурированной и состоять из отдельных точек люминофора разного цвета свечения, подобно структуре экрана цветного кинескопа. Выбор в качестве источника излучения белого и/или синего светодиодов, кроме указанных выше причин, обусловлен использованием синей составляющей для создания суммарного излучения требуемого цвета.

Отражающее покрытие предпочтительно наносить в вакууме. Однако с небольшими потерями светового потока возможно использование листовых материалов с отражающими свойствами.

Степень дисперсности дисперсного слоя определяется с учетом требований к результирующему световому потоку, исходящему от светоизлучающей поверхности.

1. Устройство для создания светоизлучающей поверхности, содержащее оптически прозрачную среду, ограниченную пересекающимися поверхностями, образующими, по меньшей мере, один двугранный угол и противолежащую ему поверхность, источник оптического излучения, размещенный со стороны поверхности, противолежащей двугранному углу, средство преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, расположенного на одной из полуплоскостей двугранного угла, дисперсный слой, расположенный между полуплоскостью двугранного угла и люминесцентным слоем, и отражающий слой, размещенный за люминесцентным слоем.

2. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.1, отличающееся тем, что величина тангенса двугранного угла выбрана из выражения
0,05<tgγ<0,14,
где γ - величина двугранного угла, град.

3. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.1, отличающееся тем, что источник оптического излучения выполнен в виде единичного белого или синего светодиода.

4. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.1, отличающееся тем, что источник оптического излучения выполнен в виде линейки светодиодов белого и/или синего цвета свечения.

5. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.1, отличающееся тем, что состав люминесцентного слоя выбран с возможностью создания видимого излучения требуемого цвета.

6. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.1, отличающееся тем, что снабжено рефлектором, размещенным с возможностью возвращения светового излучения в оптическую среду.

7. Устройство для создания светоизлучающей поверхности, содержащее оптически прозрачную среду, ограниченную плоскостью, конической и цилиндрической поверхностями, источник оптического излучения, размещенный у цилиндрической поверхности, средство преобразования оптического излучения в видимое излучение, выполненное в виде люминесцентного слоя, расположенного на конической поверхности, дисперсный слой, расположенный между конической поверхностью и люминесцентным слоем, и отражающий слой, размещенный за люминесцентным слоем.

8. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.7, отличающееся тем, что оси конической и цилиндрической поверхностей совпадают и перпендикулярны плоскости.

9. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.7, отличающееся тем, что величина тангенса угла между образующей конической поверхности и плоскостью выбрана из выражения
0,05<tgγ<0,14,
где γ - величина угла между образующей и плоскостью, град.

10. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.7, отличающееся тем, что источник оптического излучения выполнен в виде линейки светодиодов белого и/или синего света, размещенных по периметру цилиндрической поверхности.

11. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.7, отличающееся тем, что состав люминесцентного слоя выбран с возможностью создания видимого излучения требуемого цвета.

12. Устройство для создания светоизлучающей поверхности по п.7, отличающееся тем, что снабжено рефлектором, установленным с возможностью возвращения светового излучения в оптическую среду.