Светоизлучающая система для испускания рассеянного света

Изобретение относится к светоизлучающей системе, которая содержит множество смежно расположенных светоизлучающих устройств. Каждое светоизлучающей устройство содержит пластинообразный световод, имеющий переднюю, заднюю и торцевые поверхности. Источник света расположен у пластинообразного световода в таком положении, что испускаемый свет входит в световод и распространяется в главном направлении, которое параллельно передней поверхности. Участок световода содержит трехмерную поверхностную структуру, обеспечивающую управляемый выход света через переднюю, заднюю и одну из торцевых поверхностей. Управляемый световой выход управляется относительно характеристик выходящего света. Технический результат - повышение равномерности освещения за счет уменьшения контрастных эффектов в виде темных линий между пограничными поверхностями световодов. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к светоизлучающей системе, содержащей множество светоизлучающих устройств, расположенных смежно одно к другому, в которой каждое из множества светоизлучающих устройств содержит пластинообразный световод, имеющий переднюю поверхность, заднюю поверхность и торцевые поверхности, и один или более источников света, расположенных в таком положении относительно множества светоизлучающих устройств, что испускаемый свет входит в эти световоды и распространяется в главном направлении распространения, которое параллельно передним поверхностям, в которой световоды выполнены с возможностью направления части распространяющегося света из этих передних поверхностей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычное пластинообразное светоизлучающее устройство предшествующего уровня техники вышеописанного типа называется световодной пластиной, и оно имеет расположенный по торцу источник света и заднюю поверхность, которая оснащена светопреломляющей и светоотражающей структурой, которая перенаправляет свет наружу из передней поверхности световодной пластины. Пример такой световодной пластины раскрыт в патентной заявке США US-2010/0245718. Источник света расположен у торцевой поверхности световода. Из-за полного внутреннего отражения свет распространяется в главном направлении распространения параллельно передней и задней поверхностям, которые являются основными поверхностями этого световода. Однако задняя поверхность световода оснащена трехмерной структурой, а более точно - клинообразными участками, которые запрещают полное внутреннее отражение и преломляют свет наружу из передней поверхности световодной пластины. Отражающий слой, нанесенный на заднюю поверхность этого световода, обеспечивает такое положение, что любой преломленный назад свет отражается наружу через переднюю поверхность световодной пластины. В этом примере предшествующего уровня техники световодная пластина используется в качестве устройства задней подсветки жидкокристаллических телевизионных экранов. Это обычное использование световодных пластин, другим примером является дисплей мобильного телефона, а в более общем смысле - любой тип жидкокристаллического экрана, большого или маленького. Трехмерная структура может быть также нанесена на переднюю поверхность, по-прежнему преломляя свет наружу из передней поверхности. Примерами трехмерных структур являются выпуклости, ямки или точки белой краски. Другим типом применения является применение в "эстетических" целях. В последнем случае световодные пластины часто используются совокупно, расположенные смежно одна к другой, для того чтобы образовать одну большую светоизлучающую поверхность.

Многие годы прилагались большие усилия в попытках вывести как можно больше света через переднюю поверхность при минимизации световых потерь в других направлениях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложена светоизлучающая система, содержащая множество светоизлучающих устройств, расположенных смежно друг с другом, в которой каждое из множества светоизлучающих устройств содержит пластинообразный световод, имеющий переднюю поверхность, заднюю поверхность, которые являются основными поверхностями, и торцевые поверхности. Светоизлучающая система дополнительно содержит один или более источников света, расположенных в таком положении относительно множества светоизлучающих устройств, что свет, испускаемый одним или более источниками света, входит в эти пластинообразные световоды и распространяется в главном направлении распространения, которое параллельно передним поверхностям. Каждый из этих пластинообразных световодов установлен с возможностью направления части распространяющегося света из передней поверхности. По меньшей мере участок каждого пластинообразного световода содержит трехмерную поверхностную структуру, выполненную с возможностью обеспечения управляемого светового выхода через по меньшей мере одну из торцевых поверхностей, где управляемый световой выход управляется относительно характеристик выходящего света.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением свет, помимо передней и задней поверхностей, выходит через по меньшей мере одну из торцевых поверхностей. Световой выход управляется таким образом, что достигаются предопределенные требуемые характеристики светового выхода, такие как яркость, интенсивность или угловое распределение. Посредством использования светоизлучающих устройств в соответствии с этим изобретением и расположения их таким образом, чтобы образовалась светоизлучающая система, решена проблема контраста между смежными светоизлучающими устройствами. Другими словами, темные линии между этими светоизлучающими устройствами полностью устранены или уменьшены. В предшествующем уровне техники все усилия были сфокусированы на минимизации потерь на торцах, а о проблеме контраста на промежуточных поверхностях между пластинообразными светоизлучающими устройствами вообще не задумывались. Нет нигде споров относительно дополнительного контролируемого светового выхода через по меньшей мере одну торцевую поверхность. Нет никаких предположений относительно извлечения пользы из реальной возможности, чтобы часть света проходила к торцевой поверхности при том, чтобы передняя поверхность по-прежнему оставалась главной поверхностью светового выхода.

В патентной заявке GB-2436611 используется пластинообразный световод, а свет выходит через торцевые поверхности. Однако свет выходит только или по существу через торцевые поверхности, в то время как главные поверхности покрыты отражающей пленкой. Цель состоит лишь в том, чтобы создать отдельные светоизлучающие устройства при том, что нет никаких упоминаний относительно проблем, возникающих при совместной установке нескольких светоизлучающих устройств. Кроме того, нет никаких концепций относительно выполнения трехмерной поверхностной структуры для получения управляемого светового выхода.

Управляемый световой выход через по меньшей мере одну торцевую поверхность одного светоизлучающего устройства является используемым, например, для обеспечения освещения окружающих элементов, таких как стена или потолок, тем самым создавая требуемое световое впечатление.

В вариантах исполнения светоизлучающей системы трехмерная поверхностная структура воплощена в виде выступов и(или) углублений, которые имеют преимущества в том, что касается управляемости преломления и отражения света.

В одном варианте исполнения светоизлучающей системы она выполнена с возможностью создания световой обстановки в помещении, в котором оно используется. Под световой обстановкой имеется в виду впечатление от световой конфигурации в помещении, которая, например, может быть получена комбинацией света, направленного на многочисленные части комнаты посредством светового выхода через переднюю поверхность, а также через торцевую поверхность.

В одном варианте исполнения светоизлучающей системы управляемый световой выход организован таким образом, чтобы освещать окружение этой светоизлучающей системы, что имеет преимущество, например, для приложений, в которых эта светоизлучающая система используется для освещения стены или потолка или каких-либо объектов в комнате.

В одном варианте исполнения светоизлучающей системы одна из передней, задней или торцевых поверхностей оснащена выступом, имеющим свободный конец, который наклонен по отношению к этой поверхности. Угол наклона выбирается таким образом, чтобы свет выходил через наклонную поверхность. Этот вариант исполнения может использоваться для решения задач, связанных со светом, имеющим более конкретную направленность, в которых по меньшей мере часть светового выхода обеспечивается через наклонный свободный конец этого выступа.

В соответствии с одним вариантом исполнения светоизлучающей системы светоизлучающие устройства расположены смежно одно с другим. Типичной реализацией этого варианта исполнения является так называемая "занавеска" со световым входом у верхних концов полосок и световым выходом у нижних их концов, а также у продольных их концов или с комбинациями со световым выходом через передние поверхности этих полосок.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны и более понятны со ссылками на описанные далее варианты исполнения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно и со ссылками на приложенные чертежи, на которых

фиг.1 представляет собой вид в перспективе сверху, показывающий светоизлучающее устройство, которое может быть использовано в светоизлучающей системе в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 представляет собой вид продольного сечения варианта исполнения, показанного на фиг.1;

фиг.3-5 представляют собой виды продольного сечения частей других светоизлучающих устройств, которые могут быть использованы в светоизлучающей системе в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6 представляет собой вид в перспективе сверху, показывающий светоизлучающее устройство, которое может быть использовано в светоизлучающей системе в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.7 и 8 представляют собой фронтальные виды, показывающие другие варианты исполнения светоизлучающей системы; и

фиг.9 представляет собой вид в перспективе сверху, показывающий светоизлучающее устройство, которое может быть использовано в светоизлучающей системе в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

Обратимся к фиг.1 и 2, светоизлучающее устройство 100 содержит пластинообразный световод 102, называемый также световодной пластиной, и источник 104 света. Световод 102 выполнен из обычного материала для световодов, такого как стекло или прозрачный пластик. Световоду 102 придана форма пластины, и он имеет переднюю поверхность 106 и противоположную заднюю поверхность 108, причем эти поверхности образуют главные поверхности световода 102. Кроме того, световод имеет первую торцевую поверхность 110, представляющую собой поверхность короткого торца, вторую торцевую поверхность 112, противоположную первой торцевой поверхности 110, третью торцевую поверхность 114, представляющую собой поверхность длинного торца, и четвертую торцевую поверхность 116, противоположную третьей торцевой поверхности. Источник 104 света расположен смежно с первой торцевой поверхностью 110 и испускает свет в световод 102 через первую торцевую поверхность 110. Излученный свет распространяется, по существу, в главном направлении распространения, которое, как показано на фиг.2, параллельно передней поверхности 106. Как общеизвестно специалистам в данной области техники, вследствие достаточно малого угла падения по отношению к передней и задней поверхностям 106, 108 и по отношению к третьей и четвертой торцевым поверхностям 114, 116 световода 102 происходит полное внутреннее отражение света. Однако световод 102 оснащен трехмерной структурой поверхности, состоящей из выступов, а более конкретно - состоящей из белых точек краски 120, нанесенных на переднюю поверхность 106. Эти точки краски вызывают рассеяние световых лучей и препятствуют полному внутреннему отражению. Некоторые световые лучи будут выходить через белую краску, другие будут отражаться назад и выходить из задней поверхности 108. Но свет будет также рассеиваться и в других направлениях, тем самым вызывая его выход через одну или более торцевых поверхностей 110, 112, 114, 116. Нанесением точек краски 120 с особой плотностью, размером и положением производится управление характеристиками светового выхода через различные торцевые поверхности, чтобы добиться нужного светового выхода. Вообще говоря, при использовании белых точек краски световой выход через переднюю и заднюю поверхности 106, 108 будет почти ламбертовским, поэтому световод 102 при этом кажется почти одинаково ярким под любым углом наблюдения. Обеспечением достаточно высокой плотности точек краски 120 на передней поверхности 106 достигается достаточно высокий и равномерный световой выход через переднюю поверхность 106 при одновременном сохранении требуемого светового выхода также и через торцевые поверхности. Следует заметить, что при необходимости светоизлучающее устройство может включать в себя светоотражающий слой, нанесенный на заднюю поверхность 108 световода 102. Возможно, светоотражающим слоем могут быть покрыты дополнительные поверхности за исключением тех, которые должны использоваться для целей освещения в конкретном применении.

В соответствии с возможным вариантом исполнения светоизлучающего устройства 100 передняя поверхность 106 вместо выступов или в комбинации с выступами снабжена впадинами. Например, эти впадины представляют собой царапины на передней поверхности 106. Посредством использования лазера для выжигания материала с передней поверхности эти впадины можно наносить наиболее точно с тем, чтобы направить рассеянный свет так, как необходимо.

В соответствии с другим вариантом исполнения светоизлучающего устройства 300 на переднюю поверхность 304 световода 302 нанесена трехмерная микроструктура выступов и/или впадин. Термин "микро" определяет, что отдельные элементы этой структуры гораздо меньше, чем вышеупомянутые точки краски или царапины. Тем не менее, они оказывают соответствующий эффект. Годится множество различных типов регулярных предопределенных микроструктур, таких как выступающие выпуклости 306, углубления 406 или клинообразные участки 506 (см. фиг.5). Возможности изменения этих структур обширны. Все они имеют свои характеристики светового выхода в том, что касается процента светового выхода через каждую поверхность, а также в том, что касается угловых характеристик, то есть направления рассеянного или отраженного света относительно передней поверхности. Другими примерами трехмерных структур являются пирамидальные впадины, которые приводят к выходу света через все поверхности световода.

В соответствии с другим вариантом исполнения светоизлучающего устройства 600, содержащего пластинообразный световод 602 и источник света 604, расположенный у первой торцевой поверхности 606, одна из других поверхностей оснащена выступом, имеющим свободный конец, который имеет наклон относительно этой поверхности. Более конкретно в примерном случае - из второй торцевой поверхности 608 напротив первой торцевой поверхности 606 выдается выступ 610. Этот выступ 610 - удлиненный, и ширина выступа 610 по существу меньше, чем остальная часть световода 602. Свободный конец выступа 610 наклонен по отношению ко второй торцевой поверхности 608, например, под 45°. Это заставляет свет, достигающий этого свободного конца, отражаться этой наклонной поверхностью и выходить через боковую поверхность выступа. Возможны многие другие конфигурации этого выступа. Например, этот выступ может быть выполнен в форме арки. При этом свет на пути к поверхности наклонного конца будет оставаться внутри этого выступа столь долго, сколь велик используемый радиус кривизны.

Светоизлучающее устройство по настоящему изобретению может быть сконфигурировано с возможностью комбинирования с большими конструкциями, которые здесь называются светоприучающими системами. В соответствии с одним вариантом исполнения такой светоизлучающей системы 700 она состоит из нескольких светоизлучающих устройств, которые установлены смежно одна другой и образуют большую прямоугольную световую поверхность. Эти светоизлучающие устройства оснащены трехмерными структурами, которые контролируемым образом направляют свет на выход из торцевых поверхностей, по меньшей мере из тех торцевых поверхностей, которые являются соседними с торцевыми поверхностями других светоизлучающих устройств 702. Тем самым пограничные поверхности 704 между светоизлучающими устройствами 702 "загораются", что убирает или уменьшает контрастные эффекты, такие как темные линии, которые в противном случае были бы видны между этими светоизлучающими устройствами 702.

В другом варианте исполнения светоизлучающей системы 800 она содержит несколько выполненных в форме полосок светоизлучающих устройств 802, расположенных бок о бок одно с другим и свисающих, образуя занавеску. Источники 804 света расположены у верхних торцевых поверхностей полосок 802, а свет посредством трехмерных поверхностных структур испускается через переднюю поверхность 806, а также через нижние торцевые поверхности 808. Световой выход через нижние торцевые поверхности 808 освещает пол и создает иллюзию солнечного света, светящего через окно из-за занавески. Кроме того, свет может испускаться наружу также и через боковые поверхности, причем, с повышенной яркостью для того чтобы усилить впечатление солнечного света за занавеской 800.

Можно также выполнить светоизлучающее устройство 900, имеющее поверхностную структуру, которая представляет собой комбинацию преломляющей структуры 902 задней поверхности и возможного отражающего слоя 904, покрывающего заднюю поверхность, а также дополнительной структуры 906 передней поверхности.

Следует заметить, что приведенные иллюстрации значительно увеличены в том, что касается толщины светоизлучающего устройства. В реальности обычные толщины находятся в диапазоне миллиметров, в то время как световод часто имеет толщину только около одного миллиметра.

Выше были описаны варианты исполнения светоизлучающего устройства и светоизлучающей системы в соответствии с настоящим изобретением в том виде, как оно определено в приложенных пунктах формулы изобретения. Их следует рассматривать просто как неограничивающие примеры. Как будет понятно специалистам, в пределах объема настоящего изобретения возможны многочисленные изменения и альтернативные варианты исполнения.

Например, в качестве альтернативы конфигурации источника света у торцевой поверхности световода в некоторых приложениях в световоде на одной из передних или задних поверхностей можно выполнить углубление и вставить источник света в круговой сектор углубления или во все круговое углубление.

Что касается формы световода, возможны иные основные формы, помимо прямоугольной, такие как многоугольная или круговая.

Следует заметить, что в целях данной заявки и, в частности, в том, что касается пунктов формулы изобретения, слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а признаки единственного числа не исключают множественности, что само по себе специалистам очевидно в данной области техники.

1. Светоизлучающая система, содержащая
- множество светоизлучающих устройств, расположенных смежно друг с другом, в которой каждое из множества светоизлучающих устройств содержит пластинообразный световод (102), имеющий переднюю и заднюю поверхности (106, 108), которые являются основными поверхностями, и торцевые поверхности (110, 112, 114, 116); и
- один или более источников света (104), расположенных в таком положении относительно множества светоизлучающих устройств, что испускаемый свет входит в эти пластинообразные световоды (102) и распространяется в главном направлении распространения, которое параллельно передним поверхностям (106);
в которой по меньшей мере участок каждого пластинообразного световода (102) содержит трехмерную поверхностную структуру (118), выполненную с возможностью обеспечения управляемого светового выхода через по меньшей мере одну из передней и задней поверхностей (106, 108) и по меньшей мере одну из торцевых поверхностей (110, 112, 114, 116), и
в котором управляемый световой выход управляется относительно характеристик выходящего света.

2. Светоизлучающая система по п.1, в которой светоизлучающие устройства (802) имеют форму полосок и расположены бок о бок одна с другой.

3. Светоизлучающая система по п. 1 или 2, в которой для каждого из светоизлучающих устройств управляемый световой выход обеспечен через по меньшей мере торцевые поверхности (704), которые расположены смежно с торцевыми поверхностями смежных светоизлучающих устройств, для уменьшения контраста на торцах светоизлучающих устройств.

4. Светоизлучающая система по п.1, в которой трехмерная поверхностная структура (118) содержит один или более выступов (120).

5. Светоизлучающая система по п.1, в которой трехмерная поверхностная структура (118) содержит углубления (406).

6. Светоизлучающая система по п.1, в которой светоизлучающая система сконфигурирована с возможностью создания световой обстановки в помещении, в котором оно используется.

7. Светоизлучающая система по п.1, в которой каждый из одного или более источников света (104) расположен у одной из торцевых поверхностей пластинообразного световода (102) для испускания света, который входит в этот пластинообразный световод (102) через эту торцевую поверхность.