Осветительная конструкция
Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности освещения и упрощение конструкции. Осветительная конструкция (1, 1') содержит источник (2) света для генерирования света, элемент (3) рассеивания, выполненный с возможностью рассеивания генерируемого света в плоскости (S) рассеивания, определенной оптической осью (Ao) источника (2) света и продольной осью (L) элемента (3) рассеивания, чтобы обеспечивать по существу однородное количество света на единицу площади на поверхности (41, 51) излучения, ортогональной к плоскости (S) рассеивания и параллельной продольной оси (L) элемента (3) рассеивания. Элемент (3) рассеивания содержит два различимых выступа (30), скомпонованных вдоль продольной оси элемента (3) рассеивания, благодаря чему источник (2) света вмещается элементом (3) рассеивания по существу симметрично между этими двумя выступами (30). Перенаправляющий свет элемент (4) содержит продольную плоскую поверхность (41, 51) излучения и выполнен с возможностью собирать рассеянный в сторону свет в плоскости (S) рассеяния и излучать собранный свет по существу однородно над поверхностью (41, 51) излучения. При этом перенаправляющий свет элемент (4) выполнен с возможностью преломления света в плоскость (Е) излучения, которая содержит продолжение плоскости (S) рассеивания. Перенаправляющий свет элемент (4) содержит множество различимых зон (40, 40', 40'') преломления в сторону для сбора рассеянного в сторону света. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение описывает осветительную конструкцию, осветительный элемент, перенаправляющий свет элемент и несколько осветительных блоков.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С разработками в технологии светоизлучающих диодов (LED) световые решения, которые содержат светоизлучающие диоды (LEDs) вместо традиционных световых лампочек, становятся более популярными. LED содержит полупроводниковый диодный кристалл, который излучает свет от поверхности излучателя. Площадь поверхности излучателя является очень маленькой, обычно в области только нескольких квадратных миллиметров, иногда даже только нескольких сотых квадратного миллиметра. Такой кристалл LED может представлять собой излучающее вверх устройство или может излучать сверху, а также со сторон. Для защиты диодного кристалла он обычно герметизируется внутри защитного покрытия, которое также может действовать с возможностью улучшения экстракции света. Например, маломощный кристалл LED внутри прозрачного пластикового или эпоксидного покрытия для использования в качестве светового индикатора бытового прибора в общем называется "заключенный в корпус LED". Высокомощные кристаллы LED, такие как кристаллы, используемые в осветительных применениях, могут быть смонтированы непосредственно на печатной плате или на несущем элементе, который может быть соединен с печатной платой. Высокомощный кристалл LED может быть инкапсулирован или предусмотрен с защитным покрытием, которое также служит в качестве фильтра или другого оптического элемента.
Недостаток LED заключается в том, что свет, излучаемый от маленькой площади кристалла LED, воспринимается в виде маленькой яркой точки света. Чтобы заставлять источник света выглядеть более и менее точкообразным, свет может быть рассеян, например, с помощью инкапсулирующей крышки или рассеивающего покрытия. Однако некоторая часть света может теряться таким образом, а общая яркость уменьшается. Более того, чтобы получать больший источник света для применения, такого как тормозной фонарь, например, в конструкции предшествующего уровня техники несколько LED источников света должны быть скомпонованы на площади, соответствующей площади требуемого "источника света", для того, чтобы обеспечивать необходимый подсвечивающий поток. Однако когда несколько LEDs скомпонованы таким образом, общее впечатление представляет собой одну из нескольких отчетливых ярких точек света, разделенных более темными зонами. Чтобы лучше достигать впечатления одного источника света, такие осветительные конструкции требуют рассеивателей или специальных линз, чтобы собирать, преломлять и рекомбинировать свет в требуемом распределении, в результате чего такие оптические элементы всегда связаны с некоторой степенью потерь. Более того, выход из строя одного из матрицы источников света будет приводить к "дыре" во всей световой конструкции.
Так как кристалл LED излучает свет согласно закону Ламберта (закону косинусов), свет, излучаемый LED, распространяется по существу равномерно во всех направлениях. Это является предпочтительным, если требуется округлая или круглая форма источника света. Здесь выражение "форма источника света" относится к форме источника света, которая воспринимается наблюдателем, например, форме покрытия осветительной конструкции, содержащей LED источник света. Однако за счет свойства излучения света от кристалла LED, форма источника света, которая не является округлой, будет проявлять меньше ярких областей по направлению к каким-либо "углам" или оконечностям формы источника света. Ясно, что такое неравномерное распределение света по форме источника света является неблагоприятным и даже недопустимым для некоторых осветительных применений, которые требуют общей равномерной яркости. В связи с этим, чтобы получать форму источника света, которая не является "округлой", свет, излучаемый кристаллом LED или заключенным в корпус LED, должен обрабатываться, например, системой коллекторов, отражателей или световодов для того, чтобы получать распределение света. Однако эти манипуляции приводят к потерям и к уменьшению общего светового выхода так, что такие конструкции являются невыгодными и неэффективными. Также эти конструкции являются сложными, громоздкими и дорогостоящими.
US 2007/0029563 A1 раскрывает автомобильную лампу с LED, элементом рассеивания и перенаправляющим элементом. Элемент рассеивания выполнен с возможностью обеспечивать зависящее от угла распределение подсветки, приводящее к по существу равномерной подсветке на собирающей поверхности перенаправляющего элемента. Перенаправляющий элемент преломляет свет от изогнутой собирающей поверхности в направлении, более близком к оптической оси к излучающей поверхности элемента рассеивания. Излучающая поверхность имеет пилообразное поперечное сечение для того, чтобы отклонять и направлять свет еще ближе к оптической оси по отношению к латеральному направлению.
В связи с этим, задачей изобретения является предусмотрение улучшенной осветительной конструкции, которая преодолевает проблемы, отмеченные выше.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения достигается посредством осветительной конструкции согласно п. 1 формулы изобретения; осветительного элемента согласно п. 4 формулы изобретения; перенаправляющего свет элемента согласно п. 9 формулы изобретения; и осветительного блока согласно п. 13-15 формулы изобретения.
Согласно изобретению осветительная конструкция содержит источник света для генерирования света; элемент рассеивания, реализованный с возможностью латерально рассеивать по меньшей мере участок генерируемого света в плоскости рассеивания, причем плоскость рассеивания определена оптической осью источника света и продольной осью элемента рассеивания, чтобы обеспечивать по существу однородное количество света на единицу площади в собирающей плоскости, ортогональной к плоскости рассеивания и параллельной продольной оси элемента рассеивания, и перенаправляющий свет элемент, скомпонованный в собирающей плоскости, причем перенаправляющий свет элемент содержит продольную плоскую поверхность излучения и реализован с возможностью собирать латерально рассеянный свет и излучать собранный свет по существу однородно от поверхности излучения, что следует понимать означающим, что образ, которым свет излучается от поверхности излучения, является по существу одинаковым для любой точки на поверхности излучения.
Преимущество осветительной конструкции согласно изобретению заключается в том, что она обеспечивает однородный продольный источник света без какой-либо значительной потери света. Свет, излученный источником света - который может представлять собой точкообразный источник света - первоначально распространяется по существу только в плоскости рассеивания, так, что свет не "тратится" в областях, которые не вносят вклад в общий внешний вид источника света. Более того, осветительная конструкция реализована так, что свет распространяется с возможностью обеспечивать по существу однородное количество света на единицу площади в собирающей плоскости. Это означает, что в любой области собирающей плоскости, как в центральной области, так и во внешней области, свет на единицу площади является одинаковым. Рассеянный свет далее "улавливается” в собирающей плоскости перенаправляющим свет элементом, который действует с возможностью направлять свет наружу по направлению к наблюдателю, обеспечивая внешний вид продольного источника света с предпочтительно равномерным или однородным внешним видом, т.е. с предпочтительно однородным распределением света по всей продольной плоской поверхности излучения. Выражение "плоскость рассеивания" следует понимать как плоскость, в которой излучаемый свет главным образом ограничивается оптическими характеристиками элемента рассеивания. Так как элемент рассеивания имеет определенную ширину, плоскость рассеивания можно рассматривать в качестве пространственной "секции", через которую распространяемый свет вынужден проходить. Здесь оптическую ось источника света следует понимать как главное направление излучения света от источника света.
Осветительная конструкция согласно изобретению доставляет однородное распределение света по ее поверхности излучения, в связи с этим далее она может называться "видимый источник света", так как наблюдатель будет видеть только однородно излучающую поверхность. Это отличается от осветительных конструкций предшествующего уровня техники, в которых наблюдатель видит более яркую центральную область и более темные внешние области.
Согласно изобретению осветительный элемент, в частности осветительный элемент для использования в такой осветительной конструкции, содержит источник света для генерирования света; и элемент рассеивания, причем элемент рассеивания реализован с возможностью латерально рассеивать по меньшей мере участок генерируемого света в плоскости рассеивания, определенной оптической осью источника света и продольной осью элемента рассеивания, чтобы обеспечивать по существу однородное количество света на единицу площади в собирающей плоскости, ортогональной к плоскости рассеивания и параллельной продольной оси элемента рассеивания.
Преимущество осветительного элемента согласно изобретению заключается в том, что он может быть реализован очень компактным образом, так как элемент рассеивания может быть скомпонован очень близко к источнику света. Не требуется никаких дополнительных отражающих или собирающих элементов, чтобы направлять свет в какие-либо внешние области собирающей плоскости, так как этот технический результат может быть полностью достигнут самим осветительным элементом. Более того, свет, распространяемый по собирающей плоскости, проявляет предпочтительное однородное количество света на единицу площади, делая такой осветительный элемент в особенности пригодным для использования в применениях, которые требуют некруглой формы источника света с равномерным или однородным распределением света.
Согласно изобретению перенаправляющий свет элемент, реализованный для использования в такой осветительной конструкции, содержит продольную плоскую поверхность излучения и реализован с возможностью собирать латерально рассеянный свет, причем латерально рассеянный свет поступает от элемента рассеивания осветительной конструкции, и излучать собранный свет по существу однородно по продольной плоской поверхности излучения.
Преимущество перенаправляющего свет элемента согласно изобретению заключается в том, что он может быть размещен в собирающей плоскости осветительной конструкции, относящейся к типу, описанному выше, с возможностью оптимально собирать рассеянный свет и направлять его наружу по направлению к наблюдателю, обеспечивая внешний вид продольного источника света с предпочтительно равномерным или однородным внешним видом.
Согласно изобретению осветительный блок может содержать автомобильный осветительный блок, осветительный блок дисплея, модифицированный осветительный блок и т.д., в результате чего каждый тип осветительного блока содержит одну или более осветительных конструкций согласно изобретению, которые реализованы, или которым приданы размеры согласно любым релевантным требованиям осветительного блока. Примеры таких осветительных блоков будут приведены в описании ниже.
Зависимые пункты формулы изобретения и следующее далее описание раскрывают в особенности предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения. Признаки вариантов осуществления могут быть скомбинированы при необходимости. Признаки, описанные в контексте одной категории пункта формулы изобретения, в равной степени могут применяться к другой категории пункта формулы.
Осветительная конструкция согласно изобретению может быть использована в сочетании с любым пригодным источником света. Источник света, который является компактным и излучает по существу наружу от излучающей поверхности, может быть предпочтительно использован в осветительной конструкции, так как весь свет, излучаемый от такого источника света, излучается выше той излучающей поверхности. В связи с этим в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения источник света содержит светоизлучающий диод, предпочтительно один светоизлучающий диодный кристалл. Выбор кристалла может зависеть от требуемой подсветки на плоской поверхности излучения осветительной конструкции. Например, для применения в автомобильном фонаре стоп-сигнала с относительно большой формой источника света, покрывающей несколько квадратных сантиметров, может быть предпочтителен кристалл LED с 1 мм2 и 3 Вт, тогда как для маленького светового индикатора бытового прибора может быть достаточен кристалл LED с 0,04 мм2 и 0,1 Вт.
Размеры продольной плоской поверхности излучения предпочтительно выбираются с возможностью дополнять размеры элемента рассеивания и его плоскости рассеивания. В связи с этим в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения длина поверхности излучения превышает ширину поверхности излучения по меньшей мере в 3 раза, более предпочтительно по меньшей мере в 6 раз; наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10 раз, т.е. аспектное отношение поверхности излучения составляет по меньшей мере 1:3, более предпочтительно по меньшей мере 1:6, наиболее предпочтительно по меньшей мере 1:10. В связи с этим плоская поверхность излучения обеспечивает форму источника света, которая предпочтительно является длинной и узкой, делая осветительную конструкцию в особенности пригодной для осветительных применений, которые требуют длинную, узкую и однородную форму источника света.
Предпочтительно, элемент рассеивания образован целиком с использованием прозрачного материала, такого как эпоксидная смола, пластмасса, стекло и т.д. Предпочтительно, такой материал имеет высокую степень пропускаемости видимого света. Для получения требуемого распределения света в плоскости рассеивания форма элемента рассеивания может быть выбрана соответственно. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения элемент рассеивания содержит два отчетливых выступа, скомпонованных вдоль продольной оси элемента рассеивания, и выполнен с возможностью вмещать источник света по существу симметрично между двумя выступами, т.е. источник света предпочтительно скомпонован симметрично относительно плоскости, которая делит пополам элемент рассеивания. Эта конструкция может иметь внешний вид двудольного арахиса. В симметричной компоновке каждый выступ может отклонять одинаковое количество света наружу в продольном направлении от источника света. Толщина, длина и высота диаметрально противоположных выступов может быть выбрана согласно требуемой угловой диаграмме направленности излучения, т.е. согласно тому, "как далеко" свет должен отклоняться в продольном направлении от источника света. Предпочтительно, "арахис" или элемент рассеивания реализован одновременно с возможностью инкапсулирования кристалла LED в виде заключенного в корпус осветительного элемента. С этой целью "арахис" может изготавливаться целиком с возможностью также вплотную насаживаться поверх несущего элемента, на котором смонтирован кристалл LED.
Элемент рассеивания сам может обеспечивать предпочтительный эффект рассеивания для источника света, такого как излучающий вверх кристалл LED. Также доступны кристаллы LED, которые также излучают в сторону. В связи с этим в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения осветительный элемент содержит гнездо для удерживания источника света, причем гнездо содержит отражающую внешнюю поверхность, и причем гнездо и элемент рассеивания реализованы с возможностью получать распределение светового выхода, содержащее первый латеральный участок рассеивания в первой половине плоскости рассеивания до одной стороны оптической оси и второй латеральный участок рассеивания в другой половине плоскости рассеивания, причем латеральный участок рассеивания угловой диаграммы направленности излучения ограничен первым углом, образованным с оптической осью, и вторым углом, образованным с оптической осью. Гнездо или "чашка" в особенности сформирована и обработана с возможностью направлять любой свет, излучаемый от сторон кристалла LED, наружу, чтобы получать требуемую угловую диаграмму направленности излучения. Предпочтительно, гнездо или чашка сформирована в виде углубления с одной или более наклонными поверхностями, скомпонованными согласно конструкции выступов. Например, гнездо по существу с прямоугольным периметром может содержать наклонную поверхность на каждой стороне квадратного или прямоугольного кристалла LED. Такое гнездо может содержать длинную или "основную" наклонную поверхность с пологим уклоном, который протягивается на некоторое расстояние ниже выступа элемента рассеивания. Гнездо также может содержать "вспомогательную" наклонную поверхность на каждой из двух оставшихся сторон кристалла LED, предпочтительно с крутым уклоном. Альтернативно, гнездо по существу с прямоугольным периметром может содержать две длинные "основные" наклонные поверхности, как описано выше, тогда как оставшиеся две стороны являются по существу вертикальными. Такая комбинация длинных, полого наклоненных поверхностей гнезда и коротких, круто наклоненных латеральных поверхностей вместе со светопреломляющей функцией "арахиса" может достигать требуемой широкой и одновременно узкой плоскости рассеивания или "секции" рассеивания. Угол основной наклонной поверхности предпочтительно выбирается согласно требуемому эффекту рассеивания. Очевидно, что более незначительный угол будет приводить к более латеральному рассеиванию света в плоскости рассеивания и соответственно к "большему" аспектному отношению, тогда как более крутой угол будет приводить к более компактному распространению света в плоскости рассеивания и соответственно "более маленькому" аспектному отношению.
Предпочтительно, элемент рассеивания с или без гнезда, которое описано выше, выполнен с возможностью рассеивать больший участок света в латеральном участке рассеивания между первым углом, образованным с оптической осью, и вторым углом, образованным с оптической осью. Предпочтительно, латеральный участок рассеивания получается посредством пригодной комбинации первого угла, содержащего по меньшей мере 35°, более предпочтительно по меньшей мере 45°, наиболее предпочтительно по меньшей мере 55°, образованного с оптической осью; и второго угла, превышающего первый угол не более чем на 25°, предпочтительно не более, чем на 20°, наиболее предпочтительно не более чем на 15°, в результате чего первый и второй углы выбраны так, что получается латеральный участок рассеивания с требуемым диапазоном. Другими словами, больший участок света излучается в плоскость рассеивания в угловой области, заданной пригодной комбинацией первого угла 45±10° и второго угла 67,5±12,5°, так что в пределах плоскости рассеивания достигается предпочтительно выгодное "латеральное" или "крылообразное" распределение света.
Например, такая угловая область может быть ограничена первым углом 35° и вторым углом 55°; первым углом 50° и вторым углом 75°; первым углом 55° и вторым углом 85°; и т.д. Выбор первого и второго углов может зависеть от требуемого аспектного отношения продольной плоской поверхности излучения перенаправляющего свет элемента. Например, аспектное отношение около 1:3 может быть получено угловой областью, определенной первым углом 35° и вторым углом 55°, тогда как аспектное отношение около 1:12 может быть получено угловой областью, определенной первым углом 55° и вторым углом 85°.
Остаток света, излученного источником света, рассеивается в плоскости рассеивания за пределами латеральных участков рассеивания, ограниченных первым и вторым углами на каждой стороне "арахиса". Например, относительно меньшая часть света рассеивается в центральной угловой области, определенной первым углом на той или другой стороне оптической оси между латеральными участками рассеивания. Другой меньший участок света может быть распространен в угловой области "ниже" бокового участка рассеивания на каждой стороне "арахиса".
Так как свет распространяется на обеих сторонах "арахиса", это распределение света или угловая диаграмма направленности радиации имеет внешний вид "крыльев летучей мыши", который будет показан в описании чертежей. Распределение в виде "крыльев летучей мыши" между этими углами в плоскости рассеивания гарантирует по существу однородное количество света на единицу площади в собирающей плоскости. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения осветительный элемент реализован с возможностью рассеивать свет в плоскости рассеивания так, что могут быть компенсированы потери в перенаправляющем свет элементе. Например, свет во внешних регионах плоскости рассеивания необходимо отгибать или манипулировать им с помощью перенаправляющего свет элемента в большей степени, чем, например, светом, который излучается ближе к оптической оси, который испытывает меньше отклонения или манипулирования, когда он проходит через перенаправляющий свет элемент. Вторичные потери, возникающие во время пропускания света через внешние концы перенаправляющего свет элемента, предпочтительно компенсируются заранее путем реализации осветительного элемента с возможностью направлять больше света в соответствующие внешние регионы плоскости рассеивания. Например, для осветительного элемента, предназначенного для излучения большего участка его света в угловые области между 65° и 75° на каждой стороне его оптической оси, "арахис" и/или отражающая чашка осветительного элемента могут быть сформированы с возможностью направлять дополнительный свет в область, ограниченную 73,5° и 75°. Таким образом, может быть выгодно достигнуто предпочтительно гомогенное распределение света по всей продольной плоской поверхности излучения перенаправляющего свет элемента.
Свет в плоскости рассеивания собирается посредством перенаправляющего свет элемента относительно близко к осветительному элементу так, что рассеянный свет собирается на уровне, на котором рассеянный свет может обеспечивать внешний вид прямоугольного или продольного "источника света" требуемых размеров. С этой целью перенаправляющий свет элемент может быть позиционирован непосредственно выше элемента рассеивания на незначительном расстоянии от элемента рассеивания или на большем расстоянии от элемента рассеивания в зависимости от требуемого эффекта.
Перенаправляющий свет элемент может быть изготовлен согласно требуемому оптическому эффекту направления света. В одном примерном предпочтительном варианте осуществления осветительной конструкции согласно изобретению перенаправляющий свет элемент реализован с возможностью излучать собранный свет с однородным подсвечиванием. С этой целью перенаправляющему свет элементу предпочтительно придаются размеры согласно распределению света в плоскости рассеивания, и он предпочтительно содержит рассеивающий слой, такой как слой люминофора. Например, перенаправляющий свет элемент может содержать относительно длинную прямоугольную полосу, которая содержит слой люминофора. Слой люминофора может представлять собой люминофорную оболочку, нанесенную на внешнюю поверхность прямоугольной полосы, или может быть скомпонован в прямоугольной полосе многослойным образом при необходимости. Такой перенаправляющий свет элемент может быть полезным для осветительного применения, в котором требуется внешний вид прямоугольного источника света, от которого свет излучается изотропно, т.е. однородно во всех направлениях, например, согласно закону косинусов Ламберта. Примером такого осветительного применения может являться конструкция подсветки дисплея, содержащая пластину дисплея с несколькими сопряженными поверхностями, скомпонованными по периметру пластины дисплея; и несколько осветительных конструкций согласно изобретению с таким перенаправляющим свет элементом с люминофорной оболочкой, скомпонованных так, что внешняя поверхность перенаправляющего свет элемента направлена на сопряженную поверхность пластины дисплея. Другое применение может представлять собой модифицированный осветительный блок, содержащий корпус, реализованный с возможностью соответствовать размерам традиционного флуоресцентного осветительного блока, и несколько осветительных конструкций, каждая с таким перенаправляющим свет элементом с люминофорной оболочкой, скомпонованных в ряд внутри корпуса. Если смотреть снаружи корпуса, модифицированный осветительный блок обеспечивает внешний вид однородного источника света, подобного традиционной флуоресцентной трубке, но является более экономичным, так как он потребляет меньше мощности на люмен. Другое преимущество такого осветительного применения заключается в том, что существующая осветительная арматура может оставаться на месте и использоваться снова путем простой замены традиционной флуоресцентной трубки на стеклянную трубку, содержащую осветительные конструкции согласно изобретению, и какую-либо приводную конструкцию, требуемую для преобразования подачи питания от сети до уровня, пригодного для использования с кристаллами LED осветительных конструкций.
Другие осветительные применения могут требовать того, чтобы свет направлялся по существу только в одном направлении от поверхности излучения перенаправляющего свет элемента. В связи с этим в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения перенаправляющий свет элемент содержит множество отчетливых латеральных зон преломления для сбора и преломления латерально развернутого света в плоскости излучения, причем плоскость излучения содержит продолжение плоскости рассеивания. Каждая латеральная зона преломления может быть реализована с возможностью собирать и преломлять участок латерально рассеянного света. Перенаправляющий свет элемент также может быть реализован с возможностью направлять некоторый участок света в плоскость излучения с помощью полного внутреннего отражения. Предпочтительно, перенаправляющий свет элемент выполнен в виде линзы Френеля, в которой каждая отчетливая латеральная зона преломления содержит собирающую поверхность, выполненную с возможностью собирать участок света, имеющий некоторый диапазон угла падения, и преломляющее тело для преломления участка света через поверхность излучения и по существу параллельно оптической оси. Предпочтительно, собирающей поверхности и/или преломляющему элементу отчетливой латеральный зоны преломления придается размер согласно части латерально рассеянного света, направленного в ту отчетливую боковую зону преломления. В связи с этим перенаправляющий свет элемент может содержать конструкцию из меньших и больших отчетливых латеральных зон преломления, в результате чего размер латеральный зоны преломления зависит от ее позиции в перенаправляющем свет элементе. Количество отчетливых латеральных зон преломления может быть выбрано согласно размеру элемента рассеивания и/или размеру требуемого продольного видимого источника света. Более того, количество отчетливых латеральных зон преломления может быть определено на основании требуемой степени или уровня однородности выходного света.
Предпочтительно, перенаправляющий свет элемент содержит центральную зону преломления, конструктивно предусмотренную вокруг оптической оси осветительной конструкции, совпадающей с оптической осью источника света, причем центральная зона преломления выполнена с возможностью собирать и преломлять центральный пучок света, порождаемый в центральном области элемента рассеивания, т.е. из области между двумя выступами "арахиса".
Такая реализация перенаправляющего свет элемента может быть пригодна для осветительных применений, в которых свет обычно виден только непосредственно спереди источника света, т.е. наблюдателем, смотрящим по существу непосредственно на поверхность излучения осветительной конструкции. Например, осветительная конструкция согласно изобретению с такой реализацией перенаправляющего свет элемента по Френелю может приводить к хорошему техническому результату в автомобильном осветительном блоке, таком как скомбинированный фонарь стоп-сигнала/габаритного фонаря или центральный верхний стоп-сигнал (CHMSL). Такой автомобильный осветительный блок согласно изобретению содержит осветительную конструкцию, в которой продольная плоская поверхность излучения содержит прямоугольную выходную поверхность перенаправляющего свет элемента по Френелю, как описано выше. Таким образом, эффективная и надежная осветительная конструкция с однородным видимым источником света с требуемыми размерами может быть достигнута с одним кристаллом LED. Такой технический результат не может быть достигнут посредством осветительных конструкций предшествующего уровня техники, которые требуют несколько LEDs в ряд для того, чтобы достигать "длинного" источника света, так как эти индивидуальные или отдельные источники света в таких конструкциях могут отчетливо различаться. Разумеется, осветительная конструкция согласно изобретению может быть использована для любого применения, требующего однородно светящего длинного видимого источника света, например, светового индикатора внутренней панели в кабине любого типа транспортного средства, бытовом приборе, освещении дисплейной панели и т.д.
Другие задачи и признаки настоящего изобретения станут очевидными из следующих подробных описаний, рассмотренных в сочетании с сопровождающими чертежами. Однако следует понимать, что чертежи выполнены исключительно для целей иллюстрации, а не в качестве определения ограничений изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает осветительный элемент согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 показывает полярную сетку с характеристикой излучения осветительного элемента с Фиг. 1.
Фиг. 3 показывает представление светового выхода варианта осуществления осветительного элемента с Фиг. 1.
Фиг. 4 показывает схематическое отображение распределения света, генерируемого осветительным элементом с Фиг. 1.
Фиг. 5 показывает вид в перспективе осветительного элемента с Фиг. 1.
Фиг. 6 показывает осветительную конструкцию согласно первому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 7 показывает схематический вид сбоку осветительной конструкции 1 с Фиг. 5.
Фиг. 8 показывает осветительную конструкцию согласно второму варианту осуществления изобретения.
Фиг. 9 показывает автомобильный осветительный блок предшествующего уровня техники.
Фиг. 10 показывает автомобильный осветительный блок согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 11 показывает конструкцию подсветки дисплея согласно варианту осуществления изобретения.
Везде на чертежах одинаковые позиции относятся к одинаковым элементам. Элементы на схемах не обязательно вычерчены в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает схематическое поперечное сечение осветительного элемента 10 согласно варианту осуществления изобретения. Этот примерный вариант выполнения осветительного элемента 10 содержит кристалл 2 LED, скомпонованный между контактами 23, 24 по типу конструкции SnapLED. Инкапсулирующий элемент 3 рассеивания содержит два отчетливых выступа 30 и часть 31 покрытия и выполнен над несущим элементом или теплопоглотителем 20 с возможностью герметизировать кристалл 2 LED. кристалл 2 LED размещен по центру относительно элемента 3 рассеивания так, что они оба совместно используют общую оптическую ось Ao. Внутренние концы контактов 23, 24 сформированы с возможностью образовывать гнездо 21 или "чашку" 21, в которой позиционируется кристалл LED. Верхние поверхности гнезда 21 являются отражающими, например, посредством полирования или нанесения отражающего покрытия. Гнездо 21 и выступы 30 элемента 3 рассеивания действуют с возможностью направлять генерируемый свет преимущественно наружу, как показано посредством примерных ограничивающих световых лучей R1 и R2 с правой стороны схемы, определяя латеральный участок рассеивания на этой стороне элемента 3 рассеивания. Верхний световой луч R1 образует первый угол α с оптической осью Aо, тогда как второй луч R2 образует второй угол β с оптической осью Aо.
Фиг. 2 показывает полярную сетку с характеристикой 6 излучения осветительного элемента 10 с Фиг. 1. Как ясно показывает схема, характеристика 6 радиации имеет два отчетливых латеральных участка или "крыла", направленных в сторону от центра, т.е. в сторону от источника света. Большая часть света направляется наружу в эти боковые участки. Характеристика 6 излучения фактически имеет внешний вид "крыльев летучей мыши", так как свет направляется в плоскость рассеивания так, что по существу весь свет направляется в эти зоны. Латеральный участок ограничен первым углом α и вторым углом β, образованными с оптической осью Ao, в результате чего первый угол α содержит около 40°, а второй угол β содержит около 55°.
Фиг. 3 показывает другое отображение светового выхода варианта осуществления осветительного элемента 10 с Фиг. 1, данное в канделах [кд] в зависимости от градусов [°], измеренных радиально вокруг осветительного элемента 10, начинающееся в точке на оптической оси Ao на 0° и заканчивающееся в точке на 90° от оптической оси Ao. Схема ясно обозначает пик P световой интенсивности на каждой стороне оптической оси Ao. Для этого распределения света элемент рассеивания и/или гнездо было реализовано с возможностью получать пик P на каждой стороне оптической оси между первым и вторым углами α, β около 60° и 75° соответственно. Распределение света является пригодным для перенаправляющего свет элемента с прямоугольной внешней поверхностью, имеющей аспектное отношение около 1:6.
Фиг. 4 показывает схематическое изображение распределения 7 света, генерируемого осветительным элементом 10 с Фиг. 1. Плоскость S рассеивания обозначена "секцией" S между пунктирными линиями. Плоскость схемы может пониматься как соответствующая собирающей плоскости перенаправляющего свет элемента, такого как полоса с люминофорной оболочкой или поверхность излучения линзы Френеля, которая описана выше. Поверхность 5, 41 излучения перенаправляющего свет элемента обозначена пунктирной линией. Как ясно показывает схема, распределение света содержит более яркий, по существу прямоугольный центральный участок 70 и последующие внешние участки уменьшающейся яркости. Перенаправляющий свет элемент позиционирован в собирающей плоскости с возможностью оптимально собирать свет в плоскости S рассеивания и излучать его от поверхности излучения, чтобы обеспечивать требуемый прямоугольный видимый источник света.
Фиг. 5 показывает вид в перспективе осветительного элемента 10 с Фиг. 1. Здесь ясно могут быть видны выступы 30 элемента 3 рассеивания в форме арахиса. Выступы 30 скомпонованы симметрично относительно оптической оси осветительного элемента 10, которая совпадает с оптической осью кристалла 2 LED, заключенного внутри элемента 3 рассеивания и обозначенного пунктирными линиями. Также выступы 30 скомпонованы симметрично относительно продольной оси L осветительного элемента 10, которая может совпадать с продольной осью перенаправляющего свет элемента, скомпонованного выше осветительного элемента 10.
Фиг. 6 показывает осветительную конструкцию 1 согласно первому варианту осуществления изобретения. Здесь осветительный элемент 10 скомпонован ниже элемента 4 линзы Френеля, содержащего тело со множеством латеральных элементов 40, 40', 40ʺ преломляющей призмы, центральный преломляющий участок и по существу прямоугольную поверхность 41 излучения. Элемент 4 линзы Френеля предпочтительно образован целиком, например, путем экструзии или процесса фрезеровки. Свет, излученный осветительным элементом 10, рассеивается наружу с помощью элемента рассеивания с двумя выступами так, что преимущественно получается характеристика "крыльев летучей мыши", обозначенная здесь прерывистыми линиями. Боковые элементы 40, 40', 40ʺ преломляющей призмы выполнены с возможностью собирать свет из различных секторов "крыльев летучей мыши" и преломлять собранный свет по существу перпендикулярно наружу от поверхности 41 излучения линзы 4 Френеля. В связи с этим для наблюдателя, смотрящего на поверхность 41 излучения, она выглядит как однородный прямоугольный источник света с длиной le и шириной we, т.е. с аспектным отношением we:le. Такая осветительная конструкция 1 может быть использована с хорошим техническим результатом, например, в автомобильном осветительном применении, таком как тормозной фонарь. Она также может быть использована в применении с дисплеем, например, для предусмотрения продольного и однородного источника света для направления в стороны экрана дисплея.
Фиг. 7 показывает схематический вид сбоку осветительной конструкции 1 с Фиг. 6. Схема иллюстрирует эффект преломляющего элемента 4 Френеля. Свет в плоскости S рассеивания (обозначенной пунктирными линиями), порождаемый от элемента 3 рассеивания, собирается и преломляется таким образом, что он излучается по существу перпендикулярно, как обозначено вертикальными стрелками, от поверхности 41 излучения в плоскости E излучения, которая является по существу продолжением плоскости S рассеивания. Разумеется, меньший участок собранного и преломленного света может излучаться в виде рассеянного или диффузного света, но больший участок света излучается в плоскости E излучения.
Фиг. 8 показывает осветительную конструкцию 1' согласно второму варианту осуществления изобретения. Здесь осветительный элемент 10 скомпонован ниже светопрозрачной полосы 5, которая покрыта или иным образом обработана с возможностью содержать слой люминофора, обозначенный точечным узором. Слой люминофора подсвечивается посредством распределения света в виде крыльев летучей мыши, рассеянного осветительным элементом 10, когда заключенный внутри LED приводится в действие с помощью напряжения на его электродах. Так как люминофор собирает падающий свет и переизлучает или рассеивает свет по существу однородно согласно закону косинусов Ламберта, т.е. слой люминофора действует в качестве изотропного радиатора, технический результат этой осветительной конструкции 1' заключается в предусмотрении равномерно "излучающей" поверхности, которая сама представляется действующей в качестве источника 5 света. Свет, собираемый и излучаемый люминофором от точки на светопрозрачной полосе 5, обозначен здесь группами световых лучей, излучаемых по существу однородно во всех направлениях. Такая осветительная конструкция 1' может быть использована с хорошим техническим результатом для предусмотрения, например, модифицирующей замены на лампу с флуоресцентной трубкой. Одна или более таких осветительных конструкций 1' могут быть размещены в длинном ряду, бок о бок, в стеклянной трубке такой лампы так, что во время работы осветительные конструкции 1' обеспечивают внешний вид равномерно освещаемой "флуоресцентной трубки".
Фиг. 9 показывает автомобильный осветительный блок предыдущего уровня техники, содержащий несколько источников света, таких как традиционные заключенные в корпус LEDs 8, скомпонованные ниже волновода или световода 80. На поверхности излучения осветительного блока воспринимаются отчетливые яркие области 81 (обозначенные штриховкой), разделенные менее ярко освещенными зонами (они остаются белыми на чертеже, но фактически будут более темными, чем яркие области 81), так как традиционный осветительный блок не имеет каких-либо средств первоначального распространения света с возможностью удовлетворять размерам световода до того, как свет поступает в световод.
Фиг. 10 показывает автомобильный осветительный блок согласно варианту осуществления изобретения. Здесь осветительный блок содержит несколько осветительных конструкций 1 согласно изобретению, каждую с осветительным элементом 10 и перенаправляющим свет элементом 4. Перенаправляющие свет элементы 4 могут быть реализованы как единое целое с одной поверхностью 41 излучения. Свет, проходящий через поверхность 41 излучения, является предпочтительно однородным и уже направлен перпендикулярно вверх в световод 9. Наблюдатель будет видеть изображение 90 видимого источника света, генерируемое на поверхности 41 излучения. Это изображение 90 является однородным внешне без каких-либо заметных более ярких зон или промежуточных более темных зон в отличие от конструкции, показанной на Фиг. 9 выше.
Фиг. 11 показывает конструкцию подсветки дисплея согласно варианту осуществления изобретения, содержащую прозрачный дисплей 100 и несколько осветительных конструкций 1, скомпонованных вдоль одной или более боковых поверхностей 101 дисплея 100. Свет, направляемый в дисплей 100, служит для равномерного подсветки поверхности дисплея.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было раскрыто в форме предпочтительных вариантов осуществления и их вариантов, понятно, что могут быть выполнены их многочисленные дополнительные модификации и варианты без отклонения от объема охраны изобретения.
Для ясности следует понимать, что выражение "содержащий" не исключает других этапов или элементов.
1. Осветительная конструкция (1, 1'), содержащая
источник (2) света для генерирования света;
гнездо (21), удерживающее источник (2) света и содержащее отражающую поверхность;
элемент (3) рассеивания, скомпонованный вокруг источника (2) света и выполненный с возможностью рассеивать в сторону генерируемый свет в плоскости (S) рассеивания, определенной оптической осью (Ao) источника (2) света и продольной осью элемента (3) рассеивания, чтобы обеспечивать по существу однородное количество света на единицу площади в плоскости, ортогональной к плоскости (S) рассеивания и параллельной продольной оси элемента (3) рассеивания, причем элемент (3) рассеивания содержит два различимых выступа (30), скомпонованных вдоль продольной оси элемента (3) рассеивания, в результате чего источник (2) света вмещается элементом (3) рассеивания по существу симметрично между этими двумя выступами (30), и
перенаправляющий свет элемент (4), содержащий продольную плоскую поверхность (41, 51) излучения и выполненный с возможностью собирать рассеянный в сторону свет в плоскости (S) рассеивания и излучать собранный свет по существу однородно над поверхностью (41, 51) излучения,
причем перенаправляющий свет элемент (4) реализован с возможностью преломлять собранный свет в плоскость (Е) излучения, причем плоскость (Е) излучения содержит продолжение плоскости (S) рассеивания, причем
перенаправляющий свет элемент (4) содержит множество различимых зон (40, 40', 40'') преломления в сторону для сбора рассеянного в сторону света, причем некоторая различимая зона (40, 40', 40'') преломления в сторону содержит собирающую поверхность, выполненную с возможностью собирать часть света, имеющую некоторый диапазон угла падения, и преломляющее тело для преломления этой части света через поверхность (41) излучения, и
при этом гнездо (21) и элемент (3) рассеивания реализованы с возможностью получать распределение (б) светового выхода, содержащее первый участок рассеивания в сторону в первой половине плоскости (S) рассеивания до одной стороны оптической оси (Ао), и второй участок рассеивания в сторону в другой половине плоскости (S) рассеивания, причем участок рассеивания в сторону распределения (6) светового выхода ограничен первым углом (α), образованным с оптической осью (Ао), и вторым углом (β), образованным с оптической осью (Ао), причем первый угол (α) равен по меньшей мере 35°, а второй угол (β) превышает первый угол (α) не более чем на 25°.
2. Осветительная конструкция по п. 1, в которой источник (2) света содержит светоизлучающий диод (2), предпочтительно один светоизлучающий диодный кристалл (2).
3. Осветительная конструкция по п. 1 или 2, в которой длина (le) поверхности (41, 51) излучения превышает ширину (we) поверхности (41, 51) излучения по меньшей мере в 3 раза, более предпочтительно по меньшей мере в 6 раз; наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10 раз.
4. Автомобильный осветительный блок, содержащий осветительную конструкцию (1) по любому из пп. 1-3, в которой продольная плоская поверхность (41) излучения перенаправляющего свет элемента (4) содержит длинную прямоугольную поверхность (41) излучения.
5. Конструкция подсветки дисплея, содержащая
пластину дисплея с несколькими сопряженными поверхностями, скомпонованными по периметру пластины дисплея; и
несколько осветительных конструкций (1, 1') по любому из пп. 1-3, скомпонованных так, что поверхность (41, 51) излучения осветительной конструкции (1, 1') направлена на сопряженную поверхность пластины дисплея.
6. Модифицированный осветительный блок, содержащий корпус, выполненный с возможностью соответствовать размерам традиционного флуоресцентного осветительного блока, и несколько осветительных конструкций (1, 1') по любому из пп. 1-3, скомпонованных внутри корпуса.
