Светоизлучающее устройство для светящихся поверхностей
Изобретение относится к светоизлучающим устройствам. Устройство (100, 200, 300) содержит тело (10) из твердого материала, имеющее поверхность (11), световодный элемент (101, 110), частично заделанный в упомянутое тело, и множество твердотельных источников (12) света. Световодный элемент имеет множество дискретных выводящих свет областей (103), содержащих средства (230, 730, 830, 930) вывода света, распределенных вдоль продольного направления световодного элемента, и множество дискретных не выводящих свет областей (102), распределенных вдоль продольного направления световодного элемента. Множество не выводящих свет областей световодного элемента заделано упомянутым телом, а множество выводящих свет областей световодного элемента открыто на поверхности упомянутого тела. Не выводящие свет области (102) образуют области ввода света, содержащие средства (220, 320, 420, 520, 620) ввода света. Множество твердотельных источников (12) света заделано внутрь упомянутого тела (10) из твердого материала и расположено для излучения света в направлении упомянутых областей ввода света. Изобретение обеспечивает уменьшение потерь света. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к светоизлучающим устройствам, объединенным с твердыми объектами для предоставления светящихся поверхностей.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ТЕХНИКИ
Твердотельные осветительные устройства все шире используются для широкого разнообразия приложений освещения. Твердотельные источники света предлагают преимущества над традиционными источниками света, такими как лампы накаливания и люминесцентные лампы, включая длительный срок службы, высокую световую эффективность (светоотдачу), низкое рабочее напряжение и быструю модуляцию выходного светового потока, а благодаря своим небольшим размерам, они открыли новые возможности по объединению освещения с другими функциями. Например, в настоящее время привлекают внимание решения, связанные с твердотельными источниками света, для предоставления светящихся поверхностей. Светящиеся поверхности могут использоваться для общего или декоративного освещения, создавая внутри помещения требуемую обстановку, световые рисунки, информационные указатели и т.д.
Один способ предоставления светящейся поверхности состоит в использовании светоизлучающих диодов (светодиодов), упорядоченных в желаемом рисунке или расположенных под поверхностью, предназначенной, чтобы светиться. Однако, поскольку светодиоды являются точечными источниками света, может потребоваться очень большое число светодиодов, что увеличивает производственные затраты.
Другой подход состоит в использовании лазерного света, введенного в световод, например, в оптическое волокно, которое прикреплено к поверхности или частично заделано в поверхность, например, стены или потолка. Однако использующие такой световод известные решения страдают от низкой эффективности, обусловленной утечкой света из световода и поглощением света материалом поверхности.
Следовательно, в данной области техники существует необходимость для усовершенствований в отношении светящихся поверхностей, используемых, например, для информационных указателей или для декоративного освещения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы по меньшей мере частично преодолеть проблемы предшествующего уровня техники и предоставить средство для эффективного подсвечивания поверхности, в частности, светоизлучающее устройство, предназначенное для этой цели.
В соответствии с первым аспектом изобретения, эти и другие задачи решаются светоизлучающим устройством, содержащим:
- тело из твердого материала, имеющее поверхность;
- световодный элемент, частично заделанный в упомянутое тело, при этом упомянутый световодный элемент имеет множество дискретных выводящих свет областей, содержащих средства вывода света, причем упомянутые дискретные выводящие свет области распределены вдоль продольного направления световодного элемента, и множество дискретных не выводящих свет областей, распределенных вдоль продольного направления световодного элемента, при этом упомянутое множество не выводящих свет областей световодного элемента заделано упомянутым телом, а упомянутое множество дискретных выводящих свет областей световодного элемента открыты на поверхности упомянутого тела; и
по меньшей мере один твердотельный источник света расположен для излучения света в направлении по меньшей мере одной области ввода света световодного элемента.
Таким образом, свет, излученный упомянутым твердотельным источником света, может быть введен в световодный элемент через область ввода света, распространяться по световодному элементу при полном внутреннем отражении, в соответствии с законом Снеллиуса, и затем может быть выведен в выводящих свет областях. Следовательно, вместо того, чтобы полностью направляться к удаленному концу световода, как это обычно имеет место в случае с оптическим волокном, свет выводится из световода в многочисленных местах, распределенных по длине световода. Таким образом, это светоизлучающее устройство обеспечивает тело со светящейся поверхностью. Использование световода со множеством дискретных выводящих свет областей, распределенных по длине световода, обеспечивает эффективное освещение без потерь света или с небольшими потерями света, например, обусловленными поглощением в твердом материале. Кроме того, это светоизлучающее устройство является в высокой степени универсальным, поскольку на рассматриваемой поверхности может быть предоставлен любой требуемый рисунок освещения.
Выводящие свет области и не выводящие свет области могут быть попеременно расположены в продольном направлении вдоль световода.
Не выводящие свет области световодного элемента содержат средства ввода света и таким образом образуют области ввода света, которые погружены под поверхность тела. Множество твердотельных источников света заделано внутрь тела из твердого материала и расположено для излучения света в направлении упомянутых областей ввода света. Следовательно, свет, излученный заделанными твердотельными источниками света, вводится в световодный элемент в многочисленных местах, что обеспечивает высокую силу света, а распределение силы света по световоду может быть приспособлено к требуемой.
Выводящие свет области и не выводящие свет области могут быть попеременно расположены в продольном направлении вдоль световода (по световоду).
В вариантах осуществления области ввода света, которые содержат средства ввода света, могут быть равномерно распределены вдоль длины световодного элемента. Таким образом может быть достигнуто более равномерное распределение света в пределах световодного элемента.
В вариантах осуществления по меньшей мере одна дополнительная область ввода света, содержащая средство ввода света, может быть расположена на боковой поверхности световодного элемента, например, на конце оптического волокна, и по меньшей мере один дополнительный твердотельный источник света может быть расположен для излучения света в направлении упомянутой боковой поверхности и упомянутой по меньшей мере одной области ввода света таким образом, что свет, излученный упомянутым дополнительным твердотельным источником света, может быть введен в световодный элемент через эту боковую поверхность. Чтобы обеспечить более высокую силу света и/или более равномерное распределение света вдоль длины световодного элемента, светоизлучающее устройство может содержать по меньшей мере две дополнительные области ввода света, расположенные на противоположных боковых поверхностях световодного элемента (например, на противоположных концах оптического волокна), и по меньшей мере два дополнительных твердотельных источника света, расположенных на противоположных сторонах упомянутого световодного элемента, причем каждый твердотельный источник света расположен для излучения света в направлении соответствующей боковой поверхности и одной из упомянутых по меньшей мере двух дополнительных областей ввода света. Таким образом, свет может быть введен в световодный элемент с двух боковых поверхностей (например, с двух концов оптического волокна).
В вариантах осуществления каждая область ввода света может содержать средство ввода света, расположенное на поверхности световодного элемента. В некоторых вариантах осуществления средство ввода света может содержать покрытие, закрывающее часть поверхности световодного элемента. В других вариантах осуществления средство ввода света может содержать покрытие или оболочку, охватывающие продольный участок световодного элемента, например, образующие трубообразное покрытие в том случае, когда световодным элементом является оптическое волокно. Нанесение средства ввода света в виде непрерывного покрытия поверх участка поверхности световодного элемента может потребовать менее точного позиционирования связанного с ним источника света по сравнению со случаем, когда область ввода света содержит средство ввода света в виде непрерывного покрытия или рисунка из вводящего свет материала.
Средство ввода света может содержать оптически сопрягающий прозрачный материал. Альтернативно, средство ввода света может содержать преобразующий длину волны материал для обеспечения ввода света, а также преобразования длины волны по меньшей мере части света, излученного источником(ами) света. В том случае, когда средство ввода света содержит преобразующий длину волны материал, этот преобразующий длину волны материал предпочтительно может быть прозрачным, дающим небольшое или нулевое рассеяние света, излученного источником света. Прозрачный или не рассеивающий свет преобразующий длину волны материал, такой как наноразмерные частицы неорганического люминофора или квантовые точки, или же материал-органический люминофор, молекулярно растворенный в матрице, в областях ввода света может увеличить эффективность светоизлучающего устройства, поскольку после ввода света в световодный элемент света при этом рассеивается очень мало или не рассеивается вообще.
В вариантах осуществления изобретения, в которых средство ввода света содержит преобразующий длину волны материал, могло бы быть особенно выгодным использовать средство ввода света, охватывающее продольный участок световодного элемента, как описано выше, поскольку это может увеличить количество света, преобразованного преобразующим длину волны материалом.
В вариантах осуществления каждая выводящая свет область может содержать средство вывода света, расположенное на поверхности световодного элемента. Средство вывода света может содержать световыводящий материал или световыводящую структуру, например, топографическую структуру. Средство вывода света может содержать по меньшей мере одно из светодифракционной структуры или материала, светопреломляющей структуры или материала и светорассеивающей структуры или материала. Дополнительно или альтернативно средство вывода света может содержать преобразующий длину волны материал для обеспечения вывода света, а также преобразования длины волны по меньшей мере части света, выведенного или излученного из соответствующей выводящей свет области. Предпочтительно используемый в выводящих свет областях преобразующий длину волны элемент может быть рассеивающим преобразующим длину волны материалом, например, частицами, содержащими неорганический или органический люминофор, имеющий размер частиц по меньшей мере 100 нм.
Например, средство вывода света может содержать покрытие из световыводящего материала (например, светорассеивающего материала), покрывающего часть поверхности световодного элемента. В некоторых вариантах осуществления средство вывода света может содержать покрытие, охватывающее продольный участок световодного элемента, например, образующее трубообразное покрытие в том случае, когда световодным элементом является оптическое волокно. В вариантах осуществления, в которых средство вывода света содержит преобразующий длину волны материал, могло бы быть особенно выгодным использовать средство вывода света, охватывающее продольный участок световодного элемента, как описано выше, поскольку это может увеличить вероятность преобразования света.
В вариантах осуществления светоизлучающего устройства световодный элемент может быть сердцевиной (ядром) оптического волокна. В других вариантах осуществления световодный элемент может быть в виде пластины или листа. Световодный элемент необязательно может быть гибким. Светоизлучающее устройство может дополнительно содержать обычную оболочку, охватывающую часть световодного элемента, в частности, те части, которые не предназначены в качестве областей ввода света или выводящих свет областей. Таким образом, обычно никакой оболочки нет вокруг тех частей световодного элемента, которые покрыты средством ввода света или средством вывода света или связаны с ними, поскольку назначением оболочки отчасти является обеспечение физической защиты световодного элемента, а отчасти - предотвращение утечки света из световода на тех участках, где вывод света нежелателен.
В вариантах осуществления светоизлучающего устройства поверхность тела может быть планарной, а световодный элемент может быть по меньшей мере частично искривленным, например, волнообразным. Так, например, световодный элемент может быть выполнен многократно появляющимся на или над поверхностью и исчезающим с поверхности (под поверхность). Однако предусмотрено также, что поверхность может быть непланарной, а световодный элемент может иметь любую требуемую форму или конфигурацию. В некоторых вариантах осуществления менее 70% по объему световодного элемента может быть заделано твердым телом, так что на поверхности упомянутого тела открыто по меньшей мере 30% по объему световодного элемента. Например, менее 50%, например, менее 30% по объему световодного элемента может быть заделано в твердое тело, так что на поверхности упомянутого тела открыто по меньшей мере 50%, например, по меньшей мере 70% по объему световодного элемента.
Тело, в которое частично заделан световодный элемент, может быть выполнено из твердого материала, необязательно непрозрачного, например, металла, дерева, минерала (например, камня), пластмассы, композитных материалов, ткани, бумаги или любой их комбинации. Тело из твердого материала может содержать, составлять часть или может быть приспособлено для размещения на стене, потолке и/или на полу, или может содержать или составлять деталь предмета мебели или декорации интерьера. Светоизлучающее устройство в соответствии с изобретением может быть использовано, в частности, для целей специального освещения, например, декоративного освещения или информационных указателей.
Отметим, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям перечисленных в пунктах формулы изобретения признаков.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие вариант(ы) осуществления изобретения.
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении, показывающий общие элементы светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 3 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий возможную конфигурацию источника света.
Фиг. 4 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий возможный вариант средства ввода света.
Фиг. 5 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий другой вариант средства ввода света.
Фиг. 6 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий другой вариант средства ввода света.
Фиг. 7 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий возможный вариант средства вывода света.
Фиг. 8 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий другой вариант средства вывода света.
Фиг. 9 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывающий еще один вариант средства вывода света.
Фиг. 10 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Как показано на фигурах, в иллюстративных целях размеры слоев и областей являются преувеличенными, и, таким образом, они предназначены для показа общих элементов по вариантам осуществления настоящего изобретения. Одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам по всему описанию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Теперь настоящее изобретение ниже будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Это изобретение, однако, может быть реализовано во многих различных видах и не должно быть истолковано как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления; скорее, эти варианты осуществления предоставлены для полноты и завершенности, и полностью передают объем изобретения специалисту.
Фигура 1 иллюстрирует общие элементы светоизлучающего устройства 100 в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Светоизлучающее устройство 100 содержит световодный элемент 101, здесь в виде оптического волокна. Однако световодный элемент 101, если смотреть сбоку, может быть также в виде листа. В любом случае этот световодный элемент, называемый здесь далее световодом, имеет продольную протяженность в по меньшей мере одном направлении L.
Световод 101 частично заделан в тело 10 из твердого материала так, что части или области 102 световода 101 заделаны или углублены в тело 10, а другие части или области 103 открыты на поверхности 11 тела 10, то есть выступают из этой поверхности 11. Как показано на фигуре, части или области 102 и части или области 103 попеременно расположены в продольном направлении L. Области 102 могут быть полностью заделаны в тело 10, в то время как области 103 могут быть полностью открытыми. Таким образом, на виде сверху можно увидеть, что световод 101 многократно появляется на или над поверхностью 11 и многократно исчезает с поверхности (или под поверхность) 11. Тело 10 может быть выполнено из твердого материала, необязательно непрозрачного, например, металла, дерева, минерала (например, камня), пластмассы, композитных материалов, ткани, бумаги или их комбинаций.
Свет вводится в световод через средства ввода света (не показано), которые могут быть расположены, например, у заделанных областей 102, а в вариантах осуществления дополнительно с одной стороны или с обеих из боковых поверхностей 104a, 104b световода. Кроме того, области 103 образуют выводящую свет область и содержат средства вывода света (на фиг. 1 не показаны) для извлечения света из световода.
Фигура 2 показывает более подробный вид светоизлучающего устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Это светоизлучающее устройство 200 содержит тело из твердого материала 10, частично заделывающее световод 101, имеющий чередующиеся области 102 и 103, при этом области 102 заделаны в тело 10, а области 103 открыты на поверхности тела 10, как описано выше. Дополнительно, на фиг. 2 показано множество твердотельных источников 12 света, как правило, светоизлучающих диодов (светодиодов), заделанных в тело 10 вблизи области 102 световода 101 и направленных для излучения света в направлении световода. Области 102 световода содержат средства 220 ввода света, которые облегчают ввод излученного светодиодами 12 света в световод 101. Таким образом, области 102 могут представлять собой области ввода света. Области 103 содержат средства 230 вывода света, которые обеспечивают вывод света из световода. Следовательно, излученный светодиодами 12 свет вводится в световод 101 в многочисленных местах (области 102 ввода света) и распространяется через световод 101 при полном внутреннем отражении в соответствии с законом Снеллиуса. Однако, вместо того, чтобы полностью направляться к удаленному концу световода, как это обычно имеет место в случае с оптическим волокном, свет выводится из световода в многочисленных местах (областях 103 вывода света), распределенных по длине или продольному протяжению этого световода.
В некоторых вариантах осуществления каждая заделанная область 102 световода может быть связана с источником 12 света и таким образом может представлять собой область 102 ввода света. Однако возможно также, что некоторые из заделанных областей 102 не связаны с источником 12 света и таким образом не являются областями ввода света. Следовательно, заделанная область 102 световода 101 может представлять, а может и не представлять область ввода света.
Кроме того, не все открытые на поверхности части световода должны содержать средства вывода света. Следовательно, могут быть открытые на поверхности части световода 101, которые не представляют выводящие свет области или не содержат их.
Чтобы улучшить равномерность распределения света, области 102 ввода света могут быть упорядочены вдоль длины световода 101 с регулярными интервалами. Распределение выводящих свет областей 103 может быть регулярным или нерегулярным и может быть выполнено для обеспечения требуемого рисунка извлекаемого света.
Как упоминалось выше, источник 12 света может быть светодиодом, например, светодиодом синего или фиолетового свечения, хотя конечно равновозможны светодиоды других цветов свечения. Источник света может быть заделан в тело твердого материала, смежного с областью ввода света световода и быть в оптическом контакте со средством ввода света. Источник света обычно расположен на печатной плате или на рамке с выводами (не показана) и посредством электрических выводов подсоединен к внешнему источнику питания и схеме управления, как понятно специалисту в данной области техники. Печатная плата или рамка с выводами могут быть по меньшей мере частично заделаны в тело 10.
Источник света через средство ввода света может быть в более или менее непосредственном физическом контакте со световодом. Однако необязательно источник света может быть расположен на расстоянии от световода при условии, что он все еще находится в оптическом контакте со средством ввода света световода.
Фиг. 3 показывает вариант осуществления светоизлучающего устройства, в котором источник света в виде светодиода с прямым преобразованием люминофором является физически и оптически связанным со световодом 101 через средство 320 ввода света, здесь в виде слоя оптически сопрягающего материала, такого как силикон. Таким образом, светодиод 12 может содержать нанесенный на светодиод преобразующий длину волны слой 313 материала, который находится в непосредственном контакте с силиконовым материалом 320. В других вариантах осуществления, таких как, например, показанный на фигуре 2, источник света может быть расположен на расстоянии от световода 101. Однако в таких вариантах осуществления для установления оптического контакта между источником света и областью ввода света световода может быть обеспечена прозрачная среда, такая как оптический сопрягающий материал.
Хотя фигуры 2 и 3 показывают светодиоды, расположенные под световодом, если смотреть со стороны поверхности 11, предполагается, что источник света также может быть расположен на той же самой глубине, что и область ввода света световода, а также рядом с ним.
В некоторых вариантах осуществления в дополнение к источникам света, расположенным вдоль длины световода, например, как показано на фигурах 2 и 3, твердотельные источники света, такие как светодиоды или лазерные источники света могут быть расположены на боковых поверхностях световода, таких как концы 104a, 104b оптического волокна, и в оптическом контакте со средством ввода света, обеспеченном на упомянутых боковых поверхностях, так что свет может дополнительно вводиться в световод из одного или обоих концов волокна. Боковые поверхности 104а, 104b и источник(и) света в таких случаях могут быть либо заделаны в тело 10 или в твердый материал, либо могут быть обеспечены снаружи тела 10, например, на поверхности тела. Когда свет вводится в световод с боковой поверхности или с конца, сила света вдоль световода с увеличением расстояния от источника света может уменьшаться, и тогда может быть предпочтительно компенсировать это уменьшение с помощью настройки числа и/или пространственного распределения средств вывода света, чтобы обеспечить более равномерный выход света вдоль длины световода. Источником света, используемым в этих вариантах осуществления, может быть, например, светодиод с преобразованием люминофором, подобный источнику 312 света по фиг. 3. Кроме того, в тех вариантах осуществления, где области ввода света обеспечены на одной или на обеих боковых поверхностях 104a, 104b, световод необязательно может содержать преобразующий длину волны материал, смешанный с материалом световода.
Средство ввода света может быть обеспечено в виде покрытия, например, в виде преобразующего длину волны покрытия, или в виде прозрачного оптического материала. Покрытие может быть адгезивным и может крепить источник света к световоду, например, как показано на фигуре 3. В некоторых вариантах осуществления средство вывода света может быть вытравлено в материале световода при его изготовлении или позже.
Фигуры 4-6 иллюстрируют различные конфигурации средства ввода света. В некоторых представленных на фигуре 4 вариантах осуществления средство 420 ввода света обеспечено на поверхности световода 101 полностью покрывающим или охватывающим ее часть. Таким образом, средство ввода света может образовывать вокруг участка световода рукав, в частности, в тех вариантах осуществления, в которых световод представляет собой сердцевину оптического волокна. В других вариантах осуществления, например, как в показанном на фигуре 5, средство 520 ввода света может быть обеспечено в виде покрытия, нанесенного главным образом с одной стороны световода, как правило, его стороны, обращенной к источнику света. Таким образом, в этих вариантах осуществления средство 520 ввода света не охватывает или окружает световод.
В еще других вариантах осуществления, схематично представленных на фигуре 6, средство ввода света может быть представлено в виде рисунка 620 вводящего свет материала, нанесенного на поверхность световода. Вводящий свет рисунок 620 может быть обеспечен главным образом на поверхности световода, обращенной к источнику света, хотя предполагается также, что рисунок может быть обеспечен также и вокруг всего участка световода способом, соответствующим варианту осуществления, показанному на фигуре 4.
Описанные здесь средства ввода света по любому варианту осуществления светоизлучающего устройства необязательно могут дополнительно содержать преобразующий длину волны материал. Например, преобразующий длину волны материал может быть распределен в виде частиц или молекулярно растворен в оптическом сопрягающем материале.
Дополнительно, средства вывода света по любому варианту осуществления необязательно могут содержать преобразующий длину волны материал. Например, преобразующий длину волны материал может быть распределен в виде частиц или растворен в виде молекул в оптическом сопрягающем материале.
Преобразующие длину волны материалы, называемые также люминесцентными материалами или люминофорами, представляют собой неорганические или органические соединения, способные преобразовывать первичный свет, например, свет, излученный источником света, таким как светодиод, во вторичный свет, имеющий иное спектральное распределение (обычно, свет больших длин волн). Тип преобразующего длину волны материала, используемого в светоизлучающих устройствах по изобретению, может быть выбран с учетом спектральных свойств света, излучаемого источником света, и требуемого спектрального состава выходного света (то есть света, извлекаемого из световода через выводящие свет области). Можно использовать комбинацию преобразующих длину волны материалов, обеспечивая различные цвета, для того, чтобы получить выходящий свет, имеющий требуемый цвет или другую спектральную характеристику.
Примеры подходящих неорганических преобразующих длину волны света материалов включают легированный церием (Се) алюмоиттриевый гранат YAG (Y3Al5O12) или алюмолютециевый гранат LuAG (LU3Al5O12). Легированный церием YAG излучает желтоватый свет, в то время как легированный церием LuAG излучает желто-зеленоватый свет. Примеры других неорганических люминофорных материалов, которые излучают красный свет, могут включать, но не ограничиваются этим, материалы ECAS и BSSN; ECAS представляет собой Ca1-xAlSiN3:Eux, где 0<x≤1, предпочтительно 0<x≤0,2, а BSSN представляет собой Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz, где М представляет Sr или Са, 0≤x≤1, 0≤y≤4 и 0,0005≤z≤0,05, и предпочтительно 0≤x≤0,2. Неорганические люминофоры могут быть представлены в виде диспергированных в матрице частиц.
Примеры подходящих органических преобразующих длину волны материалов для использования в настоящем изобретении включают органические материалы, основанные на производных перилена, например, соединения, продаваемые компанией BASF под наименованием Lumogen®. Примеры подходящих соединений включают, но не ограничиваются этим, Lumogen® Red F305, Lumogen® Orange F240, Lumogen® Yellow F083 и Lumogen® F170. Органические преобразующие длину волны материалы, помимо всего прочего, имеют то преимущество, что их молекулярная структура может быть построена таким образом, что можно настраивать положение спектрального максимума. Другой важной особенностью органических преобразующих длину волны материалов является то, что они могут быть молекулярно растворены в материале матрицы и, следовательно, могут быть прозрачным, то есть не рассеивающими.
В качестве альтернативы используемый в вариантах осуществления изобретения преобразующий длину волны материал может быть основан на квантовых точках, которые представляют собой небольшие кристаллики полупроводникового материала, как правило, имеющие ширину или диаметр всего лишь несколько нанометров. При возбуждении падающим светом, квантовая точка излучает свет цвета, определяемого размером и материалом кристалла. Поэтому при подгонке размера точек может быть получен свет определенного цвета. Наиболее известные квантовые точки с излучением в видимой области спектра основаны на селениде кадмия (CdSe) с оболочкой, такой как из сульфида кадмия (CdS) и сульфида цинка (ZnS). Могут также использоваться бескадмиевые квантовые точки, такие как из фосфида индия (InP) и сульфида индия-меди (CuInS2) и/или из сульфида индия-серебра (AgInS2). Квантовые точки демонстрируют очень узкую полосу излучения и таким образом они демонстрируют насыщенные цвета. Кроме того, цвет излучения может быть легко настроен при подгонке размера квантовых точек. В вариантах осуществления настоящего изобретения может быть использован любой тип квантовых точек, известных в данной области техники. Однако по соображениям экологической безопасности и защиты окружающей среды может быть предпочтительным использование бескадмиевых квантовых точек или по меньшей мере квантовых точек, имеющих очень низкое содержание кадмия.
Средство ввода света, содержащее преобразующий длину волны материал, может быть прозрачным, то есть по существу не рассеивающим. Например, может быть использован неорганический наноразмерный люминофор, такой как квантовые точки, или органический люминофор, который молекулярно растворен в оптическом сопрягающем материале.
Обратимся к фигурам 7-9, на них показаны различные варианты средств вывода света. Вообще говоря, средства вывода света выводящих свет областей 103 световода 101 могут содержать преобразующий длину волны материал или светодифракционные, светопреломляющие или светорассеивающие материал или структуру. Средство вывода света может быть обеспечено в виде покрытия. В некоторых вариантах осуществления средства вывода света могут быть вытравлены в материале световода во время его изготовления или позже.
Фиг. 7 показывает вариант осуществления, в котором световод 101 включает в себя средство 730 вывода света, обеспеченное на поверхности световода 101 полностью покрывающим или охватывающим ее часть, так что охваченный участок образует выводящую свет область 103. Таким образом, средство вывода света может образовывать вокруг участка световода рукав, в частности, в тех вариантах осуществления, в которых световод представляет собой сердцевину оптического волокна. В других вариантах осуществления, например, в таких, как показанный на фигуре 8, средство 830 вывода света может быть обеспечено в виде покрытия, нанесенного, главным образом, на одну сторону световода, как правило, на его сторону, обращенную от поверхности 11 тела и в направлении взгляда наблюдателя. Таким образом, в этих вариантах осуществления средство вывода света не охватывает или не окружает световод. В еще других вариантах осуществления, схематично представленных на фигуре 9, средство вывода света может быть представлено рисунком 930 из выводящего свет материала, нанесенного на поверхность световода. Выводящий свет рисунок 930 может быть обеспечен главным образом на поверхности световода, обращенной от поверхности 11 и в направлении наблюдателя, хотя предполагается также, что рисунок может быть обеспечен также вокруг участка световода способом, соответствующим варианту осуществления, показанному на фигуре 7.
Описанные здесь средства вывода света по любому варианту осуществления светоизлучающего устройства необязательно могут дополнительно содержать преобразующий длину волны материал. Например, преобразующий длину волны материал может быть распределен в виде частиц или молекулярно растворен в оптическом сопрягающем материале, как это описано выше со ссылкой на средство ввода света. Подходящие преобразующие длину волны материалы включают те, которые были упомянуты ранее со ссылкой на средств ввода света. В тех вариантах осуществления, где средства ввода света, а также средства вывода света содержат преобразующий длину волны материал, эти преобразующие длину волны материалы средства ввода света и средств вывода света соответственно могут быть одинаковыми или различными.
Для целей вывода света в некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительным или использовать рассеивающий преобразующий длину волны материал, такой как преобразующие длину волны частицы достаточного размера, например, по меньшей мере 100 нм, или комбинировать не рассеивающие (прозрачные) преобразующие длину волны частицы или органический преобразующий длину волны материал, молекулярно растворенный с неорганическими рассеивающими элементами.
Таким образом, средство вывода света может включать рассеивающие элементы, необязательно в комбинации с преобразующим длину волны материалом. Например, рассеивающие элементы в виде частиц светоотражающего материала, такого как TiО2, A12О3 или BaSО4, или их комбинации могут быть введены в оптический сопрягающий материал, такой как силикон или другой материал, как это описано выше.
Описанный здесь световодный элемент может быть выполнен из любого подходящего материала, например, из стекла или пластмассы, и необязательно может быть гибким. Обычно световодный элемент по меньшей мере частично покрыт оболочкой, которая защищает световодный материал и которая предотвращает нежелательные утечки света из световода на его поверхностях раздела с другими материалами, такими как материал твердого тела 10. Однако эта оболочка отсутствует на любых участках световода, покрытых средством ввода света или средством вывода света. Следовательно, оболочку, например, оптического волокна, необходимо будет удалить на тех участках, которые предполагается закрыть или покрыть средством ввода света или средством вывода света, таким образом, чтобы это средства ввода света или средства вывода света находились в оптическом контакте с сердцевиной оптического волокна.
Таким образом, светоизлучающее устройство в соответствии с вариантами осуществления изобретения обеспечивает световод, излучающий свет на выбранных участках вдоль его длины, частично заделанный в поверхность тела из твердого материала. Например, по меньшей мере 30% объема световода не заделано в тело и таким образом открыто на поверхности, а, следовательно, доступно для извлечения света. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере 50% или по меньшей мере 70% объема световода открыто и доступно для извлечения света. Фиг. 10 показывает примерный вариант осуществления светоизлучающего устройства, в котором более 50% световода 110 по объему открыто на поверхности 11 тела 10. Заделанные области 102, которые здесь образуют области ввода света, составляют меньшую по объему часть световода по сравнению с выводящими свет областями 103, которые открыты во внешнюю среду и видны наблюдателю.
Тело 10 необязательно может быть непрозрачным и может содержать любой подходящий материал, синтетический или натуральный, и может образовывать или образовывать часть объекта любого вида, например, объект или материал, используемый для внутренней отделки или дизайна. Например, тело 10 может образовывать или составлять часть стены или сегмент стены, обои, потолок или потолочную плитку (для подвесных потолков), пол или напольную плитку, ковер или предмет мебели, такой как стол, письменный стол, шкаф, экран, дверь, стул или кресло и т.д.
Световод может быть изготовлен известными способами и затем может быть частично заделан или встроен в поверхность твердого тела путем введения его в отверстия или в углубления в корпусе, образованные любыми подходящими способами, например сверлением, фрезерованием и т.п., или формованием при изготовлении самого тела. Световод необязательно может быть соединен с телом при изготовлении тела.
Специалист в данной области техники осознает, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Напротив, в рамках объема приложенной формулы изобретения возможны его многочисленные модификации и изменения. Например, хотя все фигуры показывают плоскую поверхность и криволинейный, волнообразный световод, предполагается, что эта поверхность, а также световод могут иметь любую форму.
Дополнительно, специалистом при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения могут быть поняты и реализованы варианты к раскрытым вариантам осуществления. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а признак единственного числа не исключает множества. Тот простой факт, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что для получения преимущества не может быть использована комбинация этих мер.
1. Светоизлучающее устройство (100, 200, 300), содержащее:
- тело (10) из твердого материала, имеющее поверхность (11);
- световодный элемент (101, 110), частично заделанный в упомянутое тело, при этом упомянутый световодный элемент имеет множество дискретных выводящих свет областей (103), содержащих средства (230, 730, 830, 930) вывода света, распределенных вдоль продольного направления световодного элемента, и множество дискретных не выводящих свет областей (102), распределенных вдоль продольного направления световодного элемента, при этом упомянутое множество не выводящих свет областей световодного элемента заделано упомянутым телом, а упомянутое множество выводящих свет областей световодного элемента открыто на поверхности упомянутого тела, при этом упомянутые не выводящие свет области (102) образуют области ввода света, содержащие средства (220, 320, 420, 520, 620) ввода света; и
- множество твердотельных источников (12) света, заделанных внутрь упомянутого тела (10) из твердого материала, расположенных для излучения света в направлении упомянутых областей ввода света.
2. Светоизлучающее устройство по п. 1, дополнительно содержащее по меньшей мере одну дополнительную область ввода света, содержащую средство ввода света, расположенное на боковой поверхности (104a, 104b) световодного элемента (101), и по меньшей мере один дополнительный твердотельный источник света, расположенный для излучения света в направлении упомянутой боковой поверхности и упомянутой по меньшей мере одной области ввода света.
3. Светоизлучающее устройство по п. 2, в котором по меньшей мере две дополнительные области ввода света расположены на противоположных боковых поверхностях (104a, 104b) световодного элемента, и по меньшей мере два дополнительных твердотельных источника света расположены на противоположных сторонах упомянутого световодного элемента (101), при этом каждый дополнительный твердотельный источник света расположен для излучения света в направлении соответствующей боковой поверхности и одной из упомянутых по меньшей мере двух дополнительных областей ввода света.
4. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором упомянутые не выводящие свет области (102), образующие области ввода света, равномерно распределены вдоль длины световодного элемента.
5. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором по меньшей мере одно из упомянутых средств ввода света и дополнительных средств ввода света и упомянутых средств вывода света содержит преобразующий длину волны материал.
6. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором упомянутое средство ввода света содержит покрытие, закрывающее часть поверхности световодного элемента.
7. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором упомянутое средство вывода света содержит покрытие, закрывающее часть поверхности световодного элемента.
8. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором по меньшей мере одно из средств (420) ввода света и средств (730) вывода света содержит покрытие, охватывающее продольный участок световодного элемента.
9. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором световодный элемент является сердечником оптического волокна.
10. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, дополнительно содержащее защитную оболочку, охватывающую части световодного элемента, не связанные со средством ввода света или со средством вывода света.
11. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором поверхность тела является планарной, а световодный элемент является по меньшей мере частично криволинейным.
12. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором менее 70% по объему световодного элемента заделано твердым телом, так что по меньшей мере 30% по объему световодного элемента открыто на поверхности упомянутого тела.
13. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором менее 50%, например менее 30%, по объему световодного элемента заделано твердым телом, так что по меньшей мере 50%, например по меньшей мере 70%, по объему световодного элемента открыто на поверхности упомянутого тела.
14. Светоизлучающее устройство по пп. 1, 2 или 3, в котором упомянутое тело из твердого материала содержит, составляет часть или приспособлено для размещения на стене, потолке и/или полу, или содержит или составляет часть предмета мебели или декорации интерьера.
