Область техники.

Изобретение относится , к светотехнике, а именно, к светодиодным осветительным устройствам, предназначенным создания внешнего и внутреннего освещения. Предшествующий уровень техники.

Для повышения эргономических показателей осветительные устройства не должны создавать слепящих бликов, резких перепадов яркости поверхности излучения, вызывающих ощущение дискомфорта. Указанный эффект является следствием высокой яркости источника излучения и его малых угловых размеров. Наиболее часто эта проблема решается путем рассеяния излучения с помощью различных средств, чаще всего сочетающих в себе как защитно-декоративные функции, так и функции рассевания света^ Другим путем решения указанной проблемы является распределение первичного излучения по обширной светоизлучающей поверхности, поверхностная яркость которой не вызывает дискомфорта и является достаточной для создания нормируемого уровня освещенности.

Известен способ создания обширной светоизлучающей поверхности, включающий генерирование потока сферического излучения, содержащего уль рафиолетовую составляющую; воздействие этим потоком на слой люминофора, нанесенного на внутренней поверхности эллипсоидной оболочки, изготовленной из оптически прозрачного материала; преобразование люминофором ультрафиолетовой части излучения в видимый свет красной области , спектра; излучение прямого и преобразованного потоков излучения с внешней поверхности оболочки (З.С.Вознесенская и др., «Электрические источники света», «Госэнергоиздат», Москва, 1957 г., с.186).

Известный способ имеет сходные с изобретением признаки и описывает изготовление ртутных газоразрядный ламп с исправленной цветностью. Нанесение частиц люминофора на внутреннюю поверхность оболочки вызвано необходимостью корректировки спектра излучения, образующегося при газовом разряде. Известный способ является энерго- и трудоемким процессом, к тому же сопряженным с экологически опасными операциями по дозированию ртути в баллон газоразрядного источника света.

Известен . способ создания обширной светоизлучающей поверхности, включающий генерирование потока излучения совокупностью единичных источников, каждый из которых направляет поток излучения в телесный угол; воздействие этим потоком на элемент поверхности люминесцентного покрытия, нанесенного на пластину из оптически прозрачного материала; преобразование длины волны части излучения люминофором; излучение прямого и преобразованного потоков источника излучения с элемента поверхности dS пластины; интегрирование элементарных световых потоков со всей светоизлучающеи поверхности S пластины (патент РФ W 2301475, МПК Н01063/06, опубл. 20.06.2007).

Известное решение направлено на создание равномерной яркости свечения обширной плоской поверхности. В качестве единичного источника излучения в известном решении использован светодиод. Рассеяние излучения светодиода происходит в слое люминофора, площадь облучаемой поверхности dS на котором определяется величиной телесного угла άΩ. При этом и после рассеяния падающего излучения поверхностная яркость площадки dS остается неравномерной и убывает по мере удаления от оптической оси светодиода, что приводит к неравномерной светимости всей светоизлучающей поверхности S. Предварительная корректировка распределения потока излучения с помощью линзы ведет к удорожанию светодиодов, усложнению производства осветительных устройств и не всегда оправдано экономически.

Известно устройство для создания обширной светоизлучающей . и поверхности содержащее корпус; источник излучения, размещенный внутри корпуса; пластину из оптически прозрачного материала, размещенную напротив источника излучения и снабженную люминофорным покрытием (патент РФ W 2301475, МПК НОЮбЗ/06, опубл. 20.06.2007).

Недостатком известного решения является неравномерность светимости светоизлучающей поверхности, обусловленная убывающей яркостью по мере удаления от; оси пучка излучения, падающего на облучаемую поверхностность . Кроме того, использование пластины существенно ограничивает возможные области применения известного устройства.

Известен патент, в котором описано светоизлучающее устройство, включающее светодиодный источник света уль рафиолетовой области спектра и планарное тело, выполненное из оптически прозрачной смолы, содержащее распределенные частицы люминофора и аккумулирующих свет веществ, совместно с пропускающими свет неорганическими частицами (патент РФ ДО 2319063, МПК F21V9/00, опубл. 10.06.2006).

Достоинством, известного решения является использование невидимого наблюдателю источника излучения. В качестве недостатка этого решения можно отметить конструктивную сложность многокомпонентной панели, изготовление которой само по себе представляет сложную техническую проблему и, скорее всего, являющейся дорогим изделием. Кроме . того, декларированная в описании сила света 15,5 кд/м2 представляется явно недостаточной _. для создания осветительных устройств, предназначенных для общего освещения.

Известно устройство для общего и местного освещения, содержащее светодиоды ультрафиолетового излучения, расположенные по оси оптически прозрачной трубки, на поверхности которой нанесен слой люминофора, преобразующий невидимое излучение в видимый свет (патент Р2002133910, МКИ F21S8/04, опубликован 10.05.2002). Недостатком известного решения является размещение источников излучения в узкой закрытой с торцов трубе, что ограничивает выбор формы светоизлучающей поверхности. Кроме того, от светодиодов в трубе сложно отводить тепло, а перегрев светодиодов снижает их светоизлучательную способность . Скорее всего, известная конструкция предназначена для использования маломощных светодиодов и не способна создать уровень освещенности, необходимый для общего освещения.

Известна осветительная система, содержащая корпус, средства соединения с источником

электрического питания; ряд светоизлучающих диодов установленных внутри корпуса и излучающих длину волны для возбуждения люминофора восприимчивого к ультрафиолетовой области электромагнитного

спектра; средство преобразования напряжения для использования указанных светоизлучающих диодов;

прозрачную пластину, имеющую внутреннюю

поверхность й покрытую люминофором, сквозь которую проходит возбужденный люминофором свет, видимый невооруженным глазом (патент США Ν' 6068383, МКИ F21S8/04, опубл. 30.05.2000) .

Недостатком известного аналога являются потери светового потока, : излучаемого светодиодами в стороны от оптической оси, а также неравномерная светимость светоизлучающей поверхности,

обусловленная убывающей яркостью падающего на облучаемую поверхностность светового потока по мере удаления от его оптической оси и отсутствием средств выравнивания поверхностной яркости

светоизлучающей поверхности и цвета свечения.

Техническим результатом изобретения являются повышение равномерности цвета излучения и

поверхностной яркости светоизлучающей

поверхности, расширение технологических

возможностей для конструирования осветительных устройств с такой поверхностью.

Способ создания светоизлучающей поверхности характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

Способ создания светоизлучающей поверхности, включающий генерирование потока излучения светодиодным излучателем; формирование направления потока излучения поверхностью светоотражающей структуры; облучение сформированным потоком излучения частиц люминофора, образующих первое средство преобразования потока излучения; излучение частицами люминофора видимого светового потока; облучение видимым световым потоком второго средства преобразования потока излучения, выполненного с возможностью рассеивания светового потока и изготовленного из оптически прозрачного материала; излучение с поверхности второго средства преобразования видимого светового потока.

Вариант способа предусматривает изменение последовательности преобразования потока излучения, в : соответствии с которым сначала преобразуется ; длина волны потока излучения светодиодов, а затем формируется направление потока излучения поверхностью светоотражающей структуры. В последнем варианте изменение последовательности преобразования излучения светодиодов не влияет на заявленный технический результат .

Осветительное устройство _/ реализующее способ создания светоизлучающей поверхности характеризуется следующей совокупностью существенных признаков :

Осветительное; устройство, содержащее источник света, включающий,, по меньшей мере, один

светодиодный излучатель, размещенный на плате и создающий поток излучения в синей и/или

ультрафиолетовой области спектра; первое средство преобразования потока излучения, выполненное в виде частиц люминофора; светоотражающую

структуру, вьшолненную с возможностью формирования направления потока излучения; второе средство преобразования излучения, снабженное

светорассеивающими элементами, изготовленное из оптически прозрачного материала и включающее светоизлучающую поверхность .

Под существенным признаком, сформулированным как "первое средство преобразования потока

излучения" в данном изобретении подразумевается совокупность частиц люминофора, пространственное расположение которых определяется конфигурацией той детали, в объеме или на поверхности которой указанные частицы содержатся.

В качестве развивающих и/или уточняющих признаков следует указать следующие особенности изобретения: -состав частиц люминофора первого средства преобразования излучения выбран с возможностью создания светового потока в видимой части спектра/ -первое средство преобразования излучения включает частицы люминофора, обладающие эффектом послесвечения, которые не только способствуют выравниванию светового потока, но и позволят получить дополнительный технический результат в виде аварийно-эвакуационного освещения;

-первое средство преобразования потока

излучения размещено на поверхности и/или в материале оптически прозрачной подложки, являющейся вариантом конструктивного воплощения указанного средства.

Под термином "подложка" заявитель понимает элемент конструкции, выполненный из оптически прозрачного материала, способного создавать как жесткие, так и гибкие поверхности;

-первое средство преобразования излучения размещено на поверхности и/или в материале

оптически прозрачной подложки, охватывающей

светодиодный излучатель, являющейся

конструкционным носителем первого средства

преобразования излучения;

-подложка, охватывающая светодиод, выполнена в виде полой трехмерной фигуры, толщина стенки которой зависит от оптических свойств материала и определяется с учетом минимально возможных потерь потока излучения и технологических возможностей её изготовления, при этом оптимальными следует

считать выполнение этого варианта подложки в виде полусферы или параболоида вращения; -поверхность оптически прозрачной подложки выполнена структурированной, что позволяет

осуществить предварительное рассеяние светового потока и способствует улучшению условий достижения равномерности яркости светоизлучающей поверхности;

-первое средство преобразования потока

излучения нанесено на структурированную

поверхность подложки, увеличивая при этом площадь преобразования излучения;

-первое средство преобразования потока

излучения нанесено на поверхность оптически

прозрачной плоской подложки, установленной на расстоянии hi мм от светоотражающей структуры, величина которого выбрана из интервала hi ^ 40, с целью выравнивания яркости пограничных участков световых пятен, как за счет наложения, так и за счет интерференции световых волн;

-второе средство преобразования излучения выполнено в виде _^ пластины, внутри или на одной из поверхностей которой размещены светорассеивающие элементы, и которая одновременно с рассеянием светового потока и выполнением светоизлучающей функции, является защитным элементом

осветительного устройства;

- поверхностные светорассеивающие элементы выполнены в виде регулярно повторяющегося рельефа, не имеющего острых ребер, например, в виде

полусфер;

- пластина второго средства преобразования размещена на расстоянии h2 от первого средства преобразования излучения, носителем которого является прозрачная плоская подложка, при этом h2 не превышает 50 мм, а выбор расстояния с учетом указанных условий позволяет выравнивать

освещенность поверхности пластины и нивелировать отличия в цвете излучении;

- пластина второго средства преобразования, снабжена частицами люминофора и размещена на расстоянии Н от светоотражающей структуры, при этом Н не превышает 50 мм, а выбор расстояния с учетом указанных условий позволяет выравнивать освещенность поверхности пластины и нивелировать отличия в цвете излучении;

-светоотражающая структура образована

рефлекторами, снабженными светорассеивающей

поверхностью, каждый из которых размещен вокруг одного из светодиодных излучателей;

-светоотражающая структура, содержит регулярно расположенные рефлекторы, поверхность которых углублена в плату,:; при этом светодиод расположен в указанном углублении и снабжен первым средством преобразования излучения, а второе средство

преобразования излучения выполнено в виде

пластины, установленной на расстоянии Н от платы, величина которого не превышает 50 мм;

-поверхность рефлекторов выполнена конической, а её направляющая .является п-угольником,

где 4 ^ n ^ ⁰⁰ ;

-направляющая; рефлекторов выбрана в виде равностороннего четырехугольника, или

шестиугольника, или окружности, что технологически является наиболее удобным вариантом конструкции светоотражающей структуры;

-светодиодные излучатели сгруппированы в линейные кластеры,|. снабженные линейными

рефлекторами, образующими светоотражающую

структуру, при этом выполнение кластеров линейными позволяет расширить возможные варианты воплощения изобретения и повысить технологичность

конструкции;

-линейный рефлектор имеет трапецеидальный, параболический или полукруглый профиль, что

технологически является наиболее удобным вариантом конструкции светоотражающей структуры в случае расположения светрдиодных излучателей в виде линейных кластеров .

Изобретение -поясняется следующими графическими материалами, иллюстрирующими способ создания светоизлучающей поверхности и варианты воплощения способа в конкретных осветительных устройствах:

на фиг.1| показана схема создания светоизлучающей поверхности в случае размещения первого средства преобразования излучения на плоской оптически прозрачной подложке;

на фиг.2 показана схема создания светоизлучающей ,\ поверхности в случае размещения первого средства преобразования излучения в объемной оптически прозрачной оболочке;

на фиг.З ; приведен фрагмент вида сверху осветительного устройства, схема которого показана на фиг .1 , светоотражающая структура которого образована рефлекторами в виде равносторонней четырехгранной пирамиды;

на фиг.4 показан фрагмент вида сверху- осветительного устройства, показанного на фиг.2, светоотражающая .структура которого образована рефлекторами в виде прямого кругового конуса;

на фиг.5 показан вид сверху осветительного устройства с линейными кластерами светодиодов и светоотражающей структуры в виде линейных рефлекторов;

на фиг.6 показан вид сверху осветительного устройства с линейным кластером светодиодов, заключенных в трехмерную подложку и светоотражающая структура в виде линейных рефлекторов;

на фиг.7 _; показан вид сбоку варианта осветительного устройства, содержащего рефлекторы, размещенные в _;; углублениях платы вокруг светодиодных излучателей,

Краткое описание чертежей.

Осветительное устройство (фиг.1) содержит светодиодный излучатель 1, размещенный на плате 2, светоотражающую структуру 3, плоскую подложку 4, размещенную на расстоянии hi от светоотражающей

I

структуры 3 и снабженную первым средством преобразования излучения в виде частиц люминофора 5, нанесенных на поверхности подложки 4, второе средство преобразования излучения в виде пластины б, размещенной на расстоянии h2 от плоской подложки и снабженной структурированной поверхностью 7.

Осветительное устройство - (фиг.2) содержит светодиодный излучатель 1, размещенный на плате 2; первое средство преобразования излучения-частицы люминофора 5 (на фиг.2 не показаны), заключенные в материале объемной подложки 8, охватывающей светодиодный источник 1; светоотражающую структуру 3; второе средство преобразования излучения в виде пластины 6, размещенной на расстоянии Н от светоотражающей структуры 3, снабженной структурированной поверхностью 7.

Осветительное устройство (фиг.З), реализующее способ создания: светоизлучающей поверхности, показанный на схеме фиг.1, содержит светодиодный излучатель 1, реализованный в виде, например, полупроводниковых :;, кристаллов, смонтированных на плате 2. Размещенные по ходу преобразования потока излучения светоотражающая структура 3, содержащая рефлекторы 9 у каждой группы источников излучения 1; оптически прозрачную подложку 4, снабженную первым средством преобразования излучения в виде частиц люминофора (на фиг.5 не показаны); светорассеивающую пластину б, имеющую све оизлучающую ,; _; поверхность 7, снабженную регулярно повторяющимся рельефом.

Осветительное. , устройство (фиг. ), реализующее способ создания .: светоизлучающей поверхности, показанный на схеме фиг.2, содержит светодиодные излучатели (на фиг. не показаны), смонтированные на плате (на фиг .4 не показана) и размещенные по ходу преобразования потока излучения: оптически прозрачную объемную подложку 8, снабженную частицами люминофора (на фиг.4 не показаны); светоотражающую структуру 3, содержащую рефлекторы 9 для каждой объемной подложки 8; светорассеивающукг ^' пластину 6, имеющую светоизлучающую поверхность 7, снабженную регулярно повторяющимся рельефом.

Осветительное устройство (фиг.5), реализующее способ создания светоизлучающей поверхности по схеме фиг.1, содержит светодиодные излучатели 1, сгруппированные в виде линейных кластеров, смонтированных на плате 2 и снабженные светоотражающей структурой 3, содержащей линейные рефлекторы 9, размещенные вдоль соответствующих линейных кластеров светодиодных излучателей 1. Далее по ходу потока излучения размещены: оптически прозрачная подложка 4 с частицами люминофора (на фиг.5 не показаны), накрывающая кластеры светодиодов 1 и светорассеивающая пластина 6, имеющая светоизлучающую поверхность 7, снабженную регулярно повторяющимся рельефом.

Осветительное устройство (фиг.6), реализующее способ создания. светоизлучающей поверхности, показанный по схеме фиг.2, содержит светодиодные излучатели (на фиг.6 не показаны), размещенные на платах (на фиг.6 не показаны) в полости оптически прозрачной объемной подложки 8 , включающей первое средство преобразования излучения оболочки частицы люминофора (на фиг.6 не показаны). Группа указанных объемных подложек 8, размещена на одной линии. и снабжена линейными рефлекторами 9 светоотражающей структуры 3, установленными вдоль соответствующего ряда объемных подложек 8. Далее по ходу отраженного от поверхности рефлекторов 9 потока излучения установлена светорассеивающая пластина 6, имеющая светоизлучающую поверхность 7, снабженная регулярно повторяющимся рельефом.

Еще два варианта , осветительного устройства, реализующие способ создания светоизлучающей поверхности показаны на фиг.7 и фиг.8.

На фиг.7 светоотражающая структура 3, включает регулярно расположенные рефлекторы' 9, поверхность каждого из которых углублена в плату 2; первое средство преобразования излучения-частицы люминофора 5, размещенные внутри или на поверхности плоской подложки 4, размещенной на расстоянии hi не более 40 мм от поверхности светоотражающей . структуры 3. Второе средство преобразования ; излучения, выполненное в виде светорассеивающей пластины 6, размещено на расстоянии h2 от плоской подложки 4, при этом h2 не превышает 50 мм.

На фиг.8 светоотражающая структура 3, включает регулярно расположенные рефлекторы 9, поверхность каждого из которых углублена в плату 2; источник излучения, ^круженный первым средством преобразования _; излучения - частицами люминофора размещен на плате 2 во впадине рефлектора 9, а второе средство преобразования излучения, выполненное в виде пластины б, установлено на расстоянии H от светоотражающей структуры 3, при этом величина Н не превышает 50 мм.

Промьшшенная применимость

Детали и узлы для осветительного устройства могут быть изготовлены известными способами. Информации, изложенной в описании, достаточно для понимания специалистом принципа работы и конструкции устройств, реализующих способы создания светоизлучающей поверхности.