Светоизлучающий узел, способ создания свечения светоизлучающего узла и устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла
Владельцы патента RU 2301475:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Экосвет" (RU)
Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и способа, улучшение равномерности светимости светоизлучающей поверхности и яркости свечения, повышение коэффициента полезного действия источников света. Светоизлучающий узел содержит пропускающую свет подложку и средство рассеяния светового потока, выполненное в виде люминесцентного покрытия, нанесенного на указанную подложку. Способ создания свечения светоизлучающего узла включает генерирование потока излучения и воздействие этим потоком на люминесцентное покрытие. При этом генерируют поток светового излучения с длиной волны, выбранной из интервала значений, приведенного в формуле. Устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла содержит корпус, снабженный пропускающей свет гранью. Внутри корпуса установлен источник света, выполненный в виде светодиодов, размещенных на плате, и средство рассеяния. Длина волны излучения светодиодов выбрана из интервала значений, приведенного в формуле; внутренняя поверхность корпуса выполнена светоотражающей, указанная грань - в виде упомянутой подложки со средством рассеяния светового потока, указанным выше. Кроме того, отличительной особенностью изобретения является то, что люминесцентное покрытие включает в качестве связующего пропускающий свет компонент, а в качестве наполнителя - фотолюминофор. Приводятся количество фотолюминофора, толщина люминесцентного покрытия и коэффициент прозрачности покрытия. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к светотехнике, а именно к средствам создания светового потока и способам их функционирования, и может быть использовано при разработке и изготовлении, например, осветительных устройств для общего, местного освещения или для световых указателей.
Для повышения эргономических показателей таких устройств необходимо создание равномерной светимости поверхности излучения, например, путем выравнивания светового потока, создаваемого источником света при помощи, например, светорассеивающего экрана.
Количественно равномерность светимости поверхности может быть охарактеризована величиной ΔМ, являющейся разностью величин светимости Mι и Мκ сравниваемых участков светящейся поверхности. Чем меньше эта разность, тем более высокую равномерность имеет светимость поверхности.
Известен светоизлучающий узел, содержащий стеклянную подложку и нанесенное на ее поверхность люминесцентное покрытие (патент РФ №2155416 на изобретение, МКИ H01J 63/06, опубликован 27.08.2000).
Достоинством известного решения является хорошая равномерность светимости поверхности излучения. Недостатками являются: необходимость создания герметизированного объема как для защиты люминесцентного покрытия от воздействия окружающей среды, так и для возможности создания направленного потока излучения ускоряющим электрическим полем заряженных частиц, необходимых для возбуждения свечения люминесцентного покрытия, включающего катодолюминофор. Под катодолюминофорами понимаются вещества, люминесцирующие под действием пучка электронов.
Известен светоизлучающий узел, выполненный в виде пропускающей свет подложки со светоизлучающей поверхностью и снабженный средствами экранирования/ повторного отражения и рассеивания светового потока источников света (заявка РСТ WO 2005/001331, МКИ F21S 8/00, опубликована 06.01.2005).
Недостатками известного решения являются потери светового потока в результате многократного повторного отражения. Другим серьезным недостатком является относительная сложность конструкции, содержащей специально введенные светорассеивающие линзы, снабженные светоотражающим покрытием и смонтированные около каждого из источников света, в данном случае около светодиода.
Ближайшим аналогом заявленного решения является решение по заявке РСТ WO 2005/001331.
Техническим результатом светоизлучающего узла по изобретению является упрощение конструкции, улучшение равномерности светимости светоизлучающей поверхности и повышение коэффициента полезного действия источников света.
Сущность светоизлучающего узла по изобретению может быть выражена следующей совокупностью существенных признаков: светоизлучаюший узел, содержащий пропускающую свет подложку и средство рассеяния светового потока, выполненное в виде нанесенного на пропускающую свет подложку люминесцентного покрытия, включающего оптически прозрачный компонент - связующее с введенными в него взвешенными частицами фотолюминофора в количестве 4-8 мг на 1 см2 люминесцентного покрытия, при этом толщина такого покрытия выбрана из выражения:
0,5<b<1,5,
где b - толщина люминесцентного покрытия, мм,
а его коэффициент прозрачности выбран из выражения:
0,4<К<0,8,
где К - коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия.
Этот коэффициент представляет собой отношение величины потока излучения, входящего в люминесцентное покрытие, к величине потока излучения, прошедшего в люминесцентном покрытии без изменения направления распространения.
Под фотолюминофорами понимаются вещества, люминесцирующие под ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным светом.
Известен способ создания свечения светоизлучающего узла, включающий генерирование светового потока точечными источниками света, выравнивание яркости светового потока, в том числе путем отражения части светового потока, излученного источниками света в осевом направлении, и последующего его повторного отражения в направлении к пропускающей свет подложке (заявка РСТ WO 2005/001331, МКИ F21S 8/00, опубликована 06.01.2005).
Недостатками известного решения являются потери светового потока в результате его частичного экранирования и последующего повторного отражения, недостаточно высокая равномерность результирующей светимости излучающей поверхности.
Известен способ создания свечения светоизлучающего узла, включающий генерирование потока излучения, направление указанного потока на люминесцирующее покрытие для возбуждения люминесценции в диапазоне видимого спектра (патент РФ №2155416 на изобретение, МКИ H01J 63/06, опубл. 27.08.2000).
Недостатками известного решения являются его сложность, обусловленная необходимостью генерирования потока электронов в вакууме, создание ускоряющего электрического поля для возбуждения свечения люминесцентного покрытия, источником люминесценции которого является катодолюминофор, т.е. вещество, обладающее люминесценцией под действием потока электронов.
Ближайшим аналогом заявленного решения по совокупности выполняемых операций является решение по патенту РФ №2155416.
Техническим результатом способа является его упрощение, улучшение равномерности светимости и яркости свечения, повышение коэффициента полезного действия источников света.
Сущность способа может быть выражена следующей совокупностью существенных признаков:
способ создания свечения светоизлучающего узла, включающий генерирование потока излучения, воздействие этим потоком на люминесцентное покрытие, отличающийся тем, что генерируют поток светового излучения с длиной волны λ1, величину которой выбирают из выражения:
300<λ1<480,
где λ1 - длина волны светового излучения, нм;
воздействуют указанным потоком светового излучения на люминесцентное покрытие, в качестве связующего которого используют пропускающий свет компонент, а в качестве наполнителя - фотолюминофор с длиной волны излучения λ2 в количестве 4-8 мг/см2, при этом толщину люминесцентного покрытия выбирают из выражения:
0,5<b<1,5,
где b - толщина люминесцентного покрытия, мм,
а коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия выбирают из выражения:
0,4<К<0,8,
где К - коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия;
и суммируют световые потоки излучения с длинами волн λ1 и λ2.
Преимуществами способа является возможность варьирования яркостью и цветом свечения излучающей поверхности за счет изменения параметров фотолюминофора, его количества, длины волны λ1 и коэффициента прозрачности К в указанных пределах.
Известно устройство для создания свечения светоизлучающего узла, содержащее корпус, наполненный рабочим газом, внутри которого помещен источник излучения в виде плоского катода, и ускоряющий сетчатый электрод, причем одна из граней корпуса выполнена в виде пропускающей свет подложки, на которую нанесено люминесцентное покрытие (патент РФ №2155416 на изобретение, МКИ H01J 63/06, опубликован 27.08.2000).
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием электродной системы, необходимость герметизации внутреннего объема для возможности создания вакуума и дозирования рабочего газа.
Известно устройство для создания свечения светоизлучающего узла, содержащее корпус, одна из граней которого выполнена в виде пропускающей свет пластины, внешняя сторона которой является светоизлучающей поверхностью. Внутри корпуса помещен источник света, выполненный в виде платы с регулярно размещенными на ней светодиодами, каждый из которых снабжен средствами отражения осевой составляющей светового потока, а также средствами повторного отражения и рассеивания светового потока (заявка РСТ WO 2005/001331, МКИ F21S 8/00, опубликована 06.01.2005).
Недостатком известного решения является конструктивная сложность и неэффективность средств обеспечения выравнивания результирующего светового потока, приводящая к потерям в результате многократного повторного отражения.
Ближайшим аналогом заявленного устройства по количеству совпадающих существенных признаков является решение по заявке РСТ WO 2005/001331.
Техническим результатом заявленного устройства является упрощение конструкции, улучшение равномерности светимости и яркости свечения, а также повышение коэффициента полезного действия источников света.
Сущность заявленного устройства характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:
устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла, содержащее корпус, снабженный пропускающей свет гранью, внутри которого смонтирован источник света, выполненный в виде светодиодов, размещенных на плате, и средство рассеяния светового потока, отличающееся тем, что длина волны излучения светодиодов выбрана из выражения:
300<λ1<480,
где λ1 - длина волны излучения светодиодов, нм;
внутренняя поверхность корпуса выполнена светоотражающей, пропускающая свет грань - в виде пропускающей свет подложки, снабженной средством рассеяния светового потока, выполненным в виде люминесцентного покрытия, нанесенного на упомянутую подложку и включающего пропускающий свет компонент - связующее и фотолюминофор, количество которого выбрано из выражения:
4<С<8,
где С - количество фотолюминофора на единице площади покрытия, мг/см2;
при этом толщина люминесцентного покрытия выбрана из выражения:
0,5<b<1,5,
где b - толщина люминесцентного покрытия, мм;
а коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия выбран из выражения:
0,4<К<0,8,
где К - коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия.
Дополнительный технический эффект может быть получен:
- при наличии светоотражающего покрытия на поверхности платы;
- выбором расстояния между светоизлучающим узлом и платой для размещения источника света из выражения:
L≤51f,
где L - расстояние между светоизлучающим узлом и платой для размещения источника света, мм,
f - высота источника света, мм;
- за счет выбора плотности размещения светодиодов на плате в количестве один светодиод на одном квадратном сантиметре платы.
На фиг.1 показан фрагмент сечения светоизлучающего узла по изобретению.
На фиг.2 показано увеличенное изображение фрагмента сечения светоизлучающего узла, изображенного на фиг.1.
На фиг.3 показано устройство, содержащее светоизлучающий узел, показанный на фиг.1.
На фиг.4 изображена схема хода лучей в устройстве, показанном на фиг.3. Сплошной линией обозначены лучи с длиной волны λ1, генерированные светодиодами, пунктирной линией - ход лучей, генерированных частицами фотолюминофора сквозь пропускающую свет подложку с длиной волны λ2.
На фиг.5 проиллюстрирован ход лучей с длиной волны λ2, генерированных частицами люминофора внутрь устройства.
Светоизлучающий узел содержит пропускающую свет подложку 1 и люминесцентное покрытие 2, пропускающий свет компонент - связующее 3 и частицы фотолюминофора 4.
Устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла 10 содержит корпус 5, снабженный пропускающей свет подложкой 1 и люминесцентным покрытием 2, плату 6 светодиодов 7, светоотражающие поверхности 8.
Включающее светоизлучающий узел устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла работает следующим образом.
Источники света - светодиоды 7, размещенные на плате 6, генерируют поток излучения с длиной волны λ1, величина которой выбрана из интервала 300<λ1<480 нм, попадающий на люминесцентное покрытие 2, светоотражающие поверхности 8. Часть потока излучения с длиной волны λ1, попадая на люминесцентное покрытие 2, возбуждает в сферу световое излучение частиц фотолюминофора 4 с длиной волны λ2, при этом часть светового потока с длиной волны λ2 проходит сквозь слой пропускающего свет компонента - связующего 3 и пропускающую свет подложку 1, излучается со светоизлучающей поверхности 9. Другая часть светового потока с длиной волны λ2, направленная внутрь корпуса 5, отражается от светоотражающих поверхностей 8, проникает сквозь покрытие 2 и подложку 1, излучается с поверхности 9. Таким образом, удается максимально полно использовать создаваемый светодиодами 7 световой поток.
Концентрация частиц фотолюминофора 4 в пропускающем свет компоненте - связующем 3 такова, что они не полностью поглощают световой поток с длиной волны λ1, часть которого без преобразования проходит через слой компонента - связующего 3 и подложку 1 к светоизлучающей поверхности 9. Этот факт нашел отражение в указанном интервале допустимых значений коэффициента пропускания люминесцентного покрытия.
Таким образом, результирующий световой поток, излучаемый с поверхности 9, является суммой световых потоков с длинами волны λ1 и λ2.
Значение величины концентрации фотолюминофора в компоненте - связующем в количестве 4-8 мг на квадратный сантиметр для покрытия толщиной 0,5-1,5 мм является оптимальным и установлен заявителем в результате статистической обработки многочисленных экспериментов.
Интервал возможных значений длины волны излучения светодиодов в виде 300<λ1<480 нм выбран с учетом возможности генерирования фотолюминофором излучения с длиной волны λ2, лежащей в области видимого спектра. Суммирование двух световых потоков с длинами волн λ1 и λ2, последний из которых, в свою очередь, является суммарным потоком излучения в сферу фотолюминофорных частиц, дает возможность получать яркое и равномерное свечение светоизлучающей поверхности 9.
Интервал оптимальных значений расстояния между люминесцентным покрытием 2 светоизлучающего узла 10 и платой 6 источников света, указанный в виде: L≤51f, определен экспериментально, зависит от апертуры светодиодов и является функцией величины расстояния, при которой яркость следа излучения светодиода на поверхности 9 не превышает 10 тысяч кд/м2.
Примером конкретного выполнения изобретения является светильник для местного освещения, содержащий 200 светодиодов с длиной волны излучения 465 нм, размещенных на плате с регулярностью 1 светодиод на квадратный сантиметр поверхности платы, закрепленной на расстоянии 30 мм (6f) от светоизлучающего узла 10, включающего стеклянную подложку, люминесцентное покрытие толщиной 0,9 мм при содержании фотолюминофора типа алюмоиттриевого граната в количестве 6 мг на один квадратный сантиметр покрытия и с коэффициентом прозрачности, равным 0,6. При этом сила света по оси светильника возросла на 28-30% и составила 140 кд, в направлении 2α=90° сила света составила 106 кд, а в направлении 2α=160° составила 40 кд, что обеспечило повышение равномерности и достижение яркости светоизлучающей поверхности около 5 тысяч кд/м2.
1. Светоизлучающий узел, содержащий пропускающую свет подложку и средство рассеяния светового потока, отличающийся тем, что средство рассеяния светового потока выполнено в виде люминесцентного покрытия, нанесенного на пропускающую свет подложку и включающего пропускающий свет компонент - связующее и фотолюминофор в количестве 4-8 мг на 1 см покрытия, при этом толщина покрытия выбрана из выражения
0,5<b<1,5,
где b - толщина люминесцентного покрытия, мм,
а коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия выбран из выражения
0,4<К<0,8,
где К - коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия.
2. Способ создания свечения светоизлучающего узла, включающий генерирование потока излучения, воздействие этим потоком на люминесцентное покрытие, отличающийся тем, что генерируют поток светового излучения с длиной волны, величину которой выбирают из выражения
300<λ1<480,
где λ1 - длина волны светового излучения, нм,
в качестве связующего люминесцентного покрытия используют пропускающий свет компонент, а в качестве наполнителя - частицы фотолюминофора с длиной волны излучения люминесценции λ2 в количестве 4-8 мг/см2,
при этом толщину люминесцентного покрытия выбирают из выражения
0,5<b<1,5,
где b - толщина люминесцентного покрытия, мм,
а коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия выбирают из выражения
0,4<К<0,8,
где К - коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия,
и суммируют световые потоки излучения с длинами волн λ1 и λ2.
3. Устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла, содержащее корпус, снабженный пропускающей свет гранью, внутри которого смонтирован источник света, выполненный в виде светодиодов, размещенных на плате, и средство рассеяния светового потока, отличающееся тем, что длина волны излучения светодиодов выбрана из выражения
300<λ1<480,
где λ1 - длина волны излучения светодиодов, нм,
внутренняя поверхность корпуса выполнена светоотражающей, пропускающая свет грань - в виде пропускающей свет подложки, снабженной средством рассеяния светового потока, выполненным в виде люминесцентного покрытия, нанесенного на упомянутую подложку и включающего пропускающий свет компонент - связующее и фотолюминофор, количество которого выбрано из выражения
4<С<8,
где С - количество фотолюминофора на единице площади люминесцентного покрытия, мг/см2,
при этом толщина люминесцентного покрытия выбрана из выражения
0,5<b<1,5,
где b - толщина люминесцентного покрытия, мм,
а коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия выбран из выражения
0,4<К<0,8,
где К - коэффициент прозрачности люминесцентного покрытия.
4. Устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла по п.3, отличающееся тем, что поверхность платы снабжена светоотражающим покрытием.
5. Устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла по п.3, отличающееся тем, что расстояние между светоизлучающим узлом и платой источника света выбрано из выражения
L≤51f,
где L - расстояние между светоизлучающим узлом и платой, мм,
f - высота источника света, мм.
6. Устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла по п.3, отличающееся тем, что плотность размещения светодиодов выбрана равной одному светодиоду на один квадратный сантиметр платы.
