Осветительная система

Изобретение относится к области оптики. Осветительная система включает в себя, по меньшей мере, один источник излучения, светопроводящий слой и массив световыводящих элементов, расположенных на светопроводящем слое. Световыводящие элементы выполнены в виде усеченных пирамид, меньшие основания которых расположены на верхней поверхности светопроводящего слоя с образованием оптического контакта, а боковые грани световыводящих элементов обеспечивают отражение света, входящего через основание, в направлении, нормальном к верхней поверхности светопроводящего слоя, причем пирамиды выполнены многоугольными, большие основания пирамид примыкают друг к другу по периметру, при этом образующая линия боковых граней является кривой второго порядка. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области оптики, а именно к осветительным системам, и может быть использовано для подсветки жидкокристаллических (ЖК) дисплеев.

В общем случае устройство подсветки ЖК дисплея работает следующим образом: свет, исходящий от источника света, входит в светопроводящую пластину, которая обеспечивает равномерность освещенности и ограничение угловой апертуры света, а после прохождения светопроводящей пластины свет проецируется на поверхность ЖК панели. Светопроводящая пластина, как правило, включает в себя светопроводящий слой и расположенные на нем световыводящие оптические элементы. Однородность освещенности и ограничение угловой апертуры света получают за счет соответствующей геометрии и расположения светопроводящего слоя и световыводящих элементов.

Известна осветительная система (см. выложенную патентную заявку США №2001/0053074 [1]), которая включает в себя источник света, светопроводящий слой и массив световыводящих элементов, расположенных на светопроводящем слое, причем светопроводящий слой и световыводящие элементы изготовлены из оптически прозрачного материала, а световыводящие элементы выполнены с закругленными боковыми гранями и с плоскими в местах касания со светопроводящей пластиной. Недостатком пластины является то, что для обеспечения однородности освещения ЖК панели расстояние между цилиндрическими световыводящими элементами меняется вдоль поверхности пластины, в результате чего на внутренней поверхности ЖК панели возникают яркие полосы с различным расстоянием между ними. Чтобы это не ухудшило равномерности освещения ЖК панели, расстояния между такими полосами должны быть значительно меньше, чем размер пикселя. Это означает, что световыводящие элементы должны быть малоразмерными, что создает ряд сложностей в производстве такой схемы.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является осветительная система, описанная в патенте США №5396350 [2], которая включает в себя источник излучения, светопроводящий слой и массив световыводящих элементов, расположенных на светопроводящем слое, причем светопроводящий слой и световыводящие элементы изготовлены из оптически прозрачного материала, светопроводящий слой имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и две боковые поверхности, расположенные напротив друг друга, причем световыводящие элементы выполнены в виде призм, меньшие основания которых расположены на верхней поверхности светопроводящего слоя с образованием оптического контакта, боковые грани световыводящих элементов обеспечивают отражение света, входящего через основание, в соответствии с условием полного внутреннего отражения в направлении верхней поверхности светопроводящего слоя. Световыводящие элементы, выполненные в виде призм, располагаются с равным шагом на поверхности светопроводящей пластины и позволяют обеспечить вывод излучения из светопроводящего слоя, а также несколько ограничить угловую апертуру света, идущего в ЖК панель. Данная осветительная система выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является недостаточная равномерность освещения на выходе такой осветительной системы вследствие наличия зазоров между большими основаниями призм, а также вследствие того, что в таком решении не предусмотрено средств для обеспечения равномерной освещенности по всей поверхности осветительной системы - световыводящие элементы одинаковой формы располагаются с равным шагом независимо от расстояния до источника света. Кроме того, свет, отражающийся от плоских боковых поверхностей световыводящих элементов, в данном случае - призм, проходит без дополнительного ограничения выходной угловой апертуры, так как угловая апертура на выходе практически определяется диапазоном углов распространения излучения внутри светопроводящей пластины, для которого выполняется условие полного внутреннего отражения, то есть такая осветительная система не позволяет получить высокую степень коллимации света на выходе.

Задачей заявленного изобретения является создание осветительной системы с повышенной равномерностью освещения и улучшенной коллимацией света на выходе.

Поставленная задача решается путем разработки такой конструкции, которая включает в себя, по меньшей мере, один источник излучения, светопроводящий слой и массив световыводящих элементов, расположенных на светопроводящем слое, причем светопроводящий слой и световыводящие элементы изготовлены из оптически прозрачного материала, светопроводящий слой имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и две боковые поверхности, верхняя поверхность и нижняя поверхность выполнены с возможностью переотражения излучения, входящего в светопроводящий слой со стороны прозрачной боковой поверхности, на меньшие основания световыводящих элементов, причем световыводящие элементы выполнены в виде усеченных пирамид, меньшие основания которых расположены на верхней поверхности светопроводящего слоя с образованием оптического контакта, а боковые грани световыводящих элементов обеспечивают отражение света, входящего через основание, в направлении, нормальном к верхней поверхности светопроводящего слоя, причем пирамиды выполнены многоугольными, большие основания пирамид примыкают друг к другу по периметру, при этом образующая линия боковых граней является кривой второго порядка.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение равномерности и степени коллимации света за счет изменения формы световыводящих оптических элементов и их расположения.

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с привлечением графических материалов.

Фиг.1. Схема осветительной системы (вид сбоку), выполненная согласно изобретению.

Фиг.2. Схема осветительной системы (вид сбоку, фрагмент), выполненная согласно изобретению.

Фиг.3. Размещение световыводящих элементов (вид сверху).

Рассмотрим пример выполнения осветительной системы, показанный на Фиг.1 и Фиг.2. Осветительная система 1 включает в себя источник 2 излучения, светопроводящий слой 3 и массив световыводящих элементов 4, расположенных на светопроводящем слое 3. Светопроводящий слой 3 и световыводящие элементы 4 изготовлены из оптически прозрачного материала. Светопроводящий слой имеет верхнюю поверхность 5, нижнюю поверхность 6 и боковые поверхности 7 и 8, расположенные напротив друг друга. Боковая поверхность 8 светопроводящего слоя в одном из вариантов реализации изобретения может быть выполнена отражающей. Светопроводящие элементы 4 выполнены в виде усеченных пирамид, меньшие основания 9 которых расположены на верхней поверхности 5 светопроводящего слоя 3 с образованием оптического контакта с данным слоем.

В основании световыводящих элементов лежит многоугольник, например прямоугольник или шестиугольник (см. Фиг.3). Большие основания 10 пирамид примыкают друг к другу по периметру, что позволяет устранить зазоры между основаниями и позволяет получить равномерное освещение на выходе заявленной осветительной системы. Боковые грани 11 световыводящих элементов 4 выполнены, исходя из условия полного внутреннего отражения для лучей, поступающих из светопроводящего слоя 3, кроме того, боковые грани 11 световыводящих элементов 4 изогнуты, в одном из вариантов реализации изобретения образующая линия боковых граней является параболой, что позволяет повысить степень коллимации света.

Свет входит в светопроводящий слой 3 через боковую поверхность 7 и распространяется в светопроводящей пластине в соответствии с условием полного внутреннего отражения. Лучи, попадающие на меньшие основания 9 световыводящих элементов 4, выходят из светопроводящего слоя 3. Боковые грани 11 световыводящих элементов 4 отражают лучи, прошедшие через меньшие основания 9, в направлении, перпендикулярном верхней поверхности 5 светопроводящего слоя 3, обеспечивая при этом коллимацию выходящего света. Основания 9 и 10 световыводящих элементов 4 плоские и параллельны друг другу.

Равномерное распределение света на выходе световыводящих элементов достигается за счет изменения параметров световыводящих элементов по поверхности светопроводящего слоя, а именно путем изменения отношения площадей большого и малого оснований световыводящих элементов 4 по поверхности светопроводящей пластины, причем для сохранения равномерной освещенности на выходе осветительной системы площадь большого основания световыводящего элемента остается постоянной. При этом отношение площадей большого и малого оснований световыводящих элементов уменьшается с увеличением расстояния от световыводящего элемента до источника излучения. Зависимость указанного отношения от расстояния до источника света может быть либо линейной, либо нелинейной, либо ступенчатой.

В одном из экспериментальных вариантов реализации изобретения осветительная система имеет два источника излучения, в этом случае боковые поверхности оптически прозрачны и выполнены из оптически прозрачного материала, а осветительная система имеет плоскостную симметрию.

Описанный вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, поэтому специалистам должно быть ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, заявленного в прилагаемой формуле изобретения.

1. Осветительная система, включающая в себя, по меньшей мере, один источник излучения, светопроводящий слой и массив световыводящих элементов, расположенных на светопроводящем слое, причем светопроводящий слой и световыводящие элементы изготовлены из оптически прозрачного материала, светопроводящий слой имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и две боковые поверхности, верхняя поверхность и нижняя поверхность выполнены с возможностью переотражения излучения, входящего в светопроводящий слой со стороны прозрачной боковой поверхности, на меньшие основания световыводящих элементов, причем световыводящие элементы выполнены в виде усеченных пирамид, меньшие основания которых расположены на верхней поверхности светопроводящего слоя с образованием оптического контакта, а боковые грани световыводящих элементов обеспечивают отражение света, входящего через основание, в направлении, нормальном к верхней поверхности светопроводящего слоя, причем пирамиды выполнены многоугольными, большие основания пирамид примыкают друг к другу по периметру, при этом образующая линия боковых граней является кривой второго порядка.

2. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что одна из боковых поверхностей светопроводящего слоя выполнена отражающей.

3. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что нижняя и верхняя поверхности светопроводящего слоя отражают свет за счет эффекта полного внутреннего отражения.

4. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что осветительная система имеет плоскость симметрии, причем обе боковые поверхности светопроводящего слоя выполнены оптически прозрачными и предназначены для ввода излучения.

5. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что основание пирамид световыводящих элементов выполнено в форме шестиугольника.

6. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что основание пирамид световыводящих элементов выполнено в форме прямоугольника.

7. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что световыводящие элементы выполнены на подложке из оптически прозрачного материала.

8. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняяповерхности светопроводящего слоя параллельны друг другу.

9. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что нижняя поверхность светопроводящего слоя наклонена относительно верхней поверхности светопроводящего слоя.

10. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что образующая линия боковых граней световыводящих элементов выполнена в форме параболы.

11. Осветительная система по п.1, отличающаяся тем, что величина отношения площадей большого основания пирамид и малого основания пирамид световыводящих элементов изменяется в зависимости от расстояния между световыводящим элементом и источником света, причем площадь большего основания для всего массива световыводящих элементов остается постоянной.

12. Осветительная система по п.11, отличающаяся тем, что отношение площадей уменьшается с удалением световыводящего элемента от источника излучения.

13. Осветительная система по п.12, отличающаяся тем, что отношение площадей уменьшается линейно с удалением световыводящего элемента от источника излучения.

14. Осветительная система по п.12, отличающаяся тем, что отношение площадей уменьшается нелинейно с удалением световыводящего элемента от источника излучения.

15. Осветительная система по п.12, отличающаяся тем, что отношение площадей уменьшается ступенчато с удалением световыводящего элемента от источника излучения.