Осветительное устройство для имитации неонового света с использованием флуоресцентных красителей - RU2324106C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

По данной заявке испрашивается приоритет по дате предварительной заявки No. 60/387076 от 6 июня 2002 года, причем данная заявка является частичным продолжением заявки США на изобретение No. 09/982,705, поданной 18 октября 2001 года, все признаки которой включены в настоящую заявку с использованием ссылок.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, имитирующему неоновый свет путем использования низковольтных источников света высокой интенсивности, осветительное устройство, идеально приспособленное для освещения, использования в качестве световых указателей и в рекламных целях.

Неоновое освещение, использующее электронную стимуляцию в стеклянной трубке, заполненной неоном под низким давлением, многие годы служит основным средством рекламы и используется для выделения контуров букв и строительных конструкций. Особенность неонового света заключается в том, что трубка, содержащая газ, имеет ровное свечение по всей своей длине вне зависимости от угла зрения. Это свойство позволяет использовать неоновое освещение во многих формах рекламы, включая тексты и рисунки, поскольку можно изготовить стеклянные трубки криволинейной формы и закрученные, моделируя надписи и сложные узоры. Ровный поток неонового света, не имеющий, как правило, отдельных ярких пятен, позволяет выполнять рекламу без видимых, рассеивающих внимание элементов. Таким образом, любое осветительное устройство, разработанное с целью повторения эффектов неонового света, также должно иметь ровное распределение света по всей его длине и окружности. Также важно, чтобы такие осветительные устройства имели яркость, сопоставимую, по меньшей мере, с неоновым свечением. Далее, поскольку производство неоновых осветительных приборов является хорошо налаженной индустрией, для проникновения на рынок продукции неонового освещения конкурирующее осветительное устройство должно иметь небольшой вес и быть проще в эксплуатации. Неоновые лампы по своей природе довольно хрупкие. Вследствие хрупкости и большого веса, главным образом, за счет веса несущих конструкций, упаковка и перевозка неоновых ламп весьма дорогостояща. Более того, чрезвычайно затруднительна их начальная установка и/или замена. Любое осветительное устройство, которое сможет обеспечить ранее перечисленные положительные свойства неонового освещения и при этом будет иметь меньшие размеры, вес и будет проще в эксплуатации, обеспечит значительное развитие технологии производства осветительной аппаратуры.

Современные, имеющие легкий вес и надежные точечные источники света, представленные светодиодами высокой интенсивности, предоставляют новые возможности для всех, кто заинтересован в создании осветительных устройств, способных имитировать неоновое освещение, и являются серьезным стимулом в развитии этого направления. Однако труднопреодолимым препятствием стало одновременное обеспечение обоих свойств неонового света - равномерности свечения и яркости, поскольку чаще всего попытки имитации неонового света наталкивались на необходимость компромисса между равномерным распределением света и яркостью.

В качестве попытки преодоления некоторых недостатков неона в совместно поданной и также находящейся на рассмотрении заявке США на изобретение No. 09/982705, включенной в настоящую заявку посредством ссылок, раскрыто осветительное устройство, включающее профилированный стержень из материала с волноводными свойствами, который, предпочтительно, рассеивает свет, входящий через одну боковую поверхность ("светопринимающую поверхность"), таким образом, что получаемая картина интенсивности света, излучаемого другой боковой поверхностью стержня ("светоизлучающей поверхностью"), вытянута вдоль стержня. Источник света расположен вдоль светопринимающей поверхности на небольшом расстоянии от нее и удален от светоизлучающей поверхности на расстояние, достаточное для создания вытянутой картины интенсивности света, большая ось которой проходит вдоль стержня, а длина меньшей оси практически перекрывает всю периферическую ширину светоизлучающей поверхности. В предпочтительной реализации изобретения источник света представляет собой цепочку точечных источников света, разнесенных друг от друга на расстояние, достаточное для того, чтобы свет, излученный каждым точечным источником света в стержень, создавал перекрывающиеся вытянутые картины интенсивности света вдоль светоизлучающей поверхности и по периферии поверхности таким образом, чтобы совокупное распределение интенсивности света воспринималось равномерным по всей светоизлучающей поверхности.

Одним из неотъемлемых свойств осветительного устройства, раскрытого в заявке США на изобретение No. 09/982705, являются равномерность и интенсивность света, излучаемого осветительным устройством. Несмотря на важность преодоления недостатков неонового освещения (в частности, чрезмерный вес и хрупкость), осветительное устройство не будет иметь большого коммерческого или практического значения без достижения требуемой равномерности и интенсивности света. Эти задачи решены, главным образом, путем применения стержней волноводов "с утечкой". Волновод "с утечкой" - это структурный элемент, который функционирует как оптический волновод и как светорассеивающий элемент. Как волновод он, предпочтительно, направляет входящий в волновод свет, в том числе и свет, входящий через его боковую поверхность, вдоль осевого направления волновода, а как светорассеивающий элемент побуждает свет выходить наружу через противоположную боковую поверхность волновода. В результате визуально наблюдается вытянутое распределение света, излучаемого вдоль боковой светоизлучающей поверхности волновода.

Тем не менее, проблема осветительных устройств, использующих волноводы с утечкой и светодиоды, как раскрыто в заявке США на изобретение No. 09/982705, заключается в том, что доступный видимый спектр цветов ограничен существующими цветами светодиодов. Следовательно, первостепенной задачей настоящего изобретения является создание осветительного устройства, излучающего свет таких цветов, которые обычно не могут быть получены одними светодиодами, без значительного удорожания или повышения сложности осветительного устройства.

Эта и другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут понятны после ознакомления с нижеприведенными описанием и чертежами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, предназначенному для имитации неонового света за счет использования флуоресцентных красителей, позволяющему получать световое излучение таких цветов, которые обычно не могут быть получены одними светодиодами, без значительного удорожания или повышения сложности осветительного устройства.

Предпочтительное осветительное устройство, в основном, включает элемент в виде стержня, корпус и источник света. В одном предпочтительном воплощении элемент в виде стержня представляет собой волновод, криволинейная наружная боковая поверхность которого служит в качестве светоизлучающей поверхности, а внутренняя боковая поверхность - в качестве светопринимающей поверхности, при этом входящий в волновод свет, идущий от расположенного ниже светопринимающей поверхности источника света, рассеивается внутри волновода для получения равномерного распределения света, идущего от криволинейной боковой поверхности.

Корпус, предпочтительно, содержит пару боковых стенок, формирующих сквозной канал, проходящий практически по всей длине волновода. Корпус, в основном, предназначен для размещения в нем источника света и сопутствующего электрического оборудования, а также, предпочтительно, для улавливания и отражения света.

Несмотря на то что в осветительном устройстве, выполненном в соответствии с настоящим изобретением, возможно использование источников света различных видов, предпочтительно использовать в качестве источника света цепочку или цепочки последовательно установленных светодиодов высокой интенсивности. Однако, поскольку доступный видимый спектр цветов осветительного устройства, использующего в качестве источника света светодиоды, ограничен существующими цветами светодиодов, осветительное устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, разработано для того, чтобы обеспечить свечение, воспринимаемый цвет которого отличен от собственного цвета светодиода. В частности, это достигнуто за счет введения в осветительное устройство системы преобразования цвета, более точно промежуточной светопропускающей среды, расположенной вдоль источника света и вблизи от него. Эта промежуточная светопропускающая среда, предпочтительно, состоит из, по существу, просвечивающего полиуретана или сходного вещества, подкрашенного заданным составом из одного или более флуоресцентных красителей. Вследствие размещения промежуточной светопропускающей среды вблизи источника света излученный источником свет падает на промежуточную светопропускающую среду и воздействует на присутствующий в ней флуоресцентный краситель. Этот свет частично поглощается каждым флуоресцентным красителем промежуточной светопропускающей среды, а затем свет с более низкой энергией излучается каждым флуоресцентным красителем на светопринимающую поверхность волновода. Таким образом, выбирая необходимую комбинацию красителей и изменяя их концентрацию внутри промежуточной светопропускающей среды, заявителям удалось получить различные цвета видимой области спектра, наблюдаемые, в конечном итоге, вдоль светоизлучающей поверхности волновода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 изображен в аксонометрии предпочтительный вариант выполнения осветительного устройства, выполненного согласно настоящему изобретению.

На Фиг.2 изображено в аксонометрии устройство, показанное на Фиг.1, с частичным разрезом для демонстрации осветительного устройства изнутри.

На Фиг.3 изображен поперечный разрез осветительного устройства, показанного на Фиг.1.

На Фиг.3А изображен поперечный разрез, показанный на Фиг.3, с промежуточной светопропускающей средой, состоящей из множества дискретных слоев.

На Фиг.4 изображен поперечный разрез альтернативного предпочтительного воплощения осветительного устройства, выполненного согласно настоящему изобретению.

На Фиг.5 изображен поперечный разрез другого альтернативного предпочтительного воплощения осветительного устройства, выполненного согласно настоящему изобретению.

На Фиг.6 изображен в виде проекции Меркатора вид сверху осветительного устройства, показанного на Фиг.1, изображающий перекрывающиеся, индивидуальные картины распределения света.

На Фиг.7А изображена видимая область спектра в виде непрерывного спектра цветов от фиолетового (˜400 нм) до красного (˜700 нм).

На Фиг.7Б изображена круговая диаграмма видимой области спектра.

На Фиг.8 изображена цветовая диаграмма CIE.

ВОПЛОЩЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предметом настоящего изобретения является осветительное устройство, предназначенное для имитации неонового света с помощью использования флуоресцентных красителей, позволяющее излучать свет таких цветов, которые обычно не могут быть получены одними светодиодами, без значительного удорожания или повышения сложности осветительного устройства.

Предпочтительное осветительное устройство 10, выполненное согласно настоящему изобретению, изображено на Фиг.1-3. Осветительное устройство, в основном, состоит из элемента 12 в виде стержня, корпуса 14 и удлиненного источника 16 света. В этом предпочтительном воплощении элемент в форме стержня представляет собой волновод 12, криволинейная наружная боковая поверхность которого служит в качестве светоизлучающей поверхности, а внутренняя боковая поверхность - в качестве светопринимающей поверхности. Свойства такого волновода 12 будут описаны ниже, но если коротко, то входящий в волновод 12 свет от источника 16 света, расположенного ниже светопринимающей поверхности 20, рассеивается внутри волновода 12 для получения равномерного распределения света, выходящего через криволинейную боковую поверхность.

Как хорошо видно на Фиг.3, корпус 14, предпочтительно, состоит из пары боковых стенок 30, 32, формирующих сквозной канал 34, проходящий практически по всей длине волновода 12. Корпус 14, в основном, служит для размещения в нем источника 16 света и сопутствующего электрического оборудования (например, монтажной платы), а также, предпочтительно, для улавливания и отражения света.

В осветительное устройство, выполненное согласно настоящему изобретению, могут быть помещены источники света различных видов, тем не менее, заявители установили, что, как показано на Фиг.1-3, в качестве источника света для целей настоящего изобретения лучше всего подходит цепочка или цепочки последовательно установленных высокоинтенсивных светодиодов. Однако, как упоминалось выше, доступный видимый спектр цветов осветительного устройства 10, использующего светодиоды в качестве источника 16 света, ограничен доступными цветами светодиодов. Более того, светодиоды некоторых цветов значительно дороже других и/или имеют сроки службы значительно короче, чем у других. Таким образом, осветительное устройство 10, выполненное согласно настоящему изобретению, разработано с целью получения свечения, воспринимаемый цвет которого отличен от собственного цвета светодиода.

Это достигнуто за счет введения в осветительное устройство 10 системы преобразования цвета, в частности промежуточной светопропускающей среды 22, расположенной вдоль источника 16 света и рядом с ним, со светопринимающей поверхностью, предназначенной для приема света, излученного вышеупомянутым источником 16 света, и светоизлучающей поверхностью, предназначенной для излучения света в волновод 12. Эта промежуточная светопропускающая среда 22 предпочтительно состоит из основы из практически просвечивающего полиуретана или сходного вещества, окрашенного определенным составом из одного или более флуоресцентных красителей. Предпочтительно использовать для этого полиуретан, производимый и распространяемый корпорацией IPN Industries, Inc. (г. Хейверхилл, штат Массачусетс) под торговой маркой EGA-202. Однако, как будет описано ниже со ссылкой на Фиг.3А, промежуточная светопропускающая среда 22 не обязательно должна быть единым элементом, а может состоять из множества отдельных слоев.

Для лучшего понимания конструкции и функциональных возможностей выполненного согласно настоящему изобретению осветительного устройства 10 необходимо рассмотреть принцип флуоресценции. Флуоресценция - это испускание веществом определенного электромагнитного излучения (т.е. света), возникающее в результате облучения этого вещества электромагнитным излучением. Другими словами, если световая энергия направлена на флуоресцентное вещество, то это вещество поглощает некоторое количество энергии, а затем излучает свет с меньшей энергией, например падающий на флуоресцентное вещество синий свет может породить зеленый свет, имеющий меньшую энергию.

Возвращаясь к выполненному согласно настоящему изобретению осветительному устройству 10, промежуточная светопропускающая среда 22 и присутствующие в ней флуоресцентные красители служат в качестве флуоресцентного вещества. А именно благодаря близкому расположению источника 16 света излучаемый им свет направлен на промежуточную светопропускающую среду 22 и взаимодействует с присутствующими в ней флуоресцентными красителями. Этот свет частично поглощается каждым из флуоресцентных красителей промежуточной светопропускающей среды 22, а затем каждый флуоресцентный краситель излучает свет с меньшей энергией на светопринимающую поверхность 20 волновода 12.

Таким образом, выбирая подходящую комбинацию красителей и изменяя их концентрацию в промежуточной светопропускающей среде 22, заявителям удалось получить различные цвета видимого диапазона, ясно различимые вдоль светоизлучающей поверхности 18 волновода 12. Например, синие светодиоды существенно дешевле белых светодиодов, но служат они значительно дольше, чем белые светодиоды. Более того, поскольку синий цвет имеет более высокую энергию, применяя принципы флуоресценции согласно настоящему изобретению, синие светодиоды могут быть использованы для получения цветов всей видимой области спектра от сине-зеленого до красного, как показано на Фиг.7А и 7Б. Следовательно, для осветительного устройства 10, выполненного согласно настоящему изобретению, предпочтительно использовать синие светодиоды.

Таким образом, в осветительном устройстве с синими светодиодами, выполненном согласно настоящему изобретению, различные составы флуоресцентных красителей, включающие, по меньшей мере, красный, желтый и/или зеленый красители, могут быть введены в промежуточную светопропускающую среду 22 для получения различных цветов, в этой связи предпочтительно использовать в качестве красного флуоресцентного красителя пигмент, производимый и распространяемый корпорацией Day-Glo Color из г. Кливленд, штат Огайо, под товарным номером ZQ-13 ("Rocket Red™ "); в качестве желтого флуоресцентного красителя пигмент, производимый и распространяемый корпорацией Day-Glo Color из г. Кливленд, штат Огайо, под товарным номером ZQ-17 ("Saturn Yellow™"); и в качестве зеленого флуоресцентного красителя пигмент, производимый и распространяемый корпорацией Day-Glo Color из г. Кливленд, штат Огайо, под товарным номером ZQ-18 ("Signal Green™").

Прежде чем описывать конкретные комбинации для образования желаемых цветов, важно выяснить природу видимого света и цвета. Прежде всего, видимый свет - это свет, воспринимаемый человеческим глазом. Видимый свет занимает диапазон длин волн между приблизительно 400-700 нанометров (нм) (далее "видимая область спектра"), и воспринимаемый цвет света основан на его специфической длине волны внутри этого диапазона. Как показано на Фиг.7А и 7Б, видимую область спектра можно представить как континуум или "радугу" цветов от фиолетового (˜400 нм) до красного (˜700 нм) или, в качестве альтернативы, в виде круговой диаграммы. Что касается Фиг.7А и 7Б, важно осознавать, что многие обычные цвета не представлены в видимой области спектра. Например, пурпурный цвет не представлен конкретной длиной волны; на самом деле цвет, воспринимаемый человеческим глазом как пурпурный, представляет собой набор разных длин волн в красном и фиолетовом диапазоне видимой области спектра, и, таким образом, этот цвет представлен в смешанной области круговой диаграммы, изображенной на Фиг.7Б. Аналогично, важно осознавать, что цвет, традиционно называемый белым, не представлен на Фиг.7А или 7Б. Когда человеческий глаз видит белый цвет, в действительности он воспринимает набор длин волн всей видимой области спектра, важность этого факта будет пояснена ниже.

Таким образом, большинство видимых "цветов" не представлены светом одной длины волны, а являются некоей комбинацией длин волн. В этом смысле доминантный цвет в свете, представленном некоей комбинацией длин волн, обычно называют тоном. В целях создания инструмента для представления и идентификации всех возможных видимых цветов Международная комиссия по освещению (CIE) разработала цветовую диаграмму CIE, основанную на трех идеальных первичных цветах света - красном, синем и зеленом. Цветовая диаграмма CIE является хорошо известным и понятным специалистам инструментом для идентификации цветов. В частности, как показано на Фиг.8, ось Х этой диаграммы представляет значение абсолютно красного, смешиваемого с абсолютно синим, а ось Y - значение абсолютно зеленого, смешиваемого с абсолютно синим. Таким образом, используя диаграмму цветности CIE, нужный цвет можно представить значениями его координат Х и Y. Также важно осознавать, что цветовая кривая, представляющая видимую область спектра, накладывается на график таким образом, чтобы длины волн видимого диапазона были представлены вдоль этой кривой.

Цветовая диаграмма CIE также полезна для понимания смешения первичных цветов света. В частности, если провести прямую линию между двумя точками на цветовой диаграмме, например от зеленого с длиной волны 510 нм к красному с длиной волны 700 нм, то эта прямая линия покажет диапазон цветов, которые могут быть созданы и различимы человеческим глазом, в зависимости от количества первичных цветов света в комбинации, включая различные желто-зеленые и оранжевые цвета.

Кроме того, важно знать, что центральная область цветовой диаграммы CIE представляет белый цвет, представляющий собой комбинацию трех идеальных первичных цветов света. Если какая-либо прямая линия между двумя цветами на цветовой кривой проходит через эту центральную область, эти два цвета могут быть смешаны для получения цвета, воспринимаемого как белый.

Повторим, что путем выбора соответствующей комбинации красителей и изменения концентрации красителей в промежуточной светопропускающей среде 22 заявителям удалось получить различные цвета видимой области спектра, наблюдаемые вдоль светоизлучающей поверхности 18 волновода 12. Далее описаны различные примеры.

Пример 1

В первом примере осветительное устройство 10, поперечный разрез которого представлен на Фиг.3, имеет длину L, приблизительно равную 4,75 дюйма. Источник 16 света выполнен в виде цепочки из девяти последовательно установленных светодиодов высокой интенсивности через промежутки, приблизительно равные 0,50 дюйма. Что более важно, в данном примере использованы синие светодиоды, излучающие свет с длиной волны, приблизительно равной 470 нм и имеющий цветовые координаты x=0,111 и y=0,058 на цветовой диаграмме CIE.

Светодиоды работают при токе, равном приблизительно 20 mA. Для упрощения процессов производства и сборки предпочтительно, чтобы светодиоды работали при практически постоянных токе и мощности. Однако, изменяя ток, возможно влиять на получаемый воспринимаемый цвет.

И, наконец, возвращаясь к Фиг.3, следует отметить, что высота Н промежуточной светопропускающей среды 22 в данном примере приблизительно равна 0,625 дюйма, ширина W - 0,375 дюйма, а длина практически идентична длине осветительного устройства и равна 4,75 дюйма. Что более важно, промежуточная светопропускающая среда 22 выполнена из практически просвечивающего полиуретана, подкрашенного комбинацией флуоресцентных красителей, в частности предпочтительно красного, желтого и зеленого красителей, производимых и распространяемых корпорацией Day-Glo Color, г. Кливленд, штат Огайо, в следующих пропорциях:

Относительно Таблицы 1 (а также аналогичных таблиц, включенных в другие примеры), полиуретан и флуоресцентные красители смешаны практически до однородной смеси. Изготовленную таким образом смесь используют для создания промежуточной светопропускающей среды 22 необходимых размеров. Следовательно, общая масса полиуретана и флуоресцентных красителей не важна, важны только относительные соотношения этих компонентов в веществе.

В выполненном подобным образом предпочтительном осветительном устройстве 10 свет, излучаемый источником 16 света (т.е. синими светодиодами), попадает на промежуточную светопропускающую среду 22 и взаимодействует с присутствующими в ней красным, желтым и зеленым флуоресцентными красителями. Этот свет частично поглощается каждым флуоресцентным красителем промежуточной светопропускающей среды 22, и затем свет с меньшей энергией излучается каждым флуоресцентным красителем на светопринимающую поверхность 20 волновода 12. Таким образом, совокупное световое излучение различных длин волн от каждого флуоресцентного красителя и самих светодиодов попадает на светопринимающую поверхность 20 волновода 12, и результат виден вдоль светоизлучающей поверхности волновода.

В частности, описанное в данном примере осветительное устройство 10 излучает свет с координатами x=0,266 и y=0,237 внутри белой области цветовой диаграммы CIE, показанной на Фиг.8. Таким образом, излучаемый светодиодами 16 синий свет в итоге вызывает белое свечение, наблюдаемое вдоль светоизлучающей поверхности 18 волновода 12.

Пример 2

В этом примере осветительное устройство 10 имеет длину L, приблизительно равную 4,625 дюйма, и поперечный разрез, аналогично устройству, изображенному на Фиг.3. Источник 16 света выполнен в виде цепочки из девяти последовательно расположенных светодиодов высокой интенсивности через промежутки, приблизительно равные 0,50 дюйма, и работает при токе, приблизительно равном 20 mA. Кроме того, в данном примере вновь использованы синие светодиоды, излучающие свет с длиной волны, приблизительно равной 470 нм, и цветовыми координатами x=0,111 и y=0,058 на цветовой диаграмме CIE.

Обращаясь вновь к Фиг.3, следует отметить, что высота Н промежуточной светопропускающей среды 22 в данном примере приблизительно равна 0,375 дюйма, ширина W - 0,1875 дюйма, а длина практически равна длине осветительного устройства - 4,625 дюйма. Промежуточная светопропускающая среда 22 выполнена из, по существу, просвечивающего полиуретана, окрашенного смесью флуоресцентных красителей, в следующих пропорциях:

Выполненное таким образом предпочтительное осветительное устройство 10 в итоге преобразует излучаемый светодиодами 16 синий свет в свет с координатами x=0,255 и y=0,2111. Таким образом, наблюдаемый свет находится вблизи верхней границы синевато-пурпурной и пурпурной областей цветовой диаграммы CIE, показанной на Фиг.8.

Пример 3

В этом примере осветительное устройство 10 имеет длину L, равную приблизительно 3,00 дюймам, и поперечный разрез, аналогично устройству, изображенному на Фиг.3. Источник 16 света выполнен в виде цепочки из шести светодиодов высокой интенсивности, расположенных последовательно через промежутки, приблизительно равные 0,50 дюйма, и работает при токе, приблизительно равном 20 mA. Кроме того, в данном примере вновь использованы синие светодиоды, излучающие свет с длиной волны, приблизительно равной 470 нм, и цветовыми координатами x=0,111 и y=0,058 на цветовой диаграмме CIE.

Обращаясь опять к Фиг.3, высота Н промежуточной светопропускающей среды 22 в данном примере приблизительно равна 0,400 дюйма, ширина W - 0,1875 дюйма, а длина практически равна длине осветительного устройства - 3,00 дюйма. Промежуточная светопропускающая среда 22 выполнена из, по существу, просвечивающего полиуретана, окрашенного смесью флуоресцентных красителей, в следующих пропорциях:

Выполненное таким образом предпочтительное осветительное устройство 10 в итоге преобразует излучаемый светодиодами 16 синий свет в свет с координатами x=0,327 и y=0,247. Таким образом, наблюдаемый свет находится вблизи верхней границы красновато-пурпурной и пурпурно-розовой областей цветовой диаграммы CIE, изображенной на Фиг.8.

Как упоминалось выше, свет, излученный флуоресцентным красителем, присутствующим в промежуточной светопропускающей среде 22, проходит через промежуточную светопропускающую среду 22 к светопринимающей поверхности 20 элемента 12 в виде стержня. В этой связи, так же, как и в осветительном устройстве, раскрытом в совместно поданной и также находящейся на рассмотрении заявке США на изобретение No. 09/982705, в настоящем изобретении элемент 12 в виде стержня предпочтительно выполнен в виде волновода 12 "с утечкой", т.е. структурного элемента, функционирующего как оптический волновод и как светорассеивающий элемент. Как оптический волновод он служит, в основном, для направления света, входящего в волновод 12, вдоль оси волновода, а как светорассеивающий элемент - для излучения света с его светоизлучающей поверхности 18. Другими словами, свет входит через светопринимающую поверхность 20 волновода 12 из соседствующей промежуточной светопропускающей среды 22 и проходит вдоль, по меньшей мере, части длины волновода 12, прежде чем оказывается излучен со светоизлучающей поверхности 18 волновода 12. В итоге, вдоль светоизлучающей поверхности 18 волновода 12 происходит излучение с вытянутой световой картиной, воспринимаемой визуально практически равномерной, что позволяет осветительному устройству 10 эффективно имитировать неоновый свет.

Как описано в совместно поданной и также находящейся на рассмотрении заявке США на изобретение No. 09/982705, заявителями было установлено, что одним из предпочтительных материалов для волновода 12 является акриловый материал, специально обработанный для рассеивания света. Более того, такой акриловый материал легко формовать или экструдировать в стержни требуемой для каждого конкретного случая формы, он чрезвычайно легок, хорошо выдерживает транспортировку и не требует слишком бережного обращения. Акриловый материал с желаемыми характеристиками легко доступен, например, его можно заказать в компании AtoHaas, г. Филадельфия, штат Пенсильвания под номером DR66080, с дополнительным матированием. В качестве альтернативы, для изготовления волновода 12 могут быть использованы также другие материалы, такие как матированные стеклянными шариками (bead-blasted) акрил или поликарбонат или крашенные акрил или поликарбонат, не выходя при этом за рамки сущности настоящего изобретения и в пределах объема защиты.

Заявители установили, что в качестве альтернативы возможно введение наполнителя в полиуретановый материал, чтобы придать ему желательные светорассеивающие свойства и сделать возможным функционирование в качестве подходящего волновода 12 с утечкой. Для увеличения рассеивания предпочтительно использовать полые сферы, называемые микрошариками. Диаметр микрошариков приблизительно равен толщине человеческого волоса, причем оболочка полых внутри микрошариков выполнена из стекла или другого материала, имеющего показатель преломления, близкий к показателю преломления полиуретана. Поскольку показатели преломления микрошариков и полиуретана практически совпадают, потери на отражение на границах раздела минимальны. При прохождении света через полиуретановый материал с вкраплениями микрошариков пустоты внутри соответствующих микрошариков действуют как рассеивающая линза. Таким образом, полиуретановая смесь с вкраплениями микрошариков также будет обладать светорассеивающими свойствами, необходимыми для того, чтобы служить в качестве волновода 12 с утечкой осветительного устройства 10, выполненного согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг.6, вне зависимости от выбранного для его создания материала волновод 12 предпочтительно рассеивает свет по всей своей длине, но в конечном итоге позволяет свету выйти через его светоизлучающую поверхность. Подобный волновод 12 обеспечивает вытянутую или овальную световую картину от каждого светодиода с яркостью, максимальной в центре и убывающей по мере удаления от центра вдоль большей и меньшей осей рисунка. Размещение светодиодов на определенном расстоянии друг от друга и каждого светодиода на соответственном расстоянии от светоизлучающей поверхности 18 волновода 12 позволяет добиться такого наложения картин распределения интенсивности света на светоизлучающей поверхности 18 волновода 12, при котором неравномерность картин сглаживается. Это приводит к тому, что совокупная световая картина на светоизлучающей поверхности 18 волновода 12 выглядит равномерной по всей длине волновода 12. Что касается использования рассеяния света для получения равномерности его восприятия по всей длине волновода 12, следует заметить, что присутствующие в промежуточной светопропускающей среде 22 красители также способствуют рассеиванию света, излученного источником 16 света. Таким образом, использование промежуточной светопропускающей среды 22 не только обеспечивает желаемое световое излучение, воспринимаемый цвет которого отличен от излученного источником 16 света, но вызывает также некоторое рассеивание света и, тем самым, способствует тому, что совокупная световая картина на светоизлучающей поверхности 18 волновода 12 выглядит равномерной.

Как упоминалось выше, корпус 14, в основном, служит для размещения в нем источника света и сопутствующего электрического оборудования, а также, предпочтительно, для улавливания света, не попадающего непосредственно на светопринимающую поверхность промежуточной светопропускающей среды 22, и перенаправления его, как будет описано ниже, в промежуточную светопропускающую среду 22. В частности, корпус 14 повышает эффективность улавливания света за счет отражения падающего на внутренние поверхности корпуса 14 света в промежуточную светопропускающую среду 22. Как хорошо видно на Фиг.3, осветительное устройство 10 предпочтительно снабжено одной или более улавливающими поверхностями 40, 42, 44, предназначенными для улавливания и отражения света, не попадающего непосредственно в промежуточную светопропускающую среду 22. Улавливающие поверхности 40, 42, 44 могут быть образованы лентой, краской, металлом или другим светоотражающим материалом, предпочтительно белого цвета. Предпочтительно, чтобы такие улавливающие свет поверхности были выполнены на внутренних поверхностях канала 34, а именно на боковых стенках 30, 32 и части дна канала 34. Кроме того, предпочтительно, чтобы наружные поверхности боковых стенок 30, 32 были покрыты поглощающим свет материалом 50, например лентой, краской или другим покрытием, предпочтительно черного цвета. Таким образом, наружные поверхности корпуса 14 выглядят темными для наблюдателя или, в других обстоятельствах, препятствуют "утечке" света, излученного источником 16 света.

В качестве дальнейшего усовершенствования, показанного на Фиг.3, часть сквозного канала 34 заполнена просвечивающим герметиком 52 так, чтобы светодиоды 16 были частично заключены в герметик 52. В таком воплощении перед тем как попасть на светопринимающую поверхность промежуточной светопропускающей среды 22, свет проходит через герметик 52. Герметик 52, вводимый в выполненное согласно настоящему изобретению осветительное устройство 10, должен иметь практически одинаковый показатель преломления с показателем преломления источника 16 света для минимизации потерь на отражение на границах раздела.

Более того, возможен вариант полного заполнения герметиком 52 канала 34, заданного боковыми стенками 30, 32, с целью придания осветительному устройству 10 большей жесткости и обеспечения определенного положения светодиодов 16 внутри канала 34.

На Фиг.3А изображен поперечный разрез, сходный с представленным на Фиг.3, но отличающееся тем, что в нем промежуточная светопропускающая среда 22 состоит из нескольких дискретных слоев. В частности, воплощение, изображенное на Фиг.3А, идентично представленному на Фиг.3, за исключением того, что промежуточная светопропускающая среда 22 состоит из трех дискретных слоев 22а, 22b, 22с. Каждый отдельный слой 22а, 22b, 22с может быть окрашен одним красителем (например, красный слой 22а, желтый слой 22b, зеленый слой 22с), но, размещенные вместе, слои 22а, 22b, 22с работают совместно для достижения желаемого результата - излучения света, воспринимаемого отличным по цвету от источника 16 света. В связи с этим, хотя предпочтительно выполнение вышеупомянутой промежуточной светопропускающей среды 22 из, по существу, просвечивающего полиуретана, для ее создания могут быть использованы и другие материалы, не выходя при этом за рамки сущности и объема защиты согласно настоящему изобретению. Например, промежуточная светопропускающая среда 22 может состоять из одного или более слоев светопропускающего красочного флуоресцентного покрытия или пасты, нанесенных на светопринимающую поверхность 20 волновода 12 для получения желаемой флуоресценции. Также для достижения желаемой флуоресценции на светопринимающую поверхность 20 волновода 12 могут быть помещены практически просвечивающие окрашенные пластиковые ленты.

На Фиг.4 изображен боковой разрез выполненного согласно настоящему изобретению альтернативного предпочтительного воплощения осветительного устройства 110. Так же, как и описанный выше вариант воплощения, представленное на Фиг.3 осветительное устройство 110, в основном, включает элемент 112 в виде стержня, корпус 114 и источник 116 света (например, последовательно установленные светодиоды высокой интенсивности).

Элемент в виде стержня представляет собой волновод 112, предпочтительно имеющий криволинейную наружную боковую поверхность 118, служащую в качестве светоизлучающей поверхности и внутреннюю боковую поверхность 120, служащую в качестве светопринимающей поверхности. Элемент 112 в виде стержня обладает свойствами волновода и способностью рассеивать свет, при этом свет, попадающий в волновод 112, расположенный ниже светопринимающей поверхности 120, рассеивается внутри волновода 112 для получения равномерного распределения на выходе из криволинейной боковой поверхности 118.

Осветительное устройство 110 дополнительно включает систему преобразования цвета, в частности промежуточную светопропускающую среду 122, окрашенную заданным составом из одного или более флуоресцентных красителей. Однако, в отличие от описанного выше воплощения, приведенного на Фиг.3, светодиоды 116 расположены не только вблизи промежуточной светопропускающей среды 122, но фактически внедрены в промежуточную светопропускающую среду 122. Как и в описанном выше воплощении, приведенном на Фиг.3, корпус 114 предпочтительно содержит пару боковых стенок 130, 132, формирующих проходящий практически по всей длине волновода 112 сквозной канал 134. Корпус 114, в основном, используют для размещения в нем источника 116 света и сопутствующего электрического оборудования, а также, предпочтительно, для улавливания и отражения света. В частности, корпус 114 повышает эффективность улавливания света за счет отражения падающего на внутренние поверхности корпуса 114 света в промежуточную светопропускающую среду 122. В этой связи осветительное устройство 110 предпочтительно снабжено одной или более улавливающими поверхностями 140, 142, 144, предназначенными для улавливания и отражения света, не попадающего непосредственно в промежуточную светопропускающую среду 122. Кроме того, предпочтительно, чтобы наружные поверхности боковых стенок 130, 132 были покрыты поглощающим свет материалом 150.

В любом случае, благодаря расположению промежуточной светопропускающей среды 122 вблизи источника 116 света, свет, излучаемый источником 116 света, попадает в промежуточную светопропускающую среду 122 и взаимодействует с присутствующими в ней флуоресцентными красителями. Этот свет частично поглощается каждым флуоресцентным красителем промежуточной светопропускающей среды 122, а затем свет с более низкой энергией излучается каждым флуоресцентным красителем на светопринимающую поверхность 120 волновода 112. Таким образом, путем выбора необходимой комбинации красителей и изменения концентрации красителей внутри промежуточной светопропускающей среды 122, возможно получение различных цветов видимой области спектра, наблюдаемых вдоль светоизлучающей поверхности 118 волновода 112.

На Фиг.5 изображен боковой разрез другого альтернативного предпочтительного воплощения осветительного устройства 210, выполненного согласно настоящему изобретению. Как и в описанных выше воплощениях, изображенных на Фиг.3 и 4, осветительное устройство 210, в основном, включает формирующий внутренний канал элемент 212 в виде стержня, корпус 214 и источник 216 света (например, последовательно установленные светодиоды высокой интенсивности). Элемент в виде стержня представляет собой волновод 212, предпочтительно имеющий криволинейную наружную боковую поверхность 218, служащую в качестве светоизлучающей поверхности, и внутреннюю боковую поверхность 220, служащую в качестве светопринимающей поверхности. Элемент 212 в виде стержня обладает свойствами волновода и способностью рассеивать свет, при этом свет, попадающий в волновод 212, расположенный ниже светопринимающей поверхности 220, рассеивается внутри волновода 212 для получения размытого распределения при выходе через криволинейную боковую поверхность 218.

Осветительное устройство 210 также включает систему преобразования цвета, в частности промежуточную светопропускающую среду 222, помещенную во внутренний канал, заданный упомянутым волноводом 212, и окрашенную заданным составом из одного или более флуоресцентных красителей. Подобно описанному ранее воплощению, изображенному на Фиг.3, светодиоды 216 частично внедрены в герметик 252 и расположены вблизи промежуточной светопропускающей среды 222. Однако в этом конкретном воплощении промежуточная светопропускающая среда 222 имеет существенно более высокий профиль, и волновод 212 намного тоньше, чем в описанных ранее воплощениях.

И в завершение, как и в воплощениях, описанных со ссылками на Фиг.3 и 4, корпус 214 предпочтительно содержит пару боковых стенок 230, 232, формирующих сквозной канал 234, проходящий практически по всей длине волновода 212. Корпус, в основном, предназначен для размещения в нем источника 216 света и сопутствующего электрического оборудования, а также, предпочтительно, для улавливания и отражения света. В частности, корпус 214 повышает эффективность улавливания света за счет отражения падающего на внутренние поверхности корпуса 214 света в промежуточную светопропускающую среду 222. В этой связи осветительное устройство 210 предпочтительно снабжено одной или более улавливающими поверхностями 240, 242, 244, предназначенными для улавливания и отражения света, не попадающего непосредственно в промежуточную светопропускающую среду 222. В дополнение, предпочтительно, чтобы наружные поверхности боковых стенок 230, 232 были покрыты поглощающим свет материалом 250.

В любом случае, благодаря расположению промежуточной светопропускающей среды 222 вблизи источника 216 света, свет, излучаемый источником 216 света, попадает в промежуточную светопропускающую среду 222 и взаимодействует с присутствующими в ней флуоресцентными красителями. Этот свет частично поглощается каждым флуоресцентным красителем промежуточной светопропускающей среды 222, а затем свет с более низкой энергией излучается каждым флуоресцентным красителем на светопринимающую поверхность 220 волновода 212. Таким образом, путем выбора необходимой комбинации красителей и изменения концентрации красителей внутри промежуточной светопропускающей среды 222 возможно получение различных цветов видимой области спектра, наблюдаемых вдоль светоизлучающей поверхности 218 волновода 212. В заключение, в результате экспериментов заявители также установили, что свет ультрафиолетового диапазона, обычно излучаемый светодиодами 16, может неблагоприятно влиять на работу флуоресцентных красителей промежуточной светопропускающей среды 22. Поэтому одним из решений данной проблемы является использование задерживающих ультрафиолет ингибиторов в полиуретановом компаунде, содержащем промежуточную светопропускающую среду 22 и/или герметик 52. Как альтернативное решение, также возможна установка акрилового экрана между светодиодами 16 и промежуточной светопропускающей средой 22 с целью поглощения ультрафиолетового излучения и предотвращения его попадания в промежуточную светопропускающую среду 22.

Для специалистов очевидно, что возможны дальнейшие модификации воплощений, раскрытых в данном описании, не выходя при этом за рамки сущности и объема защиты настоящего изобретения.

Реферат

Осветительное устройство имитирует неоновый свет и обеспечивает световое излучение таких цветов, которые невозможно получить при использовании одних светодиодов, путем введения в осветительное устройство системы преобразования цвета. Эта система преобразования цвета включает промежуточную светопропускающую среду (22), подкрашенную заданным составом из одного или более флуоресцентных красителей. Свет, излучаемый источником (16) света осветительного устройства, направляют в промежуточную светопропускающую среду (22), где он взаимодействует с присутствующими в ней флуоресцентными красителями. Этот свет частично поглощается каждым из флуоресцентных красителей промежуточной светопропускающей среды, и затем свет с меньшей энергией излучается каждым из флуоресцентных красителей на светопринимающую поверхность (12) волновода. Таким образом, выбор подходящей комбинации красителей позволяет получить излучаемый осветительным устройством свет различных цветов. 6 н. и 41 з.п. ф-лы, 3 табл., 8 ил.

Формула