ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, СВЕТИЛЬНИК И УСТРОЙСТВО ПОДСВЕТКИ Российский патент 2013 года по МПК G02F1/13357 

Область техники

Изобретение относится к осветительной системе, содержащей источник света, рассеивающий элемент и зеркальный задний отражатель.

Изобретение также относится к светильнику, содержащему осветительную систему согласно изобретению, системе подсветки, содержащей осветительную систему согласно изобретению, и к устройству отображения, содержащему систему подсветки согласно изобретению.

Уровень техники

Такие осветительные системы как таковые известны. Они используются, помимо прочего, в качестве светильников в общих целях освещения, например для освещения офисов, освещения магазинов или, например, освещения магазинных витрин. Альтернативно, эти осветительные системы используются для освещения (прозрачных или полупрозрачных) пластин из стекла или (прозрачных) пластин из стекла или синтетической смолы, на которых, например, демонстрируются ювелирные изделия. Эти осветительные системы также используются для освещения рекламных плакатов, например частично прозрачного изображения с задней стороны изображения.

Известные осветительные системы также можно использовать в качестве источников света в системах подсветки в устройствах отображения (изображений), например телевизорах и мониторах. Осветительные системы такого типа особенно пригодны для использования в качестве систем подсветки для неизлучающих дисплеев, например жидкокристаллических устройств отображения, также именуемых ЖКД панелями, которые используются в (портативных) компьютерах или (портативных) телефонах.

Осветительная система вышеописанного типа, используемая в качестве светильника, известна, например, из японской патентной заявки JP 04-276181. Светильник предназначен для непрямого освещения (отраженным светом) через отражатель, имеющий округлое дугообразное поперечное сечение, выступающее вверх в направлении ширины, и имеет центральную проекцию, постепенно сужающуюся вниз в центральной секции в направлении ширины. Светильник содержит прямые трубчатые флуоресцентные лампы, обращенные к отражающей поверхности отражателя в обеих концевых секциях в направлении ширины корпуса отражателя с отверстием. Недостаток известного светильника в том, что он имеет относительно низкую однородность по своему светоизлучающему окну.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является обеспечение осветительной системы, имеющей повышенную однородность.

Согласно первому аспекту изобретения задача решается посредством осветительной системы по п.1. Согласно второму аспекту изобретения задача решается посредством светильника по п.12. Согласно третьему аспекту изобретения задача решается посредством системы подсветки по п.13. Согласно четвертому аспекту изобретения задача решается посредством устройства отображения по п.14. Осветительная система согласно первому аспекту изобретения содержит источник света, рассеивающий элемент и зеркальный задний отражатель, причем источник света приспособлен излучать свет к зеркальному заднему отражателю, отражающему, по меньшей мере, часть света, излучаемого источником света, для освещения рассеивающего элемента, причем форма зеркального заднего отражателя генерирует, по существу, однородное распределение по рассеивающему элементу светового потока, падающего на рассеивающий элемент. Рассеивающий элемент содержит первый край вблизи источника света и второй край вдали от источника света, причем первый край и второй край определяют воображаемую плоскую поверхность, имеющую нормальную ось, причем ось симметрии источника света определяет дополнительный угол с нормальной осью, причем дополнительный угол находится в пределах плюс или минус 30°. Преимущество состоит в том, что источник света наклонен относительно воображаемой плоской поверхности осветительной системы. Когда, например, источник света наклонен от рассеивающего элемента, источник света может быть дополнительно экранирован от пользователя, что дополнительно снижает блеск осветительной системы согласно изобретению.

Осветительная система согласно изобретению имеет преимущество в том, что использование зеркально отражающего зеркала позволяет управлять отражением света, излучаемого источником света к рассеивающему элементу. По существу, однородное распределение светового потока по рассеивающему элементу можно получить, выбрав особую форму. Рассеивающий элемент преобразует падающий свет из светового потока в заранее определенное угловое распределение светового излучения, например, по существу, ламбертовское распределение излучения от рассеивающего элемента. В известной осветительной системе задний отражатель используется для генерации освещения отраженным светом помещения. Это освещение отраженным светом снижает блеск, который может восприниматься пользователем. Кроме того, известная осветительная система содержит окно выхода света, которое является открытым отверстием, которое позволяет отраженному свету распространяться в помещение. Основной недостаток этого открытого отверстия состоит в том, что угловое расхождение света, распространяющегося в помещение, полностью определяется задним отражателем. Для генерации относительно широкого расхождения света, излучаемого из известной осветительной системы, форма заднего отражателя часто напоминает параболу или дугу. Однако при оптимизации углового распределения света, излучаемого известной осветительной системой, изменение яркости по открытому отверстию осветительной системы в общем случае не является оптимальным. Один возможный путь решения этой проблемы предусматривает использование диффузного отражающего заднего отражателя. Такой диффузный отражающий задний отражатель может относительно легко генерировать предсказуемое угловое распределение света, излучаемого известной осветительной системой. Однако обычно требуются дополнительные меры для равномерного распределения света по диффузному отражающему заднему отражателю. Эти дополнительные меры могут принимать вид, например, дополнительного отражающего элемента, который, однако, снижает эффективность известной осветительной системы.

Осветительная система согласно изобретению генерирует однородное распределение света по рассеивающему элементу с относительно высокой эффективностью, в то же время генерируя предсказуемое угловое распределение излучаемого света. Это реализуется наличием источника света, излучающего свет к зеркальному заднему отражателю. Форма зеркального отражателя генерирует, по существу, однородное распределение потока света по окну выхода света. Форму зеркального отражателя можно получить посредством достаточно распространенных программ трассировки лучей. Угол, под которым свет, отраженный от зеркального заднего отражателя, падает на рассеивающий элемент, может быть разным в каждой точке рассеивающего элемента. Рассеивающий элемент преобразует свет, который падает под разными углами на рассеивающий элемент, в свет, имеющий заранее определенное угловое распределение излучения, который излучается из осветительной системы согласно изобретению. В настоящее время рассеивающие элементы, имеющие относительно высокую эффективность, доступны на рынке. Благодаря излучению света через зеркальный задний отражатель к рассеивающему элементу и благодаря форме зеркального заднего отражателя можно генерировать однородное распределение светового потока, падающего на рассеивающий элемент, в то же время имея предсказуемое угловое распределение света, излучаемого рассеивающим элементом осветительной системы согласно изобретению. Поскольку зеркальный задний отражатель является единственным отражающим элементом между источником света и рассеивающим элементом, осветительная система согласно изобретению имеет относительно высокую эффективность.

Для генерации, по существу, однородного потока по рассеивающему элементу форма зеркального заднего отражателя зависит от распределения излучения источника света. Когда, например, источник света представляет собой светодиод, который излучает, по существу, ламбертовский профиль излучения, отражатель может иметь форму, отличающуюся от формы светодиода, имеющего другой профиль излучения, или при использовании отличных источников света.

В этом документе зеркальный отражатель представляет собой слой, который отличается тем, что имеет угол падения, равный углу отражения, с вариацией в пределах плюс или минус пять градусов на угле отражения. Угол падения - это угол, под которым свет падает на зеркальный отражатель, и угол отражения - это угол, под которым свет отражается от зеркального отражателя. Конечно, по сравнению с углом отражения угол падения располагается с противоположной стороны нормальной оси в точке отражения на зеркальном отражателе.

Согласно варианту осуществления осветительной системы источник света излучает свет вокруг оси симметрии, причем угол между касательной к зеркальному заднему отражателю и воображаемой плоскостью, перпендикулярной оси симметрии, меньше или равен 45°. Когда угол между касательной и воображаемой плоскостью меньше или равен 45°, свет, отраженный от зеркального заднего отражателя, движется в направлении, имеющем компонент, параллельный оси симметрии, допуская освещение отраженным светом рассеивающего элемента, который располагается вблизи источника света, при использовании единичного отражения от зеркального заднего отражателя. Относительно тонкую осветительную систему можно получить с использованием такой конструкции для освещения отраженным светом.

Согласно варианту осуществления осветительной системы угол между касательной к зеркальному заднему отражателю и воображаемой плоскостью равен нулю на заранее определенном расстоянии от источника света, причем угол между касательной и воображаемой плоскостью меньше или равен 45° на части зеркального заднего отражателя, обращенной к источнику света, причем часть проходит на заранее определенное расстояние. Эта часть проходит от края зеркального заднего отражателя вблизи источника света на заранее определенное расстояние. С увеличением расстояния угол между касательной и воображаемой плоскостью уменьшается и касательная поворачивается к касательной, которая параллельна воображаемой плоскости (имеющей угол, равный нулю). Зеркальный задний отражатель может иметь такую форму, что на больших расстояниях касательная поворачивается больше, в результате чего угол между касательной и воображаемой плоскостью становится отрицательным по сравнению с углом между расстоянием и краем зеркального заднего отражателя вблизи источника света. В таком варианте осуществления зеркальный задний отражатель проходит к рассеивающему элементу.

Согласно варианту осуществления осветительной системы ось симметрии пересекает зеркальный задний отражатель в точке пересечения, тогда как угол меньше или равен 45° только в дополнительной части зеркального заднего отражателя, причем дополнительная часть зеркального заднего отражателя обращена к рассеивающему элементу, проходя от точки пересечения на удалении от источника света.

Согласно варианту осуществления осветительной системы свет, излучаемый от источника света и падающий на рассеивающий элемент, достигает рассеивающего элемента после единичного отражения от зеркального заднего отражателя. Преимущество этого варианта осуществления в том, что использование единичного отражения от зеркального заднего отражателя приводит к повышению эффективности. Любое отражение, отличное от полного внутреннего отражения, обычно генерирует потери в оптической системе.

Осветительная система, имеющая относительно высокую эффективность, получается путем определения формы зеркального заднего отражателя так, чтобы генерировать, по существу, однородный поток по рассеивающему элементу, и путем ограничения количества отражений до одного отражения, после которого излучаемый свет достигает рассеивающего элемента.

Согласно варианту осуществления осветительной системы источник света располагается на основании, обращенном к зеркальному заднему отражателю, причем источник света излучает свет от основания к зеркальному заднему отражателю. Преимущество этого варианта осуществления в том, что это расположение основания предотвращает свет от падения непосредственно на рассеивающий элемент, что в общем случае снижает однородность потока на рассеивающем элементе. Кроме того, предотвращение прямого падения света от источника света на рассеивающий элемент в общем случае снижает блеск, который может видеть пользователь осветительной системы. Блеск обусловлен чрезмерным контрастом между яркими и темными областями в поле зрения. Блеск может возникать, например, в результате прямого наблюдения нити накаливания неэкранированного или плохо экранированного источника света. Размещение плоского основания напротив зеркального заднего отражателя может сделать источник света невидимым для пользователя и, таким образом, снизить блеск.

Согласно варианту осуществления осветительной системы рассеивающий элемент содержит средство для предотвращения отражения падающего света от рассеивающего элемента обратно к зеркальному заднему отражателю. Это средство для предотвращения отражения может представлять собой, например, внедренный слой, имеющий, например, показатель преломления, снижающий отражение падающего света, или, например, коллимационную пластину, размещенную на рассеивающем элементе. Альтернативно, средство для предотвращения отражения падающего света может быть образовано поверхностью рассеивающего элемента, представляющей собой, например, структурированную поверхность для того, чтобы свет, падающий под относительно большим углом на рассеивающий элемент, не отражался от рассеивающего элемента, но перенаправлялся в рассеивающий элемент.

Согласно варианту осуществления осветительной системы зеркальный задний отражатель является частично пропускающим для части падающего света. Преимущество этого варианта осуществления в том, что частично пропускающий зеркальный задний отражатель позволяет части света, излучаемого источником света, излучаться в другом направлении по сравнению с рассеивающим элементом, который может быть необходим для освещения, например, другой части помещения. Когда, например, осветительная система используется в качестве светильника, свет, излучаемый рассеивающим элементом, освещает помещение, например, непосредственно, тогда как свет, пропущенный зеркальным задним отражателем, освещает потолок помещения и, таким образом, освещает помещение рассеянным светом. Это может обеспечивать однородное освещение помещения.

Согласно варианту осуществления осветительной системы рассеивающий элемент содержит люминесцентный материал для преобразования, по меньшей мере, части света, излучаемого источником света, в свет, имеющий другой цвет. Люминесцентные материалы обычно поглощают свет первого цвета и излучают свет другого цвета, обычно равномерно во всех направлениях. Например, когда источником света является синий СИД, рассеивающий элемент может содержать люминесцентный материал, который преобразует, по меньшей мере, часть синего падающего света в желтый свет. Излученный желтый свет смешивается с остатком синего света для генерации, по существу, белого света. Использование люминесцентного материала на рассеивающем элементе обеспечивает расположение, именуемое отдаленным расположением люминофора. В общем случае такое отдаленное расположение люминофора имеет более высокую эффективность преобразования по сравнению с, например, использованием улучшенного люминофором светодиода в качестве источника света. Это обусловлено пониженной рабочей температурой отдаленного люминофора по сравнению с люминофором в улучшенном люминофором светодиоде, который обычно располагается наверху светоизлучающего элемента светодиода. Кроме того, отдаленное расположение люминофора позволяет использовать более широкий круг люминесцентных материалов в отдаленном расположении люминофора, опять же, по причине пониженной температуры люминесцентного материала в отдаленном расположении люминофора. Наконец, использование люминесцентного материала позволяет осветительной системе иметь повышенный индекс цветопередачи (также обозначаемый CRI). Люминесцентный материал обычно излучает относительно широкий спектр света, что улучшает CRI. Люминесцентный материал можно реализовать и распределять в рассеивающем элементе или наносить на рассеивающий элемент в качестве дополнительного слоя люминесцентного материала.

Согласно варианту осуществления осветительной системы источник света представляет собой светодиод, или органический светодиод, или диодный лазер. Преимущество этого варианта осуществления в том, что эти источники света обычно излучают направленный свет, который может излучаться к зеркальному заднему отражателю. При использовании этих источников света, по существу, весь свет, излучаемый ими, можно, таким образом, направлять таким образом, чтобы он достигал рассеивающего элемента после единичного отражения от зеркального заднего отражателя. Как указано выше, такое расположение повышает эффективность осветительной системы согласно изобретению.

В US 20070171676 раскрыта осветительная система, в которой источник света ориентирован, по меньшей мере, по существу, перпендикулярно рассеивающей пластине и заднему отражателю.

В US 20060002141 раскрыта осветительная система подсветки со световодом боковой подсветки, в которой источник света либо ориентирован перпендикулярно заднему отражателю и поверхности выхода света, либо обращен к поверхности выхода света.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и поясняются со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.

Фиг.1A, 1B и 1C - схематические виды в разрезе осветительной системы согласно изобретению.

Фиг.2A и 2B - схематические виды в разрезе светильника, содержащего альтернативный вариант осуществления осветительной системы согласно изобретению.

Фиг.3 - схематический вид в разрезе системы подсветки и устройства отображения согласно изобретению.

Фигуры являются полностью схематическими и не выполнены в масштабе. В целях пояснения некоторые размеры сильно преувеличены. Сходные компоненты на фигурах, по мере возможности, обозначены одинаковыми позициями.

Описание вариантов осуществления

На фиг.1A, 1B и 1C показаны схематические виды в разрезе осветительной системы 15, 17 согласно изобретению. Осветительная система 15, 17 содержит источник света 20, рассеивающий элемент 30 и зеркальный задний отражатель 40. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.1A, 1B и 1C, источник света 20 представляет собой светодиод 20, который сконфигурирован излучать свет вокруг оси симметрии 24 к зеркальному заднему отражателю 40. Свет, излучаемый источником света 20, падает на зеркальный задний отражатель 40, который отражает, по меньшей мере, часть падающего света от источника света 20 к рассеивающему элементу 30. Форма зеркального заднего отражателя 40 генерирует, по существу, однородное распределение по рассеивающему элементу 30 светового потока, падающего на рассеивающий элемент 30. Эту форму зеркального заднего отражателя 40 можно проектировать, например, посредством общеизвестных программ трассировки лучей.

В известных осветительных системах задний отражатель сформирован для генерации заранее определенного углового распределения света, отраженного от заднего отражателя и излученного известной осветительной системой. В осветительной системе 15, 17 согласно изобретению форма зеркального заднего отражателя 40 генерирует однородное распределение светового потока на рассеивающем элементе 30. Угол, под которым свет падает на рассеивающий элемент 30, может, таким образом, изменяться, по существу, по рассеивающему элементу 30. Для управления угловым распределением света, излучаемого осветительной системой 15, 17, осветительная система 15, 17 содержит рассеивающий элемент 30, который преобразует угловое распределение света, падающего на рассеивающий элемент 30, в заранее определенное угловое распределение света, излучаемого осветительной системой 15, 17 согласно изобретению. Благодаря объединению зеркального заднего отражателя 40 и рассеивающего элемента 30 можно, таким образом, генерировать, по существу, однородное распределение светового потока, падающего на рассеивающий элемент 30, в то же время управляя угловым распределением света, излучаемого осветительной системой 15, 17. Эффективность осветительной системы 15, 17 зависит от эффективности рассеивающего элемента 30. Таким образом, рассеивающий элемент 30 содержит, например, рассеиватель PMMA или PC, например коммерчески доступный полупрозрачный рассеиватель "Perspex Opal 040" от производителя "Lucite", который имеет относительно высокую эффективность и создает, по существу, ламбертовское распределение излучения осветительной системы 15, 17 согласно изобретению. Для дополнительного повышения эффективности осветительной системы 15, 17 согласно изобретению конфигурация источника света 20 и зеркального заднего отражателя 40 обуславливает падение света, излучаемого источником света 20, на рассеивающий элемент 30 после единичного отражения от зеркального заднего отражателя 40.

В одном варианте осуществления осветительной системы 15, 17 согласно изобретению, по существу, весь свет, излучаемый источником света 20, падает на рассеивающий элемент 30 после отражения на зеркальном заднем отражателе, создавая освещение отраженным светом рассеивающего элемента 30 с помощью источника света 20. Это освещение отраженным светом рассеивающего элемента 30 снижает блеск осветительной системы 15, 17 согласно изобретению. В альтернативном варианте осуществления осветительной системы 15, 17 часть света, падающего на зеркальный задний отражатель, передается через зеркальный задний отражатель и излучается в противоположном направлении по сравнению с рассеивающим элементом 30. Такой вариант осуществления имеет особые преимущества, когда осветительная система 15, 17 используется в светильнике, который используется, например, для освещения помещения (не показано). Часть света, пропущенную через зеркальный задний отражатель, можно использовать, например, для освещения потолка (не показан) помещения, тогда как свет, излучаемый осветительной системой через рассеивающий элемент 30, можно использовать для освещения других частей помещения.

Благодаря использованию единичного отражения от зеркального заднего отражателя 40 высоту h осветительной системы 15, 17 согласно изобретению можно дополнительно ограничить. Высота h или толщина осветительной системы 15, 17 - это размер осветительной системы 15, 17 в направлении, по существу, перпендикулярном воображаемой плоской поверхности 36 (см. фиг.1B и 1C) осветительной системы 15, 17. Воображаемая плоская поверхность 36 определена первым краем 33 (см. фиг.1B и 1C) рассеивающего элемента 30 вблизи источника света 20 и вторым краем 35 (см. фиг.1B и 1C) рассеивающего элемента 30 на удалении от источника света 20. Связь между шириной w рассеивающего элемента 30 и высота h осветительной системы может выражаться как

1/20 ≤ высота/ширина ≤ 1/5.

Согласно варианту осуществления, в котором рассеивающий элемент 30 является, по существу, плоским элементом, высота h является размером осветительной системы 15, 17, по существу, перпендикулярным рассеивающему элементу 30, и ширина w рассеивающего элемента 30 является минимальным размером рассеивающего элемента 30, по существу, параллельным рассеивающему элементу 30.

В осветительной системе 15, 17, показанной на фиг.1A, 1B и 1C, источник света 20 располагается на основании 22, который образует гребень 22, расположенный на краю рассеивающего элемента 30. Использование гребня 22 дополнительно снижает блеск за счет того, что источник света 20 удален от прямой линии обзора пользователя. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.1A, 1B и 1C, рассеивающий элемент 30 располагается после основания 22 источника света 20. Однако основание 22 и рассеивающий элемент 30 могут частично перекрываться.

На фиг.1A показан светильник 10, содержащий осветительную систему 15 согласно изобретению. Зеркальный задний отражатель 40 содержит дополнительную часть 42, в которой угол α между касательной 50 (см. фиг.1B) к зеркальному заднему отражателю 40 и воображаемой плоскостью 38 (см. фиг.1B), перпендикулярной оси симметрии 24, меньше или равен 45°. В альтернативном варианте осуществления зеркальный задний отражатель 40 может иметь такую общую форму, что угол между касательной 50 и воображаемой плоскостью 38 меньше или равен 45°. Источник света 20 представляет собой светодиод 20 и располагается на основании 22. Согласно варианту осуществления зеркального заднего отражателя 40, представленному на фиг.1A, зеркальный задний отражатель 40 делится на три отражающие области 44A, 44B, 44C. Первая отражающая область 44A содержит искривленную отражающую область 44A для распределения света, излучаемого на стороне оси симметрии 24 от рассеивающего элемента 30 и обратно по рассеивающему элементу 30. Вторая отражающая область 44B может быть, например, по существу, плоской и отражает часть излучаемого света обратно к рассеивающему элементу 30, и третья отражающая область 44C наклонена к рассеивающему элементу 30, чтобы ограничивать распространение света, излучаемого источником света 20, параллельно рассеивающему элементу 30. Первая отражающая область 44A - это часть 44A зеркального заднего отражателя 40, обращенная к источнику света 20, в которой угол α между касательной 50 и воображаемой плоскостью 38 меньше или равен 45°. Часть 44A проходит на заранее определенное расстояние. Часть 44A проходит от края зеркального заднего отражателя 40 вблизи источника света 20 на заранее определенное расстояние. С увеличением расстояния от края зеркального заднего отражателя 40 вблизи источника света 20 угол между касательной 50 и воображаемой плоскостью 38 уменьшается и касательная 50 поворачивается к касательной 50, которая параллельна воображаемой плоскости 38 (имеющей угол, равный нулю). Зеркальный задний отражатель 40 может иметь такую форму, что на большем расстоянии, например, в третьей отражающей области 44C касательная 50 поворачивается больше, в результате чего угол α между касательной 50 и воображаемой плоскостью 38 становится отрицательным. Объединение первой отражающей области 44A, второй отражающей области 44B и третьей отражающей области 44C генерирует, по существу, однородное распределение светового потока, падающего на рассеивающий элемент 30. Точную форму первой отражающей области 44A, 44B и 44C можно определить посредством программ трассировки лучей.

На фиг.1B показан подробный схематический вид в разрезе осветительной системы 15 согласно изобретению. Отражающая дополнительная часть 42 сконфигурирована таким образом, что касательная 50 в любой точке отражающей дополнительной части 42 образует угол α с воображаемой плоскостью 38, перпендикулярной оси симметрии 24, причем угол α меньше или равен 45°. Можно получить относительно тонкую осветительную систему, поскольку свет, излучаемый источником света 20 к зеркальному заднему отражателю 40, отражается обратно к рассеивающему элементу 30.

Согласно варианту осуществления осветительной системы 15, представленному на фиг.1B, рассеивающий элемент 30 содержит слой 31, содержащий люминесцентный материал. Слой 31 дополнительно также указан как отдаленный слой 31 люминофора. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.1B, отдаленный слой 31 люминофора нанесен на поверхность рассеивающего элемента 30. Преимущество этого варианта осуществления в том, что отдаленный слой 31 люминофора относительно легко наносить, например, до сборки рассеивающего элемента 30 в осветительной системе 15. Однако однородность яркости на рассеивающем элементе 30 относительно сильно зависит от однородности отдаленного слоя 31 люминофора и от однородности распределения в люминесцентном материале отдаленного слоя 31 люминофора. Альтернативно, люминесцентный материал может быть распределен по рассеивающему элементу 30 так, чтобы рассеивающий элемент 30 действовал как отдаленный слой люминофора. Каждый из этих вариантов осуществления, использующих люминесцентные материалы, обеспечивает так называемое отдаленное расположение люминофора, преимуществами которого являются повышенная эффективность и более широкий диапазон выбора люминесцентных материалов, поскольку рабочая температура люминофора, находящегося в отдаленном расположении люминофора, в общем случае ниже, чем в конфигурации, где люминесцентный материал нанесен непосредственно на источник света 20.

Отдаленный слой 31 люминофора и рассеивающий элемент 30 могут содержать один люминесцентный материал или смесь множества разных люминесцентных материалов.

В предпочтительном варианте осуществления источник света 20 излучает, по существу, синий свет. Часть синего света будет преобразована, например, с использованием Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (далее также именуемого АИГ:Ce), который преобразует часть синего падающего света в желтый свет. Выбор специфичной плотности люминесцентного материала приводит к тому, что заранее определенная часть синего падающего света преобразуется в желтый, определяя цвет света, излучаемого осветительной системой 15. Отношение синего света, который преобразуется люминесцентным материалом, может определяться, например, толщиной слоя отдаленного слоя 34 люминофора или, например, концентрацией частиц АИГ:Ce, распределенных в отдаленном слое 34 люминофора или рассеивающем элементе 30. Альтернативно можно использовать, например, CaS:Eu²⁺ (далее также именуемый CaS:Eu), который преобразует часть синего падающего света в красный свет. Добавление некоторого количества CaS:Eu к АИГ:Ce может давать в результате белый свет, имеющий повышенную цветовую температуру. Альтернативно, светодиод 20 излучает ультрафиолетовый свет, который преобразуется люминесцентным материалом в, по существу, белый свет. Например, смесь BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ (преобразующего ультрафиолетовый свет в синий свет), Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂: Eu²⁺, Mn²⁺ (преобразующего ультрафиолетовый свет в зеленый свет) и Y₂O₃: Eu³⁺, Bi³⁺ (преобразующего ультрафиолетовый свет в красный свет) с разными соотношениями люминофоров можно использовать для выбора цвета света, излучаемого из осветительной системы 15 в пределах от относительно холодного белого до теплого белого, например от 6500 K до 2700 K. Другие подходящие люминесцентные материалы можно использовать для получения нужного цвета света, излучаемого осветительной системой 15.

На фиг.1C показан подробный схематический вид в разрезе осветительной системы 17, в которой основание 22, на котором находится источник света 20, наклонен относительно рассеивающего элемента 30. На подробном виде в разрезе часть осветительной системы 17 не показана, что обозначено пунктирными волнистыми линиями. Это сделано для того, чтобы показать, что первый край 33 и второй край 35 рассеивающего элемента 30 определяют воображаемую плоскую поверхность 36. Дополнительный угол β задан между нормальной осью 34 воображаемой плоской поверхности 36 и осью симметрии 24 источника света 20. Дополнительный угол β может находиться, например, в пределах от -30° до +30°:

- 30° ≤ β ≤ +30°.

Наклон между основанием 22 и рассеивающим элементом 30 предпочтительно таков, чтобы можно было дополнительно снижать блеск. Это можно сделать, например, обеспечив дополнительный угол β, указанный на фиг.1C. Благодаря конструкции, показанной на фиг.1C, на рассеивающий элемент 30 не падает, по существу, никакого света, излучаемого источником света 20, так что пользователь, по существу, не видит источник света 20, что дополнительно снижает блеск, воспринимаемый пользователем.

На фиг.1A, 1B и 1C показаны только виды в разрезе светильника 10 согласно изобретению. В этом виде в разрезе светильник 10 в трехмерном виде (не показан) может иметь форму диска, или удлиненную, по существу, прямоугольную форму, или любую другую форму при условии, что форма зеркального заднего отражателя 40 генерирует, по существу, однородное распределение светового потока по рассеивающему элементу осветительной системы 15, 17 светильника 10.

На фиг.2A и 2B показаны схематические виды в разрезе светильника 12, содержащего альтернативный вариант осуществления осветительной системы 19 согласно изобретению. Согласно варианту осуществления осветительной системы 19, представленному на фиг.2A и 2B, источник света 20 располагается на основании 22 и осветительная система 19 содержит рассеивающий элемент 32, имеющий два рассеивающих элемента 32A, 32B, расположенные на каждой стороне источника света 20. Форма зеркального заднего отражателя 40 отражает часть света, излучаемого источником света 20, к первому рассеивающему элементу 32A из двух рассеивающих элементов 32, и остаток света, излучаемого источником света 20, ко второму рассеивающему элементу 32B из двух рассеивающих элементов 32. Альтернативно, рассеивающий элемент 32 может иметь, например, форму диска, причем источник света 20 располагается, по существу, в центре диска (см. вид в разрезе на фиг.2A и 2B). Также альтернативно (не показано), рассеивающий элемент 32 может представлять собой единый непрерывный рассеивающий элемент 32, в котором источник света 20 располагается между рассеивающим элементом 32 и зеркальным задним отражателем 40. В таком варианте осуществления конструкция источника света 20 и форма зеркального заднего отражателя 40 могут быть такими, что световой поток, падающий на весь рассеивающий элемент, однородно распределяется по рассеивающему элементу 32.

Согласно варианту осуществления осветительной системы 19, представленному на фиг.2B, рассеивающий элемент 32 содержит средство 37 для предотвращения отражения падающего света. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.2B, средство 37 содержит структурированную поверхность 37. Вид в разрезе на фиг.2B может представлять собой, например, вид в разрезе удлиненных призматических структур 37, или вид в разрезе множества пирамидальных структур 37, или вид в разрезе множества конических структур 37. Эффект этой структурированной поверхности 37 заключается в предотвращении отражения света, который падает на рассеивающий элемент 32 под углами скольжения, от рассеивающего элемента 32. Такой отраженный свет обычно снижает эффективность осветительной системы 17 согласно изобретению.

Альтернативно, средство 37 для предотвращения отражения падающего света может представлять собой коллимационную пластину (не показана), которая перенаправляет световой луч к нормальной оси (не показана) рассеивающего элемента 30. Эта коллимационная пластина представляет собой, например, прозрачный призматический лист, коммерчески известный под названиями, например, пленка пропускания под прямым углом (также именуемая TRAF), или пленка повышения яркости (также именуемая BEF), или пленка двойного повышения яркости (также именуемая DBEF), или фольга оптического освещения (также именуемая OLF). Эти, по существу, прозрачные призматические листы перенаправляют свет, падающий под углами скольжения, так, чтобы он падал на рассеивающий элемент 30 под углом ближе к нормали рассеивающего элемента 30. Это препятствует отражению света от рассеивающего элемента 30 под углами скольжения.

На фиг.3 показан схематический вид в разрезе системы подсветки 110 и устройства отображения 100 согласно изобретению. Устройство отображения 100 может представлять собой, например, жидкокристаллический дисплей 100, который содержит слой электрически соединенных (не показано) жидкокристаллических ячеек 112, поляризационный слой 114 и анализирующий слой 116. Альтернативно, устройство отображения 100 может представлять собой любое другое неизлучающее устройство отображения 100.

Вышеупомянутые варианты осуществления призваны иллюстрировать, но не ограничивать изобретение, и специалисты в данной области техники могут разработать многочисленные альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема формулы изобретения.

В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, заключенные в скобки, не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола “содержит” и его словоформ не исключает наличия элементов или этапов помимо перечисленных в формуле изобретения. Употребление названия элемента в единственном числе не исключает наличия совокупности таких элементов. Изобретение можно реализовать посредством аппаратного оборудования, содержащего несколько отдельных элементов. В пункте устройства, где перечислено несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы в одном и том же элементе оборудования. Лишь только тот факт, что некоторые меры упомянуты в разных зависимых пунктах, не говорит о том, что комбинацию этих мер нельзя выгодно использовать.

Осветительная система (17) содержит источник света (20), рассеивающий элемент (30, 32) и зеркальный задний отражатель (40). Форма зеркального заднего отражателя (40) обеспечивает однородное распределение по рассеивающему элементу (30, 32) светового потока, падающего на рассеивающий элемент (30, 32). Рассеивающий элемент (30, 32) содержит первый край (33) вблизи источника света (20) и второй край (35) вдали от источника света (20). Первый край (33) и второй край (35) определяют плоскую поверхность (36), имеющую нормальную ось (34), при этом ось симметрии (24) источника света (20) определяет дополнительный угол (β) с нормальной осью (34), который находится в пределах ±30°. Технический результат - обеспечение однородности распределения света. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Осветительная система (15, 17, 19), содержащая источник света (20), рассеивающий элемент (30, 32) и зеркальный задний отражатель (40), причем источник света (20) сконфигурирован излучать свет к зеркальному заднему отражателю (40), отражающему, по меньшей мере, часть света, излучаемого источником света (20), чтобы освещать рассеивающий элемент (30, 32), причем форма зеркального заднего отражателя (40) генерирует, по существу, однородное распределение по рассеивающему элементу (30, 32) светового потока, падающего на рассеивающий элемент (30, 32),
в которой рассеивающий элемент (30, 32) содержит первый край (33) вблизи источника света (20) и второй край (35) вдали от источника света (20), причем первый край (33) и второй край (35) определяют воображаемую плоскую поверхность (36), имеющую нормальную ось (34), причем ось симметрии (24) источника света (20) определяет дополнительный угол (β) с нормальной осью (34), причем дополнительный угол (β) находится в пределах плюс или минус 30°.

2. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1, в которой источник света (20) излучает свет вокруг оси симметрии (24), и в которой угол (α) между касательной (50) к зеркальному заднему отражателю (40) и воображаемой плоскостью (38), перпендикулярной оси симметрии (24), меньше или равен 45°.

3. Осветительная система (15, 17, 19) по п.2, в которой угол (α) между касательной (50) и воображаемой плоскостью (38) равен нулю на заранее определенном расстоянии от источника света (20), и угол (α) между касательной (50) и воображаемой плоскостью (38) меньше или равен 45° на части (44А) зеркального заднего отражателя, обращенной к источнику света (20), причем упомянутая часть (44А) проходит на заранее определенное расстояние.

4. Осветительная система (15, 17, 19) по п.2 или 3, в которой ось симметрии (24) пересекает зеркальный задний отражатель (40) в точке пересечения (46), и в которой угол (α) меньше или равен 45° только в дополнительной части (42) зеркального заднего отражателя (40), причем упомянутая дополнительная часть (42) зеркального заднего отражателя (40) обращена к рассеивающему элементу (30, 32), проходя от точки пересечения (46) прочь от источника света (20).

5. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1 или 2, в которой свет, излучаемый от источника света (20) и падающий на рассеивающий элемент (30, 32), достигает рассеивающего элемента (30, 32) после единичного отражения от зеркального заднего отражателя (40).

6. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1 или 2, в которой источник света (20) располагается на основании (22), обращенном к зеркальному заднему отражателю (40), причем источник света (20) излучает свет от основания (22) к зеркальному заднему отражателю (40).

7. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1 или 2, в которой рассеивающий элемент (30, 32) содержит средство (37) для предотвращения отражения падающего света от рассеивающего элемента (30, 32) обратно к зеркальному заднему отражателю (40).

8. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1 или 2, в которой зеркальный задний отражатель (40) является частично пропускающим для части падающего света.

9. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1 или 2, в которой рассеивающий элемент (30, 32) содержит люминесцентный материал (31) для преобразования, по меньшей мере, части света, излучаемого источником света (20), в свет, имеющий другой цвет.

10. Осветительная система (15, 17, 19) по п.1 или 2, в которой источник света (20) представляет собой светодиод (20), или органический светодиод, или лазерный диод.

11. Светильник (10, 12), содержащий осветительную систему (15, 17, 19) по любому из пп.1-10.

12. Система подсветки (110), содержащая осветительную систему (15, 17, 19) по любому из пп.1-10.

13. Устройство отображения (100), содержащее систему подсветки (110) по п.12.