ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ОТНЕСЕННЫМ НА РАССТОЯНИЕ СЛОЕМ ЛЮМИНОФОРА И/ИЛИ РАССЕИВАЮЩИМ СЛОЕМ Российский патент 2015 года по МПК F21K2/00 F21V13/00 F21V9/10 F21Y113/00 F21Y101/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к осветительной системе, содержащей множество светоизлучающих источников и отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой.

Изобретение также относится к осветительному устройству, содержащему осветительную систему, к устройству отображения, содержащему осветительную систему, и к способу коррекции характеристики светового излучения, по меньшей мере, одного источника света в осветительной системе.

Уровень техники

Осветительные системы, содержащие множество источников света и отнесенную на расстояние компоновку люминофора, по сути, известны. Они используются, помимо прочего, в осветительном устройстве для целей общего освещения, например для освещения офисов, для освещения магазинов, или, например, для целей домашнего общего освещения. Эти осветительные системы также используются в системах задней подсветки и устройствах отображения, содержащих системы задней подсветки.

Отнесенная на расстояние компоновка люминофора содержит люминесцентный материал, который поглощает часть света, испускаемого посредством источника света матрицы источников света, и преобразует поглощенный свет в свет другого цвета. Когда люминесцентный материал размещается на расстоянии от источника света или источников света, то получается так называемая отнесенная на расстояние компоновка люминофора. Преимущества использования отнесенной на расстояние конфигурации люминофора хорошо известны и включают в себя то, что эффективность преобразования и срок службы люминесцентного материала увеличиваются, и диапазон выбора люминесцентных материалов расширяется.

Такая осветительная система, например, известна из заявки на патент US 2006/0268537, в которой раскрывается пленка из люминофора, которая имеет люминесцентную характеристику. В конкретном варианте осуществления этой заявки (США) раскрывается пленка из люминофора, которая размещается на расстоянии от трех источников света, которые размещаются параллельно. Кристаллофосфор размещается в областях, в которых концентрация частиц люминофора увеличивается с расстоянием от центра источника света. В общем, люминофор имеет более высокую эффективность преобразования длины волны и большее число компонентов преобразованного света по мере того, как испускаемый свет увеличивается. Следовательно, посредством увеличения концентрации люминофора в части на большом расстоянии от центра яркости источника света может быть сформировано равномерное распределение цветов.

Недостаток известной осветительной системы заключается в том, что равномерность осветительной системы по-прежнему может быть недостаточной.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения заключается в том, чтобы дополнительно повысить равномерность осветительной системы.

Согласно первому аспекту изобретения, упомянутая цель достигается с помощью осветительной системы по п. 1. Согласно второму аспекту изобретения, упомянутая цель достигается с помощью отнесенного на расстояние слоя люминофора по п. 11. Согласно третьему аспекту изобретения, упомянутая цель достигается с помощью рассеивающего слоя по п. 12. Согласно четвертому аспекту изобретения, упомянутая цель достигается с помощью осветительного устройства по п. 13. Согласно пятому аспекту изобретения, упомянутая цель достигается с помощью устройства отображения по п. 14. Согласно шестому аспекту изобретения, упомянутая цель достигается с помощью способа коррекции характеристики светового излучения, по меньшей мере, одного источника света в осветительной системе по п. 15.

Осветительная система согласно первому аспекту изобретения содержит матрицу источников света и отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой, расположенный между матрицей источников света и окном светового выхода для испускания света из источников света,

причем, по меньшей мере, один источник света из матрицы источников света содержит характеристику светового излучения, отличающуюся от других источников света из матрицы источников света,

при этом отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой размещается на расстоянии от матрицы источников света, причем отнесенный на расстояние слой люминофора содержит люминесцентный материал, выполненный с возможностью преобразования, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников света, в свет другого цвета, причем рассеивающий слой содержит рассеивающие структуры и/или рассеивающий материал, выполненные с возможностью рассеяния, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников света, при этом люминесцентный материал распределяется по отнесенному на расстояние слою люминофора, а рассеивающие структуры и/или рассеивающий материал распределяются по рассеивающему слою для компенсации, по меньшей мере, частично разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника света.

Характеристика светового излучения содержит, например, цвет испускаемого света или может содержать пространственное изменение цвета источника света, которое может отличаться, по меньшей мере, для одного источника света по сравнению с оставшимися источниками света осветительной системы. Характеристика светового излучения также, например, может содержать интенсивность излучения или пространственное изменение интенсивности излучения вокруг источника света, которое может отличаться, по меньшей мере, для одного источника света по сравнению с оставшимися источниками света осветительной системы.

Эффект осветительной системы согласно изобретению заключается в том, что конкретное распределение люминесцентного материала по отнесенному на расстояние слою люминофора и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала по рассеивающему слою используется для того, чтобы компенсировать разности в характеристике излучения, по меньшей мере, одного источника света по сравнению с оставшимися источниками света. Эта компенсация приводит к такому преимуществу, что сортировка источников света может опускаться, и что может быть повышена равномерность света, испускаемого посредством окна светового выхода осветительной системы. Когда используется матрица источников света, например матрица светоизлучающих диодов, отдельные источники света, как правило, имеют изменяющиеся характеристики светового излучения. Зачастую эти изменения возникают вследствие изменений в процессе изготовления отдельных источников света. Чтобы повысить равномерность в светодиодных матрицах, зачастую применяется сортировка. При такой компоновке определяется характеристика излучения светоизлучающих диодов, и только светоизлучающие диоды, которые имеют практически идентичные характеристики излучения, объединяются в одну матрицу. Несмотря на то, что сортировка предоставляет относительно хорошую равномерность света, испускаемого из матрицы источников света, процесс сортировки является относительно затратным и требует хорошей логистики. В осветительной системе согласно изобретению осветительная система содержит рядом с матрицей источников света также отнесенный на расстояние слой люминофора, содержащий люминесцентный материал, и/или рассеивающий слой, содержащий рассеивающие структуры и/или рассеивающий материал. Посредством адаптации распределения люминесцентного материала по отнесенному на расстояние слою люминофора и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала по рассеивающему слою изменения излучения, возникающие вследствие изменяющихся характеристик излучения, по меньшей мере, одного источника света в матрице источников света, могут, по меньшей мере, частично компенсироваться, тем самым формируя относительно высокую равномерность света, испускаемого из окна светового выхода осветительной системы, исключая необходимость сортировки.

В известной осветительной системе US 2006/0268537 матрица из трех источников света объединяется с пленкой из люминофора. Концентрация частиц люминофора в пленке из люминофора изменяется так, что концентрация частиц люминофора увеличивается в части на большом расстоянии от источника света. Шаблон изменения концентрации в известной осветительной системе является идентичным для каждого источника света в матрице источников света, и шаблон изменения концентрации центрируется на оптической оси источника света известной осветительной системы. Несмотря на то, что указанное изменение концентрации может предоставлять относительно равномерное излучение света, изменения равномерности при этом остаются вследствие изменений в характеристике излучения источников света. Считается, что по-прежнему требуется сортировка, чтобы повысить равномерность излучения света от известной осветительной системы. Еще хуже: теперь сортировка включает в себя не только изменения цветов и/или интенсивности источников света, которые должны совпадать в матрице, но также и угловое изменение светового излучения как в интенсивности, так и в цвете, которое должно совпадать для каждого источника света. В частности, вследствие предварительно заданного шаблона изменения концентрации, предоставленного в известной пленке из люминофора, любое отклонение от ожидаемого углового изменения светового излучения источника света в известной осветительной системе должно приводить к относительно большим изменениям равномерности, которые по-прежнему присутствуют в известной осветительной системе. Таким образом, не только интенсивность и/или цвет источников света в матрице известной осветительной системы US 2006/0268537 должны совпадать, но и угловое изменение светового излучения отдельных источников света должно совпадать с ожидаемым угловым изменением светового излучения, используемым, чтобы проектировать предварительно заданное изменение концентрации. Таким образом, посредством применения предварительно определенного изменения концентрации в пленке из люминофора, как показано в известной осветительной системе US 2006/0268537, процесс сортировки для формирования равномерного распределения светового излучения становится намного более трудным, поскольку требования к источникам света в том, что они должны совпадать, становятся более строгими и, тем самым, более дорогими. Кроме того, используемая пленка из люминофора является относительно дорогой для изготовления, поскольку частицы люминофора не могут применяться просто равномерно для пленки из люминофора.

В осветительной системе согласно изобретению, отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичной компенсации разности в характеристике излучения. Отнесенный на расстояние слой люминофора содержит люминесцентный материал, выполненный с возможностью преобразования, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников света, в свет другого цвета. Распределение люминесцентного материала по отнесенному на расстояние слою люминофора формируется, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать разность в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника света. Рассеивающий слой содержит рассеивающие структуры и/или рассеивающий материал, выполненные с возможностью рассеяния, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источника света. Распределение рассеивающих структур и/или рассеивающего материала по рассеивающему слою формируется, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать разность в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника света. Отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой согласно изобретению оптимизируются для конкретной матрицы источников света и, как правило, отличаются для каждой матрицы источников света, и, как правило, также зависят от последовательности источников света в матрице источников света. Таким образом, несмотря на то, что затраты на изготовление отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя согласно изобретению могут быть сравнимыми с затратами на то, чтобы изготавливать известную пленку из люминофора согласно US 2006/0268537, тем не менее, теперь вследствие отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя согласно изобретению не требуется сортировка или иной отбор источников света (что снижает общие системные затраты), в то время как результирующая равномерность света, испускаемого из осветительной системы, намного лучше, поскольку распределение люминесцентного материала и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего слоя согласуется с текущей матрицей источников света.

В варианте осуществления осветительной системы, характеристика светового излучения содержит любое из следующего: интенсивности света, цвета света, углового профиля излучения. Изменения в этих характеристиках светового излучения, в общем, приводят к изменениям равномерности в осветительной системе.

В варианте осуществления осветительной системы, распределение люминесцентного материала содержит локальные изменения люминесцентного материала, по меньшей мере, для частичной компенсации разности в характеристике светового излучения и/или распределение рассеивающих структур и/или рассеивающего материала содержит локальные изменения, по меньшей мере, для частичной компенсации разности в характеристике светового излучения, причем локальные изменения содержат изменение плотности люминесцентного материала в отнесенном на расстояние слое люминофора и/или изменение плотности рассеивающих структур и/или рассеивающего материала в рассеивающем слое. Изменение плотности люминесцентного материала может быть достаточным, чтобы компенсировать любое изменение в характеристиках светового излучения, по меньшей мере, одного источника света, например, когда источники света испускают практически синий свет. В этом варианте осуществления люминесцентный материал выполнен с возможностью поглощения части испускаемого синего света и преобразования поглощенного синего света, например, в желтый свет, который формирует практически белый свет при смешении с остатком синего света из источника света. Такая осветительная система испускает практически белый свет, в котором угловое изменение интенсивности и/или цвета для испускаемого синего света может компенсироваться посредством изменения плотности люминесцентного материала в отнесенном на расстояние слое люминофора. Альтернативно или дополнительно, может присутствовать рассеивающий слой, в котором плотность рассеивающих структур и/или рассеивающего материала изменяется в рассеивающем слое, чтобы изменять интенсивность испускаемого света локально. Локальные изменения могут содержать изменение толщины люминесцентного материала в отнесенном на расстояние слое люминофора и/или изменение толщины рассеивающих структур и/или рассеивающего материала в рассеивающем слое. С другой стороны, в предыдущем примере, при наличии практически равномерного люминесцентного материала, изменение толщины может использоваться для того, чтобы компенсировать любое изменение в характеристиках излучения, по меньшей мере, одного источника света. Альтернативно или дополнительно, может присутствовать рассеивающий слой, в котором толщина рассеивающих структур и/или рассеивающего материала изменяется, чтобы изменять интенсивность испускаемого света локально. Локальные изменения также могут содержать изменение смеси различных кристаллофосфоров и/или рассеивающего материала в люминесцентном материале в отнесенном на расстояние слое люминофора.

Люминесцентный материал может использоваться для того, чтобы формировать требуемый цвет света, например белый свет, имеющий конкретную цветовую температуру. Рассеивающие структуры и/или рассеивающий материал могут использоваться для того, чтобы локально изменять интенсивность испускаемого света. В этом варианте осуществления смесь люминесцентного материала и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала должна быть выполнена с возможностью обеспечивать, что испускаемый свет для окна светового выхода содержит требуемую конкретную цветовую температуру и распределение интенсивности света. Изменение плотности рассеивающих структур и/или рассеивающего материала приводит к локальному изменению характеристики излучения. Локальные изменения люминесцентного материала могут содержать изменение свойств рассеяния и/или отражения в отнесенном на расстояние слое люминофора для изменения длины оптического пути через отнесенный на расстояние слой люминофора. Посредством локальной адаптации оптического пути через отнесенный на расстояние слой люминофора степень преобразования света может адаптироваться, тем самым локально изменяя характеристику излучения.

В варианте осуществления осветительной системы комбинация матрицы источников света и отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя выполнена с возможностью формирования практически равномерного распределения света по окну светового выхода. Как указано выше, в общем, отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой, выполненный с возможностью компенсации характеристики излучения, по меньшей мере, одного источника света в матрице источников света, является конкретным для этой конкретной матрицы источников света и, как правило, не может использоваться для другой матрицы источников света при формировании хорошей равномерности. Также комбинация матрицы источников света и отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя выбирается, чтобы формировать практически равномерное распределение света.

В варианте осуществления осветительной системы отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой являются подвижными внутри осветительной системы для оптимизации равномерности распределения света по окну светового выхода. Посредством перемещения отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя в осветительной системе все неточности при формировании распределения люминесцентного материала и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала могут компенсироваться. Также может компенсироваться расположение отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя относительно матрицы источников света. Например, при увеличении расстояния между окном светового выхода и отнесенным на расстояние слоем люминофора и/или рассеивающим слоем все оставшиеся неравномерности света, испускаемого посредством отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя, могут быть усреднены через смешение света до того, как свет испускается через окно светового выхода. Когда осветительная система, например, используется в модуле задней подсветки, число источников света в матрице источников света может быть относительно большим. В этом случае, поперечное расположение отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя может быть критически важным, и, тем самым, посредством перемещения отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя в поперечном направлении практически параллельно матрице источников света может достигаться оптимизация равномерности.

В варианте осуществления осветительной системы осветительная система содержит множество отнесенных на расстояние слоев люминофора, каждый из которых размещается между матрицей источников света и окном светового выхода, причем каждый отнесенный на расстояние слой люминофора содержит конкретный люминесцентный материал для поглощения конкретной части света, испускаемого посредством источников света, и испускания света конкретного цвета. Люминесцентный материал, например, может содержать три различных кристаллофосфора, причем первый испускает практически красный свет, второй испускает практически зеленый свет, а третий испускает практически синий свет. Посредством адаптации, например, толщины каждого из этих трех кристаллофосфоров по отдельности могут быть скорректированы локальные изменения цвета.

В варианте осуществления осветительной системы множество отнесенных на расстояние слоев люминофора применяется на одном материале-носителе. Такая компоновка должна упрощать изготовление осветительной системы, поскольку после формирования множества отнесенных на расстояние слоев люминофора на одном материале-носителе только один материал-носитель должен быть размещен в осветительной системе, так что комбинация матрицы источников света и множества слоев люминофора формирует относительно высокую равномерность для окна светового выхода. Кроме того, рассеивающий слой также может быть комбинирован или интегрирован в одном материале-носителе, чтобы дополнительно упрощать изготовление осветительной системы.

В варианте осуществления осветительной системы люминесцентный материал является печатаемым люминесцентным материалом для формирования распределения по отнесенному на расстояние слою люминофора через процесс печати и/или рассеивающий материал является печатаемым рассеивающим материалом для формирования распределения по рассеивающему слою через процесс печати. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что он упрощает формирование распределения люминесцентного материала по отнесенному на расстояние слою люминофора и рассеивающего материала по рассеивающему слою. Подойдет любой процесс печати. При изготовлении матрица источников света может быть присоединена к осветительной системе, в то время как отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой не присутствуют в осветительной системе. Измерение равномерности в окне светового выхода осветительной системы дает возможность вычислять плотность, толщину и/или конкретную смесь локально требуемого люминесцентного материала и/или рассеивающего материала. Эта вычисленная информация может быть преобразована в данные, которые могут использоваться посредством печатающего устройства, чтобы печатать требуемое распределение люминесцентного материала и/или рассеивающего материала. Для преобразования измеренного изменения цветов и интенсивности света в требуемое локальное изменение люминесцентного материала и/или рассеивающего материала, например, могут использоваться таблицы поиска или алгоритмы, циклы, моделирование и т.д. Определение требуемого распределения люминесцентного материала и/или рассеивающего материала может быть улучшено посредством измерения равномерности осветительной системы, объединяющей матрицу источников света с эталонным отнесенным на расстояние слоем люминофора или эталонным рассеивающим слоем с постоянным пространственным составом, и определения пространственного отклонения, которое требует коррекции.

В варианте осуществления осветительной системы матрица источников света содержит матрицу светоизлучающих диодов. В контексте этой заявки на патент источник света может включать в себя, помимо светоизлучающего элемента, также вторичные оптические устройства, к примеру линзы и светорассеиватели. Эти вторичные оптические устройства могут приводить к другой характеристике светового излучения, что может компенсироваться посредством корректного распределения люминесцентного материала и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала.

В варианте осуществления осветительной системы источники света в матрице источников света испускают свет, имеющий центральную длину волны в диапазоне 400-490 нанометров. Свет, имеющий центральную длину волны в диапазоне 400-490 нанометров, также известен как синий свет. Преимущество при использовании синего света в качестве света, испускаемого посредством матрицы источников света, заключается в том, что этот свет является видимым для людей и, тем самым, может напрямую подмешиваться в вывод осветительной системы без преобразования. Любое преобразование с использованием люминесцентных материалов, чтобы преобразовывать свет из одного цвета в другой, вводит некоторые потери энергии вследствие стоксова сдвига, имеющего место при преобразовании. Использование источников света, испускающих синий свет, уменьшает потребность преобразовывать весь свет из источников света, что повышает эффективность осветительной системы. Кроме того, синий цвет является одним из основных цветов, которые могут использоваться для того, чтобы смешиваться с другими основными цветами, к примеру красным и зеленым или, к примеру, желтым, чтобы получать белый свет. Например, когда люминесцентный материал поглощает часть синего света, испускаемого посредством источника света, и испускает желтый свет, и когда количество люминесцентного материала выбирается надлежащим образом так, чтобы преобразовывать часть синего света и передавать остаток синего света, свет, испускаемый из осветительной системы, например, может быть в основном белым цветом (вследствие комбинации остатка синего света и желтого света, испускаемого посредством дополнительного люминесцентного материала). Дополнительное преимущество при использовании источников света, испускающих синий свет, заключается в том, что использование ультрафиолетового излучения в осветительной системе опускается при одновременном сохранении возможности формировать практически любой цвет света. Зачастую ультрафиолетовое излучение используется в преобразованных люминофором источниках света, поскольку многие кристаллофосфоры поглощают ультрафиолетовое излучение и преобразуют это поглощенное ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Однако ультрафиолетовое излучение может быть вредным для людей и не должно испускаться посредством осветительной системы. Также ультрафиолетовые фильтры, блокирующие испускание оставшегося ультрафиолетового излучения из осветительной системы, могут требоваться, когда источники света испускают ультрафиолетовое излучение, и могут опускаться, когда источники света испускают синий свет. Кроме того, ультрафиолетовое излучение может взаимодействовать с другими материалами в осветительной системе, к примеру пластмассой, и может повреждать эти другие материалы.

В этом контексте свет конкретного цвета или конкретной длины волны, как правило, представляет собой свет, имеющий предварительно заданный спектр. Предварительно заданный спектр, например, может содержать основной цвет, имеющий конкретную полосу пропускания около конкретной длины волны, или, например, может содержать множество основных цветов. Свет основного цвета, например, включает в себя красный, зеленый, синий, желтый, янтарный и пурпурный свет. Свет конкретного цвета также может содержать смеси основных цветов, к примеру синего и янтарного или синего, желтого и красного. Посредством выбора, например, конкретной комбинации красного, зеленого и синего света практически каждый цвет может быть сформирован посредством осветительной системы, в том числе белый цвет. Также другие комбинации основных цветов могут использоваться в осветительной системе, которая позволяет формировать практически каждый цвет, например красный, зеленый, синий, голубой и желтый. Число основных цветов, используемых в осветительной системе, может изменяться.

Способ, по меньшей мере, частичной коррекции характеристики светового излучения, по меньшей мере, одного источника света в осветительной системе согласно шестому аспекту изобретения содержит этапы, на которых:

определяют изменение характеристики излучения в окне светового выхода осветительной системы до применения отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя,

определяют распределение люминесцентного материала и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала, требуемого для компенсации разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника света,

применяют люминесцентный материал согласно определенному распределению для формирования отнесенного на расстояние слоя люминофора для компенсации, по меньшей мере, частично разности в характеристике светового излучения, и/или применяют рассеивающие структуры и/или рассеивающий материал согласно определенному распределению для формирования рассеивающего слоя для компенсации, по меньшей мере, частично разности в характеристике светового излучения, и

применяют отнесенный на расстояние слой люминофора и/или рассеивающий слой к осветительной системе.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения являются очевидными и должны истолковываться со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.

На чертежах:

Фиг. 1A, 1B и 1C показывают схематичные виды в поперечном сечении и вид сверху осветительной системы согласно изобретению,

Фиг. 2 показывает вид сверху отнесенного на расстояние слоя люминофора и/или рассеивающего слоя согласно изобретению,

Фиг. 3 показывает осветительное устройство, содержащее осветительную систему согласно изобретению, и

Фиг. 4 показывает схематичный вид в поперечном сечении устройства отображения согласно изобретению, содержащего осветительную систему в качестве модуля задней подсветки.

Чертежи являются просто схематичными и не нарисованы в масштабе. В частности, для ясности, некоторые размеры сильно увеличены. Аналогичные компоненты на чертежах обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами в максимально возможной степени.

Осуществление изобретения

Фиг. 1A, 1B и 1C показывают схематичные виды в поперечном сечении и вид сверху осветительной системы 10, 12 согласно изобретению. Осветительная система 10, 12 содержит матрицу источников 20 света и отнесенный на расстояние слой 30, 32, 34 люминофора и/или рассеивающий слой 32, который размещается между матрицей источников 20 света и окном 40 светового выхода. Свет, испускаемый посредством осветительной системы 10, 12, испускается через окно 40 светового выхода. По меньшей мере, один источник 22 света из матрицы источников 20 света содержит характеристику светового излучения, отличающуюся от других источников света из матрицы источников 20 света. Эта другая характеристика светового излучения может приводить к тому, что, по меньшей мере, один источник 22 света имеет меньшую интенсивность света по сравнению с другими источниками света матрицы 20 или она может приводить к другому угловому распределению света, испускаемого посредством, по меньшей мере, одного источника 22 света. Другая характеристика светового излучения также может включать в себя разности относительно цвета света, испускаемого посредством, по меньшей мере, одного источника 22 света, например, средняя длина волны спектра, испускаемого посредством, по меньшей мере, одного источника света, сдвигается относительно других источников света из матрицы 20 или спектральная доля света, испускаемого посредством, по меньшей мере, одного источника 22 света, отличается по сравнению со спектральной долей света, испускаемого посредством других источников света в матрице 20. Эта разность в характеристиках светового излучения, как правило, приводит к неравномерному освещению окна 40 светового выхода. Эта неравномерность, например, может быть неравномерностью цвета, когда цвет света, испускаемого посредством, по меньшей мере, одного источника 22 света, отклоняется от других источников света в матрице 20, или, например, может быть неравномерностью интенсивности света, когда интенсивность света и/или угловое распределение света, испускаемого посредством, по меньшей мере, одного источника 22 света, отклоняется от распределения интенсивности света и/или углового распределения света, испускаемого посредством других источников света из матрицы 20.

Отнесенный на расстояние слой 30, 32, 34 люминофора, в общем, размещается на расстоянии от матрицы источников 20 света, чтобы получать отнесенную на расстояние компоновку люминофора. Отнесенный на расстояние слой 30, 32, 34 люминофора содержит люминесцентный материал 52, 54, который преобразует, по меньшей мере, часть света, испускаемого посредством источников 20, 22 света, в свет другого цвета. Люминесцентный материал 52, 54 распределяется по отнесенному на расстояние слою 30, 32, 34 люминофора. Распределение люминесцентного материала 52, 54 выбирается так, что разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника 22 света, по меньшей мере, частично компенсируются.

Альтернативно и/или дополнительно, рассеивающий слой 32 может размещаться между матрицей источников 20 света и окном 40 светового выхода. В текущих примерах только слой, указываемый с помощью ссылки с номером 32, указывается в качестве слоя, содержащего рассеивающие структуры 52 и/или рассеивающий материал 52, и, по сути, выступает в качестве рассеивающего слоя 32. Однако также другие слои, указываемые с помощью ссылок с номерами 30 и 34, могут представлять рассеивающие слои или могут содержать рассеивающие структуры 52 и/или рассеивающий материал 52. Также смеси люминесцентных материалов 52, 54 и рассеивающего материала 52 могут присутствовать в нескольких или одном из слоев, указываемых в следующих вариантах осуществления. Рассеивающими структурами 52 могут быть любые структуры, присутствующие на слое, которые рассеивают свет, например царапины, зубцы, пятна и т.д. Рассеивающий материал 52 представляет собой материал, который может распределяться в материале-носителе, который зачастую является прозрачным материалом и который имеет возможность рассеивать падающий свет. Материал-носитель, например, вслед за рассеивающим материалом 52 также может содержать люминесцентные материалы 54, распределяемые в материале-носителе, и, по сути, формировать комбинированный отнесенный на расстояние люминофорный и рассеивающий слой. Рассеивающие структуры 52 и/или рассеивающий материал 52 распределяются по рассеивающему слою 32. Распределение рассеивающих структур 52 и/или рассеивающего материала 52 выбирается так, что разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника 22 света, по меньшей мере, частично компенсируются.

Чтобы компенсировать разность в характеристике светового излучения, плотность люминесцентного материала 52, 54 в отнесенном на расстояние слое 30, 32, 34 люминофора и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала в рассеивающем слое 32 может изменяться. Альтернативно, толщина люминесцентного материала 52, 54 в отнесенном на расстояние слое 30, 32, 34 люминофора и/или рассеивающих структур и/или рассеивающего материала в рассеивающем слое 32 может изменяться, чтобы компенсировать разность в характеристике светового излучения. Изменение толщины люминесцентного материала 52, 54 и/или рассеивающего материала 52 может выполняться посредством формирования люминесцентного материала 52, 54 и/или рассеивающего материала 52, который может быть нанесен или напечатан в небольших количествах, например, с использованием процессов струйной печати или лазерной печати. Если, например, распределение интенсивности света или цветов в окне 40 светового выхода измеряется в то время, когда отнесенный на расстояние слой 30, 32, 34 люминофора и/или рассеивающий слой 32 не представлен, то измеряется изменение, по меньшей мере, вследствие одного источника 22 света в матрице источников 20 света. Из этих измерений и из доступных люминесцентных материалов 52, 54 и/или рассеивающих материалов 52 можно определять то, какое изменение требуется для люминесцентного материала 52, 54 и/или рассеивающего материала 52 на отнесенном на расстояние слое 30, 32, 34 люминофора и/или рассеивающем слое 32, чтобы компенсировать, по меньшей мере, частично эту различную характеристику светового излучения, по меньшей мере, одного источника 22 света в матрице 20. Это определение требуемого изменения может выполняться с использованием спектров поглощения, возбуждения и излучения доступных люминесцентных материалов 52, 54 или может выполняться с использованием таблиц поиска, указывающих то, какое изменение повышает равномерность и какой эффект от этого изменения. Альтернативно, смесь различных кристаллофосфоров в люминесцентном материале 52, 54 может изменяться в отнесенном на расстояние слое 30, 32, 34 люминофора. Зачастую люминесцентные материалы 52, 54 содержат смесь различных кристаллофосфоров, причем каждый конкретный кристаллофосфор поглощает конкретную часть света, испускаемого посредством источников 20 света, и испускает свет конкретного цвета. Посредством адаптации смеси локальные изменения вследствие изменений в характеристиках светового излучения источника света, тем самым, могут компенсироваться, по меньшей мере, частично.

Печатающая система, например, может содержать три различных печатных источника для печати трех различных люминесцентных материалов 52, 54, чтобы компенсировать, например, изменения красного, зеленого и синего цветов. Печатающая система также может содержать четвертый печатный источник, предоставляющий рассеивающий материал 52 для адаптации плотности рассеивающего материала 52 в рассеивающем слое 32, чтобы компенсировать изменения интенсивности света. Печать всех четырех печатных источников на одной подложке 60 может формировать одну подложку, содержащую как люминесцентные материалы 52, 54, так и рассеивающие материалы 52. Альтернативно, рассеивающие структуры 52 могут быть предварительно напечатаны на подложке 60, например, через локальную лазерную абляцию поверхности подложки 60, причем после этого применяются люминесцентные материалы 52, 54.

Фиг. 1A показывает схематичный вид в поперечном сечении вдоль линии AA, как показано на Фиг. 1B. Осветительная система 10, показанная на Фиг. 1A, содержит отнесенный на расстояние слой 30 люминофора, размещаемый на расстоянии от матрицы источников 20 света и размещаемый между матрицей источников 20 света и окном 40 светового выхода. В этом поперечном сечении один из источников 22 света имеет отличающуюся характеристику светового излучения по сравнению с другими источниками света в матрице 20, что указывается с помощью другого оттенка серого. Как указано выше, разностью в характеристике излучения света может быть цвет, угловое распределение цветов, распределение интенсивности света и угловое распределение интенсивности света, причем все из вышеуказанного указывается схематично на Фиг. 1A с помощью различного оттенка серого. Осветительная система 10, как правило, содержит камеру 42 для смешения света, в которой отнесенный на расстояние слой 30 люминофора может быть подвижным (не показано), например, в направлении, перпендикулярном окну 40 светового выхода. Отодвигание отнесенного на расстояние слоя 30 люминофора от окна 40 светового выхода может повышать равномерность в окне 40 светового выхода, поскольку свет, испускаемый из отнесенного на расстояние слоя 30 люминофора, смешивается в части камеры 42 для смешения света между отнесенным на расстояние слоем 30 люминофора и окном 40 светового выхода. Альтернативно, отнесенный на расстояние слой 30 люминофора может быть подвижным в направлении параллельно отнесенному на расстояние слою 30 люминофора, чтобы, например, корректировать все несовмещения вследствие технологических допусков осветительной системы 10.

Альтернативно, как указано ранее, слой, указываемый с помощью ссылки с номером 30, также может содержать рассеивающий материал 52 (не показан) или может быть рассеивающим слоем 30.

Фиг. 1B показывает схематичный вид сверху осветительной системы 10, когда отнесенный на расстояние слой 30 люминофора извлечен. В этой конфигурации может измеряться изменение интенсивности света и/или цвета в окне 40 светового выхода, которое может использоваться для того, чтобы определять то, какое изменение люминесцентного материала 52, 54 и/или рассеивающих структур 52 и/или рассеивающего материала 52 требуется, по меньшей мере, для частичной компенсации разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника 22 света. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1B, присутствуют пять источников 22 света, имеющих различную характеристику светового излучения по сравнению с оставшимися источниками 20 света. В схематичной компоновке, показанной на Фиг. 1B, все отклоняющиеся источники 22 света указываются с помощью идентичного оттенка серого. Однако отдельная характеристика светового излучения этих отклоняющихся источников 22 света может отличаться между ними в любом аспекте характеристики светового излучения.

После измерения равномерности в окне 40 светового выхода текущей матрицы источников 20 света отнесенный на расстояние слой 30 люминофора может быть сформирован (см. Фиг. 2), например напечатан, с использованием известных технологий печати, таких как лазерная печать, струйная печать или любая другая технология печати. Альтернативно или дополнительно, рассеивающий слой 32 может быть сформирован или рассеивающий материал 52 может быть добавлен к отнесенному на расстояние слою 30 люминофора. По этой причине измеренные разности должны быть преобразованы в цифровые данные, применимые для принтера (не показан) или применимые для выбранной технологии печати. Кроме того, суспензия из люминофора и/или суспензия из рассеивающего материала 52 должна быть сделана с надлежащей вязкостью, размером частиц и стабильностью, приспособленной к выбранной технологии печати. Отнесенный на расстояние слой 30 люминофора также может быть сформирован, например, посредством прессования выдавливанием (не показано) содержащей люминофор пластмассы в пластину с регулируемой толщиной; предпочтительно локально.

Фиг. 1C показывает схематичный вид в поперечном сечении альтернативного варианта осуществления осветительной системы 12 согласно изобретению. Аналогично, матрица источников 20 света присутствует, по меньшей мере, с одним источником 22 света, имеющим характеристику светового излучения, которая отклоняется от оставшихся источников света в матрице 20. Аналогично, отнесенный на расстояние слой 32, 34 люминофора размещается между матрицей источников 20 света и окном 40 светового выхода. Теперь отнесенный на расстояние слой люминофора состоит из различных люминесцентных материалов 52, 54, которые применяются к материалу-носителю 60 в отдельных слоях 32, 34 люминесцентного материала 52, 54. Эти дискретные слои 32, 34 могут непосредственно применяться поверх друг друга, как показано в схематичном представлении по Фиг. 1C, или, альтернативно, могут применяться на отдельных материалах-носителях (не показаны), каждый из которых даже может быть, например, по отдельности подвижным в осветительной системе 12. Как можно видеть на Фиг. 1C, толщина люминесцентного материала 52, 54, например, может адаптироваться и может даже быть реализована с возможностью изменяться в одном слое люминесцентного материала 32, 33, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать разность между характеристиками светового излучения различных источников 20 света.

Альтернативно и/или дополнительно, слой, имеющий ссылку с номером 32, может быть рассеивающим слоем 32, который содержит рассеивающие структуры 52 и/или рассеивающий материал 52. В сочетании с люминесцентным слоем 54 может получаться компенсация как в цвете, так и в интенсивности света. Как упомянуто выше, люминесцентный слой 34 также может содержать рассеивающий материал 52, и рассеивающий слой 32 также может содержать люминесцентный материал 54.

Фиг. 2 показывает вид сверху отнесенного на расстояние слоя 30 люминофора и/или рассеивающего слоя 32 согласно изобретению. Для справочных целей местоположение источников света в матрице источников 20 света указывается с помощью пунктирных линий, и местоположение, по меньшей мере, одного источника 22 света, имеющего характеристику светового излучения, которая отклоняется от остальных элементов матрицы источников 20 света, также указывается. Как можно видеть, люминесцентный материал 52, 54 и/или рассеивающие структуры 52 и/или рассеивающий материал 52 изменяются в отнесенном на расстояние слое 30 люминофора и/или рассеивающем слое 32, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать разности в характеристике излучения света. Эти изменения также указываются посредством изменения оттенков серого для ясности. Изменения могут, тем не менее, включать в себя также изменения цвета. Изменениями, показанными на Фиг. 2, могут быть изменения плотности, как показано на Фиг. 1A, или изменения толщины, как показано на Фиг. 1C, или комбинация упомянутых изменений.

Фиг. 3 показывает схематичное представление осветительного устройства 100, содержащего осветительную систему 10, 12 согласно изобретению. Осветительное устройство 100 является готовым осветительным модулем, например, используемым в офисах, магазинах, в домах или, например, используемым в качестве осветительного модуля для уличного освещения. Коэффициент цветопередачи предпочтительно должен быть максимально высоким, так чтобы освещение объекта (не показан) посредством осветительного устройства 100 приводило к истинному воспроизведению цвета объекта. Этот коэффициент цветопередачи может получаться при помощи, например, обширной смеси из различных люминесцентных материалов 52, 54, вместе испускающих свет, покрывающий практически весь видимый электромагнитный спектр.

Фиг. 4 показывает схематичное представление устройства 300 отображения, содержащего осветительную систему 10, 12 согласно изобретению. Устройство 300 отображения, как правило, содержит неэмиссионный дисплей 310, к примеру матрицу жидкокристаллических ячеек, которая посредством изменения пропускания ячеек в матрице жидкокристаллических ячеек имеет возможность создавать изображение на дисплее 300. Осветительная система 10, 12 является частью модуля задней подсветки 200.

Следует отметить, что вышеуказанные варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники должны иметь возможность проектировать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения все номера ссылок, помещенные в круглые скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола "содержит" и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от изложенных в формуле изобретения. Использование элементов в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратных средств, содержащих несколько различных элементов. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть осуществлены посредством идентичного элемента аппаратных средств. Простой факт того, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении равномерности освещения. Осветительная система содержит матрицу источников (20) света и отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающий слой (32), расположенный между матрицей источников (20) света и окном (40) светового выхода для испускания света из источников света и содержащий рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52). По меньшей мере один источник (22) света из матрицы источников (20) света содержит характеристику светового излучения, отличающуюся от других источников света из матрицы источников света. Люминесцентный материал (52, 54) распределяется по отнесенному на расстояние слою люминофора. Рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52) распределяются по рассеивающему слою для компенсации по меньшей мере частично разности в характеристике светового излучения по меньшей мере одного источника (22) света. Технический результат достигается за счет того, что распределение отнесенного на расстояние слоя (30, 32, 34) содержит локальные изменения для компенсации по меньшей мере частично разности в характеристике светового излучения по меньшей мере одного источника (22) света. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Осветительная система (10, 12), содержащая матрицу источников (20) света и отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающий слой (32), расположенный между матрицей источников (20) света и окном (40) светового выхода для испускания света из источников (20) света,
причем, по меньшей мере, один источник (22) света из матрицы источников (20) света содержит характеристику светового излучения, отличающуюся от других источников света из матрицы источников (20) света,
при этом отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающий слой (32) расположен на расстоянии от матрицы источников (20) света, причем отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора содержит люминесцентный материал (52, 54), выполненный с возможностью преобразования, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников (20, 22) света, в свет другого цвета, причем рассеивающий слой (32) содержит рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52), выполненные с возможностью рассеяния, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников (20, 22) света, при этом люминесцентный материал (52, 54) распределен по отнесенному на расстояние слою (30, 32, 34) люминофора, а рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52) распределены по рассеивающему слою (32), причем распределение люминесцентного материала, рассеивающих структур и/или рассеивающего материала содержит локальные изменения для компенсации, по меньшей мере, частично разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника (22) света.

2. Осветительная система (10, 12) по п.1, в которой характеристика светового излучения содержит любое из следующего:
интенсивность света,
цвет света,
угловой профиль излучения.

3. Осветительная система (10, 12) по п.1 или 2, в которой распределение люминесцентного материала (52, 54) содержит локальные изменения люминесцентного материала (52, 54), по меньшей мере, для частичной компенсации разности в характеристике светового излучения и/или в которой распределение рассеивающих структур (52) и/или рассеивающего материала (52) содержит локальные изменения, по меньшей мере, для частичной компенсации разности в характеристике светового излучения, причем локальные изменения содержат любое из следующего:
изменение плотности люминесцентного материала (52, 54) в отнесенном на расстояние слое (30, 32, 34) люминофора и/или изменение плотности рассеивающих структур (52) и/или рассеивающего материала (52) в рассеивающем слое (32),
изменение толщины люминесцентного материала (52, 54) в отнесенном на расстояние слое (30, 32, 34) люминофора и/или изменение толщины рассеивающих структур (52) и/или рассеивающего материала (52) в рассеивающем слое (32),
изменение смеси различных кристаллофосфоров и/или рассеивающего материала (52) в люминесцентном материале (52, 54) в отнесенном на расстояние слое (30, 32, 34) люминофора, причем люминесцентный материал (52, 54) содержит смесь различных кристаллофосфоров и/или рассеивающего материала (52), при этом каждый конкретный кристаллофосфор поглощает конкретную часть света, испускаемого посредством источников (20) света, и испускает свет конкретного цвета,
изменение свойств рассеяния и/или отражения в отнесенном на расстояние слое (30, 32, 34) люминофора для изменения длины оптического пути через отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора.

4. Осветительная система (10, 12) по п.1 или 2, в которой комбинация матрицы источников (20) света и отнесенного на расстояние слоя (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающего слоя (32) выполнена с возможностью формирования по существу равномерного распределения света по окну (40) светового выхода.

5. Осветительная система (10, 12) по п.4, в которой отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающий слой (32) являются подвижными в осветительной системе (10, 12) для оптимизации равномерности распределения света по окну (40) светового выхода.

6. Осветительная система (10, 12) по п.1 или 2, при этом осветительная система (10, 12) содержит множество отнесенных на расстояние слоев (32, 34) люминофора, каждый из которых расположен между матрицей источников (20) света и окном (40) светового выхода, причем каждый отнесенный на расстояние слой (32, 34) люминофора содержит конкретный люминесцентный материал (52, 54) для поглощения конкретной части света, испускаемого посредством источников (20) света, и испускания света конкретного цвета.

7. Осветительная система (10, 12) по п.6, в которой множество отнесенных на расстояние слоев (32, 34) люминофора применяется на одном материале-носителе (60).

8. Осветительная система (10, 12) по п.1 или 2, в которой люминесцентный материал (52, 54) является печатаемым люминесцентным материалом (52, 54) для формирования распределения по отнесенному на расстояние слою (30, 32, 34) люминофора через процесс печати и/или в которой рассеивающий материал (52) является печатаемым рассеивающим материалом (52) для формирования распределения по рассеивающему слою (52) через процесс печати.

9. Осветительная система (10, 12) по п.1 или 2, в которой матрица источников (20) света содержит матрицу светоизлучающих диодов (20).

10. Осветительная система (10, 12) по п.1 или 2, в которой источники (20) света в матрице источников (20) света испускают свет, имеющий центральную длину волны в диапазоне 400-490 нм.

11. Отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора, выполненный с возможностью расположения на расстоянии от матрицы источников (20) света осветительной системы (10, 12) по любому из пп.1-10, причем отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора содержит люминесцентный материал (52, 54), выполненный с возможностью преобразования, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников (20) света, в свет другого цвета, при этом люминесцентный материал (52, 54) распределяется по отнесенному на расстояние слою (30, 32, 34) люминофора, причем распределение люминесцентного материала содержит локальные изменения для компенсации разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника (22) света.

12. Рассеивающий слой (32), выполненный с возможностью расположения на расстоянии от матрицы источников (20) света осветительной системы (10, 12) по любому из пп.1-10, причем рассеивающий слой (32) содержит рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52), выполненные с возможностью рассеяния, по меньшей мере, части света, испускаемого посредством источников (20) света, при этом рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52) распределяются по рассеивающему слою (32), причем распределение рассеивающих структур и/или рассеивающего материала содержит локальные изменения для компенсации разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника (22) света.

13. Осветительное устройство (100), содержащее осветительную систему (10, 12) по любому из пп.1-10.

14. Устройство (300) отображения, содержащее осветительную систему (10, 12) по любому из пп.1-10.

15. Способ, по меньшей мере, частичной коррекции характеристики светового излучения, по меньшей мере, одного источника (22) света в осветительной системе (10, 12), при этом осветительная система (10, 12) содержит матрицу источников (20) света и отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающий слой (32), расположенный между матрицей источников (20) света и окном (40) светового выхода для испускания света из источников (20) света, причем, по меньшей мере, один источник (22) света содержит характеристику светового излучения, отличающуюся от других источников света из матрицы источников (20) света, при этом способ содержит этапы, на которых:
определяют изменение характеристики излучения в окне (40) светового выхода из осветительной системы (10, 12) до применения отнесенного на расстояние слоя (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающего слоя (32),
определяют распределение люминесцентного материала (52, 54) и/или рассеивающих структур (52) и/или рассеивающего материала (52), причем распределение содержит локальные изменения, требуемые для компенсации разности в характеристике светового излучения, по меньшей мере, одного источника (22) света,
применяют люминесцентный материал (52, 54) согласно определенному распределению для формирования отнесенного на расстояние слоя (30, 32, 34) люминофора для компенсации, по меньшей мере, частично разности в характеристике светового излучения, и/или применяют рассеивающие структуры (52) и/или рассеивающий материал (52) согласно определенному распределению для формирования рассеивающего слоя (32) для компенсации, по меньшей мере, частично разности в характеристике светового излучения, и
применяют отнесенный на расстояние слой (30, 32, 34) люминофора и/или рассеивающий слой (32) к осветительной системе (10, 12).