ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ВОЛНОВОДНОЙ ПЛАСТИНКОЙ Российский патент 2016 года по МПК G02B6/00 F21V8/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему волноводную пластинку.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны осветительные системы, в которых используются пропускающие свет пластинки. Например, в заявке US2010020531 описано устройство задней подсветки, в котором нижняя и верхняя поверхности пропускающей свет пластинки действуют как поверхности для входа и выхода света, соответственно, а пленочная структура люминесцентного материала для преобразования длины волны света расположена на месте, где свет падает на указанную пластинку или выходит из нее. Устройство задней подсветки, описанное в заявке US2010020531, содержит светоизлучающее средство, включающее в себя светоизлучающий диод, расположенный для излучения света вверх, пропускающую свет пластинку, расположенную над светоизлучающим диодом, имеющую нижнюю поверхность, на которую может падать свет, и верхнюю поверхность, с которой может выходить свет, и пленочную структуру люминесцентного материала, включающую в себя зернистый люминесцентный материал, образованную на по меньшей мере одной из нижней и верхней поверхностей пропускающей свет пластинки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Волноводы, в которые вводится свет, используют во многих осветительных средствах. При некоторых применениях интересно иметь тонкие и также, например, гибкие и податливые волноводы. Однако ввод света в тонкие волноводы до некоторой степени затруднителен и может быть неэффективным. При вводе света со стороны торцевой поверхности толщина светоизлучающего диода должна быть значительно меньше, чем толщина волновода, что делает трудным ввод света в волновод со стороны торцевых поверхностей. В частности, когда используют свет от мощных светоизлучающих диодов и/или когда свет от более высокого модуля мощных светоизлучающих диодов необходимо ввести в волновод, площадь поверхности торцов волновода может оказаться недостаточной для размещения всех светоизлучающих диодов и/или для эффективного ввода света в волновод.

Поэтому задача изобретения обеспечить альтернативное осветительное устройство, в отношении которого предпочтительно, чтобы к тому же по меньшей мере частично был исключен один или несколько из описанных выше недостатков.

В этой заявке предлагается использовать слой (прозрачного) люминесцентного материала, помещаемый в такой волновод или поверх него. Люминесцентный материал освещается источником света, в частности светоизлучающим диодом, предпочтительно твердотельным светоизлучающим диодом, и этот материал преобразует свет в свет другой длины волны. Преобразованный свет может быть по меньшей мере частично локализован в волноводе. Свет, который должен выходить из волновода, может быть преобразован другим люминесцентным слоем до выхода из волновода.

При использовании, например, сочетания люминесцентных материалов таким способом в волноводе можно создавать цветной свет, а также белый свет. Например, белый свет можно получать при использовании фиолетовых светоизлучающих диодов в сочетании с подходящими люминесцентными материалами. Кроме того, можно получать белый свет при использовании голубых светоизлучающих диодов в сочетании с подходящим люминесцентным материалом и вводе части голубого света также в волновод. Для осуществления этого хорошими кандидатами являются органические люминесцентные материалы с высокой прозрачностью.

Свет, вводимый в волновод, можно выводить с помощью структур (прозрачных) или рассеивающих частиц (полупрозрачных), в частности структурированных, чтобы получать (равномерное) излучение со всей поверхности. Кроме того, в местах вывода можно использовать люминесцентный материал для стимулирования вывода света, а также дополнительного преобразования света.

Такой волновод можно использовать в различных областях, таких как не режущее глаз освещение. Предлагаемый волновод и описываемые способы эффективного ввода света в волноводы можно также использовать при различных применениях, таких как декоративное освещение, освещение для создания благоприятной атмосферы и встроенное освещение. Предлагаемые осветительные устройства можно использовать в качестве потолочных панелей освещения, настенных панелей освещения, встроенных в пол панелей освещения. Кроме того, волноводы можно располагать поверх или вокруг мебели или (других) потребительских товаров. Технологию освещения также можно использовать для многих изделий, для которых используется прозрачная фольга, такие как зонтики, надувные изделия, занавески и т.д.

Таким образом, согласно первому объекту предложено осветительное устройство, содержащее:

- прозрачную волноводную пластинку (в этой заявке также называемую «волноводной пластинкой», «волноводом» или «пластинкой»), содержащую первую поверхность, противоположную вторую поверхность и торцевую поверхность между первой поверхностью и второй поверхностью,

- источник света для подведения света источника света к поверхности ввода света прозрачной волноводной пластинки, при этом источник света сконфигурирован для подведения по меньшей мере части света источника света в направлении, перпендикулярном к одной или большему количеству из первой поверхности и второй поверхности, и при этом прозрачная волноводная пластинка дополнительно содержит:

- люминесцентный материал, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части света источника света в излучение люминесцентного материала, при этом люминесцентный материал расположен на пути пучка света от источника света,

- средство вывода света для вывода излучения люминесцентного материала и по желанию света источника света из прозрачной волноводной пластинки в качестве света осветительного устройства в направлении от одной или более из первой поверхности и второй поверхности,

в котором прозрачная волноводная пластинка содержит одну или большее количество дискретных областей, содержащих люминесцентный материал, на одной или большем количестве из первой поверхности и второй поверхности, и в котором по меньшей мере одна из одной или более дискретных областей сконфигурирована для рассеивания по меньшей мере части одного или более из излучения люминесцентного материала и света источника света обратно в прозрачную волноводную пластинку.

В случае такого осветительного устройства большую мощность можно вводить в волноводную пластинку при использовании тонкой волноводной пластинки. Кроме того, можно получать свет с заданными цветами. Вывод можно осуществлять с первой поверхности и/или второй поверхности. В дополнение к этому, если требуемая пластинка может быть гибкой или может быть криволинейной (в частности, плоскость пластинки может быть криволинейной, то есть нормали к первой и/или второй поверхности на различных местах на протяжении пластинки могут не быть параллельными).

Как указывалось выше, волноводная пластинка может быть гибкой или жесткой. В варианте осуществления прозрачная волноводная пластинка выполнена плоской. В другом конкретном варианте осуществления прозрачная волноводная пластинка выполнена криволинейной. В данном случае «выполнена криволинейной» относится к первой поверхности и/или второй поверхности, которые могут быть криволинейными (в частности, плоскость пластинки может быть криволинейной).

Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, торец волноводной пластинки также может быть криволинейным, но также может быть и плоским. Кривизна торца может находиться в плоскости волноводной пластинки и/или может быть перпендикулярной к плоскости волноводной пластинки. Например, волноводная пластинка может быть квадратной, прямоугольной, овальной, круглой, нерегулярной формы (в плоскости волноводной пластинки). Термин «торец» относится к участку волноводной пластинки между первой поверхностью и второй поверхностью. Термин «торец» может также относится ко множеству торцов, например, в случае квадратной или прямоугольной волноводной пластинки. В общем случае торец может содержать отражатель, в частности зеркальный отражатель, такой как зеркало, для уменьшения или предотвращения выхода света через торец.

В этой заявке термин «пластинка» используется для указания на то, что волновод имеет длину и/или ширину, которые обычно по существу больше, чем высота пластинки. При этом термин «пластинка» необязательно имеет значение «плоский» (в макроскопическом масштабе; см. также выше). Для иллюстрации внешнего вида пластинки в этой заявке первая поверхность и вторая поверхность показаны как противоположные поверхности.

Например, высота волноводной пластинки может быть в пределах 0,1-20 мм, например 0,1-15 мм, а длина и ширина могут быть, например, по меньшей мере 0,05 м, например 0,3 м, могут быть в пределах 0,05-5 м, могут быть 0,1-2 м. Изобретение подходит для тонких волноводов с высотой меньше чем 5 мм, больше подходит для волноводов с высотой меньше чем 1 мм и больше всего подходит для волноводов с толщиной меньше чем 0,5 мм.

При наличии настоящего изобретения свет высокой интенсивности можно вводить в волновод с исключением недостатка, вытекающего из необходимости использовать толстый волновод. Тонкие волноводы могут быть оценены по достоинству вследствие гибкости, и/или внешнего вида, и/или стоимости.

Свет от источника света обычно вводится в волновод посредством первой поверхности и/или второй поверхности. В варианте осуществления свет источника света вводится в волновод посредством первой поверхности или второй поверхности.

Волноводная пластинка может содержать один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из прозрачного органического материала (носителя), такого как выбранного из группы, состоящей из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиэтиленнафталата (ПЭН), поликарбоната (ПК), полиметилакрилата (ПМА), полиметилметакрилата (ПММА) (плексигласа или перспекса), ацетобутирата целлюлозы (АБЦ), поликарбоната, поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтилентерефталата, модифицированного гликолем (ПЭТГ), полидиметилсилоксана (ПДМС) и циклоолефинового сополимера (ЦОС). Однако в другом варианте осуществления волноводная пластинка может содержать неорганический материал. Предпочтительные органические материалы выбирают из группы, состоящей из стекол, (плавленого) кварца, прозрачных керамических материалов и силиконов. В качестве материала для волноводного элемента особенно предпочтительными являются полиметилметакрилат, прозрачный поливинилхлорид или стекло.

В данном случае термин «прозрачный» относится главным образом к волноводной пластинке, которая имеет пропускание света в пределах 90-100% в случае света, имеющего длину волны, выбранную из длин волн видимого диапазона. В этой заявке термин «видимый свет» относится главным образом к свету, имеющему длину волны, выбранную из диапазона 380-780 нм. Пропускание можно определять путем подведения света на конкретной длине волны с первой интенсивностью к волноводу при перпендикулярном излучении и нахождения отношения интенсивности света на этой длине волны, измеренной после прохождения сквозь материал, к первой интенсивности света, подведенного на этой конкретной длине волны к материалу (см. также Е-208 и Е-406 из CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69th edition. 1088-1989). Отметим, что волноводная пластинка может быть цветной вследствие присутствия люминесцентного материала (см. также ниже).

В этой заявке термин «источник света» может относиться к одному источнику света, но в варианте осуществления может также относиться ко множеству источников света. В частности, источник света представляет собой твердотельный источник света (неорганический светоизлучающий диод). В варианте осуществления источник света представляет собой излучающую свет поверхность на основе светоизлучающего диода с мощностью излучения 3 Вт (или выше), с площадью от 1 мм² до 50 мм². Источник света сконфигурирован главным образом для генерации света источником света (то есть главным образом во время использования осветительного устройства). Свет источника света может иметь любой цвет, но для применений с выходным белым светом свет источника света может быть специально выбран из диапазона длин волн ультрафиолетового и голубого света. Источник света может иметь любую форму и в варианте осуществления может также содержать многочисленные полупроводниковые элементы.

Если исходить из применений с выходным белым светом, то есть свет осветительного устройства является белым, то свет источника света может быть, например, ультрафиолетовым, при этом один или большее количество люминесцентных материалов преобразуют по меньшей мере часть ультрафиолетового света в красный, голубой и зеленый (RGB) свет, а по желанию один или большее количество люминесцентных материалов преобразуют по меньшей мере часть преобразованного света в другое излучение люминесцентного материала.

Кроме того, свет источника света может быть голубым, при этом один или большее количество люминесцентных материалов преобразуют по меньшей мере часть голубого света в желтый свет, и по желанию в красный свет, или в зеленый и красный свет, и/или другие цвета, и по желанию один или большее количество люминесцентных материалов преобразуют по меньшей мере часть преобразованного света в другое излучение люминесцентного материала.

В частности, при использовании источника голубого света предпочтительно вводить часть голубого света в волновод при контакте между излучающей поверхностью источника света и волноводной пластинкой. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления поверхность светоизлучающего диода оптически связана с поверхностью волновода для ввода света в волновод (и они могут находиться в физическом контакте друг с другом). При использовании люминесцентного материала между источником света и волноводной пластинкой предпочтительно, чтобы источник света, особенно в случае, когда используется источник голубого света, находился в оптическом контакте с люминесцентным материалом, который должен находиться в оптическом контакте с волноводом. В частности, когда источник света сконфигурирован для генерации голубого света и когда рассеяние отсутствует, источник света находится в оптическом контакте с волноводом (или люминесцентным материалом, когда люминесцентный материал расположен между источником света и волноводной пластинкой).

Кроме того, голубой свет можно вводить в волновод при использовании отражающего элемента, такого как диффузный отражатель, в оптическом контакте с волноводом, который изменяет направление падающего света. В таком случае этот отражатель располагают ниже по потоку света относительно волноводной пластинки. Голубой свет от источника света вводится в волноводную пластинку и проходит в направлении отражателя, а затем вводится обратно в волновод диффузным отражателем (см. также ниже).

Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, можно применять различные сочетания люминесцентных материалов, то есть можно применять множество люминесцентных материалов (в виде смесей и/или в различных областях, см. также ниже). Кроме того, можно применять множество источников света, сконфигурированных для генерации излучения с (по существу) равными длинами волн, или в другом варианте осуществления с двумя или большим количеством (по существу) различных длин волн. В принципе можно применять (совместно) источники ультрафиолетового и голубого света. Кроме того, можно применять источники света, излучающие на других длинах волн видимого диапазона, но при этом по меньшей мере часть света, подводимого от источника (источников) света, преобразовывать одним или большим количеством люминесцентных материалов в излучение люминесцентных материалов.

Как показывалось выше, источник света сконфигурирован для подведения света к поверхности ввода света. Поверхность прозрачной волноводной пластинки, которая первой принимает свет источника света (то есть первая поверхность волновода ниже по потоку света), считается поверхностью ввода. Кроме того, поверхность, с которой свет выходит из волноводной пластинки, в данном случае может считаться поверхностью вывода. Отметим, что поверхность при одном положении может быть поверхностью ввода и поверхностью вывода при другом положении.

В общем случае оптическая ось пучка света, подводимого к волноводной пластинке, перпендикулярна к поверхности ввода света. Как показывалось выше, в общем случае поверхность ввода света должна быть первой поверхностью или второй поверхностью, хотя можно иметь один или большее количество источников света, сконфигурированных для ввода света источника света в волноводную пластинку посредством первой поверхности, и один или большее количество источников света, сконфигурированных для ввода света источника света в волноводную пластинку посредством второй поверхности. Поэтому источник света специально конфигурируют для подведения по меньшей мере части света источника света в направлении, перпендикулярном к одной или большему количеству из первой поверхности и второй поверхности. Поскольку первая и вторая поверхности в общем случае должны быть параллельными, в общем случае источник света следует конфигурировать для подведения по меньшей мере части света источника света в направлении, перпендикулярном к первой поверхности и второй поверхности.

Отметим, что волноводная пластинка может быть криволинейной (см. также выше) и что в общем случае источник света должен быть локально сконфигурирован для подведения по меньшей мере части света источника света в направлении, перпендикулярном к первой поверхности и второй поверхности, но источники света могут не быть параллельными.

Прозрачная волноводная пластинка также содержит люминесцентный материал. Поэтому прозрачная волноводная пластинка представляет собой прозрачный люминесцентный волновод. Например, прозрачный люминесцентный волновод может содержать прозрачную полимерную матрицу (например, состоящую из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиэтиленнафталата (ПЭН), поликарбоната (ПК), полиметилакрилата (ПМА), полиметилметакрилата (ПММА) (плексигласа или перспекса), ацетобутирата целлюлозы (АБЦ), поликарбоната, поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтилентерефталата, модифицированного гликолем (ПЭТГ), полидиметилсилоксана (ПДМС) и циклоолефинового сополимера (ЦОС)), в которой (молекулярно) рассеяны одно или большее количество из молекул органического люминесцентного материала (такого, как производные перилена, краситель bodipy, цианин и дикетопирролопиррол и т.д.), люминесцентных наночастиц и люминесцентных квантовых точек (например, InP, CdSe и т.д.). Прозрачный люминесцентный волновод может также содержать прозрачную люминесцентную керамику, такую как кубический YAG:Ce³⁺ (иттрий-алюминиевый гранат с церием), известный из уровня техники, в котором Y по меньшей мере частично заменен другими металлами, подобными Sc, Gd или Lu, а Al по меньшей мере частично заменен Ga (см. также выше относительно прозрачных люминесцентных материалов).

Следовательно, волновод может содержать прозрачный полимер с люминесцентным материалом, таким как молекулы органического люминесцентного материала, люминесцентные наночастицы или люминесцентные квантовые точки и т.д., рассеянным в нем, а в другом варианте осуществления волновод может содержать прозрачную люминесцентную керамику, при этом керамика является волноводом и люминесцентным материалом. Прозрачный люминесцентный волновод может содержать более одной прозрачной полимерной матрицы в различных областях.

Кроме того, как должно быть ясно специалисту в данной области техники, можно применять сочетание таких люминесцентных материалов. Люминесцентный материал конфигурируют для преобразования по меньшей мере части света источника света. Это означает, что имеется люминесцентный материал по меньшей мере одного вида, который преобразует по меньшей мере часть света источника света в излучение люминесцентного материала. Однако также могут иметься другие люминесцентные материалы, которые преобразуют по меньшей мере часть света источника света и/или по меньшей мере часть излучения люминесцентного материала. В частности, люминесцентный материал является преобразователем с понижением частоты, то есть он преобразует свет (в частности свет источника света) в излучение люминесцентного материала, имеющее большую (большее значение) длину волны, чем свет, которым люминесцентный материал возбуждается (свет источника света и/или излучение люминесцентного материала).

Люминесцентный материал можно использовать для ввода света в волновод, но люминесцентный материал можно также использовать для вывода света из волноводной пластинки. В частности, по меньшей мере часть люминесцентного материала конфигурируют для ввода света в волноводную пластинку. Кроме того, вывод можно осуществлять (нелюминесцентным) средством вывода, см. также ниже.

В конкретном варианте осуществления источник света и люминесцентный материал сконфигурированы для генерации белого света осветительного устройства. Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, это также относится к вариантам осуществления, в которых применяется множество источников света, и/или к вариантам осуществления, в которых применяется множество люминесцентных материалов (в любой конфигурации, см. также ниже).

Кроме того, для получения белого света может подходить компоновка/конфигурация других элементов, например одна или большее количество, выбранных из группы пространственной компоновки люминесцентных материалов, пространственной компоновки отражающих элементов, угла раствора пучка света источника света, показателя преломления прозрачного волновода и т.д. Однако специалист в данной области техники может выбирать эти параметры, чтобы оптимизировать ввод света и/или оптимизировать требуемый вывод желаемого света.

Термин «белый свет», используемый в этой заявке, известен специалисту в данной области техники. В частности, к нему относится свет, имеющий коррелированную цветовую температуру (КЦТ) между около 2000 и 20000 K, предпочтительно 2700-20000 K, и в частности в рамках около 15 единиц стандартного отклонения цветового согласования от линии цветности черного тела (ЛЦЧТ), предпочтительно в рамках около 10 единиц стандартного отклонения цветового согласования от линии цветности черного тела, еще более предпочтительно в рамках около 5 единиц стандартного отклонения цветового согласования от линии цветности черного тела.

В этой заявке термин «содержащий» может относиться к вариантам осуществления, в которых люминесцентный материал содержится в волноводной пластинке, но также может относиться к вариантам осуществления, в которых люминесцентный материал находится на первой поверхности и/или на второй поверхности.

Следовательно, в варианте осуществления люминесцентный материал содержится в прозрачной волноводной пластинке. Например, люминесцентный материал может быть рассеян в волноводной пластинке. Дополнительно или как вариант люминесцентный материал может быть распределен в волноводной пластинке на молекулярном уровне. Например, наночастицы могут быть рассеяны в волноводной пластинке на основе полимера, но дополнительно или как вариант молекулы органического красителя могут быть примешаны к полимеру волноводной пластинки на основе полимера. Кроме того, можно применять сочетание компоновок люминесцентных материалов, например некоторое количество люминесцентного материала в волноводной пластинке и некоторое количество люминесцентного материала на первой и/или второй поверхности волноводной пластинки (см. также ниже).

В конкретном варианте осуществления прозрачная волноводная пластинка содержит неравномерно распределенный люминесцентный материал. Например, в варианте осуществления прозрачная волноводная пластинка содержит одну или большее количество дискретных прозрачных областей, содержащих люминесцентный материал. Например, такие дискретные области могут быть слоями, содержащими люминесцентный материал. Слои могут прилегать друг к другу, но также могут быть удалены друг от друга.

Следовательно, в варианте осуществления прозрачная волноводная пластинка содержит множество дискретных прозрачных областей, содержащих люминесцентный материал. Множество дискретных областей могут иметь различные люминесцентные свойства. Отметим, что дискретная область может содержать множество люминесцентных материалов. Дискретные области в волноводной пластинке являются прозрачными и поэтому могут пропускать по меньшей мере часть света (света источника света и/или света люминесцентного материала).

В частности, люминесцентный материал расположен на пути пучка света от источника света. В частности, люминесцентный материал расположен в выходном конусе света источника света и по желанию может быть продолжен за пределы конуса. В таком варианте осуществления свет, выходящий из волноводной пластинки без преобразования, минимизируется. Поэтому в варианте осуществления люминесцентный материал расположен по меньшей мере в пределах угла выхода света источника света над источником света. В частности, люминесцентный материал может быть расположен не только в пределах угла выхода света от источника света, но также может продолжаться за пределы этого угла.

Как показывалось выше, в варианте осуществления осветительное устройство также содержит первый отражающий элемент, расположенный ниже по потоку света относительно прозрачной волноводной пластинки, напротив источника света, и сконфигурированный для отражения по меньшей мере одного или более из света источника света и света люминесцентного материала обратно в прозрачную волноводную пластинку. Следовательно, если смотреть со стороны распространения света от источника света, можно видеть, что свет выходит из источника света и входит в прозрачный волновод на поверхности ввода (в частности второй поверхности или первой поверхности). Когда свет из прозрачного волновода не отражается обратно, часть света может выходить из прозрачного волновода. Поэтому в варианте осуществления отражающий элемент расположен непосредственно напротив источника света, но на другой стороне волновода. Этот отражающий элемент может быть сконфигурирован для отражения обратно всего света, но в варианте осуществления также может быть расположен для отражения обратно части света (например, вследствие того, что его площадь меньше пучка). В общем случае этот отражающий элемент должен быть элементом, который изменяет направление света, таким как диффузный отражающий элемент. Могут иметься дополнительные отражающие элементы, в частности, для обеспечения большого числа полных внутренних отражений.

Когда отражающий элемент используется для ввода части голубого света в волновод, предпочтительно, чтобы отражающий элемент был элементом, который изменяет направление света от источника, такой как диффузный отражатель. Кроме того, необходимо, чтобы отражатель находился в оптическом контакте со волноводом.

В частности, отражающий элемент может быть расположен по меньшей мере в пределах угла выхода света источника света над источником света. При этом в волновод может вводиться наибольшая часть света. В конкретном варианте осуществления отражающий элемент продолжен за пределы этого угла для минимизации выхода света из волновода.

Термины «выше по потоку света» и «ниже по потоку света» относятся к расположению деталей или элементов относительно распространения света со стороны генерирующего свет средства (в данном случае источника света), при этом «выше по потоку света» относится к первому положению в пределах пучка света от генерирующего свет средства, второму положению в пучке света ближе к генерирующему свет средству, а «ниже по потоку света» относится к третьему положению в пределах пучка света на расстоянии от генерирующего свет средства.

Как вариант или в дополнение к люминесцентному материалу, содержащемуся в волноводной пластинке, прозрачная волноводная пластинка может содержать одну или большее количество дискретных областей, содержащих люминесцентный материал на одной или большем количестве из первой поверхности и второй поверхности. И в этом случае эти дискретные области могут включать в себя слои, но в другом варианте осуществления также могут содержать точки и т.д. Слои могут прилегать друг к другу, но также могут быть удалены друг от друга.

Следовательно, в варианте осуществления прозрачная волноводная пластинка содержит множество дискретных прозрачных областей, содержащих люминесцентный материал на одной или большем количестве из первой поверхности и второй поверхности. Множество дискретных областей могут иметь различные люминесцентные свойства. Отметим, что дискретная область может содержать множество люминесцентных материалов. Дискретные области на одной или большем количестве из первой поверхности и второй поверхности волноводной пластинки могут быть прозрачными и поэтому могут пропускать по меньшей мере часть света (света источника света и/или света люминесцентного материала), но не необязательно являются прозрачными.

Когда дискретные области на первой и/или второй поверхности являются прозрачными, то предпочтительно использовать отражающие элементы для отражения по меньшей мере части света люминесцентного материала и/или света источника свет обратно в волноводную пластинку. Следовательно, когда дискретные области являются прозрачными, часть света источника света и/или света люминесцентного материала может выходить слишком рано из волноводной пластинки и люминесцентного материала. Поэтому в варианте осуществления, в котором по меньшей мере одна из одной или более дискретных областей является прозрачной, прозрачная волноводная пластинка может также содержать второй отражающий элемент, сконфигурированный для отражения по меньшей мере части одного или более из излучения люминесцентного материала и света источника света обратно в прозрачную волноводную пластинку. Например, можно локально получать стопу из волноводной пластинки, прозрачной дискретной области с люминесцентным материалом и отражающим элементом соответственно.

В конкретном варианте осуществления непосредственно напротив источника света, но на другой стороне волновода, расположены такая область люминесцентного материала и отражающий элемент. Этот отражающий элемент может быть сконфигурирован для отражения обратно всего света, но в варианте осуществления он также может быть расположен для отражения обратно части света (например, вследствие того, что его площадь меньше пучка на этом месте).

В общем случае этот отражающий элемент должен быть диффузным отражающим элементом. Может иметься дополнительный отражающий элемент, главным образом для обеспечения большого числа полных внутренних отражений.

В еще одном конкретном варианте осуществления, в котором прозрачная волноводная пластинка содержит одну или большее количество дискретных областей, содержащих люминесцентный материал, на одной или большем количестве из первой поверхности и второй поверхности, по меньшей мере одна из одной или более дискретных областей сконфигурирована для рассеивания по меньшей мере части одного или более из излучения люминесцентного материала и света источника света обратно в прозрачную волноводную пластинку. В таком варианте осуществления свет источника света и/или свет люминесцентного материала рассеивается обратно в волноводную пластинку. В таком варианте осуществления необязательно располагать второй отражающий элемент на дискретной области (областях) с люминесцентным материалом, поскольку дискретные области могут не быть прозрачными.

В варианте осуществления осветительное устройство содержит множество дискретных областей (на первой и/или второй поверхности), имеющих различные люминесцентные свойства. Множество дискретных областей могут иметь различные люминесцентные свойства. Отметим, что дискретная область может содержать множество люминесцентных материалов (например, смесь люминесцентных материалов). Дискретные области на первой и/или второй поверхности волноводной пластинки могут быть прозрачными и поэтому могут обеспечивать пропускание по меньшей мере части света (света источника света и/или света люминесцентного материала), но также могут быть отражающими/рассеивающими (см. также выше).

В частности, люминесцентный материал расположен на пути пучка света от источника света. В частности, люминесцентный материал расположен в выходном конусе света источника света и по желанию может быть продолжен за пределы конуса. В таком варианте осуществления свет, выходящий из волноводной пластинки без преобразования, минимизируется. Поэтому в варианте осуществления люминесцентный материал расположен по меньшей мере в пределах угла выхода света источника света над источником света. В частности, люминесцентный материал может быть расположен не только в пределах угла выхода света источника света, но также может быть продолжен за пределы этого угла.

В зависимости от ожидаемого применения свет может выводиться из волновода посредством первой поверхности, или посредством второй поверхности, или посредством обеих поверхностей. Следовательно, в варианте осуществления первая поверхность является поверхностью ввода света, а одно или большее количество средств вывода света сконфигурированы для вывода излучения люминесцентного материала и по желанию света источника света из прозрачной волноводной пластинки в направлении от второй поверхности, и как вариант или дополнительно первая поверхность является поверхностью ввода света, а одно или большее количество средств вывода света сконфигурированы для вывода излучения люминесцентного материала и по желанию света источника света из прозрачной волноводной пластинки в направлении от первой поверхности.

Средством вывода света может быть шероховатая первая и/или вторая поверхность волновода. Средства вывода света могут быть структурами, известными в данной области техники. Средство вывода света может находиться в волноводной пластинке, но как вариант или дополнительно также может быть в первой поверхности и/или второй поверхности, или как вариант или дополнительно на первой поверхности и/или второй поверхности. Например, можно использовать рассеивающие частицы в волноводной пластинке и/или использовать нерегулярности на первой поверхности и/или второй поверхности. Например, канавки и/или (другие) углубления можно применять для содействия выводу света из волновода за пределы волновода. Для содействия равномерному выводу света средство вывода света может быть упорядоченным, например структурированным. В варианте осуществления рассеивающие частицы содержат люминесцентный материал.

В этой заявке термин «по существу», например «по существу весь свет» или «по существу параллельный», должен быть понятен специалисту в данной области техники. Термин «по существу» также может охватывать конструкции с «полностью», «совершенно», «все» и т.д. Вследствие этого в конструкциях дополнения к «по существу» могут исключаться. В случае применения термин «по существу» может выражать 90% или больше, например 95% или больше, предпочтительно 99% или больше, еще более предпочтительно 99,5% или больше, в том числе 100%. Термин «содержит» также включает в себя конструкции, в которых термин «содержит» означает «состоит из».

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. в описании и формуле изобретения используются для проведения различия между подобными элементами и необязательно для описания последовательности или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что варианты осуществления изобретения, описанные в этой заявке, могут работать в другом порядке, а не в описанном или показанном в этой заявке.

В этой заявке устройства описываются в рабочем состоянии. Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничено принципами работы или устройствами в рабочем состоянии.

Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления показаны не для ограничения изобретения и что специалисты в данной области техники способны разработать многие варианты осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые позиции, помещенные в круглых скобках, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает наличия других элементов или этапов помимо указанных в формуле изобретения. Неопределенные артикли, предшествующие элементам, не исключают наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано техническими средствами, содержащими несколько отдельных элементов, и соответствующим образом программируемым компьютером. В формуле изобретения на устройство перечислены несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом технических средств. То, что некоторые признаки изложены в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может быть успешно использовано.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь только для примера варианты осуществления изобретения будут описаны с обращением к сопровождающим схематичным чертежам, на которых соответствующие позиции показывают соответствующие детали и на которых:

Фиг.1а-1е - схематичные виды некоторых аспектов осветительных устройств с волноводами;

Фиг.2a-2f - схематичные виды некоторых вариантов осуществления осветительного устройства согласно изобретению; и

Фиг.3a-3l - схематичные виды некоторых дальнейших вариантов осуществления осветительного устройства согласно изобретению.

Чертежи необязательно выполнены в масштабе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1а схематично показано осветительное устройство 1, содержащее волновод 200, имеющий первую поверхность 201, вторую поверхность 202 и торцевую поверхность 203. Волновод 200 представляет собой пластинку, в данном случае плоскую, имеющую высоту h. Осветительное устройство 1 также содержит источник 300 света, который подводит свет к торцевой поверхности 203 для ввода света 301 источника света от источника 300 света в волновод 200.

Чем тоньше волновод 200, то есть чем меньше h, тем труднее может становиться ввод света. Поэтому согласно изобретению предложено, как показано на последующих чертежах, подводить свет через другую поверхность ввода, в частности в направлении, перпендикулярном к одной или большему количеству из первой поверхности 201 и второй поверхности 202.

Варианты осуществления изобретения, схематично показанные ниже, показаны для случая постоянной величины h. В общем случае величина h должна быть постоянной на протяжении волноводной пластинки 200, но в конкретном варианте осуществления h также может изменяться.

На фиг.1b схематично показан вариант осуществления осветительного устройства 100, содержащего прозрачную волноводную пластинку 200 с первой поверхностью 201, противоположной второй поверхностью 202 и торцевой поверхностью 203 между первой поверхностью и второй поверхностью 202. Осветительное устройство 100 также содержит источник 300 света (такой, как светоизлучающий диод) для подведения света 301 источника света к поверхности 210 ввода света прозрачной волноводной пластинки 200, при этом источник 300 света сконфигурирован для подведения по меньшей мере части света 301 источника света в направлении, перпендикулярном к одной или большему количеству из первой поверхности 201 и второй поверхности 202. Поверхностью 210 ввода света в данном случае является первая поверхность 201.

Прозрачная волноводная пластинка 200 также содержит люминесцентный материал 400, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части света 301 источника света в излучение 401 люминесцентного материала. Этот люминесцентный материал 400 делает возможным генерацию белого света, по желанию совместно со светом 301 источника света. Прозрачная волноводная пластинка 200 также содержит средство 220 вывода света, предназначенное для вывода излучения 401 люминесцентного материала и по желанию света 301 источника света из прозрачной волноводной пластинки 200 в качестве света 101 осветительного устройства в направлении от одной или более из первой поверхности 201 и второй поверхности 202. На этом схематичном чертеже показан только один источник 300 света и схематично показаны только несколько средств 220 вывода света. Кроме того, в этом примере свет 101 осветительного устройства выводится в обоих направлениях, то есть в направлении от первой поверхности 201 и направлении от второй поверхности 202. Однако средство вывода света и другие оптические элементы, такие как отражающие элементы (см. ниже), можно конфигурировать так, чтобы иметь свет, выводимый только в одном направлении, в качестве света 101 осветительного устройства.

Только для примера в данном случае свет 101 осветительного устройства показан содержащим свет 301 источника света и свет 401 люминесцентного материала. Например, первый может быть голубым светом и второй может быть желтым светом, в результате чего можно получать белый свет осветительного устройства 101.

Люминесцентный материал может быть распределен на протяжении всей волноводной пластинки. Например, волноводная пластинка может представлять собой прозрачную полимерную пластинку с люминесцентным материалом, таким как квантовые точки, рассеянные в ней. Или волноводная пластинка может содержать полимерную матрицу с люминесцентным красителем, молекулярно рассеянным в ней. Или волноводная пластинка 200 может содержать прозрачный люминесцентный керамический материал. На фиг.1b схематично показан такой вариант осуществления, в котором люминесцентный материал распределен равномерно.

В противоположность фиг.1b на фиг.1с схематично показан вариант осуществления, в котором люминесцентный материал распределен неравномерно на протяжении волноводной пластинки 200. На фиг.1с схематично показан вариант осуществления, в котором люминесцентный материал 400 имеется по меньшей мере в той части волноводной пластинки 200, которая непосредственно освещается светом 301 источника света от источника 300 света. Значительная часть света 301 источника света в волноводе 200 может быть преобразована люминесцентным материалом 400 в свет 401 люминесцентного материала. Таким способом преобразованный свет по меньшей мере частично локализуется в волноводе (и впоследствии выводится по меньшей мере частично локализованным). Как показано на этом чертеже, люминесцентный материал 400 расположен по меньшей мере в пределах угла выхода света источника света над источником света. Однако люминесцентный материал можно также располагать так, чтобы он продолжался за пределы угла выхода света источника света.

На фиг.1b-1c волноводная пластинка 200 схематично показана как видимая сбоку. В зависимости от ожидаемого применения и/или желаемой модели при наблюдении сверху (рассматривании первой или второй поверхности) можно иметь различные формы. Например, можно получать круговые, овальные, прямоугольные, треугольные, многоугольные и т.д. формы. Только для примера на фиг.1d схематично показана квадратная волноводная пластинка 200. Отметим, что все торцы обозначены позицией 203.

Фиг.1е иллюстрируется принцип работы изобретения. Когда волноводная пластинка с люминесцентным материалом облучается вне зависимости от направления падающего пучка, когда люминесцентные частицы, такие как органические молекулы и квантовые точки, случайно рассеяны, из люминесцентного материала происходит изотропное излучение. Вследствие прозрачности волноводной пластинки с люминесцентным материалом свет, излучаемый за пределами критического угла θ_c, локализуется в волноводной пластинке с люминесцентным материалом. Свет, который находится в пределах конуса критического угла (41,83°), выходит из волновода (при этом конус в 2 раза шире критического угла, в этом случае 2×41,83° при n=1,5). В этом примере показатель n преломления люминесцентного материала принят равным 1,5, а из подсчета следует, что 26% света, преобразованного в люминесцентном слое, выходят из слоев (13% из нижнего и 13% из верхнего), при этом 74% остается для полного внутреннего отражения.

Критический угол и, таким образом, локализация света очень сильно зависят от показателя преломления (люминесцентного) материала. Зависимость между критическим углом и показателем преломления дается выражением «критический угол = arcsin(1/n)», где n является показателем преломления волноводной пластинки (вместе с люминесцентным материалом (квантовыми точками, молекулами органического красителя, наночастицами, молекулярно рассеянными в матрице или в пропускающей люминесцентной керамике)), а границей раздела с люминесцентным материалом является воздух. Энергия, вводимая в волноводную пластинку, равна $$\sqrt{1-1/(n\times n)}$$ , где n определен выше. С повышением показателя преломления критический угол уменьшается и большее количество света локализуется в волноводной пластинке (совместно с люминесцентным материалом). Когда такой люминесцентный материал помещен поверх прозрачной волноводной пластинки или внутрь ее (и имеет оптический контакт со волноводной пластинкой), то в зависимости от показателя преломления волноводной пластинки большее или меньшее количество света вводится в волновод.

В частности, прозрачная волноводная пластинка 200 может содержать прозрачную полимерную матрицу, например, выбранную из группы, состоящей из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиэтиленнафталата (ПЭН), поликарбоната (ПК), полиметилакрилата (ПМА), полиметилметакрилата (ПММА) (плексигласа или перспекса), ацетобутирата целлюлозы (АБЦ), поликарбоната, поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтилентерефталата, модифицированного гликолем (ПЭТГ), полидиметилсилоксана (ПДМС) и циклоолефинового сополимера (ЦОС), в которой молекулярно рассеяны одно или большее количество из молекул органического люминесцентного материала, такого как производные перилена, краситель bodipy, цианин и дикетопирролопиррол, люминесцентных наночастиц и люминесцентных квантовых точек, например InP и CdSe. В качестве варианта волноводная пластинка 200 может содержать прозрачную люминесцентную керамику.

На фиг.2а показан еще один вариант осуществления осветительного устройства 100, в котором прозрачная волноводная пластинка 200 содержит неравномерно распределенный люминесцентный материал 400, в данном случае в виде дискретных прозрачных областей 450, содержащих люминесцентный материал 400. При освещении светом 301 источника света излучаемый в люминесцентный материал свет может проходить в волновод 200 и в средство 220 вывода света, при этом свет может быть выведен из волновода 200. Следовательно, таким образом преобразованный свет по меньшей мере частично локализуется в волноводе (и впоследствии по меньшей мере частично выводится). Для примера волноводная пластинка 200 содержит торцевой отражатель (отражатели) 230. Отражатели 230 на торцах показаны для примера и их присутствие необязательно ни в этом варианте осуществления, ни в других осуществлениях, схематично показанных в этой заявке. Кроме того, отражатели могут иметься, например, на второй поверхности 202, где расположены области 450. Аналогичным образом отражатели могут иметься на первой поверхности в местах расположения областей 450, но такие отражатели могут быть прозрачными для света 301 источника света и отражающими для света люминесцентного материала.

В предшествующем варианте осуществления дискретные области 450 были торцевыми слоями или торцевыми частями с люминесцентным материалом 400. Однако дискретная область (дискретные области) 450 также может быть дискретным слоем (могут быть дискретными слоями) в волноводной пластинке 200. Пример схематично показан на фиг.2b. Такой слой может содержать, например, органический краситель, рассеянный в органическом материале (полимерной матрице) или прозрачном люминесцентном керамическом материале (см., например, заявку №10/861172 на патент США (US2005/0269582), заявку №11/080801 на патент США (US2006/02021105), Международные заявки WO2006/097868, WO2007/080555, заявку US2007/0126017 и Международную заявку WO2006/114726). Дискретная область 450 может иметь форму, например, пластинки или пленки.

На фиг.2с показана конфигурация, в которой люминесцентный материал 400 помещен поверх волноводной пластины 200 в оптическом контакте с нею и помещен между волноводом и источником света. Люминесцентный материал 400 расположен в качестве дискретной области 250, такой как слой, на первой поверхности. В данном случае дискретная область 250 с люминесцентным материалом является пропускающей. Свет 301 источника света, преобразованный люминесцентным материалом, входит в волновод 200 и может быть выведен (где-нибудь в другом месте). Таким способом преобразованный свет по меньшей мере частично локализуется в волноводе (и впоследствии по меньшей мере частично выводится).

В обоих вариантах осуществления из фиг.2b и 2с люминесцентный материал 400 для примера расположен по меньшей мере в пределах угла выхода света источника света над источником света. Однако люминесцентный материал также может быть расположен с продолжением за пределы угла выхода света источника света. Например, этот случай относится к варианту осуществления, схематично показанному на фиг.2с.

На фиг.2d схематично показан вариант осуществления, в котором прозрачная волноводная пластинка содержит множество дискретных областей 450, схематично обозначенных позициями 450(1)-450(4), при этом каждая содержит люминесцентный материал 400. В данном случае люминесцентный материал 400 неравномерно распределен на протяжении волноводной пластинки 200. Множество дискретных областей 450 могут иметь различные люминесцентные свойства. На левой стороне и в середине показаны две различные несвязанные дискретные области 450(1) и 450(2), соответственно, а справа показаны две различные прилегающие дискретные области 450(3) и 450(4), соответственно, например, в виде двух слоев, содержащих различные люминесцентные материалы (смеси). Область 450(2) с люминесцентным материалом непосредственно освещается светом 301 источника света от источника 300 света и находится в пределах критического угла конуса света 301 источника света от источника 300 света.

На фиг.2е схематично показан вариант осуществления, в котором прозрачная волноводная пластинка 200 содержит одну или большее количество дискретных областей 250, содержащих люминесцентный материал 400, на одной или большем количестве из первой поверхности 201 и второй поверхности 202. В данном случае, например, три такие дискретные области 250(1)-250(3) предусмотрены на второй поверхности 202 и одна 250(4) предусмотрена на первой поверхности 201. Например, первая дискретная область 250(1) может быть рассеивающей. В данном случае свет с внутренней стороны волноводной пластинки 200 не выходит из волноводной пластинки через первую дискретную область 250(1), а по меньшей мере частично рассеивается и/или по меньшей мере частично преобразуется. Более точно, часть может выходить из волноводной пластинки 200. Эта часть может быть по меньшей мере частично преобразована в дискретной области 250(1) в излучение 401 люминесцентного материала, которое помимо всего прочего рассеивается обратно в волноводную пластинку 200.

Например, вторая дискретная область 250(2) может быть прозрачной. В связи с наличием отражающего элемента 251 (в данном случае показанного в качестве второго отражающего элемента) свет отражается обратно в волноводную пластинку 200. Следовательно, в данном случае свет по существу не может (в конечном счете) выходить из волноводной пластинки 200. Для примера третья дискретная область 250(3) также может быть прозрачной, содержащей люминесцентный материал областью 250, при этом второй отражатель 251 сконфигурирован для отражения излучения 401 люминесцентного материала и/или света 301 источника света обратно в прозрачную волноводную пластинку 200.

На фиг.2f схематично показан вариант осуществления, снова с дискретными областями 450, включенными в прозрачную волноводную пластинку 200. В этом варианте осуществления вторая дискретная область 450(2) содержит жидкие кристаллы с диспергированным полимером (ЖКДП). Жидкие кристаллы с диспергированным полимером описаны, например, в WO2006/043196. Например, в режиме рассеяния жидких кристаллов с диспергированным полимером голубой свет от источника 300 света, такого как светоизлучающий диод, преобразуется, например, в красный свет люминесцентным материалом 400 в жидкокристаллическом элементе с диспергированным полимером. Например, в режиме пропускания жидких кристаллов с диспергированным полимером голубой свет от источника 300 света, такого как светоизлучающий диод, преобразуется, например, в желтый свет люминесцентным слоем поверх жидкокристаллического элемента с диспергированным полимером. Таким способом можно получать волноводные пластинки 200 с перестраиваемым цветом. Другие переключаемые элементы, которые можно использовать, включают в себя, но без ограничения ими, элемент электросмачивания, жидкокристаллические гели (ЖК-гели) или другие средства на основе жидких кристаллов. В дополнение к этому также можно использовать секционированные или пиксельные элементы.

Осветительное устройство 100 может также содержать контроллер 500, который в этом варианте осуществления также может использоваться для управления жидкими кристаллами с диспергированным полимером, но который в общем случае может быть сконфигурирован для регулирования интенсивности света источника (источников) 300 света и/или цвета света источника (источников) 300 света. Следовательно, хотя это и не показано на других схематичных чертежах, каждое осветительное устройство согласно изобретению может содержать контроллер 500 для регулирования интенсивности света источника (источников) 300 света и/или цвета света источника (источников) 300 света.

На фиг.3а схематично показан конкретный вариант осуществления. Источник 300 света, в данном случае твердотельный светоизлучающий диод, оптически связан с волноводом 200. В этой схеме свет 301, излучаемый диодом вне критического угла, вводится в волновод. Размер области 250 люминесцентного материала выбран так, что область светоизлучающего материала находится в пределах критического угла, вследствие чего свет от источника 300 света (в данном случае светоизлучающего диода) поглощается люминесцентным материалом 400, и в таком случае этот свет преобразуется в свет другой длины волны, а полученный в результате преобразования свет частично вводится в волноводную пластинку 200. Это показано стрелками, проходящими от области 250 люминесцентного материала 400 в волновод 200. Свет 301 источника света может быть, например, голубым светом, а свет люминесцентного материала может быть, например, желтым или красным светом с добавлением зеленого. В данном случае люминесцентный материал 400 показан как элемент или область, такая как слой, помещенная поверх волноводной пластинки 200, но она также может быть областью в волноводе (см. другие варианты осуществления, например, на фиг.1с и 2b).

На фиг.3b показан еще один вариант осуществления, в котором отражатель 231, такой как диффузный отражатель, помещен над областью 250 с люминесцентным материалом 400 (в данном случае первым люминесцентным материалом 400(1)) и не находится в оптическом контакте с волноводной пластинкой 200 с областью 250 люминесцентного материала. В этой конфигурации уделяется внимание преобразованному свету, выходящему из первого люминесцентного материала 400(1). Этот свет диффузно отражается с большими углами отражения и снова вводится в волновод 200. Таким способом преобразованный свет по меньшей мере частично локализуется в волноводе (и впоследствии по меньшей мере частично выводится). Свет, вводимый еще раз в волновод 200, может поглощаться вторым люминесцентным материалом 400(2) и частично вводиться в волноводную пластинку 200, что дополнительно повышает эффективность ввода света. Первый люминесцентный материал 400(1) может быть, например, желтым или зеленым люминесцентным материалом и второй люминесцентный материал 400(2) может быть, например, оранжевым или красным люминесцентным материалом. В данном случае люминесцентный материал 400 в области 250 показан как элемент, помещенный поверх волновода, но он также может быть областью в волноводе (см. другие варианты осуществления, например, на фиг.1с и 2b).

На фиг.3с показан еще один вариант осуществления. В этом варианте осуществления круговой диффузный отражатель (в данном случае также показанный позицией 231) помещен в пределах выходного конуса в оптическом контакте с волноводом 200. Свет, диффузно отражаемый этим диффузным отражателем, может вводиться в волновод 200. Отраженный свет, который все же попадает в пределы конуса, преобразуется в свет другой длины волны люминесцентным материалом 400 в области (областях) 250 (в данном случае на первой поверхности 201) и частично вводится (еще раз) в волноводную пластинку 200. В данном случае люминесцентный материал 400 показан как элемент, помещенный поверх волноводной пластинки 200, в данном случае первой поверхности 201, но он также может быть областью в волноводе (см. другие варианты осуществления, например, на фиг.1с и 2b).

На фиг.3d схематично показан вариант осуществления, в котором зеркала 230 использованы для направления света в волноводной пластинке 200. Отметим, что этот схематично показанный вариант осуществления можно использовать в любом из описанных и схематично показанных осуществлениях.

В частности, использован первый отражающий элемент 231, который расположен ниже по потоку света относительно прозрачной волноводной пластинки 200, напротив источника 300 света, и сконфигурирован для отражения по меньшей мере части света 301 источника света обратно в прозрачную волноводную пластинку 200. Дополнительные отражатели 230 на первой поверхности 201 и/или второй поверхности 202 могут выполнять аналогичную функцию, но на первый отражающий элемент 231 возложена функция главным образом по меньшей мере частичного предотвращения непосредственного выхода света 301 источника света и/или света 401 люминесцентного материала с противоположных поверхностей относительно источника 300 света. Отметим, что, например, на фиг.2е второй отражающий элемент 251 на дискретной области 250(2), расположенный напротив источника 300 света, можно также считать первым отражающим элементом, поскольку этот элемент также сконфигурирован для отражения по меньшей мере части света 301 источника света и/или света 401 люминесцентного материала обратно в волноводную пластинку 200 при расположении напротив источника 300 света. Дополнительные отражатели 230 на первой поверхности 201 и/или второй поверхности 202 могут быть больше или меньше по сравнению с показанными. Отражатель (отражатели) на торце может иметься или может не иметься. В этом варианте осуществления люминесцентный материал 400 может быть, например, равномерно распределен на протяжении всей волноводной пластинки 200.

На фиг.3е схематично показаны несколько возможных вариантов осуществления средств 220 вывода света, расположенных соответственно на второй поверхности 202, в волноводе 200 или на первой поверхности 201. Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, формы и положения средств 220 вывода света показаны только для примера.

На фиг.3f схематично показан вариант осуществления, в котором первая поверхность 201 является поверхностью ввода света и в котором одно или большее количество средств 220 вывода света сконфигурированы для вывода излучения 401 люминесцентного материала и по желанию света 301 источника света из прозрачной волноводной пластинки 200 в направлении от первой поверхности 201 в качестве света 101 осветительного устройства.

На фиг.3g схематично показан вариант осуществления, в котором осветительное устройство 100 содержит множество источников 300 света. Для множества источников 300 света показано в качестве примера множество сопутствующих первых отражающих элементов 231. В частности, люминесцентный материал 400 может быть в области, непосредственно освещаемой светом 301 источника света, эти области показаны позицией 450, но они также могут продолжаться за пределы выходных конусов (углов выхода).

На фиг.3h схематично показан вариант осуществления, в котором осветительное устройство 100 содержит множество источников 300 света. Для множества источников 300 света показано в качестве примера множество сопутствующих областей 250, содержащих люминесцентный материал. Предпочтительно, чтобы область была такой же большой, как выходной конус источника 300 света, освещающего эту область, или больше него. Как показано на этом чертеже, люминесцентный материал 400 расположен над источником света в пределах по меньшей мере угла выхода света источника света. Однако, как также показано в этой заявке, люминесцентный материал также может быть расположен с продолжением за пределы угла выхода света источника света.

На фиг.3i схематично показано осветительное устройство 100, которое выполнено круглым. Устройство 100 показано сверху с первым отражающим элементом 231 в центре. Источники света, непоказанные, облучают волноводную пластинку 200 снизу, а свет 301 источника света и/или свет 401 люминесцентного материала отражаются обратно в волноводную пластинку 200.

На фиг.3j схематично показано осветительное устройство 100, которое также выполнено круглым. Устройство 100 показано сверху с областью 250, содержащей люминесцентный материал, при этом люминесцентный материал 400 находится в центре. Источники света, непоказанные, облучают волноводную пластинку 200 снизу, а свет 301 источника света и/или свет 401 люминесцентного материала вводятся в волноводную пластинку 200.

В принципе волноводная пластинка 200 может иметь любую форму, даже криволинейную. Пример показан на фиг.3k. Отметим также, что в таком варианте осуществления источник (источники) 300 света сконфигурирован (сконфигурированы) для передачи по меньшей мере части света 301 источника света в направлении, перпендикулярном к одной или большему количеству из первой поверхности 201 и второй поверхности 202 (таким образом, в данном случае к обеим поверхностям 201, 202). Показана нормаль n. При этом оптическая ось (непоказанная) света (пучка) 301 источника света может быть по существу параллельна нормали n к (в данном случае) первой и второй поверхностям 201, 202. В данном случае очевидно, что источники 300 света сконфигурированы для передачи по меньшей мере части света 301 источников света в направлении, перпендикулярном к первой поверхности 201 и второй поверхности 202, но источники 300 света не расположены параллельно (вследствие кривизны прозрачной волноводной пластинки 200). В этом схематично показанном варианте осуществления высота волноводной пластинки 200 является одной и той же на протяжении по существу всей волноводной пластинки 200. В этом варианте осуществления люминесцентный материал используется внутри или поверх волновода для ввода света в волновод. В этом схематично показанном варианте осуществления плоскость волноводной пластинки 200 является криволинейной.

Кроме того, можно использовать несколько волноводных пластинок 200. На фиг.3l схематично показан такой вариант осуществления, в котором применено множество волноводных пластинок 200, обозначенных позициями 200(1) и 200(2). Одна или большее количество из множества пластинок 200 могут содержать люминесцентный материал 400 внутри (или поверх) волноводных пластинок. Люминесцентные материалы (смеси) в разных пластинках 200 могут быть одними и теми же или могут быть различными.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности ввода светового излучения от источника света в волновод. Осветительное устройство содержит прозрачную волноводную пластинку (200) с первой поверхностью (201), противоположной второй поверхностью (202) и торцевой поверхностью между первой поверхностью и второй поверхностью. Источник (300) света сконфигурирован для подведения по меньшей мере части света источника света в направлении, перпендикулярном к одной или более из первой поверхности и второй поверхности. Прозрачная волноводная пластинка содержит люминесцентный материал (400), сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части светового излучения от источника света в излучение люминесцентного материала. Средство (220) вывода света предназначено для выода излучения люминесцентного материала и опционарно светового излучения от источника света из прозрачной волноводной пластинки в направлении от одной или более из первой поверхности и второй поверхности. 13 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Осветительное устройство (100), содержащее:
- прозрачную волноводную пластинку (200), содержащую первую поверхность (201), противоположную вторую поверхность (202) и торцевую поверхность (203) между первой поверхностью и второй поверхностью,
- источник (300) света для подведения света (301) источника света к поверхности (210) ввода света прозрачной волноводной пластинки (200), при этом источник (300) света сконфигурирован для подведения по меньшей мере части света (301) источника света в направлении, перпендикулярном к одной из первой поверхности (201) и второй поверхности (202) или к обеим, и при этом прозрачная волноводная пластинка (200) дополнительно содержит:
- люминесцентный материал (400), сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части света (301) источника света в излучение (401) люминесцентного материала, при этом люминесцентный материал (400) расположен на пути пучка света (301) от источника (300) света,
- средство (220) вывода света для вывода излучения (401) люминесцентного материала и опционально света (301) источника света из прозрачной волноводной пластинки (200) в качестве света (101) осветительного устройства в направлении от одной из первой поверхности (201) и второй поверхности (202) или от обеих,
в котором прозрачная волноводная пластинка (200) содержит одну или более дискретных областей (250), содержащих люминесцентный материал (400), на одной из первой поверхности (201) и второй поверхности (202) или на обеих, и в котором по меньшей мере одна из одной или более дискретных областей (250) сконфигурирована для рассеивания по меньшей мере части одного или более из излучения (401) люминесцентного материала и света (301) источника света обратно в прозрачную волноводную пластинку.

2. Осветительное устройство (100) по п. 1, в котором люминесцентный материал содержится в прозрачной волноводной пластинке.

3. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором прозрачная волноводная пластинка содержит прозрачную полимерную матрицу, в которой рассеяны одно или более из молекул органического люминесцентного материала, люминесцентных наночастиц и люминесцентных квантовых точек.

4. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором прозрачная волноводная пластинка содержит прозрачную люминесцентную керамику, такую как кубический YAG:Ce³⁺(иттрий-алюминиевый гранат с церием), в котором Y может быть частично заменен другими металлами, подобными Sc, Gd или Lu, и в котором Al может быть частично заменен Ga.

5. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором люминесцентный материал 400 расположен по меньшей мере в пределах угла выхода света источника света над источником света.

6. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, дополнительно содержащее первый отражающий элемент (231), расположенный ниже по потоку света относительно прозрачной волноводной пластинки, напротив источника (300) света, и сконфигурированный для отражения по меньшей мере части одного или более из света источника света и света люминесцентного материала обратно в прозрачную волноводную пластинку.

7. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором отражающий элемент (231) расположен по меньшей мере частично в пределах угла выхода света источника света над источником света.

8. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором источник (300) света находится в оптическом контакте с волноводом (200).

9. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором свет (301) от источника (300) света вводится в волновод посредством первой поверхности (201) и/или второй поверхности (202).

10. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, содержащее множество дискретных областей (250), имеющих различные люминесцентные свойства.

11. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором первая поверхность (201) является поверхностью ввода света и в котором одно или более средств (220) вывода света сконфигурированы для вывода излучения (401) люминесцентного материала и опционально света (301) источника света из прозрачной волноводной пластинки (200) в направлении от второй поверхности (202).

12. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором первая поверхность (201) является поверхностью ввода света и в котором одно или более средств (220) вывода света сконфигурированы для вывода излучения (401) люминесцентного материала и опционально света (301) источника света из прозрачной волноводной пластинки (200) в направлении от первой поверхности (201).

13. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором источник света и люминесцентный материал сконфигурированы для генерации белого света осветительного устройства.

14. Осветительное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором прозрачная волноводная пластинка (200) выполнена криволинейной.