ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С КРУГОВЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ СВЕТА Российский патент 2017 года по МПК F21V3/04 G02B5/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение в целом относится к технологии осветительных устройств, имеющих средство для отражения света в стороны и назад так, что получается улучшенное распределение интенсивности света.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В обычных устройствах освещения на основе светоизлучающих диодов (LED), источник света обеспечивает направленное излучение с большей интенсивностью света в прямом направлении, чем в стороны и назад, поскольку основание, на котором устанавливается источник света, затеняет часть света, испускаемого источником света. Для получения более однородного распределения интенсивности света по всем направлениям и тем самым получения большей схожести с традиционной лампой накаливания желательно увеличить интенсивность испускаемого света в боковых направлениях и в обратном направлении.

В документе CN 101275731 показано осветительное устройство на основе LED, имеющее отражатель, установленный наверху колбы, покрывающей LED. Отражатель отражает часть света от LED в стороны и назад для увеличения интенсивности света позади осветительного устройства. Проблема с такими устройствами освещения заключается в том, что отражатель обеспечивает видимую темную зону наверху колбы, поскольку часть света, испускаемого от LED в главном прямом направлении излучения, блокируется отражателем.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в разрешении этих проблем и предоставлении осветительного устройства с более однородным распределением интенсивности света. В частности, цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить осветительное устройство с уменьшенной темной областью в верхней части колбы.

Эти и другие цели настоящего изобретения достигаются устройством освещения, которое определено в независимом пункте формулы изобретения. Варианты реализации изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с аспектом изобретения предоставляется осветительное устройство. Осветительное устройство содержит источник света, имеющий главное прямое направление излучения, и колбу, в которой размещен источник света. Колба содержит верхний участок, имеющий рассеивающие свойства и размещаемый для отражения части света от источника света в стороны и назад относительно главного прямого направления излучения и для пропускания части света от источника света.

В соответствии с изобретением интенсивность света осветительного устройства увеличивается в боковых и обратном направлениях, поскольку верхний участок, имеющий рассеивающие свойства, отражает (или перенаправляет) часть света от источника света в этих направлениях. Кроме того, верхний участок также пропускает часть света от источника света из колбы так, что верхний участок (точно так же, как остающийся участок колбы) может казаться люминесцентным.

Изобретение имеет преимущество в том, что распределение интенсивности света более однородно, поскольку обратная и боковая интенсивность света увеличивается, и при этом свет в главном прямом направлении излучения также проходит. Кроме того, поскольку верхний участок пропускает часть света, вместо того, чтобы блокировать весь свет, видимая темная область по сравнению с техникой предшествующего уровня уменьшается и предпочтительно исключается. В частности, для осветительных устройств на основе LED, LED источник света обеспечивает направленный свет с большей интенсивностью света в прямом направлении (то есть вдоль главного прямого направления излучения), чем в стороны и назад (то есть вдоль бокового направления или направления назад относительно главного прямого направления излучения), которое, таким образом, можно компенсировать, рассеивая часть света от LED в стороны и назад. С изобретением распределение света (которое является более круговым), а также видимость (с уменьшенной видимой темной областью) осветительного устройства, больше похожи на таковые для лампы накаливания.

Кроме того, изобретение имеет преимущество в том, что верхний участок перенаправляет часть света посредством рассеяния, в соответствии с чем получаются диффузное отражение и пропускание света, и видимые острые края при переходе между верхним участком и боковым участком колбы, так же как в освещенном окружении, уменьшаются. Рассеяние в верхнем участке падающего света может сделать диффузным свет в прямом направлении излучения, поскольку свет, передаваемый через верхний участок, также может быть несколько перенаправлен (но в прямом направлении) вследствие рассеяния. Следовательно, диффузное отражение света в стороны и назад и диффузное пропускание света, полученное рассеянием в верхнем участке, делает распределение интенсивности света более плавным и в ближней области, и в дальней области. Другое преимущество изобретения заключается в том, что свойства рассеяния (и верхний участок) могут быть объединены в колбе, тем самым облегчая сборку осветительного устройства при производстве, поскольку требуется меньше компонентов по сравнению со случаем, когда используется отдельный отражатель, как в методиках техники предшествующего уровня.

В изобретении термин "верхний участок колбы" может относиться к участку колбы, на который падает свет, испускаемый от источника света по существу в главном прямом направлении излучения. Предпочтительно верхний участок может быть участком колбы, размещенным перед источником света, то есть в местоположении вдоль главного прямого направления излучения источника света. Кроме того, термином "главное прямое направление излучения" обозначается направление, параллельное главной оптической оси источника света и ориентированное от источника света. Например, для обычного LED главное прямое направление излучения может быть направлением излучения, в котором интенсивность света LED максимальна. Следует отметить, что источник света может содержать несколько субисточников света, например несколько LED с непараллельными оптическими осями, причем главное прямое направление излучения может быть направлением, параллельным оптической оси совместной группы субисточников света и ориентированным от группы субисточников света.

В соответствии с вариантом реализации изобретения колба может быть приспособлена так, что рассеяние света в верхнем участке будет выше, чем в боковом участке колбы. Следовательно, большее рассеяние может возникнуть в верхнем участке, чем в боковом участке колбы. Настоящий вариант реализации имеет преимущество в том, что верхний участок колбы пропускает меньший процент и отражает (назад и в стороны) больший процент, падающего света (от источника света), чем боковой участок. Таким образом, увеличивается интенсивность освещения в стороны и назад отчасти потому, что верхний участок отражает больше света от источника света, испускаемого в главном прямом направлении излучения, назад и в стороны, и отчасти потому, что боковой участок пропускает больше падающего света (и света, испускаемого источником света, и света, отраженного верхним участком) в боковых и обратном направлениях (относительно главного прямого направления излучения).

Следует отметить, что боковой участок может быть участком колбы, на который падает световое излучение по существу в боковых и обратном направлениях (относительно главного прямого направления излучения) от источника света. Боковой участок также может обозначаться как боковая стенка колбы.

В соответствии с вариантом реализации изобретения верхний участок может иметь пропускание, по меньшей мере, 10%, предпочтительно, по меньшей мере, 25% и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 50%. Следовательно, верхний участок может быть приспособлен для пропускания, по меньшей мере, 10% и предпочтительно, по меньшей мере, 25%, света, падающего на верхний участок. Настоящий вариант реализации имеет преимущество в том, что такое пропускание через верхний участок достаточно уменьшает видимость любой темной области на вершине колбы, которое придает колбе состояние более однородной освещенности и делает распределение интенсивности света более однородным. Кроме того, верхний участок может быть приспособлен для отражения большей части оставшегося света, падающего на верхний участок, назад и в стороны (то есть, отражения света, не пропускаемого из колбы), например до 90%, 75% или 50% света, соответственно (некоторая часть света может быть поглощена верхним участком), что дает преимущество в том, что распределение интенсивности света становится более однородным, и осветительное устройство становится больше похожим на лампу накаливания.

В соответствии с вариантом реализации изобретения свойства рассеяния (или рассеивающаяся способность, величина или уровень) верхнего участка может постепенно уменьшаться к боковому участку колбы, что имеет преимущество в том, что переход между верхним участком и боковым участком становится более плавным (или менее острым). Следовательно, в соответствии с настоящим вариантом реализации появление видимых краев при переходе между верхним и боковыми участками в колбе предотвращается, и распределение интенсивности света в ближней области становится более плавным.

В соответствии с вариантом реализации изобретения верхний участок может содержать, рассеивающие частицы. Рассеивающие частицы обеспечивают верхнему участку его рассеивающие свойства и приспособлены для рассеяния света, падающего на верхний участок. При необходимости также и боковой участок (или остающийся участок) колбы может содержать рассеивающие частицы, что может быть преимущественным в том, что свет от источника света, испускаемый в боковых и обратном направлениях, рассеивается, что уменьшает яркость света от источника света.

В варианте реализации концентрация рассеивающих частиц может быть выше в верхнем участке колбы, чем в боковом участке колбы. Следовательно, распределение интенсивности света осветительного устройства может быть отрегулировано вариацией концентрации рассеивающих частиц поперек колбы. Более высокая концентрация рассеивающих частиц в верхнем участке обеспечивает большее отражение света к боковым и обратному направлениям.

В вариантах реализации рассеивающие частицы могут быть размещены на внутренней поверхности колбы, в соответствии с чем отражение света назад и в стороны получается посредством поверхности, рассеивающей в верхнем участке. Например, внутренняя поверхность верхнего участка может быть покрыта рассеивающими частицами. При необходимости рассеивающие частицы также могут быть размещены на внутренней поверхности боковых участков колбы. В соответствии с вариантом реализации рассеивающие частицы могут быть размещены в рассеивающем слое на внутренней поверхности колбы, в соответствии с чем распределение интенсивности света осветительного устройства может быть отрегулировано посредством варьирования свойств рассеяния рассеивающего слоя поперек колбы. Например, рассеивающий слой может быть предоставлен со структурой вырезов (или отверстий), причем участки колбы, где желательно меньшее рассеяние, могут быть предоставлены с большим количеством вырезов, и/или с большими вырезами, в рассеивающем слое (или вообще без какого-либо рассеивающего слоя), и участки колбы, где желательно большее рассеяние (например, в верхнем участке), могут быть предоставлены с меньшим количеством вырезов, и/или с меньшими вырезами, в рассеивающем слое. В варианте реализации распределение интенсивности света осветительного устройства может быть отрегулировано посредством изменения толщины рассеивающего слоя поперек колбы. Рассеивающий слой может тогда быть толще в верхнем участке, чем в боковом участке колбы.

В соответствии с другим вариантом реализации рассеивающие частицы могут быть внедрены в колбу, в соответствии с чем отражение света назад и в стороны получается посредством объема, рассеивающего в верхнем участке. Например, колба может быть сделана из светопропускающего материала, в который внедрены рассеивающие частицы, причем локальная концентрация рассеивающих частиц в колбе и локальная толщина колбы приспособлены так, чтобы сформировать изменяющий направление света верхний участок.

В варианте реализации концентрация рассеивающих частиц в колбе может быть однородной (или равномерной), в соответствии с чем толщина колбы может варьироваться для регулировки распределения интенсивности света осветительного устройства и для формирования изменяющего направление света верхнего участка колбы. Настоящий вариант реализации имеет преимущество в том, что колба может быть изготовлена из единственной заготовки материала, который, например, может быть прозрачным материалом (например, стеклом или пластиком) с однородно распределенными и внедренными в нем рассеивающими частицами.

В соответствии с вариантом реализации изобретения верхний участок колбы может быть толще, чем боковой участок колбы. Например, если концентрация рассеивающих частиц однородна в колбе, верхний участок предпочтительно может быть толще, чем боковой участок, чтобы обеспечить более высокое (или большее) рассеяние в верхнем участке, чем в боковом участке. В соответствии с другим примером верхний участок может и быть толще и иметь более высокую концентрацию рассеивающих частиц, чем боковой участок, в соответствии с чем интенсивность света в боковых и обратном направлениях еще более увеличивается.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения верхний участок может быть приспособлен для отражения части света от источника света (в стороны и назад) посредством полного внутреннего отражения (TIR), тем самым уменьшая необходимость в рассеивающих частицах, поскольку рассеивающие свойства верхнего участка обеспечиваются посредством TIR. В варианте реализации верхний участок может содержать имеющие форму призмы элементы для того, чтобы обеспечить TIR. Призматические элементы, например, могут быть получены призматическими углублениями и ребрами в верхнем участке колбы, причем углубления и ребра, например, могут быть размещенными по окружности, гексагонально или радиально (или могут быть размещенными любым другим соответствующим образом).

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения осветительное устройство может быть трубчатого типа или грушевидного типа. Соответственно колба может иметь форму трубки (или быть в виде трубки с продольным вырезом, на котором могут быть размещены источники света, и иметь любое основание, на котором монтируются источники света) или может иметь грушевидную форму соответственно. В настоящих вариантах реализации верхний участок может быть участком колбы грушевидной формы или в форме трубки, размещенной перед источником света (то есть в главном прямом направлении).

В варианте реализации источник света может быть твердотельным источником света, например, LED. Такие источники света могут обеспечить направленный свет с большей интенсивностью света в прямом направлении, чем в стороны и назад, который, таким образом, может быть скомпенсирован посредством рассеяния части света от твердотельного источника света в стороны и назад через верхний участок колбы.

Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, приведенных в пунктах формулы изобретения. Кроме того, цели, признаки и преимущества изобретения станут очевидными при рассмотрении нижеследующего подробного раскрытия, чертежей и приложенных пунктов формулы изобретения. Специалисты в данной области техники увидят, что различные признаки изобретения могут быть объединены, чтобы создать варианты реализации, отличающиеся от описанных ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Это и другие аспекты изобретения описываются ниже более подробно в связи с приложенными чертежами, показывающими варианты реализации изобретения.

Фиг. 1A изображает вид сбоку осветительного устройства в соответствии с техникой предшествующего уровня.

Фиг. 1B - вид сверху осветительного устройства, показанного на Фиг. 1A.

Фиг. 2A - осветительное устройство в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 2B - осветительное устройство в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

Фиг. 3A-3E - распределение интенсивности света осветительных устройств в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фиг. 4A и 4B - распределение интенсивности света осветительных устройств в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фиг. 5A и 5B - распределение интенсивности света осветительных устройств в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фиг. 6 - осветительное устройство в соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения.

Фиг. 7A - осветительное устройство в соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения.

Фиг. 7B - увеличенное представление сечения осветительного устройства, показанного на Фиг. 7A.

Фиг. 8A - осветительное устройство трубчатого типа в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 8B - сечение, взятое вдоль линии А-А осветительного устройства, показанного на Фиг. 8A.

Фиг. 8C - распределение интенсивности света осветительного устройства типа неоновой трубки в соответствии с техникой предшествующего уровня.

Фиг. 8D - распределение интенсивности света LED трубки осветительного устройства в соответствии с техникой предшествующего уровня.

Фиг. 8D - распределение интенсивности света осветительного устройства, показанного на Фиг. 8A.

Фиг. 9 - осветительное устройство в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Все чертежи являются схематическими, не обязательно, чтобы масштабировать, и вообще только показать частям, которые являются необходимыми, чтобы объяснить изобретение, причем другие части могут быть опущены или просто предложены.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В связи с Фиг. 1A и 1B рассматривается осветительное устройство в соответствии с техникой предшествующего уровня.

На Фиг. 1A показан виду сбоку осветительного устройства 1, содержащего источник 110 света (включающий в себя несколько LED), размещенный на горизонтальном основании 145 и покрытый колбой 120, имеющей грушевидную форму. Источник 110 света имеет главное прямое направление 10 излучения, параллельное оптической оси 100 осветительного устройства 1 и ориентированное от источника 110 света. В верхнем участке колбы 120 отражатель 125 размещен для отражения света от источника 110 света в стороны и назад, чтобы компенсировать затемнение, вызванное влиянием основания 145 на распространение света от источника 110 света в стороны и назад. Отражатель 125, однако, обеспечивает темную область 126 наверху колбы 120, как показано на Фиг. 1B, демонстрирующем осветительное устройство 1 сверху, причем темная область 126 является результатом отражателя 125, отражающего почти 100% света от источника 110 света. Темная область 126 ухудшает схожесть осветительного устройства 1 с традиционной лампой накаливания, а также и распределение интенсивности света в ближней области осветительного устройства 1, поскольку свет блокируется в главном прямом направлении излучения.

В связи с Фиг. 2A и 2B рассматривается осветительное устройство в соответствии с вариантами реализации изобретения.

На Фиг. 2A показано сечение осветительного устройства 2, содержащего источник 210 света, включающий в себя несколько LED 215, размещенных на опорной панели 245 и предпочтительно покрытых грушевидной колбой 220. Источники LED 215 имеют главное прямое направление 20 излучения, по существу параллельное оптической оси 200 осветительного устройства 2 и ориентированное от LED 215. Осветительное устройство 2 может при необходимости содержать винтовое основание 250 для стыковки осветительного устройства 2 с ламповой арматурой и радиатор 240 для охлаждения источника 210 света и электроники (не показана), используемой для управления источником 210 света.

Колба 220 содержит верхний участок 225, размещенный перед источником 210 света так, что свет, испускаемый от источника 210 света, по существу в главном прямом направлении 20 излучения падает на верхний участок 225. Колба 220 дополнительно содержит боковой участок (или боковую стенку) 227, расположенный так, что свет, испускаемый от источника 210 света по существу в боковом направлении, падает на боковой участок 227. Верхний участок 225 имеет рассеивающие свойства для отражения части падающего света в стороны и назад (как показано стрелками 25) и для пропускания части падающего света наружу из колбы 220. Отражение света в стороны и назад увеличивает интенсивность света осветительного устройства 2 в боковых и обратном направлениях, тогда как пропускание света через верхний участок 225 при этом обеспечивает излучение света от осветительного устройства 2 в прямом направлении, что уменьшает темную область, образуемую в технике предшествующего уровня (Фиг. 1B). Предпочтительно верхний участок 225 может быть приспособлен так, что, по меньшей мере, 10%, или еще более предпочтительно, по меньшей мере, 25% света, падающего на верхний участок, пропускается через верхний участок 225. Пропускание 10% может быть достаточным, чтобы значительно уменьшить видимость какой-либо темной области в колбе 220, и пропускание 25% может обеспечить видимость полностью освещенной грушевидной колбы. Кроме того, боковой участок 227 может быть приспособлен так, чтобы иметь большее пропускание, чем верхний участок 225. Например, боковой участок 227 может быть приспособлен для пропускания до 80%, 90% или даже почти 100% падающего света. При необходимости уровень рассеяния в верхнем участке 225 может постепенно уменьшаться по направлению к боковому участку 227, чтобы обеспечить плавный переход между верхним участком 225 и боковым участком 227.

Отношение пропускаемого и отраженного назад света зависит от степени рассеяния в верхнем участке 225 и области верхнего участка 225. Для получения интенсивности света в боковых и обратном направлениях, подобной для техники предшествующего уровня, использующей отражатель, отражающий почти 100% света, площадь верхнего участка 225 может быть большей, чем площадь такого отражателя. Например, верхний участок 225 может покрывать приблизительно 25-50%, например 40%, полной площади колбы. Другой конструкционный параметр осветительного устройства - это отношение диаметра верхнего участка 225 (или максимального диаметра колбы) и радиатора 240. Чем меньше диаметр радиатора по сравнению с максимальным диаметром колбы, тем больше света может попасть на радиатор в боковых и обратном направлениях, и меньше рассеяния в верхнем участке требуется для получения более однородного распределения интенсивности света. Следовательно, рассеивающие свойства верхнего участка 225 могут быть приспособлены к конструкции колбы и размеру радиатора для обеспечения более однородного распределения интенсивности света. Еще один конструкционный параметр - это отражающая способность радиатора. Если отражающая способность мала, то больше света предпочтительно может быть отражено верхним участком 225 для увеличения количества света, падающего на боковой участок 227, и, следовательно, может быть отражено в стороны и назад. Если отражающая способность очень высока, то требуется меньше света отразить верхним участком 225. Например, конструкция колбы (и верхнего участка) и радиатора может быть приспособлена так, что верхний участок пропускает приблизительно 25-50% света от источника света и остаток света (за исключением потерь на поглощение света) может испускаться от бокового участка.

В данных вариантах реализации рассеивающие свойства получаются посредством рассеивающих частиц, внедренных в колбу 220, что может обозначаться как объемное рассеяние. Рассеивающие частицы, например, могут быть частицами диоксида титана (TiO₂), которые могут быть внедрены в прозрачный материал (например, стекло, пластик или силикон), формируя колбу 220, Предпочтительно также боковой участок 227 может иметь рассеивающие свойства, чтобы уменьшить яркий свет от источника 210 света. Распределение интенсивности света осветительного устройства 2 может быть отрегулировано посредством пространственной вариации рассеивающих свойств поперек колбы 220 так, что большее рассеяние получается в верхнем участке 225, чем в боковом участке 227. В настоящих вариантах реализации такая регулировка может быть получена (пространственно) варьируя (стенку) толщину колбы 220 так, что участки, где желательно большее рассеяние, толще, чем участки, где желательно меньшее рассеяние. Для данной концентрации рассеивающих частиц более толстая стенка колбы включает в себя больше рассеивающих частиц на единицу площади, чем более тонкая стенка колбы. Регулировка также может (как альтернатива или дополнение) быть получена (пространственно) варьируя концентрацию рассеивающих частиц в колбе так, что участки, где желательно большее рассеяние, имеют более высокую концентрацию рассеивающих частиц, чем участки, где желательно меньшее рассеяние. Для данной толщины колбы участок с более высокой концентрацией рассеивающих частиц включает в себя больше рассеивающих частиц на единицу площади, чем участок с более низкой концентрацией. Например, верхний участок 225 может быть толще и/или иметь более высокую концентрацию рассеивающих частиц, чем боковой участок 227. Кроме того, в вариантах реализации, использующих рассеивающие частицы, рассеивающие свойства могут зависеть от размера частиц и соотношения между размером частиц и длиной волны света от источника 210 света.

Кроме того, форма (в частности, внутренняя поверхность) верхнего участка 225 может быть приспособлена к влиянию лучевого угла для света, отраженного в стороны и назад. Осветительные устройства 2, показанные на Фиг. 2A и 2B, могут быть идентичными за исключением формы верхних участков 225, 235. В обоих вариантах реализации верхние участки 225, 235 колбы 220 толще, чем боковой участок 227, чтобы получить большее рассеяние в верхних участках 225, 235, чем в боковых участках 227. В варианте реализации, показанном на Фиг. 2A, верхний участок 225 имеет (по существу) однородную толщину, которая может быть предпочтительной в отношении производства, поскольку изготавливается менее сложная форма. В варианте реализации, показанном на Фиг. 2B, верхний участок 235 имеет коническую (или суженную) форму, простирающуюся от вершины колбы по направлению к источнику 210 света, причем эта форма может быть преимущественной для получения увеличенной интенсивности излучения света в стороны и назад. В частности, интенсивность света увеличивается в боковых направлениях, что дает преимущество в том, что достигается более высокая оптическая эффективность, поскольку меньше света отражается в противоположном направлении или поглощается опорной пластиной.

В связи с Фиг. 3A-3E рассматривается рассчитанное распределение интенсивности света осветительного устройства, сконструированного так, как описано в связи с Фиг. 2A. На Фиг. 3A-3E оптическая ось обозначена как 300 и главное прямое направление излучения по существу параллельно оптической оси и ориентирована вверх на чертежах. При расчетах концентрация рассеивающих частиц (в данном случае, частицы TiO₂) варьировалась от 0,03% до 0,15% в колбе 220. На Фиг. 3 показано распределение 301 интенсивности света, полученное при концентрации 0,03% рассеивающих частиц, на Фиг. 3B показано распределение 302 интенсивности света, полученное при концентрации 0,06% рассеивающих частиц, на Фиг. 3C показано распределение 303 интенсивности света, полученное при концентрации 0,09% рассеивающих частиц, на Фиг. 3D показано распределение 304 интенсивности света, полученное при концентрации 0,12% рассеивающих частиц, и на Фиг. 3E показано распределение 305 интенсивности света, полученное при концентрации 0,15% рассеивающих частиц. Как можно видеть из Фиг. 3A-3E, интенсивность света в боковых и обратном направлениях увеличивается с увеличением концентрации рассеивающих частиц, тогда как интенсивность света в главном прямом направлении излучения несколько уменьшается.

В связи с Фиг. 4A и 4B рассматривается измеренное распределение интенсивности света осветительного устройства, сконструированного так, как описано в связи с Фиг. 2A, но с однородной толщиной колбы (то есть верхний и боковые участки имеют ту же самую толщину). На Фиг. 4A и 4B оптическая ось обозначена как 400, и главное прямое направление излучения по существу параллельно оптической оси и ориентировано вверх на чертежах. На Фиг. 4A показано распределение 401 интенсивности света, полученное при концентрации 0,015% рассеивающих частиц TiО₂ в колбе, и на Фиг. 4B показано распределение интенсивности света 402, полученное при концентрации 0,12% рассеивающих частиц TiО₂, в колбе. Как можно видеть из Фиг. 4A и 4B, интенсивность света в боковых и обратном направлениях (относительно главного прямого направления излучения) несколько выше для осветительного устройства, имеющего более высокую концентрацию рассеивающих частиц.

В связи с Фиг. 5A и 5B рассматривается измеренное распределение интенсивности света осветительного устройства, сконструированного так, как описано в связи с Фиг. 2A (то есть верхний участок толще, чем боковой участок). На Фиг. 5A и 5B оптическая ось обозначена как 500, и главное прямое направление излучения параллельно оптической оси и ориентировано вверх на чертежах. На Фиг. 5А показано распределение 501 интенсивности света, полученное при концентрации 0,015% рассеивающих частиц TiO₂ в верхнем участке, и на Фиг. 5B показано распределение 502 интенсивности света, полученное при концентрации 0,12% рассеивающих частиц TiO₂ в верхнем участке. Как можно видеть из Фиг. 5A и 5B, интенсивность света в боковых и обратном направлениях (относительно главного прямого направления излучения) значительно выше для осветительного устройства, имеющего более высокую концентрацию рассеивающих частиц. Кроме того, сравнение распределения интенсивности света, показанного на Фиг. 4B, с распределением интенсивности света, показанным на Фиг. 5B, демонстрирует, что интенсивность света в боковых и обратном направлениях (относительно главного прямого направления излучения) значительно выше, если верхний участок и толще, и имеет более высокую концентрацию рассеивающих частиц, чем боковой участок.

В связи с Фиг. 6 рассматривается осветительное устройство в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Основная структура и принцип работы осветительного устройства, описанного в связи с Фиг. 6, могут быть идентичными основной структуре и принципу работы осветительного устройства, описанного в связи с Фиг. 2A, за исключением того, что рассеивающие свойства получаются поверхностным рассеянием, которое рассматривается ниже.

На Фиг. 6 показано осветительное устройство 6, содержащее источник света 610, включающий в себя несколько LED 615, покрытых колбой 620, имеющей верхний участок 625 и боковые участки 627. В настоящем варианте реализации рассеивающие частицы (например, частицы TiО₂) предоставляются в слое 621 на внутренней поверхности колбы 620 так, что рассеивающие свойства верхнего участка 625 получаются поверхностным рассеянием. Рассеивающий слой 621 содержит структуру точек с рассеивающими частицами. Однако рассеивающий слой 621 может иметь любую соответствующую структуру, содержащую рассеивающие области и нерассеивающие области. Рассеивающие свойства рассеивающего слоя могут быть отрегулированы варьированием плотности (или площади) и/или толщины областей рассеяния в структуре. В настоящем примере боковой участок 627 колбы 620 не предоставляется с каким-либо рассеивающим слоем, в соответствии с чем рассеяние оказывается больше в верхнем участке 625, чем в боковом участке 627. Однако рассеивающий слой 621 может альтернативно простираться вниз в боковых участках 627, причем толщина и/или плотность рассеивающего слоя могут быть ниже в боковом участке 627, чем в верхнем участке 625, чтобы получить меньшее рассеяние. В соответствии с другим примером рассеивающий слой (без какой-либо структуры) может быть наложен на верхнем участке и боковом участке, причем рассеивающий слой может быть толще в верхнем участке, чем в боковом участке. Например, в связи с Фиг. 6 структурированный верхний участок 625 вместо того, чтобы быть структурированным, может иметь однородный рассеивающий слой, наложенный на внутреннюю сторону (и/или внешнюю сторону), и боковой участок 627 может также иметь (однородный) рассеивающий слой, наложенный на внутреннюю сторону (и/или внешнюю сторону), причем рассеивающий слой на боковом участке 627 тоньше, чем рассеивающий слой на верхнем участке 625.

В варианте реализации осветительное устройство 6 может содержать дополнительную оптическую часть 660, имеющую верхний участок 665, приспособленный для отражения части света от источника 610 света в боковых и обратном направлениях (относительно главного прямого направления излучения). Верхний участок 665 оптической части 660 может, таким образом, обеспечить подобный эффект, как и верхний участок 625 колбы 620, и обеспечить дополнительное перенаправление света в боковых и обратном направлениях. Верхний участок 665 дополнительной оптической части 660 может иметь рассеивающие свойства, которые могут быть обеспечены, например, объемным рассеянием или поверхностным рассеянием, как описано выше, или полным внутренним отражением (которое будет описано дополнительно). Например, оптическая часть 660 может иметь форму купола. Следует отметить, что настоящий вариант реализации может быть объединен с любым из других описанных вариантов реализации. При необходимости осветительное устройство 6 (или любое из предварительно описанных осветительных устройств) может содержать фильтр, например размещенный в дополнительном оптическом участке 660, для регулировки цвета осветительного устройства 6, например посредством фосфора.

В связи с Фиг. 7A и 7B рассматривается осветительное устройство в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Основная структура и принцип работы осветительного устройства, описываемого в связи с Фиг. 7A и 7B, могут быть идентичными основной структуре и принципу работы осветительного устройства, описанного в связи с Фиг. 2A, за исключением того, что рассеивающие свойства получаются посредством полного внутреннего отражения (TIR), которое рассматривается ниже.

На Фиг. 7A показано осветительное устройство 7, содержащее источник 710 света, включающий в себя несколько LED 715, покрытых колбой 720, имеющей верхний участок 725 и боковой участок 727. В настоящем варианте реализации верхний участок 725 предоставляется с призматическими элементами 729 (также показанными на Фиг. 7B, демонстрирующем увеличенный вид верхнего участка 725), так, что рассеивающие свойства верхнего участка 725 получаются посредством TIR. Как пример, световой пучок А от источника 710 света, падающий на верхний участок 725, попадает на призматические элементы 729 под углом, вынуждающим световой пучок А отражаться границей между колбой и окружающим воздухом, так, что пучок A отражается в боковом направлении и в направлении вниз. Другой пучок B света от источника 710 света попадает на призматические элементы 729 под углом, вынуждающим световой пучок B проходить (вместо отражения) через верхний участок 725. Призматические элементы 729 могут быть размещены в любой подходящей структуре, например кольцевой (периферической), гексагональной или радиальной структуре. При необходимости колба 720 может содержать внешнее (предпочтительно прозрачное) покрытие 728, защищающее призматические элементы 729 от повреждения.

В связи с Фиг. 8A и 8B рассматривается осветительное устройство в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Основная структура и принцип работы осветительного устройства, описанного в связи с Фиг. 8A и 8B, могут быть такими же, что и основная структура и принцип работы осветительного устройства, описанного в связи с Фиг. 2A, за исключением того, что осветительное устройство имеет вид трубки.

На Фиг. 8A и 8B показано осветительное устройство 8 трубчатого типа, содержащее колбу 820, имеющую форму трубки, покрывающую источник 810 света, включающий в себя несколько LED, имеющих главное прямое направление 80 излучения вдоль оптической оси 800 (как показано на Фиг. 8B, демонстрирующем сечение, взятое вдоль линии А-А на Фиг. 8A). Предпочтительно радиатор 840 размещен как смежный с источником 810 света, и отражатель 870 размещен для покрытия радиатора 840 и отражения света от источника 810 света из колбы 820. Кроме того, колба 820 содержит верхний участок 825, имеющий рассеивающие свойства и размещенный для отражения части света от источника 810 света в стороны и назад. Рассеивающие свойства, например, могут быть получены объемным рассеянием, поверхностным рассеянием, TIR, как описано выше, или посредством любой их комбинации. Предпочтительно колба 820 может быть приспособлена так, что больше рассеяния получается в верхнем участке 825, чем в боковом участке 827.

В связи с Фиг. 8C-8E рассматривается распределение интенсивности света для осветительных устройств в виде трубки техники предшествующего уровня и для осветительного устройства 8 в соответствии с настоящим вариантом реализации. На Фиг. 8C-8E оптическая ось осветительных устройств обозначена как 800, и главное прямое направление излучения по существу параллельно оптической оси и ориентировано вверх на чертежах. На Фиг. 8C показано распределение 801 интенсивности света неонового (или флуоресцентного) осветительного устройства в виде трубки в соответствии с техникой предшествующего уровня. Распределение 801 интенсивности света однородно вокруг периферии трубки. На Фиг. 8D показано распределение 802 интенсивности света осветительного устройства на LED в виде трубки в соответствии с техникой предшествующего уровня (то есть без какого-либо верхнего рассеивающего участка). Распределение 802 интенсивности света выше в главном прямом направлении излучения LED, но ниже в боковых направлениях и нулевое - в обратных направлениях. Низкая боковая и обратная интенсивность света главным образом обусловлена радиатором (который необходим для охлаждения LED), затемняющим свет от LED в боковых и обратном направлениях. На Фиг. 8E показано распределение 803 интенсивности света осветительного устройства на LED в виде трубки в соответствии с настоящим вариантом реализации. Как можно видеть, сравнивая Фиг. 8C-8E, распределение 803 интенсивности света настоящего варианта реализации значительно выше по сторонам и сзади и тем самым более однородно (и более всенаправленно) по сравнению с обычным осветительным устройством на LED в виде трубки и больше похоже на распределение 801 интенсивности света традиционного неонового (или флуоресцентного) осветительного устройства в виде трубки.

Кроме того, осветительное устройство может быть LED модулем (имеющим признаки, определенные в независимом пункте формулы). Несколько таких LED модулей 9 могут быть связаны между собой в светильник, как показано на Фиг. 9. Предпочтительно LED модули 9 могут быть размещены так, что направления 90 прямого излучения LED модулей 9 находятся в различных направлениях. Например, общий радиатор 940 может связать между собой LED модули 9. Каждый LED модуль может содержать источник 910 света, имеющий главное прямое направление 90 излучения (параллельное оптической оси 900 из источника 910 света), и колбу 920, в которой размещается источник 910 света. Колба 920 содержит верхний участок 925, имеющий рассеивающие свойства и размещаемый для отражения части света от источника 910 света в стороны и назад относительно главного прямого направления 90 излучения и для пропускания части света от источника 910 света.

СПИСОК ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

1. Осветительное устройство, содержащее источник света и колбу, имеющую толщину стенки и верхнюю часть, причем упомянутая колба имеет внутреннюю поверхность, предоставленную с рассеивающими свойствами, которая изменяет направление, по меньшей мере, части света, падающего на упомянутую верхнюю часть, по существу в направлении вниз и пропускает остаток света, и при этом получается однородное распределение света.

2. Осветительное устройство в соответствии с п. 1, в котором рассеивающие свойства получаются предоставлением стенки с концентрацией рассеивающих частиц.

3. Осветительное устройство в соответствии с п. 1 или 2, в котором упомянутые рассеивающие свойства варьируются посредством варьирования толщины стенки колбы.

4. Осветительное устройство в соответствии с п. 1, 2 или 3, в котором концентрация рассеивающих частиц поддерживается постоянной по стенке.

5. Осветительное устройство в соответствии с п. 1, 2 или 3, в котором концентрация рассеивающих частиц увеличена на верхней части.

6. Осветительное устройство в соответствии с любым из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что колба пропускает, по меньшей мере, 10% его света через верхнюю часть.

Специалист в данной области техники поймет, что изобретение ни в коем случае не ограничено предпочтительными вариантами реализации, описанными выше. Напротив, возможно множество модификаций и вариаций в пределах объема притязаний приложенной формулы изобретения. Следует отметить, что варианты реализации, описанные со ссылкой на Фиг. 2A и 2B, в частности варианты реализации, касающиеся пропускания верхнего участка и постепенного перехода рассеивающих свойств верхнего участка, могут быть применены в любом из других вариантов реализации изобретения. Кроме того, варианты реализации поверхностного рассеяния, объемного рассеяния и полного внутреннего отражения могут быть объединены любым соответствующим образом.

Осветительное устройство (2) содержит источник (210) света, имеющий главное прямое направление (20) излучения, и колбу (220), в которой размещен источник (210) света. Колба (220) содержит верхний участок (225), имеющий рассеивающие свойства и размещаемый для отражения части света от источника (210) света в стороны и назад относительно главного прямого направления (20) излучения и для пропускания части света от источника (210) света. Распределение интенсивности света осветительного устройства (2) более однородно, поскольку интенсивность света в обратном и боковых направлениях увеличивается, тогда как свет в главном прямом направлении (20) излучения также проходит. 9 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Осветительное устройство (2), содержащее:

- источник (210) света, имеющий главное прямое направление (20) излучения, и

- колбу (220), в которой размещен источник света,

причем колба содержит верхний участок (225), имеющий рассеивающее свойства и размещаемый для отражения части света от источника света в стороны и назад относительно упомянутого главного прямого направления излучения и для пропускания части света от источника света,

причем рассеивающие частицы внедрены в колбу, при этом концентрация рассеивающих частиц в колбе однородна, и

причем верхний участок колбы толще, чем боковой участок колбы.

2. Осветительное устройство по п. 1, в котором колба выполнена так, что рассеяние света оказывается выше в верхнем участке, чем в боковом участке (227) колбы.

3. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором верхний участок имеет пропускание, по меньшей мере, 10%, предпочтительно, по меньшей мере, 25% и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 50%.

4. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором рассеивающие свойства верхнего участка постепенно уменьшаются по направлению к боковому участку колбы.

5. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором рассеивающие частицы размещены на внутренней поверхности колбы.

6. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором рассеивающие частицы размещены в рассеивающем слое (621) на внутренней поверхности колбы.

7. Осветительное устройство по п. 6, в котором рассеивающий слой толще в верхнем участке, чем в боковом участке колбы.

8. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором верхний участок выполнен с возможностью отражения части света от источника света посредством полного внутреннего отражения.

9. Осветительное устройство по п. 8, в котором верхний участок содержит призматические элементы (729) для обеспечения упомянутого полного внутреннего отражения.

10. Осветительное устройство по п. 1 или 2, причем осветительное устройство имеет трубчатую форму или грушевидную форму.