ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ИМЕЮЩИМ КАНАЛ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2018 года по МПК F21K99/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится в основном к теплорегулированию в осветительных устройствах.

Уровень техники

Теплорегулирование является важной проблемой в области освещения, а особенно в области освещения на основе твердотельных приборов, такого, как освещение на основе светоизлучающих диодов, СИДов. В общем случае, когда источник света излучает свет, генерируется тепло. Генерирование тепла обычно является нежелательным эффектом, поскольку оно может негативно повлиять на рабочие характеристики и ожидаемый срок службы источников света, а также на выбор материалов и конфигурацию электронных средств для осветительного устройства. Тепло может также вырабатываться в оптических элементах осветительного устройства, например, в преобразующих длину волны компонентах, за счет потерь на стоксов сдвиг.

Чтобы снизить воздействия генерирования тепла, осветительные устройства обычно содержат теплоотвод, выполненный с возможностью рассеяния тепла из источников света и других теплогенерирующих компонентов, как правило, в направлении, противоположном основному (или среднему) направлению распространения света осветительного устройства. В документе CN202040621 проиллюстрировано осветительное устройство, имеющее отверстия, простирающиеся в теплоотводе в окружающую среду, для увеличения площади рассеяния тепла в окружающую среду и в тени осветительного устройства.

В документе US 2011/0298371 A1 предложена светодиодная лампочка с отверстиями на участке крышки. В документе US 3373275 A предложена монолитная формованная крышка светопропускающей линзы с замаскированными вентиляционными отверстиями. В документе US 2011/0049749 Al предложен сменный осветительный модуль с накрывающей крышкой, которая включает в себя материалы с микропереплетениями, имеющие размеры пор, достаточные для переноса воздуха, но слишком малые для транспортировки капель воды. В документе US 3253675 Описано устройство для поглощения акустической энергии, содержащее светопропускающий элемент, имеющий один или несколько слоев пористого материала, который позволяет пропускать через него свет. В документе EP 2461089 A1 описан осветительный прибор со светопропускающей крышкой лампы, имеющей множество вентиляционных отверстий.

Однако, было бы желательно найти альтернативные решения для улучшения рассеяния тепла из осветительных устройств.

Сущность изобретения

Было бы выгодно разработать осветительное устройство, преодолевающее или, по меньшей мере, смягчающее вышеупомянутые недостатки. Было бы желательно обеспечить альтернативное осветительное устройство с улучшенным теплорегулированием.

Чтобы лучше справиться с одной или несколькими из этих проблем, предложено осветительное устройство, имеющее признаки, охарактеризованные в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с одним аспектом, предусмотрено осветительное устройство. Это осветительное устройство содержит, по меньшей мере, один источник света, и, по меньшей мере, один оптический элемент. Упомянутый, по меньшей мере, один оптический элемент выполнен с возможностью пропускания света, излучаемого источником света. Упомянутый, по меньшей мере, один оптический элемент содержит светопропускающий материал и, по меньшей мере, один канал, проходящий сквозь светопропускающий материал, для обеспечения потока текучей среды через оптический элемент. Дополнительно, канал скомпонован так, что основная часть света, излучаемого упомянутым, по меньшей мере, одним источником света и попадающего в канал, дополнительно распространяется сквозь светопропускающий материал. Оптический элемент содержит множество слоев светопропускающего материала, отстоящих друг от друга, причем каждый слой содержит, по меньшей мере, одно сквозное отверстие.

Данный аспект основан на осуществлении того, что теплорегулирование для осветительного устройства можно улучшить, компонуя канал (или отверстие) в оптическом элементе перед источником света. Канал позволяет передачу тепла, генерируемого источником света, посредством конвекции по каналу. В данном описании термин «конвекция» может относиться к передаче тепла посредством движения текучей среды. Текучая среда, протекающая по каналу, может быть текучей средой, присутствующей в осветительном устройстве, которая может быть газообразной, такой, как воздух. Кроме того, канал может улучшить рассеяние тепла, генерируемого в самом оптическом элементе, например, за счет потерь на стоксов сдвиг в преобразующих длину волны материалах, которые опционально могут быть расположены в оптическом элементе. Тепло, генерируемое в оптическом элементе, может быть перенесено по каналу потоком текучей среды. Улучшенное рассеяние тепла из осветительного устройства может обеспечивать, например, повышенные интенсивности освещения и/или продленный срок службы осветительного устройства. За счет данного аспекта, оптический элемент используется для облегчения рассеяния тепла из осветительного устройства. Оптический элемент можно использовать как дополнение к традиционному теплоотводу (или даже вместо него), тем самым делая возможным увеличенное суммарное рассеяние тепла из осветительного устройства. Кроме того, поскольку канал скомпонован так, что основная часть света, излучаемого источником света и попадающего в канал, в дальнейшем распространяется сквозь светопропускающий материал, канал оказывает ограниченное влияние на распределение света осветительного устройства. Иными словами, канал скомпонован так, что обеспечивается распространение уменьшенного количества света непосредственно по каналу без прохождения светопропускающего материала. Поэтому большинство света, попадающего в канал, взаимодействует со светопропускающим материалом при пропускании через оптический элемент. Взаимодействие со светопропускающим материалом следует понимать как взаимодействие любого типа, такое, как пропускание, отражение, рассеяние, поглощение и/или переизлучение света. Таким образом, канал образован сквозными отверстиями, сообщающимися по текучей среде, и, по меньшей мере, одним пространством между слоями светопропускающего материала. Это пространство между слоями светопропускающего материала может позволять циркуляцию текучей среды между слоями, которая может дополнительно улучшить конвекцию тепла. Циркуляцию текучей среды можно регулировать путем регулирования расстояния слоев светопропускающего материала, которое влияет на турбулентность потока текучей среды в канале.

В данном описании термин «светопропускающий материал» следует интерпретировать в широком смысле - как любой материал или совокупность материалов (или веществ), допускающих, по меньшей мере, частичное пропускание света. Например, светопропускающий материал может содержать прозрачный и/или полупрозрачный материал (такой, как керамика или пластмасса) и опционально частицы (например, для рассеяния и/или преобразования длины волны света), внедренные в упомянутый материал и/или нанесенные на него.

В соответствии с вариантом осуществления любая линия прямой видимости, идущая из источника света по каналу, пересекает светопропускающий материал, вследствие чего влияние канала на распределение света осветительного устройства дополнительно уменьшается. За счет данного варианта осуществления увеличенное количество попадающего в канал света из источника света может взаимодействовать со светопропускающим материалом, по меньшей мере, однажды при прохождении оптического элемента. Ввиду отсутствия линии прямой видимости, которая идет из источника света по каналу, не проходя через светопропускающий материал, источник света не виден непосредственно снаружи оптического элемента через канал, вследствие чего ослепляющий блеск от источника света уменьшается.

В соответствии с вариантом осуществления, по меньшей мере, два из слоев светопропускающего материала могут быть скомпонованы так, что светопропускающий материал одного из двух слоев поперечно перекрывает сквозное отверстие в другом из двух слоев, вследствие чего основная часть света, попадающего в одно из сквозных отверстий, в дальнейшем распространяется, по меньшей мере, сквозь один из других слоев светопропускающего материала. Таким образом, свет, попадающий в одно из сквозных отверстий, может взаимодействовать, по меньшей мере, однажды со светопропускающим материалом в одном из слоев при прохождении (или распространении) через оптический элемент.

В соответствии с вариантом осуществления канал может иметь форму, адаптированную таким образом, что воображаемая прямая линия между первым отверстием и вторым отверстием канала (такая, как между двумя противоположными отверстиями канала) может пересекать светопропускающий материал. Следовательно, канал может иметь любую непрямую форму, такую, как изогнутая форма или форма с углами. Поскольку свет естественно распространяется в прямом направлении, свет, попадающий в канал, будет проходить сквозь светопропускающий материал, если канал является непрямым. За счет данного варианта осуществления, оптическому элементу не обязательно содержать несколько слоев светопропускающего материала. Вместо этого, оптический элемент может содержать единственный слой прозрачного материала, сквозь который проходит канал. Положение оптического элемента относительно источника света может оказаться менее критичным по отношению к уменьшению количества света, попадающего в канал без дополнительного распространения сквозь светопропускающий материал, поскольку непрямая форма канала может (по меньшей мере, частично) замедлять прохождение света по каналу без прохождения еще и сквозь светопропускающий материал.

В соответствии с вариантом осуществления оптический элемент может быть обеспечен множеством каналов, вследствие чего конвекция тепла дополнительно улучшается. Кроме того, площадь оптического элемента, подвергающаяся воздействию потока текучей среды, увеличивается, что улучшает рассеяние тепла из оптического элемента в каналы.

В соответствии с вариантом осуществления, оптический элемент может содержать пористый материал, содержащий поры, проходящие сквозь светопропускающий материал, вследствие чего эти поры образуют каналы для протекания текучей среды через оптический элемент. Поры могут проходить, например, между двумя противоположными поверхностями оптического элемента. Прохождение пор через оптический элемент может быть извилистым (или, по меньшей мере, непрямым), вследствие чего свет, излучаемый источником света и попадающий в пору, дополнительно распространяется сквозь светопропускающий материал, окружающий пору. Помимо этого, извилистые поры увеличивают площадь светопропускающего материала, подвергающуюся воздействию протекающей сквозь него текучей среды, вследствие чего улучшаются рассеяние и конвекция тепла. Кроме того, пористый светопропускающий материал содержит множественные изменения показателя преломления на поверхностях раздела между светопропускающим материалом и пустотами (как правило, содержащими текучую среду), которые образованы порами, вследствие чего оптический элемент можно использовать как диффузор осветительного устройства. Множественные изменения показателя преломления могут обеспечивать рассеяние света, распространяющегося сквозь пористый материал. Пропускающий материал предпочтительно может иметь больший показатель преломления, чем текучая среда (например, воздух).

В соответствии с вариантом осуществления объем пор может составлять, по меньшей мере, 30% общего объема оптического элемента, что увеличивает конвекцию и рассеяние тепла из оптического элемента.

В соответствии с вариантом осуществления упомянутый, по меньшей мере, один оптический элемент может любым из преобразующего длину волны элемента, диффузорного элемента и комбинации диффузорного и преобразующего длину волны элемента. Следовательно, оптический элемент может быть выполнен с возможностью регулирования свойств света, излучаемого источником света. Например, оптический элемент может быть выполнен с возможностью рассеяния света, излучаемого источником света, чтобы обеспечить более равномерное распределение света (зачастую воспринимаемое как более мягкий свет) осветительного устройства. Процессы выработки тепла могут происходить в светопропускающем материале, в частности, если светопропускающий материал содержит преобразующий длину волны материал (например, люминофор). Например, свет может инициировать экзотермические химические реакции, а стоксовы потери могут быть результатом поглощения и переизлучения света в светопропускающем материале. Канал, обеспечивающий поток текучей среды и вследствие этого конвекцию тепла через оптический элемент, может облегчить рассеяние тепла, генерируемого такими процессами в оптическом элементе.

В соответствии с вариантом осуществления светопропускающий материал может содержать частицы для рассеяния (например, частицы Ti0₂, BaS0₄ и/или A1₂0₃) и/или преобразования длины волны света, излучаемого источником света. Частицы в светопропускающем материале могут быть отражательными (например, непрозрачными, такими, как белые) для рассеяния света. Частицы могут быть преобразующими длину волны частицами, имеющими атомную (или молекулярную) структуру, обладающую дефицитом энергии, соответствующей энергии света, излучаемой источником света. В общем случае, всякий раз, когда происходит поглощение света и его переизлучение частицами, длина волны света увеличивается. Большинство энергетических потерь, определяемых разницей в энергии перед поглощением и после переизлучения, представляют собой излучение тепла. Конвекция тепла через оптический элемент может облегчить рассеяние тепла, являющегося результатом такого преобразования длины волны.

В соответствии с вариантом осуществления оптический элемент может быть расположен на расстоянии от упомянутого, по меньшей мере, одного источника света, большем, чем 2 см, таком, как больше, чем 3 см или 5 см. Такое расстояние позволяет более свободную циркуляцию текучей среды между оптическим элементом и источником света, что облегчает перенос текучей среды по каналу, вследствие чего в единицу времени по каналу может проходить увеличенное количество текучей среды.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, упомянутый, по меньшей мере, один оптический элемент может быть расположен на расстоянии от упомянутого, по меньшей мере, одного источника света, ближе, чем 3 мм, таком, как ближе, чем 2 мм, 1 мм или 0,5 мм, что обеспечивает уменьшенный размер (более компактный) осветительного устройства.

В соответствии с вариантом осуществления, отношение толщины светопропускающего материала к среднему диаметру канала составляет, по меньшей мере, 2, являясь таким, как, по меньшей мере, 4 или 6. Увеличенное соотношение между толщиной оптического элемента (или, по меньшей мере, светопропускающего материала, окружающего канал) и шириной канала уменьшает количество света, проходящего по каналу без взаимодействия со светопропускающим материалом.

В вариантах осуществления, осветительное устройство может дополнительно содержать средство активного охлаждения, выполненное с возможностью создания потока текучей среды по упомянутому, по меньшей мере, одному каналу, предпочтительно в направлении от источника света. Средство активного охлаждения может интенсифицировать поток текучей среды, вырабатываемый за счет эффекта конвекции тепла, тем самым улучшая рассеяние тепла из осветительного устройства. Средство активного охлаждения может содержать, например, вентилятор.

Дополнительные признаки данного изобретения и связанные с ним преимущества станут ясными при изучении прилагаемой формулы изобретения и нижеследующего подробного описания. Квалифицированный специалист поймет, что в рамках объема притязаний данного изобретения можно объединять различные признаки данного изобретения, создавая варианты осуществления, отличающиеся от тех, которые описываются ниже.

Краткое описание чертежей

Данный аспект, включая его особенные признаки и преимущества, можно будет легко понять из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.

На фиг.1 представлено сечение осветительного устройства, имеющего одно или несколько сквозных отверстий или каналов.

На фиг.2 представлено сечение осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг.3 представлено сечение осветительного устройства в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг.4 представлено сечение осветительного устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.5 представлено сечение оптического элемента осветительного устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.6 представлено сечение осветительного устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.7 представлено перспективное изображение осветительного приспособления с частичным вырезом в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Все чертежи являются схематическими, не обязательно выполнены в масштабе и в общем демонстрируют лишь части, которые необходимы для объяснения изобретения, причем другие части могут быть опущены или лишь предложены.

Подробное описание

Теперь варианты осуществления данного изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи. Однако, изобретение может быть осуществлено во многих других формах, и его не следует считать сводящимся к излагаемым здесь вариантам осуществления; наоборот, эти варианты осуществления представлены для законченности и полноты описания и полностью доводят объем притязаний изобретения до специалиста. Одинаковые позиции везде обозначают одинаковые элементы.

Обобщенный вариант осуществления осветительного устройства 1, имеющего oдно или несколько сквозных отверстий, будет описан со ссылками на фиг.1. На фиг.1 представлено сечение осветительного устройства 1.

Осветительное устройство 1 содержит один или несколько источников 3 света, таких, источники света на твердотельной основе (например, светоизлучающие диоды, СИДы), и оптический элемент 5, выполненный с возможностью пропускания света, излучаемого источниками 3 света. Оптический элемент 5 содержит светопропускающий материал 7 и один или несколько каналов (в данном примере - два) или, в этом случае, сквозных отверстий 9, проходящих сквозь светопропускающий материал 7 от первой поверхности 13 до второй поверхности 15 оптического элемента 5. Следовательно, каналы 9 проходят между противоположными сторонами оптического элемента 5.

Каналы 9 выполнены с возможностью обеспечения потока текучей среды через оптический элемент 5, такого, как из пространства, определенного между источниками 3 света и оптическим элементом 5. Текучая среда, протекающая по каналам 9, может быть текучей средой, присутствующей в осветительном устройстве 1, такой, как любая газообразная текучая среда, а предпочтительно воздух. Текучая среда, окружающая оптический элемент 5, циркулирует в каналах 9 оптического элемента 5 и выходит из них, тем самым обеспечивая конвекцию тепла. Таким образом, поток текучей среды отводит тепло, присутствующее в пространстве между источниками 3 света и оптическим элементом 5, что облегчает рассеяние тепла из осветительного устройства 1.

Конфигурация каналов 9 и позиционирование источников 3 света относительно каналов 9 адаптированы таким образом, что основная часть света 16 (предпочтительно по существу весь), излучаемого источниками 3 света и входящего в каналы 9 дополнительно распространяется сквозь светопропускающий материал 7. Иными словами, большинство света, излучаемого источниками 3 света и проходящего по каналам 9, взаимодействует, по меньшей мере, однажды со светопропускающим материалом 7. Конфигурация каналов 9 предпочтительно такова, что любая линия прямой видимости, идущая из каждого источника 3 света и пересекающая канал 9 в любой точке, также пересекает светопропускающий материал 7. Иными словами, источники 3 света не являются непосредственно видимыми через каналы 9, если смотреть на первую поверхность 13 оптического элемента 5. Количество света, который попадает в каналы 3, а потом взаимодействует со светопропускающим материалом 7, определяется формой каналов 9, размерами каналов 9 относительно окружающего светопропускающего материала 7 и положением каналов 9 относительно источников 3 света.

В соответствии с одним примером, характеристическое отношение толщины светопропускающего материала 7 к среднему диаметру каналов 9 составляет, по меньшей мере, 2, являясь таким, как, по меньшей мере, 4 или 6. Следовательно, толщина светопропускающего материала 7 может быть значительно больше ширины каналов 9. Кроме того, позиционирование источника 3 света относительно каналов 9 можно адаптировать к углу распространения источников 3 света.

В данного примере, каналы 9 оптического элемента 5 могут представлять собой (по существу) прямые сквозные отверстия, скомпонованные в листе светопропускающего материала 7. Каналы 9 могут, например, иметь по существу, цилиндрическую форму с любым удобным поперечным сечением, такую, как круглая, многоугольная, эллиптическая, гиперболическая или параболическая форма.

Альтернативные конфигурации каналов 9 будут описаны ниже.

Осветительное устройство 1 в соответствии с вариантом осуществления изобретения будет описано со ссылками на фиг.2. Осветительное устройство может иметь конфигурацию, аналогичную осветительному устройству, описанному со ссылками на фиг.1, за исключением того, что оптический элемент 5 содержит множество слоев 18 светопропускающего материала 7, а каждый слой 18 имеет, по меньшей мере, одно сквозное отверстие 11. Каналы для обеспечения потока текучей среды через оптический элемент 5 в этом варианте осуществления образованы сквозными отверстиями 11, сообщающимися по текучей среде, и пространствами, ограниченными между слоями 18. Общий объем слоев 18 предпочтительно может быть довольно малым по сравнению с общим объемом каналов (т.е., сквозных отверстий 11 и пространства между слоями 18) для облегчения циркуляции текучей среды в каналах и тем самым улучшения конвекции тепла через оптический элемент 5. Расстояния между разными слоями 18 могут быть равными друг другу или изменяющимися.

Осветительное устройство 1 в соответствии с обобщенными вариантами осуществления осветительного устройства, имеющее сквозные отверстия или каналы, будет описано со ссылками на фиг.3 и 4. Осветительное устройство может иметь конфигурацию, аналогичную осветительному устройству, описанному со ссылками на фиг.1, за исключением того, что каналы 9 выполнены так, что воображаемая прямая линия между первым отверстием 17 и вторым отверстием 19 канала 9 пересекает светопропускающий материал 7 оптического элемента 5, вследствие чего теплопередачу по каналам 9 можно осуществлять, не вызывая ослепляющий блеск от источника 3 света. Например, каналы 9 могут быть выполнены с углами, как изображено в фиг.3, или могут быть криволинейными, как изображено в фиг.4. Каналы 9 осветительного устройства, показанные на фиг.4, могут быть, например, S-образными, имеющими первую кривую 21 около отверстия 17 на первой поверхности 13 оптического элемента 5 и вторую кривую 23 около отверстия 19 на второй поверхности 15 оптического элемента 5. Первая кривая 21 и вторая кривая 23 могут быть сообщающимися посредством части канала 9, которая, по существу, горизонтальна или немного наклонена. Однако, должно быть ясно, что каналы 9 могут иметь любую непрямую форму, обеспечивающую дополнительное распространение света, излучаемого источниками света и попадающего в каналы, через светопропускающий материал 7. Оптический элемент 5, содержащий каналы 9, изогнутые или с углами, может быть сформирован путем размещения двух или более слоев 26, 28 светопропускающего материала один поверх другого, при этом каждый слой содержит, по меньшей мере, одну выемку 30, как изображено в фиг.5. В других вариантах осуществления (которые не показаны) два слоя 26, 28 разделены пространством. Также для варианта осуществления, показанного на фиг.3, оптический элемент 5 может содержать два разделенных пространством слоя, разделенных в плоскости, где образован угол каналов. Выемки 30 сформированы и скомпонованы так, что когда слои 26, 28 соединяют, выемка 30 одного 26 из слоев перекрывает выемку другого 28 слоя, так что они вместе образуют канал 9, проходящий через оптический элемент 5. Кроме того, изогнутые и/или с углами каналы 9, могут быть сформированы посредством трехмерной печати оптического элемента 5.

Осветительное устройство 1 в соответствии с еще одним вариантом осуществления будет описано со ссылками на фиг.6. Осветительное устройство может иметь конфигурацию, аналогичную осветительному устройству, описанному со ссылками на фиг.1, или описанному со ссылками на фиг.2 и содержащему два или более оптических элементов, за исключением того, что оптический элемент 5 содержит пористый материал с множеством пор 25, проходящих сквозь светопропускающий материал 7 между первой поверхностью 13 и второй поверхностью 15. Поры 25 образуют каналы в оптическом элементе 5 для обеспечения потока текучей среды через оптический элемент 5. Поры 25 могут иметь относительно небольшой диаметр и произвольно извивающуюся форму, вследствие чего свет, излучаемый источниками света и попадающий в пору 25, дополнительно распространяется сквозь светопропускающий материал 7. Для облегчения конвекции тепла, объем пор может составлять, по меньшей мере, 30% общего объема оптического элемента.

В соответствии с вариантом осуществления, осветительное устройство 1 может быть, например, модернизированным осветительным устройством на основе СИДов, как изображено в фиг.7. Однако, осветительное устройство может быть осветительным приспособлением любого типа и не ограничивается лампами или светильниками на основе СИДов. Осветительное устройство может быть воплощено, например, в виде лампы, светильника, источника света или системы, содержащей несколько осветительных устройств. Например, осветительное устройство 1 можно использовать в одном или нескольких из следующих приложений: корабельные осветительные системы, домашние осветительные системы, системы направленного освещения, системы освещения точечными источниками света, театральные осветительные системы, декоративные осветительные системы, портативные осветительные системы, приложения автомобильного освещения, проекционные системы, системы отображения информации, системы предупредительных знаков, прикладные системы медицинского освещения, системы указательных знаков и хозяйственные прикладные системы.

Опционально, осветительное устройство 1 может содержать плафон (или колбу) 27, которая вместе с теплоотводом 29 (или нижним участком осветительного устройства) огораживает оптический элемент 5 и источник 3 света. Плафон 27 может иметь форму колбы. Опционально, осветительное устройство 1 может дополнительно содержать цоколь 31 для соединения осветительного устройства 1 с арматурой лампы.

Оптический элемент 5 может быть скомпонован перед источником 3 света, например, для накрытия или огораживания источника 3 света. Например, оптический элемент 5 может иметь сферическую (или купольную) форму. Внутренний объем между оптическим элементом 5 и источником 3 света сообщается по текучей среде с внешним объемом между плафоном 27 и оптическим элементом 5 через каналы 9. Следовательно, каналы 9 выполнены с возможностью задействовать поток воздуха между внутренним объемом и внешним объемом осветительного устройства 1 для транспортировки тепла, вырабатываемого из источника 3 света и оптического элемента 5, во внешний объем. Таким образом, затруднение рассеяния тепла из источника 3 света, являющееся результатом расположения оптического элемента 5 перед источником 3 света, частично компенсируется конвекцией тепла, осуществляемой по каналам 9, по-прежнему позволяя при этом (по меньшей мере, большинству) света, излучаемого источником 3 света, взаимодействовать со светопропускающим материалом 7.

В варианте осуществления, осветительное устройство 1 может дополнительно содержать средство активного охлаждения (не показано), выполненное с возможностью создания потока текучей среды по каналам 9, предпочтительно в направлении от источника 3 света. Например, средство активного охлаждения может быть выполнено с возможностью обеспечивать создания потока текучей среды в направлении конвекции тепла, т.е., из внутреннего объема во внешний объем в осветительном устройстве 1. Средство активного охлаждения может увеличивать поток текучей среды, создаваемый за счет эффекта конвекции тепла. Средство активного охлаждения может содержать, например, вентилятор.

Далее будет приведено более подробное описание, светопропускающего материала 7. Светопропускающий материал 7 может содержать прозрачный или полупрозрачный кусковой материал, такой, как стекло ил пластмасса. Светопропускающий материал 7 может дополнительно включать в себя рассеивающие частицы для рассеяния света, излучаемого источником 3 света. Оптический элемент 5 может содержать частицы, вызывающие экзотермическую реакцию при освещении, так что вырабатывается тепло. Частичное рассеяние тепла, генерируемого в светопропускающем материале 7, возможно за счет конвекции тепла в каналах.

Дополнительно, светопропускающий материал 7 в оптическом элементе 5 может содержать преобразующий длину волны материал, такой, как люминофор. Частицы преобразующего длину волны материала поглощают и переизлучают свет посредством флуоресценции, фосфоресценции, люминесценции, хемилюминесценции или их комбинации.

Примерами подходящих преобразующих длину волны материалов являются органические люминесцентные материалы на основе производных перилена. Органический люминесцентный материал предпочтительно может быть прозрачным и нерассеивающим.

Дополнительно, преобразующий длину волны материал может содержать квантовые точки или квантовые стержни. Квантовые точки представляют собой малые кристаллы полупроводникового материала, в общем случае имеющие ширину или диаметр всего несколько нанометров. При возбуждении падающим светом, квантовая точка излучает свет, цвет которого определяется размером и материалом кристалла. Поэтому свет конкретного цвета можно создавать путем адаптации размера точек. Большинство известных квантовых точек с излучением в видимой области спектра выполнены на основе селенида кадмия (CdSe) с такой оболочкой, как сульфид кадмия (CdS) и сульфид цинка (ZnS). Можно также использовать бескадмиевые квантовые точки, такие, как фосфид индия (InP) и сульфид индия-меди (CuInS₂) и/или сульфид серебра-индия (AgInS₂). Квантовые точки демонстрируют очень узкую полосу излучения, и поэтому они демонстрируют насыщенные цвета. Дополнительно, цвет свечения излучения можно настраивать путем адаптации размера квантовых точек. В светопропускающем материале 7 возможно использование квантовой точки любого типа.

Дополнительно, светопропускающий материал 7 может содержать неорганический люминофор. Примеры неорганических кристаллических люминофоров включают в себя, но не ограничиваются, иттрий-алюминиевый гранат (YAG, Y₃Al₅O₁₂) или лютеций-алюминиевый гранат (LuAG, Lu₃Al₅O₁₂), легированный церием (Ce). YAG, легированный Ce, имеет желтоватый цвет свечения излучения, тогда как LuAG, легированный Ce, имеет желто-зеленоватый цвет свечения излучения. Примеры других неорганических кристаллических люминофоров, которые излучают красный свет, могут включать в себя, но не ограничиваются, ECAS и BSSN; ECAS - это Ca_(1-x)AlSiN₃:Eu_x, где 0<x<l, предпочтительно 0<x<0,2; а BSSN - это Ba_(2-x-_z)M_xSi_(5-y)Al_yN_(8-y)O_y:Eu_z, где M представляет Sr или Ca, 0<x<l, 0<y<4, 0,0005<z<0,05, и предпочтительно 0<x<0,2.

Несмотря на то что изобретение описано со ссылками на конкретные варианты его осуществления, специалисту в области техники, к которой относится изобретение, будут ясны многие различные варианты, модификации и т.п. Варианты осуществления, описанные со ссылками на чертежи, могут быть объединены друг с другом. Например, в оптическом элементе возможны взаимозаменяемость или объединение каналов разных типов, таких, как сквозные отверстия и поры. Более того, вместо СИДов, можно использовать источники света других типов, такие, как источники света, являющиеся лампами накаливания, газоразрядными галогенными или разрядными лампами высокой интенсивности.

Кроме того, изучив чертежи, описание и формулу изобретение, специалист в области техники, к которой относится изобретение, сможет понять и внести изменения в описанные варианты осуществления. В формуле изобретения, слово «содержащий (-ая, -ее, -ие)» не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множество. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, сам по себе не указывает, что нельзя с выгодой использовать комбинацию этих мер.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является улучшение рассеяния тепла. Осветительное устройство содержит по меньшей мере один источник (3) света и по меньшей мере один оптический элемент (5). Оптический элемент (5) может быть выполнен с возможностью пропускания света, излучаемого источником (3) света. Оптический элемент (5) содержит светопропускающий материал (7) и по меньшей мере один канал (9), проходящий сквозь светопропускающий материал (7), для обеспечения потока текучей среды через упомянутый оптический элемент (5). Канал (9) скомпонован так, что основная часть света (16), излучаемого упомянутым источником (3) света, попадающего в канал (9), дополнительно распространяется сквозь светопропускающий материал (7). Оптический элемент (5) содержит множество слоев (18) светопропускающего материала (7), отстоящих друг от друга, причем каждый слой содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие (11). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Осветительное устройство (1), содержащее:

по меньшей мере один источник (3) света; и

по меньшей мере один оптический элемент (5), выполненный с возможностью пропускания света, излучаемого источником (3) света, причем упомянутый оптический элемент (5) содержит светопропускающий материал (7) и по меньшей мере один канал (9), проходящий сквозь светопропускающий материал (7), для обеспечения потока текучей среды через упомянутый оптический элемент (5),

при этом канал (9) скомпонован так, что основная часть света (16), излучаемого упомянутым источником (3) света и попадающего в канал (9), дополнительно распространяется сквозь светопропускающий материал (7), и при этом канал (9) является изогнутым или выполнен с углами.

2. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором любая линия прямой видимости, идущая из источника (3) света по каналу (9), пересекает светопропускающий материал (7).

3. Осветительное устройство (1) по п.1 или 2, в котором оптический элемент (5) содержит множество слоев (18) светопропускающего материала (7), отстоящих друг от друга, причем каждый слой содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие (11).

4. Осветительное устройство (1) по п.3, в котором по меньшей мере два из слоев (18) светопропускающего материала (7) скомпонованы так, что светопропускающий материал (7) одного из двух слоев (18) поперечно перекрывает сквозное отверстие (11) в другом из двух слоев.

5. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором канал (9) имеет форму, адаптированную таким образом, что воображаемая прямая линия между первым отверстием (17) и вторым отверстием (19) канала (9) пересекает светопропускающий материал (7).

6. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором оптический элемент (5) снабжен множеством каналов (9).

7. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором оптический элемент (5) содержит пористый материал, содержащий поры (25), проходящие сквозь светопропускающий материал (7).

8. Осветительное устройство (1) по п.6, в котором объем пор (25) составляет по меньшей мере 30% общего объема оптического элемента (5).

9. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором упомянутый по меньшей мере один оптический элемент (5) является любым из преобразующего длину волны элемента, диффузорного элемента и комбинации диффузорного и преобразующего длину волны элемента.

10. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором светопропускающий материал (7) содержит частицы для рассеяния и/или преобразования длины волны света, излучаемого источником (3) света.

11. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором оптический элемент (5) расположен на расстоянии от упомянутого по меньшей мере одного источника (3) света, большем чем 2 см, таком как большее чем 3 см или 5 см.

12. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором упомянутый по меньшей мере один оптический элемент (5) расположен на расстоянии от упомянутого по меньшей мере одного источника (3) света, ближе чем 3 мм, таком как ближе чем 2 мм, 1 мм или 0,5 мм.

13. Осветительное устройство (1) по п.1, в котором отношение толщины светопропускающего материала (7) к среднему диаметру канала составляет по меньшей мере 2, являясь таким, как по меньшей мере 4 или 6.

14. Осветительное устройство (1) по п.1, дополнительно содержащее средство активного охлаждения, выполненное с возможностью создания потока текучей среды по упомянутому по меньшей мере одному каналу (9).

15. Светильник, содержащий осветительное устройство (1) по любому из предыдущих пунктов.