ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ МНОГОКРИСТАЛЬНЫХ ПОЛИХРОМНЫХ СВЕТОДИОДОВ

Полезная модель относится к светотехнике, а именно, к конструкциям осветительных устройств на основе многокристальных полихромных светодиодов.
Осветительные устройства на основе матрицы многокристальных полихромных светодиодов включают, по меньшей мере, три светоизлучающих кристалла с различным цветом излучения, например, выбранных, из группы: синий, зеленый, красный, оранжевый, за счет смешения излучений которых обеспечивается суммарное излучение желаемой цветности, в частности, излучение белого цвета [см., например, WO 2008078791, CN 101424389, US 20062325245].
В качестве ближайшего аналога авторами выбрано осветительное устройство на основе многокристальных полихромных светодиодов [US 20062325245]. Рассматриваемое устройство содержит корпус, имеющий боковую поверхность и основание, на котором помещены расположенные в несколько рядов светодиоды. Каждый светодиод содержит несколько светоизлучающих кристаллов с различным цветом излучения, смонтированных на общей плате с общей линзой. В выходном окне корпуса установлен пластинчатый рассеивающий элемент.
С целью получения более однородного суммарного излучения желаемой цветности, по меньшей мере, у части светодиодов в одном и том же ряду и/или в соседних рядах светоизлучающие кристаллы с одинаковым цветом излучения расположены на плате с различным углом поворота относительно вертикальной оси, проходящей через центр платы.
Для осветительных устройств на основе многокристальных полихромных светодиодов, в которых источниками света являются распределенные по площади основания отдельные светодиоды, в том числе, для рассматриваемого осветительного устройства, важным является обеспечение однородности светимости излучающей поверхности и однородности цветности излучаемого света.
В рассматриваемом устройстве за счет наличия пластинчатого рассеивателя повышается равномерность углового распределения излучаемого светодиодами света. Однако при рассеянии света одной рассеивающей поверхностью сложно достигнуть равномерного распределения излучаемого света по площади наружной поверхности устройства (однородности светимости), при этом засветка наружной поверхности устройства может выглядеть в виде отдельных световых пятен.
Кроме того, в случае размещения светодиодов на значительном расстоянии друг от друга в рассматриваемом устройстве сложно достигнуть однородности цветности излучаемого света.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение однородности светимости излучающей поверхности и однородности цветности излучаемого ею света.
Сущность полезной модели заключается в том, что в осветительном устройстве, включающем корпус, имеющий основание и боковую поверхность, в выходном окне которого помещен рассеивающий элемент, а также расположенные на основании рядами светодиоды, каждый из которых содержит несколько светоизлучающих кристаллов с различным цветом излучения, смонтированных на общей плате с общей линзой, согласно полезной модели рассеивающий элемент имеет внутреннюю и наружную рассеивающие поверхности, расположенные на расстоянии А друг от друга, при этом минимальное расстояние S между центрами соседних светодиодов выбрано из соотношения S≤0,01 D, где D - расстояние между центрами крайних диагонально расположенных на основании светодиодов, а расстояние А выбрано из соотношения S<A<D.
В частном случае выполнения полезной модели, по меньшей мере, у части светодиодов в одном и том же ряду и/или в соседних рядах светоизлучающие кристаллы с одинаковым цветом излучения расположены на плате с различным углом поворота относительно вертикальной оси, проходящей через центр платы.
В частном случае выполнения полезной модели внутренняя поверхность корпуса выполнена зеркальной.
Наличие расположенных на основании рядов светодиодов, содержащих несколько светоизлучающих кристаллов с различным цветом излучения, обеспечивает возможность получения в заявляемом устройстве за счет смешения излучений светоизлучающих кристаллов в каждом из светодиодов суммарного излучения желаемой цветности. Использование общей линзы, покрывающей светоизлучающие кристаллы единичного светодиода, позволяет увеличить долю выводимого из него светового излучения.
Принципиально важным в заявляемой полезной модели является выбор расстояния S, ограничивающего удаление единичных светодиодов друг от друга, а также использование рассеивающего элемента, имеющего две рассеивающие поверхности, расположенные на расстоянии А друг от друга. Приведенные выше пределы для параметров S и А были выбраны авторами экспериментально.
Как показали исследования, если расстояние S между центрами соседних светодиодов не превышает величину 0,01 D, где D - расстояния между центрами крайних диагонально расположенных на основании светодиодов, излучение на наружной поверхности рассеивающего элемента, являющейся излучающей поверхностью устройства, характеризуется практически одинаковыми значениями координат цветности, то есть повышается однородность цветности излучения.
За счет рассеяния светового излучения первой (внутренней) рассеивающей поверхностью рассеивающего элемента повышается равномерность углового распределения излучаемого светодиодами излучения. За счет рассеяния светового излучения второй (наружной) рассеивающей поверхностью рассеивающего элемента, удаленной на расстояние А от первой поверхности, повышается равномерность распределения светового излучения по площади излучающей поверхности устройства, то есть повышается однородность ее светимости. При этом излучающая поверхность устройства имеет равномерную засветку по всей ее площади.
В случае, когда расстояние А меньше величины S, внутренняя и наружная поверхности рассеивающего элемента преобразуют световое излучение как одна рассеивающая поверхность, при этом не удается достигнуть высокой однородности светимости излучающей поверхности. Установка двух рассеивающих поверхностей рассеивающего элемента на значительном расстоянии друг от друга, величина А которого превышение величину D, приводит к необходимости использования корпуса, имеющего значительную величину площади боковой поверхности, при этом существенная доля светового излучения теряется на указанной боковой поверхности, что ведет к значительным энергетическим потерям.
В качестве рассеивающего элемента с двумя рассеивающими поверхностями в заявляемом устройстве могут быть использованы объемные или поверхностные рассеиватели, при этом внутренняя и наружная рассеивающие поверхности могут быть образованы двумя рассеивателями, расположенными с воздушным промежутком между ними на расстоянии А друг от друга, или внутренней и наружной рассеивающими поверхностями одного и того же рассеивателя, имеющего толщину, обеспечивающую расстояние А между указанными поверхностями.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой полезной модели, является повышение однородности светимости излучающей поверхности устройства и однородности цветности излучаемого ею света.
В случае, когда, по меньшей мере, у части светодиодов в одном и том же ряду и/или в соседних рядах светоизлучающие кристаллы с одинаковым спектром излучения расположены на плате с различным углом поворота относительно вертикальной оси, проходящей через центр платы, обеспечивается различная угловая ориентация направления излучения отдельных светодиодов. Указанный прием способствует увеличению степени однородности цветности излучения.
В случае, когда внутренняя поверхность корпуса выполнена зеркальной, повышается энергетическая эффективность излучающей поверхности устройства. Кроме того, применение зеркальной боковой поверхности способствует повышению равномерности светимости периферийных зон излучающей поверхности устройства.
На фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства; на фиг.2 представлен схема возможного размещения светодиодов на основании.
Устройство содержит корпус, имеющий основание 1 и боковую поверхность 2. В выходном окне корпуса помещен рассеивающий элемент 3, имеющий внутреннюю 4 и наружную 5 рассеивающие поверхности.
На основании 1 расположены рядами светодиоды 6 (на фиг.1, 2 обозначен один светодиод). Каждый светодиод 6 содержит несколько светоизлучающих кристаллов 7 (на фиг.2 обозначены светоизлучающие кристаллы одного из светодиодов) с различным цветом излучения, выбранных из группы: синий, зеленый, красный, оранжевый. Светоизлучающие кристаллы 7 смонтированы на общей плате 8 (на фиг.1 обозначена одна плата) с общей линзой 9 (на фиг.1 обозначена одна линза).
Внутренняя и наружная рассеивающие поверхности соответственно 4 и 5 рассеивающего элемента 3 расположены на расстоянии А друг от друга. Соседние светодиоды 6 расположены на основании 1 таким образом, что минимальное расстояние S между центрами соседних светодиодов 6 не превышает величину 0,01 D, где D - расстояние между центрами крайних диагонально расположенных на основании 1 светодиодов 6.
Расстояние А между рассеивающими поверхностями 4 и 5 выбрано из соотношения S<A<D.
По меньшей мере, у части соседних светодиодов 6, размещенных на основании 1 в одном и том же ряду и в соседних рядах, светоизлучающие кристаллы 7 с одинаковым цветом излучения расположены на плате с различным углом поворота относительно вертикальной оси, проходящей через центр платы 8 светодиода 6. В частности, (см. фиг.1) светоизлучающие кристаллы 7 с одинаковым цветом излучения у первого и второго светодиодов в верхнем ряду имеют угловое положение, отличающееся на 180°. Аналогичным образом (см. фиг.1) распложены светоизлучающие кристаллы 7 с одинаковым цветом излучения у первых светодиодов 6 в первом и втором рядах сверху.
Внутренняя поверхность основания 1 и боковой поверхности 2 корпуса выполнена зеркальной.
Устройство работает следующим образом.
При включении устройства на светодиоды 6 подается электропитание, при этом светоизлучающие кристаллы 7 излучают свет. За счет смешения излучений светоизлучающих кристаллов 7 обеспечивается суммарное излучение светодиодов 6 желаемой цветности, в частности, излучение белого цвета.
Излучаемый свет рассеивается первой (внутренней) рассеивающей поверхностью 4 рассеивающего элемента 3, при этом обеспечивается равномерность углового распределения излучаемого светодиодами 6 излучения. Затем происходит рассеяние света второй (наружной) рассеивающей поверхностью 5 рассеивающего элемента 3, удаленной на расстояние А от первой поверхности 4. При этом повышается равномерность распределения светового излучения по площади излучающей поверхности устройства, то есть повышается однородность ее светимости.
Наличие внутренней зеркальной отражающей поверхности корпуса способствует повышению энергетической эффективности излучающей поверхности 5 устройства, а также равномерности светимости ее периферийных зон.
Таким образом, при работе устройства его излучающая поверхность 5 зрительно воспринимается как однородное цветовое пространство и имеет равномерную засветку по площади.