ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С БЕЛЫМ ВНЕШНИМ ВИДОМ В ВЫКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ
LIGHTING DEVICE WITH WHITE APPEARANCE IN SWITCHED-OFF STATE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к осветительным устройствам с белым внешним видом в выключенном состоянии и, более конкретно, к осветительным устройствам, включающим в себя белые СИД на основе люминофоров.
Уровень техники изобретения
Белые светоизлучающие диоды (СИД) обычно используются для освещения или в качестве вспышки, например, в мобильных телефонах, цифровых фотокамерах, видеокамерах или в игрушках.
В одном типе белых СИД, называемых СИД с люминофорным преобразованием или покрытыми люминофором СИД (пл-СИД), излучающий желтый свет люминофор наносится сверху синего СИД для преобразования части синего света в желтый свет, что, в сочетании, приводит к белому свету. Тем не менее, такие СИД имеют желтый внешний вид в их выключенном состоянии, т.е. когда ток не проходит через СИД, в связи с поглощением синего света люминофором. Такой желтый внешний вид не желателен потребителем.
Для того чтобы уменьшить желтизну во внешнем виде, белые рассеиватели могут быть размещены на пл-СИД. Тем не менее, такие рассеиватели снижают эффективность СИД, так как часть излучаемого света отражается назад в СИД, где он поглощается.
Желтизна может также быть уменьшена путем расположения электрически переключаемых жидких кристаллов с диспергированным полимером (ЖКДП) сверху пл-СИД. Тем не менее, эффективность ЖКДП для уменьшения желтизны внешнего вида ограничена относительно низким обратным рассеиванием ЖКДП.
WO 2008/044171 А2 раскрывает осветительное устройство, включающее в себя пл-СИД, причем осветительное устройство сконфигурировано для предоставления остаточного тока в пл-СИД в выключенном состоянии осветительного устройства. Остаточный ток подбирается таким образом, чтобы пл-СИД излучал подходящий свет для получения белого внешнего вида осветительного устройства.
Сущность изобретения
Целью данного изобретения является предоставление более эффективной альтернативы указанным выше технологиям и известному уровню техники.
Более конкретно, целью данного изобретения является предоставление улучшенного осветительного устройства с белым внешним видом в выключенном состоянии.
Эти и другие цели данного изобретения достигаются при помощи осветительного устройства, имеющего особенности, определенные в независимом пункте 1 формулы изобретения. Варианты осуществления изобретения характеризуются зависимыми пунктами формулы изобретения.
С целью описания изобретения термин «белый внешний вид» используется для обозначения оптического внешнего вида объекта, который либо излучает белый свет, либо имеет практически постоянный спектр отражения в видимом диапазоне, т.е. его отражающая способность не зависит от длины волны. Другими словами, считается, что объект имеет белый внешний вид, если падающий белый свет отражается как белый свет.
В соответствии с аспектом данного изобретения предоставляется осветительное устройство. Осветительное устройство включает в себя источник света и переключаемый оптический элемент. Переключаемый оптический элемент расположен далее по ходу от источника света. Источник света имеет белый внешний вид во включенном состоянии, т.е. когда источник света включен, и цветной внешний вид в выключенном состоянии, т.е. когда источник света выключен. Цветной внешний вид вызван фотолюминесцентным материалом в источнике света. Фотолюминесцентный материал поглощает свет в первом диапазоне длин волн и излучает свет во втором диапазоне длин волн. Переключаемый оптический элемент имеет, по крайней мере, проводящее состояние и отражающее состояние. Отражающее состояние является отражающим в третьем диапазоне длин волн. Третий диапазон длин волн и первый диапазон длин волн в основном накладываются друг на друга таким образом, чтобы получился белый внешний вид осветительного устройства, когда источник света находится в выключенном состоянии и когда переключаемый оптический элемент находится в отражающем состоянии.
Данное изобретение использует понимание того, что цветной внешний вид источника света с фотолюминофором может быть преобразован в белый внешний вид путем конфигурации источника света с переключаемым оптическим элементом, который, когда источник света находится в выключенном состоянии, осуществляет отражение в диапазоне длин волн, в котором источник света поглощает свет. Для того чтобы достичь удовлетворительного белого внешнего вида источника света, достаточно, чтобы диапазон, в котором переключаемый оптический элемент отражает свет, значительно перекрывал диапазон длин волн, в котором фотолюминесцентный элемент поглощает свет.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения источник света включает в себя светоизлучающий элемент и фотолюминесцентный элемент. Светоизлучающий элемент способен излучать свет в четвертом диапазоне длин волн. Фотолюминесцентный элемент расположен далее по ходу относительно светоизлучающего элемента. Фотолюминесцентный материал способен поглощать в первом диапазоне длин волн часть света, излучаемого светоизлучающим элементом, и, при поглощении света, излучать свет во втором диапазоне длин волн. Излучение света во втором диапазоне длин волн и излучение света в четвертом диапазоне длин волн реализуется таким образом, чтобы получался белый внешний вид источника света во включенном состоянии.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения светоизлучающий элемент является СИД. Применение СИД является преимущественным, так как они дешевые, надежные и имеют низкое потребление энергии. СИД может, например, являться синим СИД, но может, в общем, быть любого цвета.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения светоизлучающий элемент является лазером. Применение лазера преимущественно с той точки зрения, что он излучает свет высокой интенсивности. Кроме того, может быть применен перестраиваемый лазер, который позволяет регулировать внешний вид осветительного устройства во включенном состоянии. Лазер может являться, например, полупроводниковым лазером.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения фотолюминесцентный элемент является основанным на люминофоре. Фотолюминесцентный элемент может быть основан, например, на желтом люминофоре. Он также может быть основан на керамическом люминофорном материале.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения источником света является белый покрытый люминофором светоизлучающий диод (пл-СИД). Применение пл-СИД является преимущественным с той точки зрения, что они дешевые и имеют низкое потребление энергии. Кроме того, пл-СИД преимущественны с той точки зрения, что светоизлучающий элемент и фотолюминесцентный элемент размещены в одном электронном элементе, который легко доступен.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения переключаемый оптический элемент является электрически переключаемым. Применение электрически переключаемого оптического элемента преимущественно с той точки зрения, что переключение может быть легко реализовано одновременно с изменением режима работы источника света. Например, если электрически переключаемый оптический элемент находится в проводящем состоянии, когда на него подается напряжение или электрический ток, требуемое напряжение или ток, соответственно, могут быть поданы от того же источника питания, что подает ток, который проходит через источник света во включенном состоянии. Таким образом, если переключатель используется для включения и выключения источника света, тот же переключатель может использоваться для переключения переключаемого оптического элемента между его проводящим и отражающим состояниями. Таким образом, все осветительное устройство переключается между его выключенным состоянием с белым внешним видом и включенным состоянием, при котором излучается белый свет, просто путем подачи питания на осветительное устройство.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения переключаемый оптический элемент является материалом с переключаемой фотонной запрещенной зоной.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения материал с переключаемой фотонной запрещенной зоной является холестерическим гелем. Было показано, что холестерические гели могут переключаться между проводящим состоянием и отражающим состоянием при воздействии электрического поля. Спектр отражения, т.е. отражающая способность как функция от длины волны падающего света, зависит от шага спирали хиральных молекул и среднего значения коэффициента отражения холестерического жидкого кристалла. Шаг может регулироваться различными способами, например, путем выбора материала или путем регулирования условий, например температуры, при воздействии ультрафиолетовым светом.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения материал с переключаемой фотонной запрещенной зоной основан на структурах переключаемых фотонных кристаллов. Примером структур электрически переключаемых фотонных кристаллов являются так называемые фотонные чернила (Ф-чернила). Фотонные чернила являются веществом, которое может изменять цвет внешнего вида при помощи электронного управления. Оно содержит частицы структур, которые упаковываются в одинаковые блоки таким образом, чтобы свет определенных длин волн отклонялся частицами при пропускании света других длин волн, что приводит к цветному внешнему виду. При воздействии электрического поля промежутки между частицами, т.е. упаковка частиц, могут изменяться, и характеристики отражения могут, таким образом, регулироваться.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения осветительное устройство выполнено как светильник, причем осветительное устройство также включает в себя оптическое углубление и окно, закрывающее углубление, таким образом, чтобы свет, излучаемый из углубления, проходил через окно. Источник света расположен внутри оптического углубления. Окно обеспечено переключаемым оптическим элементом. Переключаемый оптический элемент может, например, быть нанесен как покрытие на любую из поверхностей либо на обе поверхности окна. Такая структура модифицированного светильника является преимущественной, так как она позволяет использовать существующие светильники в качестве исходной точки, требуя только небольших модификаций, для производства светильников с белым внешним видом в выключенном состоянии.
Другие цели, особенности и преимущества данного изобретения станут ясны при изучении следующего подробного раскрытия, чертежей и приложенной формулы изобретения. Специалисты в данной области техники понимают, что различные особенности данного изобретения могут сочетаться для создания вариантов осуществления, отличных от описанных далее.
Краткое описание чертежей
Все вышесказанное, также как и дополнительные цели, особенности и преимущества данного изобретения, станет более понятно из следующего описательного и не ограничивающего подробного описания вариантов осуществления данного изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает существующий светоизлучающий диод (СИД) на основе люминофора.
Фиг. 2 изображает осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 3 изображает иллюстрацию отражающей способности осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 4 изображает светильник в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
Все фигуры являются схематичными, не обязательно масштабированными и обычно изображают только части, которые необходимы для разъяснения изобретения, где другие части могут быть опущены или изображены упрощенно.
Подробное описание
Фиг. 1 изображает, схематически, существующий СИД 100, основанный на люминофоре. СИД 100 включает в себя светоизлучающий элемент 101, излучающий во включенном состоянии, изображенном на Фиг. 1а, синий свет 104, и фотолюминесцентный элемент 102 на основе люминофора далее по ходу от светоизлучающего элемента 101. Элемент 102 на основе люминофора поглощает часть синего света 104 и излучает желтый свет. Таким образом, свет 105 далее по ходу от элемента 102 на основании люминофора является смесью синего и желтого света и воспринимается наблюдателем 107 как белый.
В выключенном состоянии, изображенном на Фиг. 1b, светоизлучающий элемент 101 не излучает свет. Элемент 102 на основании люминофора, тем не менее, поглощает падающий синий свет 108, который преобразуется в желтый свет, и отражает свет с длинами волн, отличными от соответствующей голубому свету. Таким образом, свет 109 является смесью отраженного света с длинами волн, отличными от соответствующей синему свету, и излучаемого желтого света. Другими словами, элемент 102 на основе люминофора имеет низкую отражающую способность для синего света и высокую отражающую способность для других длин волн. Это приводит к желтому внешнему виду СИД 100 в выключенном состоянии.
Хотя элементы 101 и 102 осветительного устройства 100 изображены как отдельные элементы на Фиг. 1, элементы 101 и 102 могут примыкать друг к другу. Обычно в существующих покрытых люминофором СИД (пл-СИД) люминофорное покрытие наносится непосредственно поверх синего СИД.
Со ссылкой на Фиг. 2 описывается осветительное устройство 200 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Осветительное устройство 200 включает в себя светоизлучающий элемент 201, излучающий во включенном состоянии, изображенном на Фиг. 2а, синий свет 204, и фотолюминесцентный элемент 202 на основе люминофора далее по ходу от светоизлучающего элемента 201. Элемент 202 на основе люминофора поглощает часть синего света 204 и излучает желтый свет. Таким образом, свет 205 далее по ходу от элемента 202 на основании люминофора является смесью синего и желтого света. Осветительное устройство 200 также включает в себя переключаемый оптический элемент 203 далее по ходу от элемента 202 на основании люминофора. При включенном состоянии осветительного устройства 200 переключаемый оптический элемент 203 находится в проводящем состоянии. Следовательно, свет 206 далее по ходу от элемента 203 является смесью синего и желтого света и приводит к белому внешнему виду для наблюдателя 207.
В выключенном состоянии устройства 200, изображенном на Фиг. 2b, переключаемый оптический элемент 203 находится в отражающем состоянии, отражая в большой степени синюю составляющую 209 внешнего света 208 и пропуская свет 210 с длинами волн, отличными от соответствующей синему свету. Фотолюминесцентный элемент 202, в свою очередь, отражает 211 все длины волн, кроме соответствующей синему свету. Таким образом, в целом осветительное устройство 200 имеет белый внешний вид для наблюдателя 207.
Другими словами, белый внешний вид осветительного устройства 200 в выключенном состоянии достигается совмещением отражающей способности переключаемого оптического элемента 203 в его отражающем состоянии с отражающей способностью элемента 202 на основании люминофора.
С целью разъяснения изобретения схематический спектр отражения, т.е. отражающая способность R как функция от длины волны λ, изображен на Фиг. 3. Важно подчеркнуть, что спектр отражения, изображенный на Фиг. 3, является только схематичным и не изображает действительный спектр отражения. В связи с этим термины «высокая отражающая способность» и «низкая отражающая способность» используются для описания физического принципа изобретения без указания конкретных значений. Кроме того, спектр отражения ограничен видимым спектром.
Со ссылкой на Фиг. 3 график 301 изображает отражающую способность элемента 202 на основе люминофора, которая является низкой для голубого света и высокой для остального. Отражающая способность 302 переключаемого оптического элемента 203 в его отражающем состоянии, с другой стороны, является высокой для синего света и низкой для остального. Общая отражающая способность 303 осветительного устройства, которая является суммой отражающей способности светоизлучающего элемента 301 в выключенном состоянии и отражающей способности переключаемого оптического элемента 203 в отражающем состоянии, является высокой для всех длин волн. В частности, общая отражающая способность 303 является постоянной, т.е. не зависит от длины волны, что приводит к белому внешнему виду осветительного устройства 200.
Светоизлучающий элемент 201 может, например, являться СИД, органическим СИД или любым другим светоизлучающим элементом, излучающим свет подходящей длины волны.
Фотолюминесцентный элемент 202 может быть основан на желтом органическом или неорганическом люминофоре, керамическом люминофорном материале или на любом другом фотолюминесцентном материале, преобразующем свет, излучаемый светоизлучающим элементом 201, в свет, который в сочетании со светом, излучаемым светоизлучающим элементом 201, дает белый свет. YAG с добавкой церия и LuAG являются часто используемыми неорганическими желтыми люминофорами для пл-СИД.
Хотя элементы осветительного устройства 200 изображены как отдельные части, некоторые или они все могут прилегать друг к другу, тем самым создавая компактное устройство. Кроме того, два или более элементов могут быть совмещены в один элемент. Например, в осветительном устройстве в соответствии с вариантом осуществления изобретения источник света может являться пл-СИД, который может быть сконфигурирован с переключаемым оптическим элементом. Кроме того, светоизлучающий элемент 201, фотолюминесцентный элемент 202 и переключаемый оптический элемент 203 могут быть совмещены в один элемент, такой как СИД или светильник, что приводит к устройству, имеющему белый внешний вид как во включенном, так и в выключенном состояниях.
В качестве примера, со ссылкой на Фиг. 4 описывается светильник 400 модифицированного типа в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Светильник 400 включает в себя оптическое углубление 401, закрытое окном 402. Окно 402 расположено таким образом, чтобы свет, излучаемый из углубления 401, проходил через окно. Источник света 403 расположен внутри углубления. Окно 402 обеспечено переключаемым оптическим элементом 404. Переключаемый оптический элемент 404 может быть нанесен, например, как покрытие на одну поверхность или на обе поверхности окна 402. В качестве альтернативы переключаемый оптический элемент 404 может быть также расположен отдельно от окна 402, например, как оптический фильтр, либо ранее по ходу от окна 402, т.е. внутри углубления, либо далее по ходу от окна 402. Оптическое углубление 401 может, например, являться коллиматором, таким как отражатель, с источником света 403, предпочтительно, расположенным в фокальной точке отражателя. Светильник 400 также включает в себя соединитель 405 для электрического соединения светильника, в частности источника света 403, с источником питания. Светильник 400 также включает в себя электрическое соединение 406, такое как провод или гибкая печатная плата, для электрического соединения переключаемого оптического элемента 404 с соединителем 405.
Предпочтительно, как описано со ссылкой на Фиг. 4, переключаемый оптический элемент 404 сконфигурирован таким образом, чтобы он мог электрически переключаться, используя питание, которое подается на светильник 400 с целью пропускания тока через источник света 403. Тем не менее, светильник 400 может быть также обеспечен дополнительным электрическим соединителем для переключения переключаемого оптического элемента 404. Кроме того, светильник 400 может также включать в себя цепь, сделанную для электрического переключения переключаемого оптического элемента 404.
В качестве альтернативы светильнику, описанному со ссылкой на Фиг. 4, светильник 400 модифицированного типа может также быть использован с небелым источником света 403, например синим СИД. В этом случае фотолюминесцентный элемент, например люминофор, располагается отдельно и далее по ходу от источника света 403 и ранее по ходу относительно переключаемого оптического элемента 404. Фотолюминесцентный элемент может, например, быть нанесен в качестве покрытия на окно 402, на одну или обе поверхности или быть расположен в качестве оптического фильтра внутри углубления 401.
Специалист в данной области техники осознает, что данное изобретение никоим образом не ограничено вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, большое количество модификаций и вариаций возможно в рамках объема приложенной формулы изобретения. Например, осветительное устройство может включать в себя другие оптические элементы, такие как рассеиватели и линзы. Кроме того, осветительное устройство может включать в себя более одного источника света и/или более одного переключаемого оптического элемента. Например, множество источников света и/или множество переключаемых оптических элементов могут быть использованы. Различные множества источников света и/или множества переключаемых оптических элементов могут иметь различные оптические характеристики. Также будет оценено, что множество источников света и/или множество переключаемых оптических элементов могут быть расположены в виде пикселей. Кроме того, переключаемый оптический элемент может быть разделен на пиксели, причем различные пиксели имеют различные оптические характеристики и/или переключаются отдельно. Множество источников света может быть также расположено в виде пикселей и сконфигурировано с общим переключаемым оптическим элементом.
В заключение, предоставляется осветительное устройство с белым внешним видом в выключенном состоянии. Осветительное устройство включает в себя источник света, имеющий белый внешний вид во включенном состоянии и цветной внешний вид в выключенном состоянии, и переключаемый оптический элемент далее по ходу от источника света. Цветной внешний вид источника света вызван фотолюминесцентным материалом источника света. Переключаемый оптический элемент имеет, по крайней мере, проводящее состояние и состояние, отражающее в диапазоне длин волн, в котором источник света поглощает свет, что приводит к белому внешнему виду, когда источник света находится в выключенном состоянии, а переключаемый оптический элемент находится в отражающем состоянии. В соответствии с вариантом осуществления изобретения осветительное устройство сделано как светильник, также включающий в себя оптическое углубление и окно, закрывающее оптическое углубление. Источник света расположен внутри оптического углубления, и окно обеспечено переключаемым оптическим элементом.