ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к светотехнике, а именно, к конструкциям осветительных устройств на основе многокристальных полихромных светодиодов, предназначенных для освещения жилых и производственных помещений с обеспечением возможности регулирования спектрально-цветовых и яркостных характеристик освещения во времени для создания оптимальной световой среды.
Осветительные устройства, излучающие белый свет, создают на основе полихромных светодиодов, каждый из которых включает не менее три светоизлучающих кристалла с различной цветностью излучения, выбранных из группы: синий, зеленый, красный, оранжевый, за счет смешения излучений которых и обеспечивается суммарное излучение белого цвета. Для осветительных устройств на основе многокристальных полихромных светодиодов, распределенных по площади основания, важным является обеспечение однородности светимости излучающей поверхности и однородности цветности излучаемого света.
Известно осветительное устройство (см. заявка CN 102506327, МПК F21S 2/00; F21V 13/02; F21Y 101/02, опубликована 20.06.2012), содержащее основание, полихромные светодиоды, закрепленные на основании, рассеивающую пластину с множеством сквозных отверстий, расположенную над полихромными светодиодами. Верхняя поверхность основания и противолежащая ей поверхность рассеивающей пластины выполнены светоотражающими.
Известное осветительное устройство имеет пониженный коэффициент полезного действия и недопустимо большой угол рассеяния излучения, что, в сочетании с использованным плоским рассеивателем, еще более увеличивает световые потери осветительного устройства.
Известно осветительное устройство, излучающее белый свет (см. заявка CN 102444801, МПК F21S 2/00; F21V 17/00; F21V 19/00; F21V 7/22; F21Y 101/02, опубликована 09.05.2012), включающее основание в форме круга, на котором расположено множество снабженных линзами красных, зеленых и синих светодиодов для излучения белого света. Вокруг светодиодов установлены зеркальные корректирующие сборки, имеющие светособирающие и светоотражающие поверхности, при этом угол между светособирающей поверхностью и основанием больше, чем угол между светоотражающей поверхностью и основанием.
В известном осветительном устройстве существенно искажается цветовая равномерность излучения, так как зеркальная корректирующая оптика устройства имеет относительно низкую корректирующую способность в связи с тем, что часть света не взаимодействует со светоотражающей поверхностью и, соответственно, угловое распределение излучения не корректируется. Линзовые элементы, из-за их неоптимальной геометрии, также не обладают необходимой корректирующей способностью.
Известно осветительное устройство, (см. заявка TW 200945548, МПК H01L 25/075; H01L 33/00, опубликована 01.11.2009), содержащее полый корпус, имеющий основание и боковую стенку, в выходном окне которого размещена плоская структура, преобразующая длину волны излучения. На основании размещены полихромные светодиоды, первичное излучение которых имеет по меньшей мере две длины волны. Первичное и преобразованное плоской структурой излучения смешиваются, формируя белый свет.
В известном осветительном устройстве имеет место обратное распространение излучения от плоской структуры к полихромным светодиодам, что существенно ухудшает эффективность устройства. Отсутствие корректирующей оптики на светодиодах приводит к неоптимальному значению углового распределения интенсивности излучения, падающего на плоскую структуру.
Известно осветительное устройство (см. патент RU 99589, МПК F21S 2/00, опубликован 20.11.2010), совпадающее с настоящим решением по наибольшему существенных признаков и принятое за прототип.Осветительное устройство-прототип содержит корпус, имеющий основание и боковую поверхность, в выходном окне которого помещен рассеивающий элемент, а также расположенные на основании рядами полихромные светодиоды. Каждый полихромный светодиод содержит несколько светоизлучающих кристаллов с различным цветом излучения, смонтированных на общей плате с общей линзой. Рассеивающий элемент имеет внутреннюю и наружную рассеивающие поверхности, расположенные на расстоянии A друг от друга. Минимальное расстояние S между центрами соседних полихромных светодиодов выбрано из соотношения S≤0,01D, где D - расстояние между центрами крайних диагонально расположенных на основании светодиодов, а расстояние A выбрано из соотношения S<A<D.
Основными недостатками осветительного устройства-прототипа являются обязательное наличие двух рассеивателей, расположенных на расстоянии друг от друга и от светодиодной панели, с целью выравнивания распределения освещенности как по поверхности, так и по углу рассеяния излучения, что приводит к значительному увеличению габаритов изделия; увеличенная доля света, взаимодействующего с боковыми элементами осветителя, что приводит к снижению эффективности осветительного устройства; достаточно широкая диаграмма углового распределения интенсивности на выходе осветительного устройства, невозможность ее сужения и коррекции в широком диапазоне, например, для создания равномерного освещенного участка на заданном расстоянии от светильника; применяемые линзовые элементы создают достаточно сильную неоднородность светового распределения на поверхности рассеивателя что приводит к усложнению его структуры (для компенсации этой неоднородности).
Задачей настоящей полезной модели является разработка такого осветительного устройства, которое бы позволяло производить эффективную предварительную гомогенизацию излучения, уменьшить долю светового потока взаимодействующего с боковыми стенками внутренней полости осветительного устройства осветителя и тем самым повысить его эффективность, обеспечивающую повышение однородности светимости излучающей поверхности устройства и однородности цветности излучаемого ею света.
Поставленная задача решается тем, что осветительное устройство содержит полый корпус, имеющий основание и боковую стенку, в выходном окне которого размещен плоский рассеивающий элемент с внутренней рассеивающей поверхностью, полихромные светодиоды, расположенные рядами на основании корпуса, каждый из которых содержит четыре излучающих кристалла с различной цветом излучения, смонтированных на общей плате. Новым в осветительном устройстве является размещение на фронтальной поверхности каждого полихромного светодиода оптического элемента смешения излучения кристаллов в форме конуса, у которого отношение высоты h к его диаметру d, расстояние H от его вершины до внутренней рассеивающей поверхности плоского рассеивающего элемента удовлетворяют соотношениям:
h/d=2-10;
H=(0,5-10)·h;
А расстояние L между полихромными светодиодами удовлетворяет соотношению: L=(1-10)∗c,
где с - размер полихромного светодиода.
Выбор приведенных выше соотношений геометрических размеров конусов и расстояния между полихромными светодиодами обусловлен следующим. При h/d меньше 2 происходит возврат значительной доли излучения на источник света и его поглощение, при h/d больше 10 растут световые потери за счет поглощения излучения в материале конического элемента и не происходит заметного улучшения пространственно-угловых характеристик выводимого излучения, при величине Η меньше 0,5h распределение освещенности на выходной поверхности светильника является неравномерным, в том числе и неравномерным по цвету, при величине Η больше 10h значительно растут световые потери излучения за счет взаимодействия света с боковыми элементами светильника, при величине L меньше 1·c происходит взаимное влияние корректирующей оптики на светодиодных кристаллах и соответственно увеличение световых потерь и ухудшения равномерности потока излучения, при величине L больше 10·c происходит ухудшение равномерности освещенности выходной поверхности светильника.
В осветительном устройстве по меньшей мере у части полихромных светодиодов в одном и том же ряду и/или в соседних рядах светоизлучающие кристаллы с одинаковым цветом излучения могут быть расположены на плате с различным углом поворота относительно вертикальной оси, проходящей через центр платы, способствует увеличению степени однородности цветности излучения.
Внутренняя поверхность корпуса осветительного устройства может быть выполнена светоотражающей, что повышает энергетическую эффективность излучающей поверхности устройства и способствует повышению равномерности светимости периферийных зон излучающей поверхности устройства.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где
на фиг. 1 показан общий вид настоящего осветительного устройства в поперечном сечении;
на фиг. 2 представлена схема возможного размещения на основании полихромных светодиодов.
Осветительное устройство 1 (см. фиг. 1) содержит полый корпус 2, имеющий основание 3 и боковую стенку 4, имеющие светоотражающие поверхности. В выходном окне корпуса 2 помещен плоский рассеивающий элемент 5, имеющий внутреннюю рассеивающую поверхность 6. На основании 3 расположены полихромные светодиоды 7, расположенные рядами. Каждый полихромный светодиод 7 (см. фиг. 2) содержит излучающий кристалл 8 с красным цветом излучения, излучающий кристалл 9 с синим цветом излучения, излучающий кристалл 10 с зеленым цветом излучения и излучающий кристалл 11, излучающий белый свет, смонтированные на общей подложке 12. На фронтальной поверхности 13 каждого полихромного светодиода 7 размещен оптический элемент 14 смешения излучения кристаллов 8, 9, 10, 11 в форме конуса. Отношение высоты конуса h к его диаметру d, расстояние Н от его вершины до внутренней рассеивающей поверхности 6 плоского рассеивающего элемента 5 удовлетворяют соотношениям:
h/d=2-10;
H=(0,5-10)·h;
Расстояние L между полихромными светодиодами 7 удовлетворяет соотношению:
L=(1-10)·с,
где с - размер полихромного светодиода 7.
В одном и том же ряду и в соседних рядах полихромных светодиодов 7 излучающие кристаллы 8, 9, 10, 11 по меньшей мере у части полихромных светодиодов 7 расположены на подложке 12 с различным углом поворота относительно вертикальной оси, проходящей через центр подложки 12.
Осветительное устройство 1 работает следующим образом. При включении устройства 1 на полихромные светодиоды 7 подается электропитание, при этом излучающие кристаллы 8, 9, 10, 11 излучают свет. За счет смешения излучений излучающих кристаллов 8, 9, 10, 11 обеспечивается суммарное излучение полихромных светодиодов 7 желаемой цветности, в частности, излучение белого цвета. Излучаемый излучающими кристаллами 8, 9, 10, 11 свет рассеивается за счет многократного взаимодействия с внутренней поверхностью конического оптического элемента 14 смешения излучения кристаллов. Конический оптический элемент 14 позволяет эффективно вывести излучение из кристаллов 8, 9, 10, 11 и сформировать заданное пространственно-угловое распределение излучения. При этом происходит уменьшение цветовой неоднородности выводимого излучения. Для окончательного смешения излучений излучающих кристаллов 8, 9, 10, 11 служит плоский рассеивающий элемент 5 с внутренней рассеивающей поверхностью 6. Рассеивающая поверхность 6 позволяет окончательно смешать излучения излучающих кристаллов 8, 9, 10, 11 и, таким образом, достичь цветовой однородности выводимого излучения. Другой функцией рассеивающей поверхности 6 плоского рассеивающего элемента 5 является формирование заданного углового распределения интенсивности излучения выходящего из осветительного устройства 1.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании настоящей полезной модели, является повышение однородности светимости излучающей поверхности устройства и однородности цветности излучаемого ею света. При работе настоящего осветительного устройства его излучающая поверхность зрительно воспринимается как однородное цветовое пространство и имеет равномерную засветку по площади.