СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕННОГО ЦВЕТА
VARIABLE COLOUR LIGHT-EMITTING DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству переменного цвета, содержащему, по меньшей мере, один источник света и, по меньшей мере, один деформируемый элемент.
Уровень техники
Для генерации белого света или света любого другого цвета часто используются осветительные системы, использующие множественные светодиоды (СИД) разных цветов совместно с материалом преобразования длины волны, т.е. люминофорами. Такие светоизлучающие устройства на основе люминофора постоянно усовершенствуются в эффективности и качестве цвета.
Большинство СИД содержит только один внутренний кристалл и может производить один основной цвет или оптическую длину волны. Обычно для генерации света различных цветов используется установка СИД RGB (Red Green Blue). Смешивая три главных цвета: красный, зеленый и синий, СИД RGB, также именуемый “полноцветным” СИД, может создавать широкий массив цветов, которые при правильном смешивании также могут создавать белый свет. Осветительные приборы на основе СИД RGB используются, например, в подсветке ЖКД, освещении коммерческих холодильников и освещении белого света.
Для сдвига цвета в установке СИД RGB требуется уменьшение силы света, например, путем непрерывного уменьшения силы тока или широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Кроме того, изменения цвета и выхода от одного светодиода к другому могут становиться очень заметными. По этой причине смешивание цветов за счет уменьшения силы света обычно является неэффективным и непрактичным для многих приложений смешивания цветов.
В технике существует необходимость в обеспечении светоизлучающего устройства, в котором цвет выходного света можно легко сдвигать и изменять для разных приложений.
Сущность изобретения
Одна задача настоящего изобретения состоит в удовлетворении вышеупомянутой потребности и в обеспечении светоизлучающего устройства, которое позволяет легко управлять изменением цвета, для преодоления вышеописанных недостатков.
Эти и другие задачи настоящего изобретения решаются посредством светоизлучающего устройства согласно нижеприведенной формуле изобретения.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству переменного цвета, содержащему, по меньшей мере, один источник света и, по меньшей мере, один деформируемый элемент, выполненный из материала высокой гибкости. Деформируемый элемент содержит частицы, по меньшей мере, одного материала преобразования длины волны и предназначен для приема света из, по меньшей мере, одного источника света и для его преобразования в свет другой длины волны.
В устройстве настоящего изобретения, свет, который излучается источником света под косыми углами, падает на частицы материала(ов) преобразования длины волны и испытывает рассеяние и преобразование в свет другой длины волны. Поскольку элемент, содержащий материал(ы) преобразования длины волны, является деформируемым и выполнен из материала высокой гибкости, толщина элемента может изменяться. Это изменение толщины позволяет настраивать материал преобразования длины волны и таким образом цвет. Таким образом, обеспечивается значительная гибкость в отношении конструкции и внешнего вида, и цвет выходного света можно легко сдвигать.
Согласно вариантам осуществления изобретения, деформируемый элемент содержит гель. Гель повышает деформируемость элемента, что позволяет легко изменять толщину элемента и, стало быть, цветовой выход.
Комбинация геля и материала(ов) преобразования длины волны в деформируемом элементе также допускает излучение света из всего объема деформируемого элемента.
Обычно гель содержит силикон. Силикон является гибким, инертным и теплостойким материалом.
В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один источник света располагается в деформируемом элементе. В этом варианте осуществления деформируемый элемент фактически окружает источник(и) света, и источник света таким образом оказывается окруженным рассеянными в нем частицами материала преобразования длины волны.
Одно преимущество такой конфигурации состоит в том, что свет эффективно преобразуется благодаря постоянному столкновению с частицами материала преобразования длины волны. Свет, который рассеивается в обратном направлении, т.е. обратно к источнику света, не теряется, но, напротив, эффективно преобразуется.
В другом варианте осуществления светоизлучающего устройства переменного цвета согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, один источник света располагается на расстоянии от деформируемого элемента. В этом варианте осуществления источник света может располагаться на расстоянии от деформируемого элемента, обеспечивая так называемое приложение “удаленного люминофора”. Использование материала преобразования длины волны, т.е. люминофора, который не присоединен непосредственно к СИД, смягчает требования к температуре и световому потоку, которые должен выдерживать материал преобразования длины волны. Таким образом, этот вариант осуществления так называемого удаленного люминофора допускает низкую цветовую температуру и хороший индекс цветопередачи. Кроме того, можно повысить качество света (неприятную пиковую яркость, управление цветом), и цветом можно управлять путем изменения свойств материала(ов) преобразования длины волны.
Согласно вариантам осуществления, где источник света располагается на расстоянии от деформируемого элемента, предпочтительно использовать световод для канализации света, который излучается источником света в деформируемый элемент, что позволяет свету контактировать с частицами материала(ов) преобразования длины волны. Световод можно использовать как для канализации света от источника света к частицам материала(ов) преобразования длины волны, так и для захвата и повторного использования света, который возвращается из материала(ов) преобразования длины волны.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, светоизлучающее устройство переменного цвета содержит, по меньшей мере, первый деформируемый элемент и второй деформируемый элемент. Второй деформируемый элемент предназначен для приема, по меньшей мере, части света, излучаемого источником(ами) света, который прошел через первый деформируемый элемент. Объединяя два или более деформируемых элемента, можно генерировать смешанные цвета и можно изменять цвет в целом или локально путем изменения толщины деформируемого(ых) элемента(ов).
Первый деформируемый элемент может содержать первый материал преобразования длины волны, и второй деформируемый элемент может содержать второй материал преобразования длины волны. Таким образом можно получать множественные цвета.
Согласно вариантам осуществления изобретения, светоизлучающее устройство переменного цвета дополнительно содержит устройство для изменения толщины деформируемого элемента. Такое устройство может представлять собой магнитный или тепловой активатор. Однако толщину также можно изменять просто с использованием человеческого пальца. Это составляет преимущество, поскольку позволяет получить “персональный” деформируемый элемент, который излучает разные цвета.
Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и поясняются ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1a - схема первого варианта осуществления светоизлучающего устройства переменного цвета согласно настоящему изобретению, в котором источник света располагается в деформируемом элементе.
Фиг.1b - схема второго варианта осуществления светоизлучающего устройства переменного цвета согласно настоящему изобретению, в котором источник света располагается на расстоянии от деформируемого элемента.
Фиг.2 - схема светоизлучающего устройства переменного цвета согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором используется световод.
Фиг.3 - схема варианта осуществления светоизлучающего устройства переменного цвета согласно настоящему изобретению, содержащего два деформируемых элемента и два источника света.
Фиг.4 - принципиальная схема светоизлучающего устройства переменного цвета согласно настоящему изобретению, которое излучает свет с двухмерной поверхности.
Краткое описание вариантов осуществления
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству переменного цвета, содержащему, по меньшей мере, один источник света и, по меньшей мере, один деформируемый элемент, в котором деформируемый элемент содержит частицы, по меньшей мере, одного материала преобразования длины волны.
Один вариант осуществления светоизлучающего устройства переменного цвета 100 согласно настоящему изобретению показан на фиг.1. Светоизлучающее устройство переменного цвета 100 содержит, по меньшей мере, один источник света 101 и деформируемый элемент 102. Деформируемый элемент 102 содержит частицы, по меньшей мере, одного материала 103 преобразования длины волны, которые рассеяны в деформируемом элементе 102. Деформируемый элемент 102 предназначен для приема света от источника света 101.
Используемый здесь термин “источник света” подразумевает любой источник света, но в этом контексте обычно относится к одному или нескольким светодиоду(ам) (СИД). СИД предпочтительно использовать в силу их малого размера, возможностям энергосбережения и долговечности.
Свет, излучаемый источником света 101, принимается деформируемым элементом 102, и частицы 103 преобразования длины волны, содержащиеся в нем, преобразуют, по меньшей мере, часть света в свет другой длины волны.
Таким образом деформируемый элемент 102 выступает в роли элемента преобразования длины волны.
Используемый здесь термин “преобразование длины волны” относится к материалу или элементу, который поглощает свет первой длины волны, приводя к излучению света второй, большей длины волны. После поглощения света электроны в материале возбуждаются, переходя на более высокий энергетический уровень. При возвращении с более высоких энергетических уровней избыточная энергия высвобождается из материала в форме света, имеющего большую длину волны, чем у поглощенного света. Таким образом, термин относится к флуоресцентному и люминесцентному преобразованию длины волны.
Деформируемый элемент 102 устойчив к температуре, окислению и излучению и не ухудшается под действием тепла, кислорода и/или света.
Термин “деформируемый элемент” означает элемент, выполненный из материала высокой гибкости, причем элемент является изгибаемым и пластичным, благодаря чему толщина элемента может изменяться, локально или в целом.
В результате контакта с частицами 103 в деформируемом элементе свет рассеивается в другом направлении, и свет, исходящий из деформируемого элемента 102, эффективно преобразуется частицами 103 материала(ов) преобразования длины волны. Кроме того, свет излучается из всего объема деформируемого элемента 102, а не только с его внешней поверхности.
Обычно деформируемый элемент 102 содержит гель для дополнительного повышения деформируемости и гибкости элемента, что позволяет легко изменять толщину элемента, локально или в целом.
Гель, предпочтительно, содержит силикон, который является теплоустойчивым и инертным, и поэтому пригоден для использования в светоизлучающем устройстве переменного цвета настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается использованием силикона, но также можно использовать некоторые другие деформируемые материалы, например органический материал высокой вязкости, известные специалистам в данной области техники.
Предпочтительно, гель и таким образом также деформируемый элемент, оптически прозрачен, в том смысле, что через него можно видеть, т.е. он позволяет пропускать отчетливые изображения.
Согласно вариантам осуществления изобретения, источник(и) света могут располагаться либо в деформируемом элементе, либо на расстоянии от деформируемого элемента.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.1a, по меньшей мере, один источник света 101 располагается в деформируемом элементе 102. Как упомянуто, одно преимущество этой конфигурации состоит в том, что свет эффективно преобразуется благодаря постоянному столкновению с частицами 103 материала преобразования длины волны, окружающими источник света 101. Свет, который рассеивается в обратном направлении, т.е. обратно к источнику света 101 не теряется, но, напротив, эффективно преобразуется.
В другом варианте осуществления светоизлучающего устройства переменного цвета 100, отвечающего изобретению, что показано на фиг.1b, по меньшей мере, один источник света 101 располагается на расстоянии от деформируемого элемента 102.
В этом варианте осуществления источник света 101 может располагаться на удалении от деформируемого элемента 102, обеспечивая так называемое приложение “удаленного люминофора”. В традиционных СИД материал преобразования длины волны, т.е. люминофор, внедрен в клей, который непосредственно нанесен на кристалл. В этой конструкции материал преобразования длины волны должен одновременно выдерживать температуру СИД и световой поток. Использование материала преобразования длины волны, который не присоединен непосредственно к СИД, смягчает требования к температуре и световому потоку, которые должен выдерживать материал преобразования длины волны. Таким образом, этот вариант осуществления так называемого удаленного люминофора допускает низкую цветовую температуру и хороший индекс цветопередачи. Кроме того, можно повысить качество света (неприятную пиковую яркость, управление цветом), и цветом можно управлять путем изменения свойств материала(ов) преобразования длины волны. Кроме того, изготовитель осветительных приборов может независимо выбирать цвет СИД.
Деформируемый элемент 102, содержащий частицы 103 материала преобразования длины волны, выступает в роли элемента преобразования длины волны и является самоподдерживающимся. Такой самоподдерживающийся деформируемый элемент 102 может массово производиться в виде куска, в совокупности с частицами 103 материала преобразования длины волны, содержащимися в нем, и затем может на следующем этапе объединяться с источником света 101.
Согласно вариантам осуществления, где источник света располагается на расстоянии от деформируемого элемента, можно использовать световод, и светоизлучающее устройство переменного цвета 200 согласно этому варианту осуществления изобретения показано на фиг.2.
Свет, излучаемый источником света 201, принимается световодом 204, который служит для канализации излучаемого света в деформируемый элемент 202. В результате контакта с частицами материала(ов) 203 преобразования длины волны, рассеянными в деформируемом элементе 202, свет эффективно преобразуется в свет другой длины волны. Таким образом, световод 204 имеет две разные цели, т.е. канализацию света от источника света 201 к частицам материала(ов) 203 преобразования длины волны и захват и повторное использование света, который возвращается из деформируемого элемента 202.
В некоторых вариантах осуществления, светоизлучающее устройство переменного цвета 200 может содержать более одного деформируемого элемента. Таким образом, второй деформируемый элемент 205 может предназначаться для приема, по меньшей мере, части света, излучаемого источником света 201, который прошел через первый деформируемый элемент 202.
Комбинация двух или более деформируемых элементов позволяет изменять цвет в целом или локально путем изменения толщины одного или обоих деформируемых элементов.
Обычно в этом варианте осуществления используются множественные материалы преобразования длины волны, что позволяет генерировать смешанные цвета. Например, первый деформируемый элемент 202 может содержать первый материал 203 преобразования длины волны, и второй деформируемый элемент 205 может содержать второй материал 206 преобразования длины волны. Альтернативно, деформируемые элементы содержат смесь более одного материала преобразования длины волны. Соответственно, можно получать множественные и смешанные цвета и можно генерировать другие цвета, просто изменяя толщину элемента(ов).
В необязательном порядке теплоотвод 207 может предназначаться для переноса тепла из светоизлучающего устройства 200.
На фиг.3 показано светоизлучающее устройство переменного цвета 300, содержащее первый деформируемый элемент 301 и второй деформируемый элемент 302. Второй деформируемый элемент 302 предназначен для приема, по меньшей мере, части света, который прошел через первый деформируемый элемент 301.
Настоящее изобретение не ограничивается определенным количеством источников света или их конкретным размещением. Вместо этого многие источники света можно использовать и они могут размещаться в деформируемых элементах и/или на расстоянии от них. Например, можно разместить первый источник света 303 в деформируемом(ых) элементе(ах) и второй источник света 304 на расстоянии от деформируемого(ых) элемента(ов). Источник света также может предназначаться для излучения света только в одном из деформируемых элементов.
Деформируемые элементы 301 и 302 могут содержать разные типы частиц 305 и 306 материала преобразования длины волны.
На фиг.4 показана принципиальная схема светоизлучающего устройства переменного цвета 400 согласно настоящему изобретению, которое излучает свет с двухмерной поверхности.
В этом варианте осуществления, светоизлучающее устройство переменного цвета 400 содержит, по меньшей мере, один источник света 401, первый деформируемый элемент 402, содержащий, по меньшей мере, один материал 403 преобразования длины волны, причем первый деформируемый элемент 402 предназначен для приема, по меньшей мере, части света, излучаемого источником света 401. Второй деформируемый элемент 404 предназначен для приема света, который прошел через первый деформируемый элемент 402. Второй деформируемый элемент 403 может содержать, по меньшей мере, один материал 405 преобразования длины волны, который может быть идентичным или отличаться от материала 403 преобразования длины волны первого деформируемого элемента 402.
Согласно вариантам осуществления изобретения, дополнительная оптика, например теплоотвод 406, предусмотрен для переноса тепла из светоизлучающего устройства 400. Кроме того, рассеиватель 407 может предназначаться для приема света, излучаемого источником(ами) света 401 для генерации однородного и диффузного светового выхода.
Согласно вариантам осуществления изобретения, светоизлучающее устройство переменного цвета дополнительно содержит устройство для изменения толщины деформируемого элемента. Такое устройство может представлять собой магнитный или тепловой активатор, который влияет на толщину деформируемого элемента посредством магнетизма или тепла. Толщину деформируемого(ых) элемента(ов) также можно изменять просто с использованием человеческого пальца. Это относительно простое управление толщиной составляет преимущество, поскольку позволяет получить “персональный” деформируемый элемент, который излучает разные цвета.
При локальной деформации деформируемого элемента эту локальную деформацию можно использовать для активации функции другого устройства, например, с помощью электрического тока. В то же время деформируемый элемент может обеспечивать обратную связь с пользователем, какая область последний раз подверглась прикосновению, просто показывая локальную деформацию.
Светоизлучающее устройство переменного цвета согласно настоящему изобретению можно использовать в нескольких приложениях, например в тактильном продукте. Его также можно использовать в сенсорных экранах, мобильных телефонах, подушках, водяных матрасах, измерителях давления и т.д.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано в чертежах и вышеприведенном описании, эти иллюстрации и описания следует считать иллюстративными, но не ограничительными; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
Осуществляя на практике заявленное изобретение, специалисты в данной области техники могут понять и предложить другие вариации раскрытых вариантов осуществления на основании чертежей, раскрытия и формулы изобретения. Например, настоящее изобретение не ограничивается использованием конкретного источника света, хотя обычно используются СИД. Изобретение не ограничивается конкретным типом СИД и любой тип СИД можно использовать с любой комбинацией цветов или длин волны.