RU2410598C2 - Light-emitting device - Google Patents

Light-emitting device Download PDF

Info

Publication number
RU2410598C2
RU2410598C2 RU2008152913/07A RU2008152913A RU2410598C2 RU 2410598 C2 RU2410598 C2 RU 2410598C2 RU 2008152913/07 A RU2008152913/07 A RU 2008152913/07A RU 2008152913 A RU2008152913 A RU 2008152913A RU 2410598 C2 RU2410598 C2 RU 2410598C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
leds
emitting device
protective glass
diffraction grating
Prior art date
Application number
RU2008152913/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008152913A (en
Inventor
Леонид Александрович Борыняк (RU)
Леонид Александрович Борыняк
Юрий Кондратьевич Непочатов (RU)
Юрий Кондратьевич Непочатов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Priority to RU2008152913/07A priority Critical patent/RU2410598C2/en
Publication of RU2008152913A publication Critical patent/RU2008152913A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2410598C2 publication Critical patent/RU2410598C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of lighting technology and may be used to produce decorative lamps, to illuminate and decorate various premises and to manufacture advertising media. To achieve technical result in light emitting device, comprising body with protective glass, inner board with contact sites, outer board in front of protective glass, light diodes installed in flasks on boards in a row, with gaps between them, inner board with light diodes is located near side wall of body, parallel to it, outer board is located in front of light emitting screen arranged on the back wall of body, light diodes on both boards are made of semiconductor crystals with various colours of glow and are connected to controller, and a glass plate is fixed to inner central part of protective glass with pattern applied on its opposite side in the form of diffraction grating from combination of slots and openings with element size at the level of 1-3 mcm.
EFFECT: development of light picture that varies dynamically in space and time with light effects of high variety, expansion of colour gamma and number of versions of light effects, provision of emitted light flow brightness and colour variation.
4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области светотехники, предназначенной для создания динамичных световых эффектов, и может быть использовано для производства декоративных светильников, применяемых для освещения и украшения различных помещений и для изготовления рекламоносителей.The invention relates to the field of lighting, designed to create dynamic lighting effects, and can be used for the production of decorative lamps used for lighting and decorating various rooms and for the manufacture of advertising media.

Для создания специальных световых эффектов и придания интерьерам помещений индивидуальности, неповторимости и красочности применяют декоративные светильники и устройства для создания световых эффектов.To create special lighting effects and give the interiors of the rooms individuality, originality and colorfulness, decorative lamps and devices for creating lighting effects are used.

Известно светоизлучающее устройство для создания декоративного эффекта (Авт.свид. СССР №1158819, заявл. 29.07.83, опубл. 30.05.85), содержащее источник света с размещенным на одной оптической оси с ним пучком световодных волокон и установленный между ними с возможностью вращения диск со светофильтрами, выполненными в виде секторов. При включении устройства свет от источника света, проходя линзу и вращающиеся светофильтры, меняет свой спектральный состав и формируется в коллимированный пучок, который освещает нижние торцы световодных волокон, при этом верхние торцы световодных волокон одновременно светятся различными цветами, меняя цвет при вращении светофильтров. Данное изобретение позволяет обеспечить декоративный эффект благодаря тому, что шаровая поверхность распушенного конца волоконного жгута формирует перемещающиеся по кругу световые картины высокого уровня яркости.A light-emitting device for creating a decorative effect is known (Autosvid. USSR No. 1158819, application form 29.07.83, publ. 30.05.85) containing a light source with a bundle of optical fibers placed on the same axis with it and rotatably mounted between them disk with filters made in the form of sectors. When the device is turned on, the light from the light source, passing through the lens and rotating light filters, changes its spectral composition and forms into a collimated beam that illuminates the lower ends of the light guide fibers, while the upper ends of the light guide fibers simultaneously glow in different colors, changing color when the light filters rotate. This invention allows to provide a decorative effect due to the fact that the spherical surface of the fluffy end of the fiber bundle forms circular patterns of high brightness level.

Однако с помощью данного устройства можно обеспечить лишь один декоративный эффект изменения цвета на выходе световых волокон, и для его реализации необходимо наличие огромного количества световодов. Кроме того, громоздкость конструкции, заключающаяся в наличии узлов механического вращения, и высокая сложность ограничивают широкое применение данного типа светильника для декоративного освещения интерьера.However, using this device, you can provide only one decorative effect of a color change at the output of the light fibers, and for its implementation it is necessary to have a huge number of optical fibers. In addition, the cumbersome design, consisting in the presence of mechanical rotation units, and high complexity limit the widespread use of this type of lamp for decorative lighting of the interior.

Известно светоизлучающее устройство для создания специальных световых эффектов (Патент Франции №1591710, кл. F21Р 3/00), содержащее тубус с объективом, трехгранную зеркальную призму, кассету с разноцветными хаотически расположенными в ней стеклами, конденсор, лампу и отражатель, причем кассета установлена с возможностью вращения от привода. Свет от включенной лампы просвечивает цветные стекла в кассете и создает на экране различные световые эффекты, изменяющиеся с частотой, задаваемой скоростью вращения кассеты.A light-emitting device for creating special lighting effects is known (French Patent No. 1591710, class F21P 3/00), comprising a tube with a lens, a trihedral mirror prism, a cassette with multi-colored randomly arranged glasses, a condenser, a lamp and a reflector, the cassette being installed with the possibility of rotation from the drive. The light from the switched on lamp shines through the colored glass in the cassette and creates various lighting effects on the screen, changing with a frequency specified by the speed of rotation of the cassette.

Недостатком данного устройства является ограниченное разнообразие световых эффектов, что обусловлено конструкцией и наличием только одной кассеты с разноцветными стеклами. Кроме того, при достижении высокой яркости светопотока прозрачные стенки кассеты должны быть выполнены из кварцевого стекла, что повышает стоимость устройства.The disadvantage of this device is the limited variety of lighting effects, due to the design and the presence of only one cassette with multi-colored glass. In addition, when achieving high brightness, the transparent walls of the cassette must be made of quartz glass, which increases the cost of the device.

Известно также светоизлучающее устройство со светодиодами (Заявка Франции №2848288, F21V 13/04, H05B 32/02), включающее светоизлучающие диоды (СИД) белого света и оптическую систему, увеличивающую эмиссионную площадь. Оптическая система с набором призм перехватывает случайные пучки света от СИД и перераспределяет их по зоне осветительного устройства. Распределительное устройство позволяет также смешивать световые пучки от цветных СИД.A light emitting device with LEDs is also known (French Application No. 2848288, F21V 13/04, H05B 32/02), including white light emitting diodes (LEDs) and an optical system that increases the emission area. An optical system with a set of prisms intercepts random beams of light from the LEDs and redistributes them over the area of the lighting device. The switchgear also allows the mixing of light from colored LEDs.

Наличие оптической системы с набором призм обеспечивает увеличение площади светового пятна и площади освещения и решает задачу повышения интенсивности и равномерности освещения. Однако данное устройство не позволяет создавать светодинамические декоративные эффекты и не может быть использовано для освещения баров, ресторанов, казино, ночных клубов и для изготовления рекламоносителей.The presence of an optical system with a set of prisms provides an increase in the area of the light spot and the area of illumination and solves the problem of increasing the intensity and uniformity of illumination. However, this device does not allow creating dynamic dynamic decorative effects and cannot be used for lighting bars, restaurants, casinos, night clubs and for the manufacture of advertising media.

Известно светоизлучающее устройство (Патент РФ №2185567, кл.7 F21S 4/00, от 14.02.2000 г.), выполненное в виде световой трубки, в качестве которой использована термоосаживаемая трубка с расположенными внутри и закрепленными за счет термообработки светоизлучающими диодами (СИД). Использование люмино-форного покрытия как самой световой трубки, так и элементов-наполнителей, например, прозрачных пластмассовых шариков или кристаллов, позволяет сделать световую трубку более заметной, изменять цветность, улучшить ее декоративные свойства и тем самым расширить диапазон ее применений, в частности, использовать ее в качестве информативного знака, элементов декора и рекламы.A light-emitting device is known (RF Patent No. 2185567, class 7 F21S 4/00, dated 02/14/2000), made in the form of a light tube, which is used as a heat-shrinkable tube with light-emitting diodes (LEDs) located inside and fixed by heat treatment . The use of the luminous coating of both the light tube itself and filler elements, for example, transparent plastic balls or crystals, makes it possible to make the light tube more visible, change color, improve its decorative properties and thereby expand the range of its applications, in particular, use it as an informative sign, decoration and advertising.

Недостатком данного устройства является высокая трудоемкость изготовления, отсутствие динамического изменения цвета, что ограничивает области применения в качестве устройства декоративного источника света, особенно в качестве элементов привлекательной рекламы.The disadvantage of this device is the high complexity of manufacturing, the absence of dynamic color changes, which limits the scope of application as a device of a decorative light source, especially as elements of an attractive advertisement.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светоизлучающее устройство, описанное в патенте РФ №2173814 С1, кл. F21S 8/00, от 10.03.2000 г. (прототип), содержащее защитное стекло, корпус с размещенными в нем излучающими светодиодами (СИД), которые установлены на 2-х платах: на внешней с промежутками между СИД и на внутренней плате с площадками между ними, при этом внешняя плата выполнена оптически прозрачной.Closest to the claimed technical solution is a light emitting device described in the patent of the Russian Federation No. 2173814 C1, class. F21S 8/00, dated 10.03.2000 (prototype), containing a protective glass, a housing with emitting light emitting diodes (LEDs) located on it, which are installed on 2 boards: on the external board with gaps between the LEDs and on the internal board with pads between them, while the external board is optically transparent.

Известное устройство обеспечивает высокий световой поток с единицы площади излучателя, конструкция позволяет увеличить механическую прочность и повысить технологичность изготовления.The known device provides a high luminous flux per unit area of the emitter, the design allows to increase mechanical strength and improve manufacturability.

Однако известное устройство обеспечивает создание лишь монохромного освещения, отсутствует гамма цветов, отсутствует динамически изменяющаяся в пространстве и во времени световая картина со световыми эффектами, устройство не позволяет создавать несколько вариантов световых эффектов, осуществлять переключения СИД, изменять яркость и цветность излучаемого светового потока и получать декоративные эффекты большого разнообразия.However, the known device provides only monochrome lighting, there is no gamut of colors, there is no dynamically changing space and time light pattern with light effects, the device does not allow you to create several options for light effects, carry out LED switching, change the brightness and color of the emitted light flux and get decorative effects of a wide variety.

Техническая задача, которая решается заявляемым устройством, заключается в создании динамически изменяющейся в пространстве и во времени световой картины со световыми эффектами большого разнообразия, расширении гаммы цветов и числа вариантов световых эффектов, обеспечении изменения яркости и цветности излучаемого светового потока.The technical problem, which is solved by the claimed device, is to create a dynamically changing in space and time light patterns with lighting effects of a wide variety, expanding the gamut of colors and the number of options for lighting effects, ensuring changes in the brightness and color of the emitted light flux.

Поставленная задача достигается за счет того, что в светоизлучающем устройстве, содержащем корпус с защитным стеклом, внутреннюю плату с контактными площадками, внешнюю плату перед защитным стеклом, светодиоды, установленные в колбах на платах в ряд, с промежутками между ними, внутренняя плата со светодиодами расположена рядом с боковой стенкой корпуса, параллельно ей, внешняя плата расположена перед светоотражающим экраном, выполненным на задней стенке корпуса, светодиоды на обеих платах выполнены из полупроводниковых кристаллов с разными цветами свечения и соединены с контроллером, а к внутренней центральной части защитного стекла приклеена стеклянная пластина с нанесенным на ее противоположную сторону рисунком в виде дифракционной решетки из совокупности щелей и отверстий с размерами элементов на уровне 1-3 мкм.The problem is achieved due to the fact that in a light-emitting device containing a housing with a protective glass, an internal board with contact pads, an external board in front of the protective glass, LEDs installed in flasks on the boards in a row, with gaps between them, the internal board with LEDs is located next to the side wall of the case, parallel to it, the external board is located in front of the reflective screen made on the back wall of the case, the LEDs on both boards are made of semiconductor crystals with GOVERNMENTAL luminescence colors and are connected to the controller, and the inner central portion of the protective glass plate adhered to a glass coated at its opposite side a pattern of a diffraction grating of a plurality of slits and openings with dimensions of elements on the level of 1-3 microns.

Защитное стекло за пределами центральной части может быть выполнено матированным.The protective glass outside the central part can be frosted.

На верхней поверхности внутренней печатной платы может быть установлен зеркальный отражатель из тонкой металлизированной полимерной пленки.A mirror reflector made of a thin metallized polymer film can be installed on the upper surface of the internal circuit board.

На внутреннюю поверхность задней стенки корпуса может быть нанесено светоотражающее покрытие белого цвета.A white reflective coating may be applied to the inner surface of the rear wall of the housing.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен общий вид светоизлучающего устройство и его сечение по А-А, на фиг.2 представлен вид на защитное стекло с внешней стороны и в поперечном сечении, на фиг.3 показан вид на внутреннюю сторону защитного стекла, на фиг.4 представлен вид оптического модуля с оптическими блоками и разделительной рамкой, на фиг.5 изображен оптический блок с ограничительной рамкой и рисунками щелей и отверстий, на фиг.6 показана схема освещения оптического блока с ограничительной рамкой и рисунками щелей и отверстий, сформированных на внутренней стороне дифракционной решетки, прикрепленной к внутренней поверхности защитного стекла, на фиг.7 иллюстрируется явление огибания светом элементов дифракционной решетки, при котором происходит перераспределение светового потока в результате суперпозиции вторичных волн, на фиг.8 иллюстрируется дифракция света на элементах дифракционной решетки, выполненных в виде отверстий, при которой происходит образование вторичных световых волн и перераспределение светового потока в результате интерференции вторичных волн.In Fig.1 shows a General view of the light-emitting device and its cross section along aa, Fig.2 shows a view of the protective glass from the outside and in cross section, Fig.3 shows a view of the inner side of the protective glass, Fig.4 a view of an optical module with optical blocks and a dividing frame is shown, Fig. 5 shows an optical block with a bounding frame and drawings of slots and holes, Fig. 6 shows a lighting diagram of an optical block with a bounding frame and drawings of slots and holes formed on the inner wall On the other hand, a diffraction grating attached to the inner surface of the protective glass, Fig. 7 illustrates the phenomenon of light bending around the elements of the diffraction grating, in which redistribution of the light flux as a result of superposition of secondary waves occurs, Fig. 8 illustrates light diffraction on the elements of the diffraction grating holes, in which the formation of secondary light waves and redistribution of the light flux as a result of interference of secondary waves.

Светоизлучающее устройство (фиг.1) содержит корпус 1, внутреннюю печатную плату 2 с металлизационным рисунком 3, к которому схемно присоединены светодиоды 4 из полупроводниковых кристаллов красного, зеленого и синего цветов, размещенных в одной колбе. Каждый светодиод 4, у которого в одной колбе одновременно смонтированы три кристалла разного свечения, устанавливается в отверстиях внутренней платы 2 таким образом, что все вместе они выстроены в одну линию, параллельную задней стенке корпуса 1. Все светодиоды 4 соединены схемно с контроллером 5, который управляет их работой. К лицевой стороне корпуса прикреплено защитное стекло 6, внутренняя поверхность которого протравлена для создания участков 7 матового цвета, к прозрачной части 8 защитного стекла с помощью клея 9 присоединена стеклянная пластина 10 с дифракционной решеткой 11. Напротив стеклянной пластины 10 с дифракционной решеткой 11 установлена внешняя плата 12 со светодиодами 13 красного, зеленого и синего цветов, соединенными с контроллером 14. Для более полного освещения объема корпуса на верхней поверхности внутренней печатной платы установлен зеркальный отражатель 15 из тонкой металлизированной полимерной пленки, а для повышения яркости цветной картины, получаемой на поверхности задней стенки корпуса, на эту стенку нанесено светоотражающее покрытие 16 белого цвета, например из белой бумаги.The light-emitting device (Fig. 1) comprises a housing 1, an internal printed circuit board 2 with a metallization pattern 3, to which LEDs 4 of red, green, and blue semiconductor crystals placed in a single bulb are schematically connected. Each LED 4, in which three crystals of different luminescence are simultaneously mounted in one bulb, is installed in the holes of the internal board 2 in such a way that together they are aligned in a line parallel to the back wall of the housing 1. All LEDs 4 are connected in circuit with a controller 5, which controls their work. A protective glass 6 is attached to the front side of the casing, the inner surface of which is etched to create matte sections 7, and a glass plate 10 with a diffraction grating 11 is attached to the transparent part 8 of the protective glass with an external plate. An external board is installed opposite the glass plate 10 with a diffraction grating 11 12 with LEDs 13 of red, green and blue colors connected to the controller 14. For a more complete illumination of the enclosure volume, a mirror plate is installed on the upper surface of the internal circuit board th reflector 15 of a thin metallized polymeric film, and for improving color brightness pattern obtained on the surface of the rear housing wall, this wall 16 coated with reflective coating of white color, for example white paper.

На фиг.2 представлен вид на защитное стекло 6 с внешней стороны и в поперечном сечении, на которых показано, что поверхность стекла 6 имеет участок 7, химически протравленный с одной стороны и имеющий матовый цвет (заштрихованная область) и участок 8, не подвергшийся химическому травлению и оставшийся прозрачным. К прозрачной части 8 защитного стекла 6 с помощью клея 9 присоединена стеклянная пластина 10 с дифракционной решеткой 11.Figure 2 presents a view of the protective glass 6 from the outside and in cross section, which shows that the surface of the glass 6 has a section 7 chemically etched on one side and having a matte color (shaded area) and section 8 that has not been chemically etched and remaining transparent. A glass plate 10 with a diffraction grating 11 is attached to the transparent part 8 of the protective glass 6 using glue 9.

На фиг.3 показан вид на внутреннюю сторону защитного стекла 6, к прозрачному участку 8 которого с внутренней стороны приклеена стеклянная пластина с дифракционной решеткой 11, содержащей оптические модули 17 (область Д).Figure 3 shows a view on the inner side of the protective glass 6, to the transparent portion 8 of which is glued from the inside a glass plate with a diffraction grating 11 containing optical modules 17 (region D).

На фиг.4 изображен вид оптического модуля 17 (область Д) с разделительной рамкой 18 и оптическими блоками 19 (область Е).Figure 4 shows a view of an optical module 17 (region D) with a dividing frame 18 and optical blocks 19 (region E).

На фиг.5 изображен блок 19 (область Е) с ограничительной рамкой 20 и рисунками в виде щелей 21 из пунктирных линий шириной 1 мкм и длиной 3 мкм и кругами 22 диаметром 3 мкм с отверстиями 1 мкм и зазором между кругами 1-3 мкм.Figure 5 shows a block 19 (region E) with a bounding frame 20 and patterns in the form of slots 21 from dashed lines 1 μm wide and 3 μm long and circles 22 with a diameter of 3 μm with holes of 1 μm and a gap between circles of 1-3 μm.

Геометрические размеры микроэлементов, включенных в оптический модуль 19, вычислялись с использованием классической формулы для дифракционной решетки:The geometric dimensions of the trace elements included in the optical module 19 were calculated using the classical formula for the diffraction grating:

Figure 00000001
Figure 00000001

где d - период структуры микроэлементов решетки,where d is the period of the structure of trace elements of the lattice,

φk - углы дифракции света,φ k - angles of diffraction of light,

к - порядок дифракции,k is the diffraction order,

λ - длина волны источника света.λ is the wavelength of the light source.

Для обеспечения световой палитры длина волны видимого диапазона длин волн используется в диапазоне 0,4-0,7 мкм. Решетки, изготовленные методом травления пленки из окиси железа, обеспечивают не менее k=6 порядков дифракции практически одинаковой интенсивности. Для разделения цветов, следуя выражению 1, необходимо использовать структуры с частотой от 1000 до 300 линий на 1 мм. Это дает характерный размер элементов d от 1 до 3 мкм, т.е. совокупность двух групп микроэлементов - параллельных щелей одинаковой ширины и круглых отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, имеет размеры в пределах от 1 до 3 мкм.To provide a light palette, the wavelength of the visible wavelength range is used in the range of 0.4-0.7 microns. The gratings made by etching a film of iron oxide provide at least k = 6 diffraction orders of almost the same intensity. To separate the colors, following expression 1, it is necessary to use structures with a frequency of 1000 to 300 lines per 1 mm. This gives a characteristic element size d from 1 to 3 μm, i.e. the combination of two groups of trace elements - parallel slots of the same width and round holes located at the same distance from each other, has sizes ranging from 1 to 3 microns.

Светоизлучающее устройство работает следующим образом. При включении в электрическую сеть через расположенный в корпусе 1 на печатной плате 2 (фиг.1, сечение А-А) металлизационный рисунок 3 рабочее напряжение передается к светодиодам 4 через контроллер 5, управляющий их включением и выключением по специальной программе. Смонтированные в одну линию светодиоды 4, имеющие в одной колбе три кристалла красного, зеленого и синего цветов, включаются контроллером 5 одновременно, начиная с включения кристаллов с красным цветом свечения, затем контроллер плавно подключает кристаллы зеленого свечения, а далее - синего свечения. Свет от находящихся в непосредственной близости к задней стенке линии светодиодов распространяется по касательной к ее поверхности, при этом на поверхности задней стенки появляются длинные лучи света полукруглой и эллипсовидной формы, причем в зонах их пересечения получается смешение цветов с образованием новых цветных пятен различной степени яркости и интенсивности свечения и таким образом возникает как бы абстрактное световое полотно с элементами импрессионизма. Для наблюдателя цветная картина видится через стекло 6 на участках 7 с матовой поверхностью и представляется в виде динамично изменяющейся цветной картины с широкой гаммой цветов и оттенков. Благодаря матовости стекла свечение приобретает расплывчатость и мягкость при переходах от одного цвета к другому. За счет того, что задняя стенка имеет покрытие 16 белого цвета, яркость получаемого замысловатого светового узора значительно усиливается.The light emitting device operates as follows. When connected to the electric network through the metallization pattern 3 located in the housing 1 on the printed circuit board 2 (Fig. 1, section AA), the operating voltage is transmitted to the LEDs 4 through the controller 5, which controls their switching on and off according to a special program. The LEDs 4 mounted in one line, having three crystals of red, green, and blue in one flask, are turned on by the controller 5 simultaneously, starting from turning on the crystals with the red glow, then the controller smoothly connects the green crystals, and then the blue glow. The light from the LEDs located in the immediate vicinity of the back wall of the line propagates tangentially to its surface, while on the surface of the back wall there appear long beams of light of a semicircular and ellipsoidal shape, and in the zones of their intersection a mixture of colors with the formation of new color spots of different degrees of brightness and the intensity of the glow and thus an abstract light canvas with elements of impressionism appears. For the observer, a color picture is seen through glass 6 in sections 7 with a matte surface and is presented in the form of a dynamically changing color picture with a wide range of colors and shades. Due to the dullness of the glass, the glow becomes blurry and soft during transitions from one color to another. Due to the fact that the back wall has a white coating 16, the brightness of the resulting intricate light pattern is significantly enhanced.

При включении в электрическую сеть также включаются расположенные на печатной плате 12 (фиг.1) светодиоды 13 через контроллер 14, управляющий их включением и выключением по специальной программе. В каждой колбе светодиодов 13 находится только один кристалл, излучающий свет определенной длины волны, т.е. красного, зеленого или синего цветов свечения, совокупность которых составляет систему RGB-триаду цветов, при смешивании которых формируется вся цветовая гамма подобно формированию цвета в системах цветного телевидения.When turned on, the LEDs 13 located on the printed circuit board 12 (Fig. 1) also turn on via the controller 14, which controls their switching on and off according to a special program. In each bulb of LEDs 13 there is only one crystal emitting light of a certain wavelength, i.e. red, green or blue glow colors, the combination of which makes up the RGB triad of colors, when mixed, the entire color gamut is formed similar to the formation of color in color television systems.

При попадании света от цветных светодиодов 13 (фиг.1) на область щелей 21 и кругами с отверстиями 22 (фиг.5) - микроэлементов, входящих в состав оптического модуля 19 (фиг.5) дифракционной решетки 11 (фиг.3), он дифрагирует. Происходит перераспределение светового потока в результате суперпозиции световых волн (фиг.7).When light from colored LEDs 13 (Fig. 1) enters the region of slots 21 and circles with holes 22 (Fig. 5) - microelements that are part of the optical module 19 (Fig. 5) of the diffraction grating 11 (Fig. 3), it diffracts. A redistribution of the light flux occurs as a result of a superposition of light waves (Fig. 7).

На фиг.6 представлено относительное расположение светодиодов 13 и дифракционной решетки 11 на стеклянной пластине 10. При этом происходит сложение колебаний световых пучков от всех пучков в точке расположения наблюдателя. В результате интенсивность дифрагированного на щели света будет иметь максимумы и минимумы. Если лучи от световых пучков придут в точку наблюдения в противофазе, то они гасят друг друга, а если в фазе, то усиливают. Интенсивность максимумов разных порядков (но соответствующих одной длине волны) связана с конечной шириной щелей в дифракционной решетке. При освещении щелей белым светом для различных значений длины волны (разных цветов) положения максимумов одинакового порядка не будут совпадать друг с другом, кроме центрального. Поэтому центральный максимум имеет вид белой полосы, а все остальные - вид радужных полос, называемых дифракционными спектрами первого, второго и т.д. порядков.Figure 6 shows the relative arrangement of the LEDs 13 and the diffraction grating 11 on the glass plate 10. In this case, the oscillations of the light beams from all the beams at the location of the observer are combined. As a result, the intensity of light diffracted through the slit will have maxima and minima. If the rays from the light beams come to the observation point in antiphase, then they cancel each other, and if in phase, they amplify. The intensity of the maxima of different orders (but corresponding to the same wavelength) is related to the finite width of the slits in the diffraction grating. When the slots are illuminated with white light for different wavelengths (different colors), the positions of the maxima of the same order will not coincide with each other, except for the central one. Therefore, the central maximum has the form of a white band, and all the others are the form of rainbow bands, called the diffraction spectra of the first, second, etc. orders.

При прохождении света от светодиодов 13 (фиг.1) сквозь отверстия 22 (фиг.5) лучи, претерпевшие дифракцию, интерферируют (фиг.8). Это приводит к перераспределению энергии световой волны так, что в результате против точки, совпадающей с центром отверстия, будет находиться максимум интерференции, и эта точка для наблюдателя окажется освещенной гораздо ярче соседних. По мере удаления от точки, совпадающей с центром отверстия, яркость света будет уменьшаться, и точка центра отверстия будет окружена темным кольцом. За темным кольцом будет расположено более яркое и т.д. Таким образом, вокруг центра отверстия будут располагаться дифракционные максимумы и минимумы кольцевой формы. Центральный максимум - белый круг, а остальные радужные кольца - дифракционными спектрами первого, второго и т.д. порядков.When the light from the LEDs 13 (Fig. 1) passes through the holes 22 (Fig. 5), the diffracted rays interfere (Fig. 8). This leads to a redistribution of the energy of the light wave so that, as a result, there will be a maximum of interference against the point coinciding with the center of the hole, and this point will be much brighter for the observer than the neighboring ones. As you move away from the point that coincides with the center of the hole, the brightness of the light will decrease, and the center point of the hole will be surrounded by a dark ring. Behind the dark ring will be located brighter, etc. Thus, around the center of the hole will be located diffraction maxima and minima of the ring shape. The central maximum is the white circle, and the rest of the rainbow rings are the diffraction spectra of the first, second, etc. orders.

Таким образом, при прохождении светового потока сквозь нанесенную на стеклянную пластину 10 (фиг.2) дифракционную решетку 11 (фиг.2) свет разлагается на составляющие цвета спектра, создавая радужный эффект. При прохождении светового пучка сквозь совокупность щелей и отверстий (фиг.3-5) часть его будет проходить через решетку прямо, а часть будет огибать микроэлементы решетки, в результате чего образуются новые пучки, выходящие из решетки и формирующие цветное изображение. В зависимости от угла падающего света на высокоразрешающую структуру дифракционной решетки из щелей и отверстий она переливается всеми цветами радуги.Thus, when the light flux passes through the diffraction grating 11 (FIG. 2) deposited on the glass plate 10 (FIG. 2), the light decomposes into the color components of the spectrum, creating a rainbow effect. When a light beam passes through a combination of slots and holes (Figs. 3-5), part of it will pass directly through the grating, and part will bend around the microelements of the grating, as a result of which new beams emerge from the grating and form a color image. Depending on the angle of incident light on the high-resolution structure of the diffraction grating from slots and holes, it shimmers with all the colors of the rainbow.

Конструкция светоизлучающего устройства дополнительно обеспечивает получение светодинамических эффектов за счет переключения светодиодов 13 (фиг.1) по заданной программе с помощью контроллера 14 (фиг.1). Одновременное включение одного или нескольких источников света разной длины волны в группе светодиодов, расположенных за дифракционной решеткой, создало огромные возможности с точки зрения световых решений благодаря смешиванию цветов, формированию множества цветовых оттенков, осуществлению динамического изменения света в различных режимах с несколькими уровнями скорости эффекта смешения цветов при переливании одного цветового оттенка в другой.The design of the light-emitting device additionally provides obtaining dynamic effects by switching the LEDs 13 (figure 1) according to a given program using the controller 14 (figure 1). The simultaneous inclusion of one or more light sources of different wavelengths in the group of LEDs located behind the diffraction grating created great opportunities in terms of lighting solutions due to color mixing, the formation of many color shades, and the dynamic change of light in various modes with several levels of color mixing effect speed when transfusing one color shade into another.

Использование в центральной части стеклянной пластины дифракционной решетки из параллельных щелей и круглых отверстий размером 1-3 мкм, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, позволило разбить фронт световой волны на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки, претерпевая дифракцию на щелях и отверстиях, интерферировали друг с другом, раскладывавая белый свет в спектр и позволяя получать благодаря этому радужный декоративный эффект. Из-за интерференции интенсивность света, прошедшего через совокупность параллельных щелей и круглых отверстий, получалась различной в различных направлениях. В некоторых направлениях световые волны от щелей и отверстий решетки складывались в фазе, многократно усиливая друг друга. Освещение дифракционной решетки с щелями и круглыми отверстиями изменяющимся с помощью контроллера монохроматическим светом позволило получить трехмерную дифракционную световую картину.The use of a diffraction grating in the central part of the glass plate from parallel slits and 1-3 μm round holes located at the same distance from each other made it possible to split the front of the light wave into separate beams of coherent light. These beams, undergoing diffraction by slits and holes, interfered with each other, spreading white light into the spectrum and making it possible to obtain a rainbow-colored decorative effect. Due to the interference, the intensity of the light transmitted through a combination of parallel slits and round holes turned out to be different in different directions. In some directions, light waves from slots and holes of the grating were added in phase, amplifying each other many times. Illumination of the diffraction grating with slits and round holes with monochromatic light changing with the help of the controller made it possible to obtain a three-dimensional diffraction light picture.

Размещение вокруг дифракционной решетки участков стекла с матированной поверхностью, за которыми находились линейки светодиодов системы RGB, излучающих свет по касательной к задней стенке, позволило создать слегка приглушенный окружающий фон с длинными круглой или эллипсовидной формы пятнами, плавно изменяющими свой цвет.Placing sections of glass with a frosted surface around the diffraction grating, behind which there were lines of RGB LEDs emitting light tangentially to the back wall, allowed us to create a slightly muted surrounding background with long round or ellipsoidal spots that gradually change color.

Для наблюдателя цветная картина видится через стекло 6 на участках 7 с матовой поверхностью и представляется в виде динамично изменяющейся цветной картины с широкой гаммой цветов и оттенков. Благодаря матовости стекла свечение приобретает расплывчатость и мягкость при переходах от одного цвета к другому. Для более полного освещения объема корпуса на верхней поверхности внутренней печатной платы установлен зеркальный отражатель 15 из тонкой металлизированной полимерной пленки. За счет того, что задняя стенка имеет покрытие 16 белого цвета, яркость получаемого замысловатого светового узора значительно усиливается.For the observer, a color picture is seen through glass 6 in sections 7 with a matte surface and is presented in the form of a dynamically changing color picture with a wide range of colors and shades. Due to the dullness of the glass, the glow becomes blurry and soft during transitions from one color to another. For a more complete illumination of the enclosure volume, a mirror reflector 15 of a thin metallized polymer film is installed on the upper surface of the internal circuit board. Due to the fact that the back wall has a white coating 16, the brightness of the resulting intricate light pattern is significantly enhanced.

Получаемый свет различной длины волны и длительности, а также цветовые оттенки как в центральной части, так и на периферии оказывают активизирующее влияние на микроциркуляцию в области сетчатки глаза и общестимулирующее воздействие на организм человека. Отображение нежных цветовых градиентов и изменение яркости света вызывает различные эмоции у наблюдателя. Плавный и мягкий переход от одного цвета к другому, используемый в конструкции заявляемого устройства, позволяет получать высокое эстетическое наслаждение и удовольствие от созерцания феерических световых картин.The resulting light of various wavelengths and durations, as well as color shades both in the central part and on the periphery, have an activating effect on microcirculation in the retina and a general stimulating effect on the human body. The display of gentle color gradients and a change in the brightness of the light causes various emotions in the observer. A smooth and soft transition from one color to another, used in the design of the claimed device, allows you to get high aesthetic pleasure and pleasure from the contemplation of enchanting light paintings.

Применение в заявляемой конструкции устройства стекла из комбинации матированных участков поверхности и поверхности с дифракционной решеткой с размерами элементов на уровне 1-3 мкм, получаемых методом фотолитографии и техпроцессов, применяемых в нанотехнологии, а также современных твердотельных источников света - светоизлучающих диодов позволило создавать декоративные эффекты, значительно усиливающиеся за счет одновременного применения эффекта дифракции света и динамического изменения цвета и формирования широкой цветовой гаммы с помощью светодиодов разного цвета (система RGB), работающих по заданной программе, что позволило приблизить эффект эмоционального воздействия разработанной конструкции светильника к эффекту воздействия природных явлений, таких как радуга, северное сияние, гало, звездное небо и т.д.The use of glass in the claimed design of the device from a combination of matted surface and surface sections with a diffraction grating with element sizes of 1-3 microns, obtained by photolithography and technological processes used in nanotechnology, as well as modern solid-state light sources - light-emitting diodes allowed to create decorative effects, significantly enhanced due to the simultaneous application of the effect of light diffraction and dynamic color change and the formation of a wide color gamut with using LEDs of different colors (RGB system), working on a given program, which allowed us to bring the effect of the emotional impact of the developed lamp design closer to the effect of natural phenomena such as rainbow, northern lights, halo, starry sky, etc.

За счет сочетания освещения центральной части стекла с дифракционной решеткой и периферийной части с матированной поверхностью светодиодами системы RGB с динамическим изменением длины волны монохроматического света при подключениях светодиодов в различных комбинациях изобретение позволило обеспечить переключения СИД и изменения яркости и цветности излучаемого светового потока, создать динамически изменяющуюся в пространстве и во времени световую картину со световыми эффектами большого разнообразия, расширить гамму цветов и число вариантов световых эффектов.By combining the illumination of the central part of the glass with a diffraction grating and the peripheral part with a frosted surface, the RGB LEDs with dynamic change in the wavelength of monochromatic light when the LEDs are connected in various combinations, the invention allowed for LED switching and changes in the brightness and color of the emitted light flux, creating space and time light pattern with lighting effects of a wide variety, expand the gamut of colors and number options for lighting effects.

В приложении представлены фотографии динамических картин, реализуемых светоизлучаемым устройством.The appendix contains photographs of dynamic paintings sold by a light-emitting device.

Claims (4)

1. Светоизлучающее устройство, содержащее корпус с защитным стеклом, расположенные в нем излучающие светодиоды, которые установлены на внешней плате с промежутками между ними и на внутренней печатной плате с контактными площадками между светодиодами, при этом внешняя плата выполнена прозрачной, отличающееся тем, что внутренняя центральная часть защитного стекла снабжена стеклянной пластиной с дифракционной решеткой из совокупности щелей и отверстий с размерами 1-3 мкм, задняя стенка корпуса снабжена светоотражающим экраном, внутренняя плата со светодиодами расположена параллельно боковой стенке корпуса, а внешняя плата расположена напротив указанной стеклянной пластины с дифракционной решеткой перед светоотражающим экраном, светодиоды на внутренней и внешней платах выполнены из полупроводниковых кристаллов с разными цветами свечения и соединены с контроллером.1. A light emitting device comprising a housing with a protective glass, emitting LEDs located therein, which are mounted on the external circuit board with gaps between them and on the internal printed circuit board with contact pads between the LEDs, the external circuit board being transparent, characterized in that the inner central part of the protective glass is equipped with a glass plate with a diffraction grating from a set of slits and holes with a size of 1-3 μm, the rear wall of the housing is equipped with a reflective screen, the inner a board with LEDs is located parallel to the side wall of the case, and an external board is located opposite the specified glass plate with a diffraction grating in front of the reflective screen, the LEDs on the inner and outer boards are made of semiconductor crystals with different glow colors and connected to the controller. 2. Светоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что защитное стекло за пределами центральной части стеклянной пластины с дифракционной решеткой выполнено матированным.2. The light-emitting device according to claim 1, characterized in that the protective glass outside the Central part of the glass plate with a diffraction grating is frosted. 3. Светоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что на верхней поверхности внутренней печатной платы установлен зеркальный отражатель из тонкой металлизированной полимерной пленки.3. The light-emitting device according to claim 1, characterized in that a mirror reflector of a thin metallized polymer film is installed on the upper surface of the inner circuit board. 4. Светоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что светоотражающее покрытие на задней стенке корпуса выполнено белого цвета. 4. The light-emitting device according to claim 1, characterized in that the reflective coating on the rear wall of the housing is white.
RU2008152913/07A 2008-12-31 2008-12-31 Light-emitting device RU2410598C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008152913/07A RU2410598C2 (en) 2008-12-31 2008-12-31 Light-emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008152913/07A RU2410598C2 (en) 2008-12-31 2008-12-31 Light-emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008152913A RU2008152913A (en) 2010-07-10
RU2410598C2 true RU2410598C2 (en) 2011-01-27

Family

ID=42684342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008152913/07A RU2410598C2 (en) 2008-12-31 2008-12-31 Light-emitting device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2410598C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008152913A (en) 2010-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7051950B2 (en) Lighting equipment and projection equipment
JP2004526192A (en) Data display device
JP6166723B2 (en) Illumination device and projection device
US10976026B2 (en) Lighting device with sparkling effect
JP2009516895A (en) Lighting system with multiple sets of light sources
US11079080B2 (en) LED light has image and/or patterns projection
JP2007026827A (en) Illumination device
US6513954B2 (en) Rainbow projection light
JP2004200120A (en) Lighting device and amusement arrangement using the same
US6955581B1 (en) Light-decorative puppet luminous flux driving device
RU2410598C2 (en) Light-emitting device
JP2017503321A (en) Optical waveguide with extraction part with direction-dependent extraction efficiency
UA62380A (en) Device for production of light image
RU2379581C1 (en) Lamp
EP4080112A1 (en) Illumination device with light source emulation effect
JP2010140883A (en) Non-image-forming light guide, reflector, or optical mixer, and their lighting fixture
RU2368845C1 (en) Decorative lighting fixture
RU2431773C1 (en) Decorative lamp
RU2642126C2 (en) Product with luminous surface provided by led
EP3520574B1 (en) Lighting device.
RU2285620C2 (en) Light dynamic apparatus for displaying of artistic pattern
KR200242274Y1 (en) Display apparatus using optical fiber and rumilight
JP2003000816A (en) Display device for game machine
JP2008272172A (en) Optical decoration device
SU1365023A1 (en) Device for forming luminous effects

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170101