RU2442229C1 - Lighting panel with frontal input of light emission (options) - Google Patents

Lighting panel with frontal input of light emission (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2442229C1
RU2442229C1 RU2010149622/12A RU2010149622A RU2442229C1 RU 2442229 C1 RU2442229 C1 RU 2442229C1 RU 2010149622/12 A RU2010149622/12 A RU 2010149622/12A RU 2010149622 A RU2010149622 A RU 2010149622A RU 2442229 C1 RU2442229 C1 RU 2442229C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
panel
radiation
source
lighting
Prior art date
Application number
RU2010149622/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Федорович Герасев (RU)
Виктор Федорович Герасев
Александр Васильевич Семененко (RU)
Александр Васильевич Семененко
Сергей Константинович Сигалаев (RU)
Сергей Константинович Сигалаев
Алексей Николаевич Алексахин (RU)
Алексей Николаевич Алексахин
Игорь Викторович Проценко (RU)
Игорь Викторович Проценко
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority to RU2010149622/12A priority Critical patent/RU2442229C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2442229C1 publication Critical patent/RU2442229C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)

Abstract

FIELD: electrical lighting. ^ SUBSTANCE: invention relates to lighting panels with a frontal input of light emission and allows to get economical, eye comforting, homogeneous on the radiant surface light panels with LEDs light source to illuminate accommodation and technical premises and to be applied to demonstrational sign-boards, information directories, luminous advertising, medical lighting devices and other lighting devices; the technical result is attained thanks to the lighting panel with a frontal input of the light emission which has a lightguiding panel element and the light emitting source, at that the lightguiding panel element represents a lightguide executed in the shape of a triangular prism, one lateral side of the prism is smaller than the others, at that the emitting light source is located in front of the smaller side of the prism. ^ EFFECT: enhancement of the cross-sectional evenness of brightness of emerging light beams providing a high coefficient of efficiency upon input-output luminous radiation and securing of the specified direction of emerging beams of light. ^ 6 cl, 5 dwg.

Description

Изобретение относится к световым панелям с торцевым вводом излучения и позволяет получить экономичные, комфортные для восприятия глазом однородные по излучающей поверхности световые панели со светодиодным источником света для освещения жилых, технологических и технических помещений, может быть использовано в демонстрационных вывесках, указателях различной информации, световых рекламах, осветительных устройствах для медицинских применений и прочих световых устройствах.The invention relates to light panels with an end input of radiation and allows to obtain cost-effective, light-emitting surface panels with an LED light source for illuminating residential, technological and technical rooms, uniform on the emitting surface, that can be used in demonstration signs, indexes of various information, light advertisements , lighting devices for medical applications and other lighting devices.

Известные осветительные панели с торцевым вводом излучения, например RU 95886, с необходимостью включают три основных конструктивных элемента, показанных на Фиг.1, а именно световодный элемент 11 (например, плоский волновод), светорассеивающие элементы 12, которые могут быть выполнены как в виде дополнительных слоев, нанесенных на световодный элемент 11, так и в виде каких-либо изменений на поверхности (US 2010014318), и источник излучения 13. Источники поставляют свет для освещения, световодные элементы обеспечивают доставку света вдоль панели от источников к светорассеивающим элементам, а светорассеивающие элементы - вывод света наружу из панели. При этом должны быть обеспечены оптимальные условия освещения. Световые панели могут также содержать различные дополнительные элементы, например отражающие покрытия. Применяющиеся в известных панелях световодные элементы (световоды) сами по себе практически не выводят излучение наружу: эффективность передачи излучения по световодам превышает 95%. Это происходит потому, что, во-первых, излучение от источников вводится световоды под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения. А, во-вторых, форма световодов такова, что распространяющееся излучение в любой точке световода (без рассеивющих элементов) испытывает полное внуреннее отражение.Known lighting panels with an end radiation input, for example, RU 95886, necessarily include three main structural elements shown in Fig. 1, namely, a light guide element 11 (for example, a flat waveguide), light-scattering elements 12, which can be made as additional layers applied to the light guide element 11, and in the form of any changes on the surface (US 2010014318), and the radiation source 13. Sources supply light for illumination, light guide elements provide light delivery along the panel from the source nicks to the light-scattering elements, and light-scattering elements - the output of light outward from the panel. In this case, optimal lighting conditions must be ensured. Light panels may also contain various additional elements, such as reflective coatings. The optical fiber elements (optical fibers) used in the known panels by themselves practically do not bring the radiation out: the transmission efficiency of the radiation through the optical fibers exceeds 95%. This is because, firstly, the radiation from the sources is introduced by the optical fibers at an angle exceeding the angle of total internal reflection. And, secondly, the shape of the optical fibers is such that the propagating radiation at any point in the optical fiber (without scattering elements) experiences a full internal reflection.

В оптимальных условиях световая панель формирует из световых пучков источников один или несколько пучков заданных направления и поперечного сечения с максимально равномерным распределением интенсивности (яркости) света по сечению выходных пучков, при возможно большем (возможно близким к 1) кпд по выводу светового излучения. Последний определяется отношением полной мощности света от источников к полной мощности света, выводимого из панели. Для обеспечения освещения абсолютная выходная мощность светового излучения панели должна быть достаточно высокой (сравнимой с мощностью света от ламп накаливания). Характерные поперечные размеры светового пучка, выходящего из панели много больше (в разы), чем поперечные размеры пучка, исходящего от источников, при условии, если измерять поперечное сечение соответствующих пучков на одинаковом расстоянии от источника и от панели. Форма выходящего светового пучка совпадает, как правило, с формой рабочих (выводящих) поверхностей панели.Under optimal conditions, the light panel forms from the light beams of the sources one or more beams of a given direction and cross section with the most uniform distribution of light intensity (brightness) over the cross section of the output beams, with the greatest possible (possibly close to 1) efficiency for outputting light radiation. The latter is determined by the ratio of the total power of light from sources to the total power of light output from the panel. To ensure lighting, the absolute output power of the light radiation of the panel must be sufficiently high (comparable to the power of light from incandescent lamps). The characteristic transverse dimensions of the light beam emerging from the panel are much larger (several times) than the transverse dimensions of the beam emanating from sources, provided that the cross section of the corresponding beams is measured at the same distance from the source and from the panel. The shape of the outgoing light beam coincides, as a rule, with the shape of the working (output) surfaces of the panel.

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать световую панель с торцевым вводом излучения, которая обеспечивала следующие требования:Thus, the objective of the present invention is to create a light panel with an end input of radiation, which provides the following requirements:

1) преобразование световых пучков от источников в один или несколько выходящих световых пучков большего поперечного сечения;1) the conversion of light beams from sources into one or more outgoing light beams of a larger cross section;

2) обеспечение более равномерной яркости выходящих пучков по сечению;2) ensuring a more uniform brightness of the outgoing beams over the cross section;

3) обеспечение высокого кпд по вводу-выводу светового излучения;3) ensuring high efficiency in input-output of light radiation;

4) обеспечение заданного направления (направлений) выходящих пучков.4) providing a given direction (directions) of the emerging beams.

Необходимость высокого кпд по вводу-выводу светового излучения является одним из отличий осветительных панелей от панелей-экранов (например, мониторов компьютеров, US 7554626). В последних, при необходимости равномерности освещения рабочей поверхности (экрана) не требуется высокая (т.е. сравнимая с мощностью, необходимой для освещения) выводимая мощность и соответственно кпд панелей-экранов по вводу-выводу излучения может быть низким.The need for high efficiency in input / output of light radiation is one of the differences between lighting panels and screen panels (for example, computer monitors, US 7554626). In the latter, if the uniformity of illumination of the working surface (screen) is necessary, a high (i.e., comparable to the power necessary for lighting) output power and, accordingly, the efficiency of the panel-screens for input-output radiation may not be high.

Недостатком известных осветительных панелей (например, RU 95886 является их сложное устройство, так как передача излучения от источников вдоль панели и вывод излучения из панели и формирование выходного светового пучка происходят в разных конструктивных элементах: в световодах и светорассеивающих элементах соответственно. Это увеличивает число конструктивных элементов панели. Другим недостатком является неполное решение задач панели (невысокое качество освещения), в частности равномерной яркости излучения по сечению выходного светового пучка и обеспечения заданного направления пучка. В предлагаемом изобретении указанные недостатки устраняются с помощью объединения функций передачи излучения от источников вдоль панели и функции вывода излучения из панели и формирования выходного светового пучка в едином конструктивном элементе.A disadvantage of the known lighting panels (for example, RU 95886 is their complex device, since the transmission of radiation from sources along the panel and the output of radiation from the panel and the formation of the output light beam occur in different structural elements: in optical fibers and light-scattering elements, respectively. This increases the number of structural elements Another drawback is the incomplete solution of the panel tasks (low quality of lighting), in particular, the uniform brightness of radiation over the cross section of the output light guide about the beam and providing the specified direction of the beam. In the present invention, these disadvantages are eliminated by combining the functions of transmitting radiation from sources along the panel and the function of outputting radiation from the panel and forming the output light beam in a single structural element.

Предлагаемая световая панель представляет собой клинообразный световод или призму (Фиг.2) из прозрачного материала (например, стекла) с плоскими или искривленными (Фиг.5) рабочими поверхностями 21 - большими поверхностями клина. Источники излучения 22 (например, светодиоды) помещают у торцевой (меньшей) поверхности данного световода. Как видно на Фиг.2, специальные светорассеивающие элементы отсутствуют, и рассеяние света происходит при распространении излучения вдоль световода за счет его клинообразной формы.The proposed light panel is a wedge-shaped light guide or a prism (Figure 2) of a transparent material (for example, glass) with flat or curved (Figure 5) working surfaces 21 - large surfaces of the wedge. Sources of radiation 22 (for example, LEDs) are placed at the end (smaller) surface of a given fiber. As can be seen in Figure 2, there are no special light-scattering elements, and light scattering occurs during the propagation of radiation along the fiber due to its wedge-shaped shape.

Принцип работы предлагаемой световой панели поясняется также на Фиг.2, описывающей схему переноса и вывода излучения из предлагаемой клинообразной световой панели, где φ* - угол полного внутреннего отражения, α - угол при вершине клинообразного световода, θ - угол, под которым луч от источника 22 падает на торцевую поверхность световода, φ1, φ2, …, φk - углы, под которыми происходят 1, 2, …, k-oe отражения внутри световода.The principle of operation of the proposed light panel is also illustrated in FIG. 2, which describes the radiation transfer and output from the proposed wedge-shaped light panel, where φ * is the angle of total internal reflection, α is the angle at the apex of the wedge-shaped fiber, θ is the angle at which the beam from the source 22 falls on the end surface of the fiber, φ 1 , φ 2 , ..., φ k are the angles at which 1, 2, ..., k-oe reflections occur inside the fiber.

Для простоты рассмотрим клинообразный световод с плоскими рабочими поверхностями. Луч от источника, имеющий угол в относительно оси световода, испытывает первое отражение под углом φ1=π/2-θ-α/2, от левой рабочей поверхности световода и проходит дальше. После второго отражения (отражения от правой рабочей поверхности) φ2=π/2-θ-3α/2, после k-го - φk=π/2-θ-α(k-1/2), т.е. φk уменьшается с каждым отражением. Таким образом, при некотором отражении k*(θ) (на Фиг.2 k*(θ)=2) окажется, что

Figure 00000001
< φ*=arcsin(1/n) - угла полного внутреннего отражения для материала световода с показателем преломления n. При отражении k* и последующих свет начнет выходить из световода наружу. Таким образом, на начальном этапе распространения света при k < k*(θ) происходит его перенос вдоль панели без выхода наружу, а затем при k ≥ k*(θ) - и перенос и выход излучения наружу. Лучи источника с большим углом (относительно оси световода будут выходить ближе к входного торцу световода, а лучи с меньшим θ - дальше от торца. Таким образом обеспечивают равномерность выхода излучения с боковой поверхности световода. Принцип работы световой панели с неплоскими (искривленными) рабочими поверхностями аналогичен изложенному выше, изменится лишь выражение для φk.For simplicity, we consider a wedge-shaped light guide with flat working surfaces. The beam from the source, having an angle relative to the axis of the fiber, experiences the first reflection at an angle φ 1 = π / 2-θ-α / 2, from the left working surface of the fiber and passes further. After the second reflection (reflection from the right working surface) φ 2 = π / 2-θ-3α / 2, after the k-th - φ k = π / 2-θ-α (k-1/2), i.e. φ k decreases with each reflection. Thus, with some reflection k * (θ) (in Fig. 2 k * (θ) = 2) it turns out that
Figure 00000001
* = arcsin (1 / n) is the angle of total internal reflection for the fiber material with a refractive index n. Upon reflection of k * and subsequent light starts to go out of the fiber. Thus, at the initial stage of the propagation of light for k <k * (θ), it is transported along the panel without going outside, and then for k ≥ k * (θ), the radiation is transferred and released to the outside. The rays of the source with a large angle (relative to the axis of the fiber will go closer to the input end of the fiber, and rays with a smaller θ - further from the end. This ensures uniform output of radiation from the side surface of the fiber. The principle of operation of the light panel with non-planar (curved) working surfaces is similar above, only the expression for φ k will change.

На Фиг.3 показан набор фиктивных источников излучения - изображений источника, находящегося у торцевой (входной) поверхности панели. При расчете положений фиктивных источников, для простоты, полагалось, что настоящий источник помещен в материал световода. Фиктивные источники дают такое же освещение, как и данная световая панель (клинообразная световая панель с плоскими рабочими поверхностями). Цифры 0, 1, 2… соответствуют номеру отражения света исходного источника от рабочих поверхностей панели. Жирные пунктирные стрелки показывают направления суммарных световых пучков от правой и левой рабочих поверхностей панели.Figure 3 shows a set of fictitious radiation sources - images of a source located at the end (input) surface of the panel. When calculating the provisions of fictitious sources, for simplicity, it was assumed that the present source was placed in the material of the fiber. Fictitious sources give the same lighting as this light panel (wedge-shaped light panel with flat work surfaces). The numbers 0, 1, 2 ... correspond to the number of light reflection of the source from the working surfaces of the panel. Bold dotted arrows show the directions of the total light beams from the right and left working surfaces of the panel.

Таким образом, световая панель эквивалентна замене излучения от входного источника на излучение от большего числа фиктивных источников-изображений. Такая замена одного источника на несколько приводит к более равномерному распределению яркости по сечению выходного пучка панели, чем распределение яркости исходного источника. Из Фиг.3 также видно, что из однонаправленного пучка источника панель формирует световые пучки двух направлений. Диаграммы направленности с двумя направлениями распространения световых пучков практически необходимы, например, для устройств наружного освещения. На Фиг.3 часть фиктивных источников (см. источник, лежащий ниже горизонтальной линии) излучает в направлении, противоположном направлению света (сверху вниз) от исходного источника. Такие фиктивные источники соответствуют отраженному излучению, они определяют кпд данной световой панели. Для малых углов (отражение назад возникает после того, как свет в панели испытал достаточно большое число отражений вперед. Например, для угла α на Фиг.3 - отражение назад возникает после 5 отражений. Таким образом, при малых α потери на отражение назад малы, а кпд панели превышает 90%. При заданном угловом распределении входного источника свойства и характеристики панели с плоскими рабочими поверхностями определяются углом α при вершине клина и показателем преломления n материала панели. Поперечную структуру, направление распространения выходных световых пучков и соотношение яркостей световых пучков можно изменять за счет искривления рабочих поверхностей панели.Thus, the light panel is equivalent to replacing radiation from the input source with radiation from a larger number of fictitious image sources. Such a replacement of one source by several leads to a more uniform distribution of brightness over the section of the output beam of the panel than the distribution of brightness of the original source. Figure 3 also shows that from a unidirectional source beam, the panel forms light beams in two directions. Directivity patterns with two directions of propagation of light beams are practically necessary, for example, for outdoor lighting devices. In Fig. 3, part of the fictitious sources (see the source lying below the horizontal line) emits in the direction opposite to the direction of light (from top to bottom) from the original source. Such fictitious sources correspond to reflected radiation; they determine the efficiency of a given light panel. For small angles (the backward reflection occurs after the light in the panel has experienced a sufficiently large number of forward reflections. For example, for the angle α in Figure 3, the backward reflection occurs after 5 reflections. Thus, for small α, the backward reflection loss is small, and the efficiency of the panel exceeds 90%. For a given angular distribution of the input source, the properties and characteristics of the panel with flat working surfaces are determined by the angle α at the wedge tip and the refractive index n of the panel material. single light beams and the ratio of the brightness of light beams can be changed due to the curvature of the working surfaces of the panel.

Анализ положения фиктивных источников (изображений) для настоящего источника, находящегося вне световода, показывает, что его изображения «размазываются» и представляют собой короткие светящиеся нити, расположенные там же, где находятся точечные изображения источника и направленные по радиусам окружностей на фиг.3.An analysis of the position of fictitious sources (images) for a real source located outside the fiber shows that its images are “smeared” and are short luminous filaments located in the same place as the point images of the source and directed along the radii of circles in Fig. 3.

На Фиг.4 показан клинообразный световод с искривленными рабочими поверхностями. В данном примере поверхность панели выбирается таким образом, чтобы обеспечить вывод излучения, в основном, только с одной стороны панели. С другой стороны излучение практически не выводится, несмотря на то, что какие-либо отдельные отражающие элементы (зеркальные покрытия) на этой стороне панели отсутствуют. Отсутствие отражающих элементов упрощает конструкцию и повышает надежность работы панели, т.к. она не содержит зеркальных элементов, например металлизированных покрытий, подверженных коррозии. Принцип построения световой панели с искривленным покрытием, где обеспечивается вывод излучения, в основном, с одной стороны, поясняется с помощью Фиг.4. Стрелками на Фиг.4 отмечены направления распространения лучей в панели и вне ее.Figure 4 shows a wedge-shaped optical fiber with curved working surfaces. In this example, the surface of the panel is selected in such a way as to provide output radiation, mainly only on one side of the panel. On the other hand, radiation is practically not output, despite the fact that there are no separate reflective elements (mirror coatings) on this side of the panel. The absence of reflective elements simplifies the design and increases the reliability of the panel, because it does not contain mirror elements, such as metallized coatings susceptible to corrosion. The principle of constructing a light panel with a curved coating, where radiation is provided, mainly on the one hand, is explained using Figure 4. The arrows in Figure 4 indicate the directions of the propagation of rays in the panel and outside it.

Имеется точечный источник света 41 с апертурой излучения с угловой расходимостью γ, сформированной, например, линзой или диафрагмой. Для случая на Фиг.4 γ=12°. Пространственная конфигурация боковых поверхностей панели 4100 (левая) и 4200 (правая) и направление максимума излучения источника подобраны так, что излучение от источника, на протяжении некоторого числа отражений в панели, испытывает полное внутреннее отражение от поверхности 4200 и не выходит из нее наружу, но не испытывает полного внутреннего отражения от поверхности 4100 и, следовательно, выходит частично через эту поверхность наружу при каждом отражении. Соответствующая форма поверхностей 4100 и 4200 может быть определена, например, согласно следующему алгоритму. Излучение от источника попадает на поверхность 4200 панели и испытывает там первое полное внутреннее отражение: для этого угол падения

Figure 00000002
между крайним лучом 42 от источника и нормалью к плоскому элементу 43 поверхности, от которого совершается первое отражение, должен быть равен углу θ*=arcsin(1/n) полного внутреннего отражения для материала панели с показателем преломления n. Например, для панели из стекла с n=1.536 на Фиг.4 θ*=40.6°. Все лучи, лежащие между крайними лучами 42 и 44 источника, будут испытывать полное внутреннее отражение от элемента 43 поверхности, так как соответствующие этим лучам углы падения θ(1):
Figure 00000003
, где
Figure 00000004
- угол падения крайнего луча 44 от источника, здесь и далее верхний индекс в скобках соответствует номеру отражения. Таким образом, при первом отражении излучение от источника не выходит за пределы панели. Свет источника, полностью отраженный от элемента поверхности 43 внутрь световой пластины, доходит затем до плоского элемента 45 ее боковой поверхности 4100. Элемент 45 повернут относительно элемента 43 (вертикального на Фиг.4) против часовой стрелки на угол γ, поэтому углы падения θ(2) лучей от источника на элемент 45
Figure 00000005
т.е. все лучи от источника, за исключением самого крайнего луча с углом падения
Figure 00000006
при отражении от элемента 45 частично выходят наружу. После частичного отражения от элемента 45 свет от источника доходит до плоского элемента 46 поверхности 4200, который повернут относительно элемента 45 на угол γ, т.е. на угол 2γ относительно вертикали. Так же, как и для элемента 44, все лучи от источника будут испытывать полное внутреннее отражение от элемента 46 и, следовательно, не будут выходить наружу из панели. Затем лучи, отраженные от элемента 46, доходят до элемента 47 поверхности 4100, элемент 47 повернут относительно элемента 46 на угол γ (т.е. на угол 3γ относительно вертикали) против часовой стрелки, поэтому, также как и для элемента 45, ни один из лучей источника (кроме самого крайнего) не будет испытывать полного внутреннего отражения от элемента 47, и все они будут частично выходить через элемент 47 наружу. Аналогичным образом строятся остальные элементы панели, при этом используются построение изображений источника как, например, изображения 48, 49, 410 на Фиг.4. Из Фиг.4 видно, что после достаточно большого числа отражений часть света начнет выходить через поверхность 4200: там показаны направления 411 выхода света из поверхности 2400 4-м отражении от нее.There is a point light source 41 with an aperture of radiation with an angular divergence γ, formed, for example, by a lens or aperture. For the case of FIG. 4, γ = 12 °. The spatial configuration of the side surfaces of the panel 4100 (left) and 4200 (right) and the direction of the maximum radiation of the source are selected so that the radiation from the source, for a certain number of reflections in the panel, experiences total internal reflection from the surface 4200 and does not go out, but does not experience complete internal reflection from the surface 4100 and, therefore, partially exits through this surface to the outside at each reflection. The corresponding shape of the surfaces 4100 and 4200 can be determined, for example, according to the following algorithm. The radiation from the source hits the surface of the panel 4200 and experiences the first total internal reflection there: for this, the angle of incidence
Figure 00000002
between the extreme beam 42 from the source and the normal to the flat surface element 43 from which the first reflection occurs, should be equal to the angle θ * = arcsin (1 / n) of total internal reflection for the panel material with a refractive index n. For example, for a glass panel with n = 1.536 in FIG. 4, θ * = 40.6 °. All rays lying between the extreme rays 42 and 44 of the source will experience total internal reflection from the surface element 43, since the angles of incidence θ (1) corresponding to these rays:
Figure 00000003
where
Figure 00000004
- the angle of incidence of the extreme beam 44 from the source, hereinafter, the superscript in parentheses corresponds to the reflection number. Thus, during the first reflection, the radiation from the source does not extend beyond the panel. The source light, which is completely reflected from the surface element 43 inside the light plate, then reaches the flat element 45 of its side surface 4100. The element 45 is rotated relative to the element 43 (vertical in FIG. 4) counterclockwise by an angle γ, therefore, the angles of incidence θ (2 ) rays from the source to the element 45
Figure 00000005
those. all rays from the source, except for the most extreme ray with an angle of incidence
Figure 00000006
when reflected from the element 45 partially go outside. After partial reflection from the element 45, the light from the source reaches the flat element 46 of the surface 4200, which is rotated relative to the element 45 by an angle γ, i.e. at an angle of 2γ relative to the vertical. As with element 44, all rays from the source will experience total internal reflection from element 46 and, therefore, will not go out of the panel. Then, the rays reflected from the element 46 reach the element 47 of the surface 4100, the element 47 is rotated relative to the element 46 by an angle γ (i.e., by an angle 3γ relative to the vertical) counterclockwise, therefore, as with element 45, none from the rays of the source (except the most extreme) will not experience complete internal reflection from the element 47, and all of them will partially go out through the element 47. Similarly, the remaining elements of the panel are constructed, using the construction of source images such as, for example, images 48, 49, 410 in Figure 4. Figure 4 shows that after a sufficiently large number of reflections, part of the light will begin to exit through the surface 4200: there are shown directions 411 of light exit from the surface 2400 of the 4th reflection from it.

Эффективность работы данной панели таким образом, должна характеризоваться, в т.ч. относительной долей энергии излучения источника, выходящей через поверхность 4100. Упомянутую эффективность световой панели можно оценить, если воспользоваться известными выражениями для амплитудных коэффициентов отраженияThe effectiveness of this panel in this way should be characterized, incl. the relative fraction of the radiation energy of the source exiting through the surface 4100. The mentioned efficiency of the light panel can be estimated using the well-known expressions for the amplitude reflection coefficients

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

поля световой волны различных (нормальной и параллельной плоскости падения луча) поляризаций. Здесь θ, θ' - углы падения луча света в панели и его продолжения за пределами панели, соответственно nsinθ=sinθ'. Используя закон сохранения энергии для падающего, прошедшего и отраженного от поверхности раздела сред излучения в виде ncosθ=T||,⊥(θ)+nr2|,⊥(θ)cos(θ), можно получить коэффициенты прохождения Т||,⊥(θ) по интенсивности (яркости) излучения. Для оценок яркости вышедшего из панели излучения достаточно взять средний по поляризациям поля и по углам падения коэффициент прохожденияlight wave fields of various (normal and parallel to the plane of incidence of the beam) polarizations. Here θ, θ 'are the angles of incidence of the light ray in the panel and its continuation outside the panel, respectively, nsinθ = sinθ'. Using the energy conservation law for the incident, transmitted, and reflected from the interface media radiation in the form ncosθ = T ||, ⊥ (θ) + nr 2 |, ⊥ (θ) cos (θ), we can obtain the transmission coefficients T ||, ⊥ (θ) in intensity (brightness) of the radiation. To assess the brightness of radiation emitted from the panel, it is enough to take the average transmission coefficient of the field and the angle of incidence

Figure 00000009
Figure 00000009

Используя последнюю формулу можно найти, что в случае фиг.4 после первого отражения от поверхности 4100 панели из нее выйдет Тav=0.701, т.е. 70% излучения, после второго -Tav(1-Tav)2=0.209-21%, а после третьего -Tav(1-Tav)2=0.062-6%.Using the last formula, it can be found that in the case of Fig. 4, after the first reflection from the panel surface 4100, T av = 0.701 will come out of it, i.e. 70% of the radiation, after the second -T av (1-T av ) 2 = 0.209-21%, and after the third -T av (1-T av ) 2 = 0.062-6%.

Таким образом, эффективность данной панели по выводу излучения через поверхность 4200 составляет не менее 70+21+6=97%. Остальная часть излучения источника может частично выходить через противоположную поверхность 4100. Изменяя апертуру источника можно получать другое распределение энергии выходного излучения после отражений. Например, оценки для меньшей, чем на Фиг.4 апертуры γ=4°, дают, что после первого, второго и третьего отражений из панели выйдет соответственно 56%, 25% и 11% энергии излучения, эффективность панели составит при этом 92%.Thus, the efficiency of this panel for outputting radiation through the surface of 4200 is at least 70 + 21 + 6 = 97%. The rest of the source radiation can partially exit through the opposite surface 4100. By changing the aperture of the source, another distribution of the energy of the output radiation after reflections can be obtained. For example, estimates for a smaller aperture γ = 4 ° than in Figure 4 give that after the first, second, and third reflections, 56%, 25%, and 11% of the radiation energy will leave the panel, respectively, and the panel efficiency will be 92%.

Данное построение и пример преобразования излучения панели за счет кривизны ее поверхности - не единственно возможные. Данная панель может быть оптимизирована, в т.ч. путем подбора ее оптимальной толщины - в зависимости от апертуры источника. Рабочие поверхности панели могут иметь спрямленные углы. Может быть реализован более общий случай источника с более широкой апертурой (ограниченной, например, лучом 412 на Фиг.4) так, что лучи только части апертуры выходят из панели, а лучи другой части испытывают полное внутреннее отражение как на поверхности 4100, так и на поверхности 4200. При этом излучаемая панелью мощность в различных участках может регулироваться наклоном поверхности соответствующего участка, например, так, что часть апертуры источника, содержащая свет, выходящий из панели, увеличивается с увеличением номера отражения. Это позволит распределять излучаемую мощность по поверхности панели. Данные реализации световой панели несколько более сложные, чем указанная на Фиг.4, принципиально не отличаются от примера, представленного на Фиг.4. Могут быть реализованы и другие примеры панелей с искривленными поверхностями, удовлетворяющие запросам потребителя. Например, за счет кривизны поверхности панель может формировать несколько световых пучков различных направлений. Например, на Фиг.5 представлена панель с цилиндрическими поверхностями, образующие которых - окружности радиусов Rw и Rd, центры окружностей смещены на расстояние Δ. При этом выход излучения со стороны нижней (радиуса Rd < Rw) поверхности панели практически не происходит за счет эффекта полного внутреннего отражения, весь выход излучения происходит только со стороны верхней (радиуса Rw) поверхности.This construction and an example of the conversion of panel radiation due to the curvature of its surface are not the only ones possible. This panel can be optimized, including by selecting its optimal thickness - depending on the aperture of the source. The working surfaces of the panel may have straightened corners. A more general case of a source with a wider aperture (limited, for example, by beam 412 in FIG. 4) can be realized so that the rays of only part of the aperture exit the panel, and the rays of the other part experience total internal reflection both on surface 4100 and on surface 4200. In this case, the power radiated by the panel in different areas can be controlled by tilting the surface of the corresponding area, for example, so that the part of the source aperture containing the light coming out of the panel increases with increasing reflection number. This will allow you to distribute the radiated power on the surface of the panel. The data on the implementation of the light panel is somewhat more complex than that indicated in Figure 4, in principle, do not differ from the example presented in Figure 4. Other examples of panels with curved surfaces can be implemented to meet customer needs. For example, due to surface curvature, a panel can form several light beams of different directions. For example, figure 5 presents a panel with cylindrical surfaces, the generators of which are circles of radii R w and R d , the centers of the circles are offset by a distance Δ. In this case, the radiation output from the side of the lower (radius R d <R w ) surface of the panel practically does not occur due to the effect of total internal reflection, the entire radiation output occurs only from the side of the upper (radius R w ) surface.

Claims (6)

1. Световая панель с торцевым вводом излучения, содержащая световодный панельный элемент и источник излучения, отличающаяся тем, что световодный панельный элемент представляет собой световод, выполненный в виде трехгранной призмы, одна боковая грань которой меньше двух других боковых граней, при этом источник излучения располагают перед упомянутой меньшей боковой гранью.1. A light panel with an end input of radiation, comprising a light guide panel element and a radiation source, characterized in that the light guide panel element is a light guide made in the form of a trihedral prism, one side face of which is smaller than the other two side faces, the radiation source being placed in front of said smaller side face. 2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые две другие боковые грани выполнены с плоскими поверхностями.2. The panel according to claim 1, characterized in that the said two other side faces are made with flat surfaces. 3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые две другие боковые грани выполнены с неплоскими поверхностями.3. The panel according to claim 1, characterized in that the said two other side faces are made with non-planar surfaces. 4. Световая панель с торцевым вводом излучения, содержащая световодный панельный элемент и источник излучения, отличающаяся тем, что световодный панельный элемент представляет собой световод, выполненный в виде многогранной призмы, при этом источник излучения располагают перед одной из упомянутых боковых граней упомянутого световода, а другие упомянутые боковые грани образуют выпуклую многогранную поверхность для вывода излучения от упомянутого источника излучения и вогнутую многогранную поверхность для отражения излучения от упомянутого источника излучения, соответственно.4. The light panel with the end input of radiation, containing the light guide panel element and the radiation source, characterized in that the light guide panel element is a light guide made in the form of a multifaceted prism, while the radiation source is placed in front of one of the aforementioned side faces of the said light guide, and others said lateral faces form a convex polyhedral surface for outputting radiation from said radiation source and a concave polyhedral surface for reflecting radiation from said of said radiation source, respectively. 5. Панель по п.4, отличающаяся тем, что боковые грани упомянутых многогранных поверхностей представляют собой плоские поверхности.5. The panel according to claim 4, characterized in that the side faces of said polyhedral surfaces are flat surfaces. 6. Панель по п.4, отличающаяся тем, что боковые грани упомянутых многогранных поверхностей представляют собой неплоские поверхности. 6. The panel according to claim 4, characterized in that the side faces of said polyhedral surfaces are non-planar surfaces.
RU2010149622/12A 2010-12-06 2010-12-06 Lighting panel with frontal input of light emission (options) RU2442229C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010149622/12A RU2442229C1 (en) 2010-12-06 2010-12-06 Lighting panel with frontal input of light emission (options)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010149622/12A RU2442229C1 (en) 2010-12-06 2010-12-06 Lighting panel with frontal input of light emission (options)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2442229C1 true RU2442229C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010149622/12A RU2442229C1 (en) 2010-12-06 2010-12-06 Lighting panel with frontal input of light emission (options)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2442229C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197227U1 (en) * 2020-02-20 2020-04-14 Григорий Кириллович Иванов ADVERTISING LIGHT PANEL WITH SIDE BACKLIGHT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197227U1 (en) * 2020-02-20 2020-04-14 Григорий Кириллович Иванов ADVERTISING LIGHT PANEL WITH SIDE BACKLIGHT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10495807B2 (en) Light guide illumination device for direct-indirect illumination
CN102149964B (en) Compact optical system and lenses for prodcuing uniform collimated light
JP3529387B2 (en) Light directing optical structure
RU2531506C2 (en) Scanning collimation of light by flat lamp
RU2536080C2 (en) Efficient collimation of light with optical wedge
CN103562618B (en) Back lighting device and liquid crystal indicator
RU2605690C2 (en) Luminaire
US20110013387A1 (en) Directional Linear Light Source
US8662727B2 (en) Apparatus for efficiently coupling light from a light source into a thin object
US20100118545A1 (en) Lighting structure
JP7047132B2 (en) Polarized Recycled Backlights with Sub-Wavelength Grids, Methods, and Multi-View Display
WO2019064257A1 (en) An optical device for an improved lighting system for simulating natural lighting in two half-spaces
US20230408748A1 (en) Luminaire having a light guide with cladding
WO2019064614A1 (en) Planar light source device and display device
TW200933247A (en) Side-type backlight module
RU2442229C1 (en) Lighting panel with frontal input of light emission (options)
TW200905872A (en) A LED luminaire
JP4047437B2 (en) Linear light projection device and flat illumination device
RU103961U1 (en) LIGHT PANEL WITH SIDE ENTRANCE OF RADIATION (OPTIONS)
JP2005539356A (en) Light emitting device having light input and light output unit
JP2009009841A (en) Surface illumination device
Mathis Efficient coupling of noncoherent light to fiber optic light guides
CN113589420A (en) Light guide plate and lamp
CN103175032A (en) Backlight source and display device
WO2019143973A1 (en) Lighting system and luminaire with optical fiber coupled light sources

Legal Events

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

Effective date: 20121207

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140320

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151207