RU2700182C2

RU2700182C2 - Трубчатое светоизлучающее устройство

Info

Publication number: RU2700182C2
Application number: RU2017143963A
Authority: RU
Inventors: Хендрикус Хюбертус Петрус ГОММАНС; Йохен Ренат ВАН ГЕЛУВЕ
Original assignee: Филипс Лайтинг Холдинг Б.В.
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2019-09-13
Also published as: WO2016184691A1; US20180135812A1; JP2018515892A; RU2017143963A; CN107667248A; US10690297B2; JP6405060B2; EP3298322A1; RU2017143963A3; CN107667248B; EP3298322B1

Abstract

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является преобразование широкого угла Ламберта в коллимированный луч, а также в усреднении различий в цвете в зависимости от направления светового потока. Трубчатый светильник содержит продолговатый источник света (10) и трубчатый корпус (18) вокруг источника света. В корпусе предусмотрено устройство (20) формирования оптического луча. Он имеет эффективное фокальное расстояние в плоскости, перпендикулярной оси по длине, которое изменяется в зависимости от углового положения вокруг устройства формирования оптического луча. Эффективное фокусное расстояние больше для света в направлении оптической оси светового выхода, чем для светового выхода вбок по сторонам оптической оси светового выхода. Это означает формирование луча, например, коллимация больше на краях светового выходного луча, чем в середине, поэтому в пределах выходного луча происходит смешивание света. 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к трубчатым светоизлучающим устройствам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Стандартные, например, лампы с галогенным трубчатым освещением («TL»), а также типичные LED модифицированные решения обеспечивают свет во всех направлениях. Чтобы создать форму луча, они помещаются в приспособление, которое содержит отражатель и/или другие оптические элементы для перенаправления света из трубки в требуемую форму луча.

LED технология позволяет интегрировать элементы светоизлучения (светодиоды) и оптику формирования луча в трубчатый корпус освещения, тем самым устраняя необходимость в дорогостоящих внешних корпусах и оптике. Известны токовые трубчатые светодиоды (известные как «TLED»), которые объединяют оптику в трубчатый корпус для оптимизации эффективности и создания требуемой формы луча. Например, линзы или коллиматоры полного внутреннего отражения могут быть установлены на светодиодах в трубчатом корпусе.

Хотя это и позволяет создать форму луча, это также приводит к появлению сильной неоднородности трубы (из-за непосредственной близости оптики и светодиодов), что в некоторых ситуациях не желательно по эстетическим соображениям и может даже быть неудобным из-за высокой максимальной яркости.

Другим недостатком типичных линз, используемых для формирования луча, является то, что для светоизлучающих устройств белого света они обычно вызывают цветовые различия в зависимости от угла исходящего света. Это обусловлено цветовыми неоднородностями выходного окна типичного белого светодиода, которое обычно основано на использовании синего излучающего светодиода, покрытого люминофором, который частично преобразует этот синий свет в большие длины волн (например, желтый) для формирования белого света (на основе комбинации исходного голубого света и желтого света, преобразованного фосфором). Как правило, это означает более голубоватый свет от центра светодиода, в то время как больше желтоватый свет исходит по краям светодиода.

Как правило, при формировании этого луча с помощью линз или коллиматоров эти пространственные цветовые различия преобразуются в угловые цветовые различия, заставляя центр луча быть голубоватым, а края желтоватыми (или наоборот, в зависимости от типа используемой оптики). В некоторых приложениях это крайне не желательно, особенно в тех приложениях, где свет используется для освещения белых объектов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение определяется формулой изобретения.

Согласно примерам в соответствии с одним аспектом изобретения предлагается трубчатый светильник, содержащий:

продолговатый источник света, имеющий ось по длине и оптическую ось светового выхода, перпендикулярную оси длины;

трубчатый корпус вокруг источника света;

устройство формирования оптического луча внутри корпуса вокруг внутренней поверхности, по меньшей мере, угловой части трубчатого корпуса для формирования луча светового выхода от продолговатого источника света в плоскости, перпендикулярной оси по длине,

причем устройство формирования оптического луча имеет эффективное фокусное расстояние в плоскости, перпендикулярной оси по длине, которое изменяется в зависимости от углового положения вокруг устройства формирования оптического луча, так что эффективное фокусное расстояние больше для света в направлении оптической оси светового выхода, чем для светового выхода вбок по сторонам оптической оси светового выхода.

Таким образом, изобретение обеспечивает трубчатое светоизлучающее устройство, которое способно обеспечить формирование луча, но с уменьшенными угловыми цветовыми различиями. Обеспечивая более длинное фокусное расстояние для света вдоль оптической оси, уровень коллимации уменьшается по сравнению с более угловым светом. Таким образом, свет смешивается, когда приближается к оптической оси, и это уменьшает цветовые артефакты.

Эффективное фокусное расстояние может быть определено как расстояние вдоль оптической оси от поверхности компонента формирования луча до точки, в которой фокусируется нормально направленный свет. Например, устройство формирования луча имеет частичную цилиндрическую форму, соответствующую форме трубчатого корпуса. Фокальная точка находится в месте источника света или отходит назад от источника света (т.е. дальше от устройства формирования луча, чем источник света).

Продолговатый источник света предпочтительно содержит по меньшей мере один ряд светодиодов.

Каждый светодиод может содержать элемент формирования оптического луча непосредственно над светодиодом. Это может способствовать неравномерности цвета в зависимости от направления углового выхода, а оптическое устройство формирования луча уменьшает эти цветовые вариации.

Светодиоды, например, предусмотрены на носителе, а оптическая ось светового выхода перпендикулярна плоскости носителя. Таким образом, источник света может содержать стандартные светодиоды, излучающие восходящий поток на печатной плате или другом носителе.

Эффективное фокальное положение формирования оптического луча может совпадать с положением продолговатого источника света для участков устройства формирования луча, наиболее смещенного в бок от оптической оси светового выхода. Это означает, что имеет место наибольшая коллимация для света с наиболее угловым смещением от оптической оси. Если источник света находится в эффективном фокальном положении, то свет от источника света перенаправляется на луч, параллельный оптической оси.

Устройство формирования оптического луча может содержать массив продолговатых перенаправляющих свет граней, проходящих в направлении оси по длине, причем грани в разных угловых положениях вокруг устройства формирования оптического луча имеют разные углы граней относительно падающего света от источника света. Различные грани, таким образом, реализуют разные уровни перенаправления луча, в частности, в большей степени перенаправления луча по бокам внешних областей, чем вблизи оптической оси. Таким образом, регулируются переменные фокусные расстояния в зависимости от угловых положений граней относительно оптической оси светового выхода.

Некоторые или все из граней могут содержать преломляющие поверхности.

Существует максимальная степень перенаправления углового луча, которая может быть достигнута светом, проходящим через преломляющий элемент. Таким образом, некоторые или все из граней могут содержать поверхности полного внутреннего отражения. Они обеспечивают большую степень светового перенаправления.

Пара граней вместе определяет призматический выступ. Шаг этих выступов может изменяться, но он может, например, находиться в диапазоне от 20μm до 500μm. Высота выступа (или глубина впадины) может, например, находиться в диапазоне от 30μm до 100μm.

Например, оптическое устройство формирования луча обеспечивает функцию коллимации с меньшей степенью коллимации для света в направлении оптической оси светового выхода, чем для светового выхода вбок по сторонам оптической оси светового выхода.

Оптическое устройство формирования луча может обеспечивать луч с более узкой шириной луча, чем ширина луча продолговатого источника света. Это может быть нисходящий луч использующий свет, например, профиль офисного освещения или узкий точечный профиль луча.

Оптическое устройство формирования луча может обеспечить луч в общем направлении оптической оси светового выхода с более узкой шириной луча, чем ширина луча продолговатого источника света, в сочетании с лучом в противоположном общем направлении. Это может быть использовано для обеспечения нисходящего луча для офисного освещения в сочетании с восходящим непрямым лучом для потолочного освещения.

Могут быть два продолговатых источника света, каждый из которых имеет ось по длине и оптическую ось светового выхода, причем оптическое устройство формирования луча обеспечивает профиль луча, напоминающий по форме крылья летучей мыши.

Устройство формирования луча, например, фольга, может быть жесткой или гибкой. В некоторых вариантах реализации устройство формирования луча соответствует прозрачному, гибкому или упруго жесткому материалу. Подходящими материалами являются, например, полиметилметакрилат (PMMA), полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен (PTFE) и т.д. Дугообразная длина устройства формирования луча в плоскости, перпендикулярной оси по длине, предпочтительно больше, чем диаметр трубчатого корпуса, в π/2 раз. Этот конкретный пример означает, что устройство формирования луча может быть прижато к внутренней поверхности трубчатого корпуса и поддерживать свой изгиб, то есть разворачивается на противоположной стороне внутреннего изгиба трубчатого корпуса. Элементы формирования луча не должны покрывать всю ширину структуры, так что часть дугообразной длины устройства формирования луча может не иметь элементов формирования луча - они могут быть сконцентрированы в центральной области устройства формирования луча.

Светильник предпочтительно представляет собой трубчатую светодиодную лампу, предназначенную для использования без внешнего корпуса формирования оптического луча, или осветительный прибор.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры изобретения будут теперь подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает трубчатый светильник в перспективе и в поперечном сечении;

Фиг. 2 показывает, как устройство формирования луча может быть спроектировано для обеспечения коллимированного луча и показывает интенсивность в зависимости от угла луча и неравномерность цвета в зависимости от угла луча;

Фиг. 3 показывает, как устройство формирования луча может быть спроектировано таким образом, чтобы обеспечить уменьшение коллимации, но улучшение смешивания цветов, и показывает интенсивность в зависимости от угла луча и вариации цвета в зависимости от угла луча;

Фиг. 4 показывает способ для оптического устройства формирования луча, предназначенный для достижения оптической функции, показанной на Фиг. 3;

Фиг. 5 показывает форму профиля луча для устройства Фиг. 3;

Фиг. 6 показывает возможные комбинации конструкций граней;

Фиг. 7 показывает различные возможные формы луча в поперечном сечении, перпендикулярные оси по длине;

Фиг. 8 показывает, как профиль Фиг. 7(а) может быть сгенерирован с использованием только одной линии светодиодов и одной фольги с микро гранями;

Фиг. 9 показывает трубчатый светильник с двумя светодиодными линиями, направленные в разные направления, чтобы обеспечить освещение со всех сторон; и

Фиг. 10 показывает использование двух линий светодиодов, которые обычно направлены вниз, для создания профиля, напоминающего по форме крылья летучей мыши.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение обеспечивает трубчатый светильник, содержащий продолговатый источник света и трубчатый корпус вокруг источника света. Внутри корпуса предусмотрено устройство формирования оптического луча. Оно имеет эффективное фокусное расстояние в плоскости, перпендикулярной оси по длине, которое изменяется в зависимости от углового положения вокруг устройства формирования оптического луча. Эффективное фокусное расстояние больше для света в направлении оптической оси светового выхода, чем для светового выхода в бок по сторонам оптической оси светового выхода. Это означает, что формирование луча, например, коллимация больше на краях светового выходного луча, чем в середине, поэтому в пределах выходного луча происходит смешивание света.

Форма выходного луча может представлять собой коллимированный световой луч с определенной шириной луча или, например, профиль, напоминающий по форме крылья летучей мыши. Смешивание света дает уменьшенный цвет по углам. Устройство формирования луча, например, содержит одну оптическую фольгу с линейными с микрогранями.

Фиг. 1 показывает трубчатый светильник в перспективе и в поперечном сечении. Светильник содержит продолговатый источник 10 света, имеющий ось 12 по длине и оптическую ось 14 светового выхода, перпендикулярную оси по длине. Источник 10 света содержит носитель, например печатную плату, на которой установлены дискретные осветительные устройства, в частности светодиоды 16.

Трубчатый корпус 18 расположен вокруг источника света с круглой или эллиптической формой поперечного сечения. Устройство 20 формирования оптического луча находится внутри корпуса 18 вокруг внутренней поверхности трубчатого корпуса для формирования луча светового выхода от продолговатого источника света в плоскости, перпендикулярной оси по длине. Устройство формирования луча может быть расположено вокруг внутренней поверхности или оно может простираться только по угловой части внутренней поверхности, к которой свет направляется светодиодами.

Цель устройства формирования луча состоит в основном в том, чтобы преобразовать широкий угол Ламберта (например, 150 градусов) от светодиодов в более коллимированный луч. Однако также предусмотрена дополнительная функция смешивания цветов, которая направлена на смешивание светового выхода с разных частей выходной поверхности светодиода, так что усредняются различия в цвете в зависимости от направления светового потока. Для этого устройство 20 формирования оптического луча имеет эффективное фокусное расстояние в плоскости, перпендикулярной оси по длине (то есть в плоскости, показанной в нижней части Фиг. 1), которое изменяется в зависимости от углового положения. Это фокусное расстояние дает фокусную точку в расположении источника 10 света или за ним (то есть на противоположной стороне источника света до устройства формирования луча). Для фокальной точки источника света свет от источника света коллимируется в нормальном направлении, тогда как для фокальной точки за источником света свет от источника света остается разным после обработки устройством 20 формирования оптического луча. Уровень коллимации уменьшается для света вблизи оптической оси по сравнению с более угловым светом.

Трубчатый корпус 18 может представлять собой прозрачную стеклянную или пластиковую трубку, например, с форм-фактором типичных трубчатых ламповых труб. Типичные диаметры таких трубок - 38 мм, 26 мм и 16 мм. Линия светодиодов не обязательно должна находиться точно по центру трубки, а светодиоды испускают свет в приблизительно Ламбертовском распределении.

Оптика формирования луча содержит прозрачную фольгу с поверхностью с микро гранями, размещенную внутри трубчатого корпуса, после внутреннего изгиба трубчатого корпуса. Прозрачная фольга может быть спроектирована так, что она имеет некоторую упругую жесткость, которая вызывает тенденцию к разгибанию, если она согнута. Таким образом, фольга будет автоматически прижиматься к внутренней стенке корпуса, пока ее ширина (то есть ее дугообразная длина в поперечном сечении по Фиг. 1) больше, чем внутренний диаметр трубчатого корпуса, в π/2 раз. Другими словами, фольга совпадает больше чем на половину с внутренней окружностью и, таким образом, загибается вокруг собственной оси, поэтому не может двигаться поступательно. Дугообразная длина может быть любого размера до полной окружности (внутренний диаметр трубчатого корпуса, умноженный на π). Меньшая дугообразная длина фольги (меньшая, чем внутренний диаметр трубчатого корпуса, в π/2 раз, которая, следовательно, не прижимается к внутренней стенке) может требоваться, если фольга только отклоняет часть света или если светодиоды расположены очень близко к выходной поверхности (как показано на Фиг. 10).

Следует отметить, что грани формирования луча могут не потребоваться в полной мере для устройства формирования луча, особенно если это более длинная кривая, чем требуется оптически, чтобы обеспечить механическую фиксацию, как описано выше.

Фольга не должна соприкасаться с внешним трубчатым корпусом с оптической точки зрения. Она может, например, располагаться между светодиодами и трубчатым корпусом. Преимущество фольги с противоположной стороны внутренней поверхности трубчатого корпуса заключается в самоподдерживающейся функции, а не в оптической функции. Фольга не должна находиться с противоположной стороны внутренней поверхности трубчатого корпуса, если она поддерживается по-другому.

Когда фольга находится с противоположной стороны внутренней поверхности, она может быть ламинирована внутри внутренней части трубчатого корпуса или механически зажата, например, внутренними кольцами, которые можно использовать для удержания фольги на месте, прижимая ее равномерно к стенке корпуса. В этих примерах механическая прочность всего устройства в основном обеспечивается стеклянным (или пластиковым) прозрачным наружным трубчатым корпусом.

На поперечном сечении на Фиг.1 схематично показано несколько граней 21, используемых для преломления и, таким образом, перенаправления падающего света.

Фольга имеет постоянную форму поперечного сечения вдоль ее длины, поэтому она может быть выполнена в виде экструдированного компонента или может быть подвергнута механической обработке линейным способом. Затем грани содержат продолговатые перенаправляющие свет грани, проходящие в направлении оси по длине, причем грани в разных угловых положениях вокруг устройства формирования оптического луча имеют разный угол грани относительно падающего света от источника света. Различные грани, таким образом, реализуют разные уровни перенаправления луча, в частности, в большей степени перенаправления луча по бокам внешних областей, чем вблизи оптической оси.

Чтобы определить поверхность формирования непрерывного луча, одна грань может находиться в радиальном направлении, то есть параллельно входящему свету, и она функционирует как соединение между соседними активными гранями. Одна из этих неактивных граней в сочетании с активной гранью вместе образуют выступ (или впадину). Шаг этих выступов в плоскости, перпендикулярной оси по длине (показанной как p на Фиг.1), может изменяться вокруг устройства формирования луча, но он может, например, находиться в диапазоне от 20μm до 500μm. Высота выступа (или глубина впадины, показанная как h на Фиг. 1), может, например, находиться в диапазоне от 30μm до 100μm. Это может быть постоянное значение для устройства формирования луча.

Известна оптическая фольга, формирующая лучи, с использованием граней, перенаправляющих свет. Как правило, они могут использоваться для обеспечения коллимации света, например, в виде пластины Френеля, которая обеспечивает более крутые углы грани дальше от источника света, чтобы обеспечить большее количество светового перенаправления в направлении требуемого нормального направления.

Фиг. 2 показывает, на верхнем изображении, как устройство 20 формирования луча может быть сконструировано так, чтобы обеспечить коллимированный луч, показывая траектории луча от источника 16 света. На фигуре показаны различные траектории рассеянного света, которые являются результатом отражений на границах между гранями - они не являются частью предполагаемой функции формирования луча, но они неизбежны в реальной конструкции.

Нижняя часть Фиг. 2 показывает в качестве диаграммы 22 интенсивность, как функцию угла луча, и показывает вариацию цвета, как функцию угла луча, в качестве диаграммы 24. Неравномерность цвета определяется параметром du'v', который представляет собой расстояние между двумя цветными точками в диаграмме цветности CIE1976. Определяется цветовые различия в общем среднем цветовом выходе для полного спектра выходного сигнала.

Диаграмма 22 показывает быстрое отрезание интенсивности света относительно угла, что указывает на хорошую коллимацию. Однако область 26 диаграммы показывает значительное цветовое различие при определенном диапазоне выходных углов.

Этот уровень коллимации обычно не требуется для большинства приложений.

Данное изобретение обеспечивает различный компромисс между степенью коллимации и однородностью цвета. Использование фасетированной фольги означает, что существует возможность независимо контролировать количество перенаправления света, вызванного каждой гранью (в стандартной линзе это невозможно из-за необходимости иметь сплошную поверхность). Таким образом, грани могут быть сконструированы таким образом, что свет, идущий из разных углов и областей из светодиодного комплекта (и имеющих цветовые различия), смешивается по всему лучу, поэтому в результате распределения света показаны уменьшенные угловые цветовые различия, так что они больше не видны и не нарушаются в приложении.

На Фиг. 3 показан этот подход.

На верхнем изображении показаны траектории лучей с уменьшенным уровнем коллимации вблизи оптической оси, но с аналогичной производительностью по краям по сравнению с изображением на Фиг. 2.

Выходной луч остается относительно узким, с полной шириной 36 градусов при половинном максимуме (FWHM) (т. е. 2×18 градусов, где 18 градусов дает относительную интенсивность 0,5). Это сравнимо с FWHM Фиг. 2 около 10 градусов. Угол поля (угол, в котором относительная интенсивность составляет, по меньшей мере, 0,1) составляет 45 градусов (т.е. 2×22,5 градуса, при котором интенсивность падает до 0,1), что является достаточно узким для большинства применений с использованием линейного освещения. Это сравнимо с углом поля Фиг. 2 около 30 градусов.

Преимуществом ослабления этих требований коллимации является уменьшение неравномерности цвета, как показано на диаграмме 24 и в области 26.

Таким образом, существует ослабление требований коллимации, например, чтобы FWHM превышала 20 градусов, например, больше 30 градусов, а угол области больше 20 градусов, например, больше 30 градусов.

Затем это позволяет повысить однородность цвета, например, так, чтобы максимальная величина была ниже 0,03.

Требования к значению du'v' будут зависеть от приложения.

Еще в больше степени может требоваться и достигаться однородность цвета, например, максимальное значение du'v' может быть ниже 0.005, хотя с текущими светодиодными комплектами это практически никогда не достигается в коллимированных приложениях. С практической точки зрения, значение du'v' может быть достигнуто до 0,01 или выше в хвостовой части приложения пятна луча, где, например, интенсивность всего лишь в 0,1 раза превышает ее пиковое значение.

В настоящее время цветовое различие при выходе луча из трубчатых светодиодных осветительных решений оказывает большое влияние на рынках: что стало существенной причиной неудовлетворенности решений TLED. Выше описанный подход подталкивает наихудшие цветовые различия к областям меньшей интенсивности (то есть сдвиг вправо от пика 26 с Фиг. 2 по Фиг. 3), а также уменьшает цветовое различие, тем самым делая значительное улучшение.

Обратите внимание, что на Фиг. 2 и 3 представлены результаты оптического моделирования и, соответственно, проявляются некоторые помехи как небольшие колебания.

Способ работы устройства формирования оптического луча, предназначенное для достижения оптической функции, показанной на фиг. 3, теперь будет объяснен со ссылкой на Фиг.4.

Цветовое различие в известных полностью коллимированных лучах обусловлено поведением изображений таких систем. В таких системах источник света помещается в фокальную плоскость объектива, так что источник света отображается в бесконечность.

Изменяя компоновку фокусировки, изображение становится размытым (то есть контраст изображения уменьшается) как можно больше, минимизируя его воздействие на форму луча. Это достигается изменением углов отклонения света, чтобы они все еще оставались в пределах предпочтительного общего направления формы луча.

Рассматривая оптическую фольгу в целом аналогично линзовому компоненту, создается линза с изменяющейся фокальной плоскостью как функция поперечного (то есть углового) расстояния от оптической оси. Фокальная плоскость располагается за расположением источника (то есть на противоположной стороне от расположения источника до устройства формирования луча), чтобы предотвратить формирование изображения.

Только для граней, расположенных на максимальном боковом расстоянии от оптической оси, используется фокальная плоскость, которая может быть выбрана так, чтобы соответствовать расположению источника света.

На фиг.4 показано расстояние d от передней части устройства 20 формирования луча до расположения источника 16 света. Фокальная плоскость устройства формирования луча отличается в разных местах. Минимальное фокусное расстояние представляет собой d, и это имеет место на самых краях устройства формирования луча, как показано посредством луча 40. Этот луч фокусируется на источнике света. На расстоянии примерно одной трети от расстояния между оптической осью и краем устройства 20 формирования луча фокусное расстояние равно 2d, как показано посредством луча 42. Этот луч фокусируется на фокусную точку 44 за источником света. На расстоянии примерно четверти от расстояния между оптической осью и краем устройства формирования луча фокусное расстояние равно 3d, как показано посредством луча 46. Этот луч фокусируется в фокальной точке 48 еще дальше позади источника света.

Лучи 42' и 46' показывают путь света от источника света через те части устройства формирования луча. Поскольку устройство формирования луча расфокусировано, пути света не перенаправляются в направлении оптической оси, и остаются расходящимися, но в пределах требуемого общего угла луча.

Эта конструкция гарантирует, что свет, исходящий из центральной области светодиода, и свет, излучаемый из внешней области светодиода, распределены по всему лучу. Это обычно означает, что свет, исходящий от центра, в среднем номинально направлен от центра луча, тогда как свет, исходящий из краев комплекта светодиодов, номинально направлен к центру луча.

Ширина фольги предпочтительно больше диаметра трубчатого корпуса, но фольга не должна полностью покрываться микроструктурами. Он может быть ограничен отдельными областями фольги.

Исходящие лучи, таким образом, не все отклоняются параллельно оптической оси, но они смещены в пределах угла луча относительно оптической оси. Фокальная точка выбирается так, чтобы соответствовать исходному положению для граней, расположенных по краям линзы. Однако исходное изображение, созданное этими гранями, значительно уменьшается по размеру в результате небольшого пространственного угла, стянутого на этих гранях. Поэтому для этих граней угол изменения луча может быть значительно уменьшен по сравнению с углом изменения для внутренних граней, не приводя к контрастности изображения.

Требуемое формирование луча по существу содержит функцию коллимации. Максимально возможная степень коллимации определяется отношением (i) расстояния между элементом 20 формирования луча и источником света к (ii) размеру области излучения света. Следовательно, возможная степень коллимации улучшается за счет увеличения расстояния или уменьшения площади источника света, если это возможно. В типичной коллиматорной оптике это будет означать увеличение размера модуля, поскольку размер светодиода является заданным. В этом приложении максимальное расстояние фиксируется диаметром трубчатого корпуса. Следовательно, для обеспечения максимальной степени коллимации оптический элемент предпочтительно находится как можно ближе к внутренней стороне трубчатого корпуса и, следовательно, имеет максимальное расстояние до источника светодиода. Таким образом, устройство формирования луча соответствует цилиндрической форме трубчатого корпуса.

Кроме того, чтобы увеличить расстояние между оптической фольгой и светодиодами до максимума, светодиоды могут быть расположены в стороне от центра трубчатого корпуса и вблизи внешней части с противоположной стороны фольги (см., например, Фиг. 8). Таким образом, продолговатый источник света может быть расположен на оптической оси между центром трубчатого корпуса и внешним краем трубчатого корпуса, противоположным центру устройства формирования луча.

В качестве примера на Фиг.4 показаны грани на внутренней поверхности устройства формирования луча и показана гладкая внешняя поверхность. Однако с обеих сторон могут быть грани. Грани становятся более крутыми дальше от оптической оси, так же, как и пластина Френеля. Они также необязательно становятся ближе друг к другу внешне от оптической оси, то есть они меньше по длине в плоскости поперечного сечения. Это связано с тем, что грани более крутые, так что при заданной толщине оптической фольги они должны быть ближе друг к другу.

Грани могут иметь размер (то есть их длину в поперечном сечении перпендикулярно направлению длины) от 30μm до 100μm.

Каждый светодиод может содержать элемент формирования оптического луча, такой как преломляющая линза или элемент полного внутреннего отражения, непосредственно над светодиодом. Это обеспечивает функцию предварительного формования луча. Это также может способствовать вариации цвета в зависимости от направления углового выхода, а оптическое устройство формирования луча уменьшает эту вариативность цвета.

При конструировании устройства 20 формирования оптического луча с постоянной формой поперечного сечения, так что оно является инвариантным по отношению к длине трубчатого корпуса, нет необходимости в выравнивании со светодиодами в направлении по длине. Изогнутая форма фольги вокруг светодиодов идеально подходит для эффективного захвата и перенаправления света от светодиодов. Устройство формирования оптического луча может быть легко вставлено или смонтировано в стандартном стеклянном/пластиковом корпусе. В то же время во время производства фольга может быть плоской, так что не требуется предварительного формования фольги в полутрубке.

Фольга не требует специальных методов монтажа и не требует значительной механической прочности: механическая прочность стеклянного или пластикового трубчатого корпуса повторно используется, а изогнутая форма фольги на внутренней поверхности трубчатого корпуса обеспечивает хорошую структурную стабильность.

Расширенное разнообразие фольги по сравнению с типичными объективами или коллиматорами внутреннего отражения вместе с конструкцией микроструктуры уменьшает пиковую яркость светодиодов при взгляде на осветительное устройство, используя большую площадь оптики для направления света и, следовательно, увеличивая видимую площадь, излучающую свет. Таким образом, пятно высокой яркости светодиода усредняется в линию, перпендикулярную оси трубчатого корпуса.

Для создания трубчатых ламп с различными формами луча может использоваться другая фольга, при этом все остальные этапы производства и компоненты остаются неизменными.

На Фиг.5 показана форма профиля луча для устройства на Фиг.3. Диаграмма 50 представляет собой форму луча в плоскости, перпендикулярной оси длины, а диаграмма 52 представляет собой форму луча в плоскости, включающую в себя ось по длине и оптическую ось (т.е. вертикальную плоскость, включающую центральную ось по длине трубчатого корпуса). В направлении формирования луча, как показано на диаграмме 50, можно видеть ширину луча 36 градусов и угол области 45 градусов, упомянутый выше.

Тип используемых граней или микроструктур зависит от степени изменения направления падающего луча. Это, в свою очередь, определяется требуемой формой луча. В наиболее удобной и эффективной конструкции используются экструдированные преломляющие грани. Используя рефракцию, лучи могут эффективно отклоняться до 45 градусов.

Если требуется отклонение луча по углам, превышающим 45 градусов, в качестве механизма отклонения луча можно использовать грани полного внутреннего отражения (TIR). Элементы TIR требуют более высокого соотношения сторон конструкции и ширины основания и поэтому более сложны в изготовлении.

На Фиг 6 показаны возможные комбинации конструкций граней. На Фиг. 6 (а) показаны преломляющие грани для коллимации луча, а на Фиг. 6 (b) показаны преломляющие грани с загнутыми гранями. На фиг.6 (с) показана коллимация луча с использованием TIR граней 60 на самых внешних краях.

Общая функция формирования луча может использоваться для создания различных форм луча.

Фиг. 7 показывает различные возможные формы луча в форме поперечного сечения, перпендикулярные оси по длине. Фиг. 7 (a) показывает офисный луч с непрямым потолочным освещением, Фиг. 7 (b) показывает офисный луч без потолочного освещения, Фиг. 7 (c) показывает узкий луч, а Фиг. 7 (d) показывает луч по форме крыльев летучей мыши.

Фиг. 8 показывает, как профиль на Фиг. 7 (a) может быть сгенерирован с использованием только одной линии светодиодов и одной микрогранулированной фольги. Фольга перераспределяет свет одной светодиодной линии на угловой диапазон, превышающий 180 градусов.

Как показано на Фиг. 9, вместо единственной светодиодной линии трубчатый корпус может также содержать несколько (2 или более) светодиодных линий 10а, 10b, направленных в разных направлениях. Например, одна линия светодиодов может быть выполнена с возможностью направления вверх, а другая может быть направлена вниз, чтобы освещать всю поверхность трубчатого корпуса.

Каждая светодиодная линия может освещать другую часть фольги. Обратите внимание, что это может быть реализовано с помощью одной фольги, состоящей из различных оптических частей.

Фиг. 10 показывает использование двух линий 10a, 10b светодиодов, которые обычно направлены вниз, например, для создания профиля, напоминающего по форме крылья летучей мыши Фиг. 7 (d).

Изобретение может быть применено ко всем трубчатым светоизлучающим решениям. Оно позволяет использовать в приложениях, которые в настоящее время используют простые трубчатые световые планки без внешних компонентов светильника.

Материал, используемый для устройства формирования луча, обычно представляет собой пластик, такой как PMMA или поликарбонат, а показатель преломления, например, находится в диапазоне от 1,3 до 1,6.

Другие изменения раскрытых вариантов выполнения могут быть поняты и осуществлены специалистами в области техники при осуществлении заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а использование элементов в единственном числе не исключает их множественность. Сам по себе тот факт, что некоторые измерения перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что совокупность этих измерений не может быть использована для извлечения выгоды. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.

Claims

1. Трубчатый светильник, содержащий:

продолговатый источник света (10), имеющий ось по длине и оптическую ось (14) светового выхода, перпендикулярную оси длины;

трубчатый корпус (18) вокруг источника света;

устройство (20) формирования оптического луча внутри корпуса вокруг внутренней поверхности, по меньшей мере, угловой части трубчатого корпуса для формирования луча светового выхода от продолговатого источника света в плоскости, перпендикулярной оси по длине,

причем устройство формирования оптического луча имеет эффективное фокусное расстояние в плоскости, перпендикулярной оси по длине, которое изменяется в зависимости от углового положения вокруг устройства (20) формирования оптического луча, так что эффективное фокусное расстояние больше для света в направлении оптической оси светового выхода, чем для светового выхода вбок по сторонам оптической оси светового выхода.

2. Трубчатый светильник по п.1, в котором продолговатый источник света содержит по меньшей мере один ряд светодиодов (16).

3. Трубчатый светильник по п.2, в котором каждый светодиод содержит элемент формирования оптического луча непосредственно над светодиодом.

4. Трубчатый светильник по любому из пп.2 или 3, в котором светодиоды (16) предусмотрены на носителе, а оптическая ось (14) светового выхода перпендикулярна плоскости носителя.

5. Трубчатый светильник по любому из пп.1-4, в котором эффективное фокальное положение формирования оптического луча совпадает с положением продолговатого источника света для участков устройства формирования луча, наиболее смещенных в бок от оптической оси светового выхода.

6. Трубчатый светильник по любому из пп.1-5, в котором устройство формирования оптического луча содержит массив продолговатых световых перенаправляющих граней (21), проходящих в направлении оси по длине, причем грани в разных угловых положениях вокруг устройства формирования оптического луча имеют разные углы граней относительно падающего света от источника света.

7. Трубчатый светильник по п.6, в котором некоторые или все из граней (21) содержат преломляющие поверхности.

8. Трубчатый светильник по п.6 или 7, в котором некоторые или все из граней имеют поверхности полного внутреннего отражения.

9. Трубчатый светильник по п.6, 7 или 8, в котором грани расположены с шагом (p) в плоскости, перпендикулярной оси по длине, между 20 мкм и 500 мкм и/или радиальной высоте (h) между 30 мкм и l00 мкм .

10. Трубчатый светильник по любому из пп. 1-9, в котором оптическое устройство (20) формирования луча обеспечивает функцию коллимации с меньшей степенью коллимации для света в направлении оптической оси светового выхода, чем для светового выхода в бок по сторонам оптической оси светового выхода.

11. Трубчатый светильник по любому из пп. 1-10, в котором оптическое устройство (20) формирования луча обеспечивает луч с более узкой шириной луча, чем ширина луча продолговатого источника света.

12. Трубчатый светильник по любому из пп.1-10, в котором оптическое устройство (20) формирования луча обеспечивает луч в общем направлении оптической оси светового выхода с более узкой шириной луча, чем ширина луча продолговатого источника света, в сочетании с лучом в противоположном общем направлении.

13. Трубчатый светильник по любому из пп.1-9, содержащий два продолговатых источника света (10а, 10b), каждый из которых имеет ось по длине и оптическую ось светового выхода, причем оптическое устройство формирования луча обеспечивает профиль луча, напоминающий по форме крылья летучей мыши.

14. Трубчатый светильник по любому из пп.1-13, в котором дугообразная длина устройства формирования луча в плоскости, перпендикулярной оси по длине, больше или равна π/2 диаметра трубчатого корпуса.

15. Трубчатый светильник по любому из пп.1-14, содержащий трубчатую светодиодную лампу, предназначенную для использования без внешнего корпуса формирования оптического луча.