NL2013624B1 - Verlichtingsinrichting en verlichtingseenheid. - Google Patents

Abstract

Een verlichtingsinrichting omvat een lichtgeleidingspaneel (10) met aan ten minste één laterale zijde een lichtbron (25). Het lichtgeleidingspaneel is zowel aan een zichtzijde (11) als aan een overstaande rugzijde (12) voorzien van een optische verstrooiende oppervlaktestructuur (18,19). Elk van de oppervlaktestructuren omvat een opgelegd stelsel, al of niet regelmatig of gelijkmatig, van lokale verstoringen (18,19) met een dichtheid van tussen 3 en 15 verstoringen per strekkende centimeter. Het paneel (10) heeft een dikte van ten minste 5 millimeter en aan de rugzijde (12) is een reflecterend oppervlak ( 40) voorzien.

Description

Verlichtingsinrichting en verlichtingseenheid

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verlichtingsinrichting, omvattende een lichtgeleidingspaneel met een zichtzijde en een rugzijde, tegenover de zichtzijde, welk paneel aan ten minste één laterale zijde een optisch intreedvenster voor een lichtbron omvat om van de lichtbron ontwijkend licht in te vangen en lateraal te geleiden, waarbij het paneel aan een lateraal hoofdoppervlak is voorzien van een optische verstrooiende, althans actieve oppervlaktestructuur ter hoogte van een uittreedvenster waaraan ingevangen licht wordt afgegeven.

Een dergelijke verlichtingsinrichting vindt met name toepassing als relatief vlakke en ondiepe achtergrondverlichting (back light) voor vlakke beeldschermen, zoals in het bijzonder LCD-schermen die in tal van elektronische inrichtingen zoals televisies, computerschermen en telefoons worden toegepast en voor doorzichtschermen die zowel buiten als binnen als reclameborden en andersoortige informatieborden worden toegepast. Belangrijk daarbij is steeds een homogene lichtverdeling over het paneel in combinatie met een hoge lichtopbrengst aan het uittreedvenster.

Een dergelijke verlichtingsinrichting is bijvoorbeeld bekend uit Europese octrooiaanvrage EP 1.780.584 en wordt gewoonlijk aangeduid als EDGE-LED, vanwege de plaatsing van een strip met daarop reeks licht emitterende diodes als lichtbron aan ten minste één laterale zijde terzijde van het transparante lichtgeleidingspaneel. De LED strip is bij deze bekende inrichting in een daartoe in het paneel voorziene groef verzonken. Een wand van de groef vormt een intreedvenster voor het licht dat van de lichtbron afkomstig is en dat aldus door het paneel wordt ingevangen. Doordat de lichtbundel daarbij lateraal intreedt, evenwijdig of onder een geringe hoek met het oppervlak van het paneel, raakt het door interne reflectie in het paneel opgesloten en zal het niet of nauwelijks uittreden totdat het uittreedvenster wordt bereikt. Hier is het paneel oppervlakkig voorzien van een oppervlaktestructuur waaraan het ingevangen licht zal verstrooien, waardoor het licht hier uit het paneel zal treden.

Het paneel zal over het uittreedvenster dwars op het oppervlak een schijnsel afgeven, waardoor het paneel zich bij uitstek leent als achtergrondverlichting.

Hoewel aldus met een bijzonder vlakke constructie een bijzonder egale lichtverdeling kan worden gerealiseerd die zich over een uitgestrekt oppervlak uitstrekt, heeft onderzoek uitgewezen dat bij een bestaand paneel belangrijk meer licht door de lichtbron wordt afgegeven dan door de inrichting aan het uitreedvenster wordt uitgezonden.

Met de onderhavige uitvinding wordt dan ook onder meer beoogd te voorzien in een verlichtingsinrichting met een verbeterd lichtrendement. In een verder aspect van de uitvinding wordt daarmee onder meer beoogd te voorzien in een verlichtingseenheid met een relatief gering opgenomen elektrisch vermogen bij een lichtopbrengst die niettemin aan geldende arbo-technische voorschriften voldoet. Een verder aspect van de uitvinding stelt zich onder meer ten doel te voorzien in een verlichtingseenheid die eenvoudig in een bestaand of nieuw systeemplafond kan worden geïntegreerd en daarbij een lange levensduur geniet. Al met al wordt met de onderhavige uitvinding uiteindelijk onder meer beoogd te voorzien in een verlichtingseenheid waarvan zowel de operationele (energie)kosten als de investeringslasten per Lux uitgestraalde lichtopbrengst belangrijk lager uitvallen dan bij welke bestaande verlichtingseenheid dan ook.

Om het beoogde doel te bereiken heeft een verlichtingsinrichting van de in de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding als kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel althans ter hoogte van het uittreedvenster zowel aan de zichtzijde als aan de rugzijde een optisch verstrooiende oppervlaktestructuur omvat, dat het lichtgeleidingspaneel althans ter hoogte van het uittreedvenster een dikte heeft van ten minste circa 5 millimeter, dat het lichtgeleidingspaneel aan de rugzijde is voorzien van een naar de rugzijde gewend reflecterende oppervlak, en dat elk van de oppervlaktestructuur aan de zichtzijde en de oppervlaktestructuur aan het tweede oppervlak een al of niet regelmatig en/of gelijkmatig opgelegd stelsel van lokale verstoringen omvat met een dichtheid van de orde van tot circa 15 verstoringen per strekkende centimeter.

Aldus omvat het lichtgeleidingspaneel ter hoogte van het uittreedvenster niet slechts aan de zichtzijde, maar ook aan det overstaande rugzijde een optische verstrooiende, althans actieve oppervlaktestructuur die het licht in een andere richting stuurt. De uitvinding berust daarbij op het inzicht dat door de gekozen minimale materiaaldikte van het paneel steilere lichtwegen tussen beide laterale oppervlakken van het paneel worden geboden waardoor statistisch meer lichtpaden vanaf de rugzijde onder de grenshoek van het hoofdoppervlak aan de zichtzijde daarop zullen intreden om vervolgens te kunnen uittreden. De opgelegde verstoringen aan de rugzijde van het paneel in combinatie met het naar de rugzijde gewende reflecterende oppervlak bieden deze lichtpaden en verhogen aldus in belangrijke mate het optische en daarmee het energetische rendement van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding.

Gebleken is dat de genoemde materiaaldikte ter hoogte van het uittreedvenster in combinatie met de gekozen maximale dichtheid van het patroon een opmerkelijk synergie teweeg brengt die leidt tot een ongeëvenaarde mate van lichtuittreding ter hoogte van het uittreedventer. In de praktijk is gebleken dat daardoor het optische rendement van de verlichtingsinrichting, dat wil zeggen de verhouding tussen de aan het uittreedvenster uitgestraalde lichtopbrengst en de aan het ten minste ene intreedvenster door de ten minste ene lichtbron uitgestraalde licht, tot grote hoogte stijgt en waarden van de orde van 95% en hoger weet te bereiken.

Met name voor grootschalige toepassingen en projecten, zoals kantoren en overige utiliteitsbouw, kan daardoor een bijzonder grote energiebesparing worden bereikt. Deze besparing beperkt zich daarbij niet slechts tot de energie die nodig is voor een adequate verlichting en lichtdekking, maar uit zich bijvoorbeeld ook in een verminderd noodzakelijk koelvermogen van een eventueel aanwezige klimaatbehandelingsinstallatie doordat minder licht in de verlichtingsinrichting verloren gaat, welke anders als te koelen warmte in het paneel en vervolgens in de omgeving zou worden gedissipeerd.

De lokale verstoringen vormen verstrooiingscentra of anderszins optisch actieve kernen waaraan het licht, dat zich lateraal in het paneel voortplant, verstrooit om vervolgens uit het paneel te treden. De extra strooicentra en/of kernen die aldus per eenheid paneeloppervlak aanwezig zijn, verbeteren het rendement van het paneel voor wat betreft de lichtafgifte. Doordat de verstoringen in een stelsel zijn voorzien dat als zodanig werd opgelegd kan de optische uitwerking daarvan op het ingevangen licht van sectie tot sectie in het paneel naar behoeven worden gevarieerd en gestuurd, waardoor een uitermate homogene lichtverdeling in combinatie met een hoge uittreedeffïciency wordt behaald. Daarbij geeft een al of niet verlopende dichtheid van de orde van tot circa 15 verstoringen per strekkende centimeter een optimale balans tussen deze verhoogde lichtafgifte en niettemin een homogene lichtverdeling over het paneel.

Om licht dat aan de rugzijde dreigt te ontwijken in de richting van het uittreedvenster, i.e. de zichtzijde, te sturen, heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel aan de rugzijde is bedekt met een optisch reflectorlichaam waarvan het naar het lichtgeleidingspaneel gewende reflecterende oppervlak uitgaat. Een dergelijk afzonderlijk reflectorlichaam blijkt uitstekend te voldoen om aan de rugzijde uit het paneel ontwijkend licht te reflecteren en zo volgens één van de genoemde steile lichtpaden naar het paneel en vervolgens via het paneel naar het uittreedvenster terug te reflecteren. Door aldus voor dit doel een afzonderlijk lichaam toe te passen behoeft het lichtgeleidingspaneel daarvoor geen aanvullende bewerking, zoals coaten of lamineren, terwijl het reflectorlichaam eenvoudig met het lichtgeleidingspaneel kan worden samengevoegd en tot een samenhangende verlichtingsinrichting samengesteld.

Bijzonder goede resultaten zijn in dat verband met een bijzondere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat het reflectorlichaam een aan ten minste een zijde reflecterende kunststof laag omvat, waarbij een verdere uitvoeringsvorm meer in het bijzonder is gekenmerkt doordat de kunststof laag een kunststof folie omvat, in het bijzonder een optisch althans nagenoeg witte folie van omvattende een microcellulair schuim van een kunststof uit een groep omvattende een polyester, in het bijzonder polyetheentereftalaat (PET), en polycarbonaat (PC). Dankzij een dergelijke in verregaande mate doorgevoerde optimalisatie van het paneel is in de praktijk een dusverre ongeëvenaard optische rendement van de orde van meer dan 97% gerealiseerd.

Uit oogpunt van energiebesparing en dus uit oogpunt van energetisch rendement heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de lichtbron ten minste een licht emitterende diode (LED) omvat, in het bijzonder een reeks licht emitterende diodes. Licht emitterende diodes of LED’s, zoals ze gewoonlijk worden afgekort, kenmerken zich door een laag energieverbruik bij een hoge lichtopbrengst en lenen zich daardoor bij uitstek voor de onderhavige verlichtingsinrichting. Daarnaast verdient een dergelijke lichtbron een voorkeur vanwege diens geringe warmtedissipatie en compacte dimensies. Het energetische rendement van de verlichtingsinrichting, dat wil zeggen de verhouding tussen de totale lichtopbrengst en het door de inrichting geconsumeerde energetische (elektrische) vermogen, kan aldus met meer dan een factor twee worden verhoogd ten opzichte van dusverre conventionele verlichtingsarmaturen op basis van luminescentielichtbronnen (PL of TL) en met ten minste 20% ten opzichte van dusverre bestaande LED gevoede inrichtingen.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting is volgens de uitvinding daarbij verder gekenmerkt doordat de ten minste ene licht emitterende diode is gekoppeld aan een gestabiliseerde elektronische voeding die een althans nagenoeg constante stroom aan de ten minste ene licht emitterende diode afgeeft. Gebleken is dat een dergelijke aansturing, waarbij iedere licht emitterende diode voortdurend met een vaste verzorgingsstroom wordt gevoed, tot een uitermate hoge homogeniteit van het daardoor uitgestraalde lichtbeeld leidt en geringe verliezen geeft.

Op zichzelf kan de oppervlaktestructuur aan zowel de zichtzijde als aan de rugzijde op uiteenlopende wijze gestalte worden gegeven. In het bijzonder kan daartoe materiaal aan het betreffende oppervlak in de gewenste structuur zijn gegoten of anderszins ab initio van de gewenste structuur zijn voorzien. Ook kunnen de optische eigenschappen aan het oppervlak door coaten of anderszins een modificatie lokaal worden gewijzigd, waardoor het licht een toegenomen neiging zal krijgen om uit te treden.

Bijzonder goede resultaten zijn in dit opzicht geboekt met een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat de oppervlaktestructuur aan ten minste één van de zichtzijde en de rugzijde door inwerking met een energetische bundel, in het bijzonder een laserbundel, werd verkregen. Een dergelijke bewerking kan desgewenst computer gestuurd worden uitgevoerd waarbij de bundel bijzonder nauwkeurig kan worden gestuurd om, afhankelijk van de plaatdimensies, desgewenst een toegesneden en optimaal patroon in het stelsel aan te brengen, eventueel met een al of niet gradueel verlopende dichtheid van plaats tot plaats.

Gebleken is dat de verstoringen die aldus met een energetische bundel, in het bijzonder een laserbundel, zijn aangebracht smeltkernen van het ter plaatse smeltende materiaal van het paneel. Deze kernen blijken op een bijzonder effectieve en voorspelbare wijze het ingevangen licht te verstrooien.

Een verdere bijzonder uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting heeft als kenmerk de oppervlaktestructuur aan ten minste één van de zichtzijde en rugzijde een stippenstelsel of ander raster van lokale oppervlakteverstoringen omvat met, naar de lichtbron toe, een al of niet gradueel afnemende dichtheid en/of grootte. Doordat aldus de dichtheid en/of grootte van de verstoringen naar de lichtbron toe afneemt, bevindt zich hier minder verstrooiend oppervlak per oppervlakte-eenheid. Dit wordt evenwel geheel of grotendeels gecompenseerd door een toenemende lichtintensiteit naarmate het patroon de lichtbron nadert. Door beide factoren nauwkeurig onderling af te stemmen door een adequaat verloop in de dichtheid van het patroon aan te brengen, kan een bijzonder homogene lichtverdeling over het paneel worden bereikt.

Bijzonder goede resultaten zijn in dit verband behaald met een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat de oppervlaktestructuur aan de rugzijde lokale oppervlakteverstoringen omvat met, naar de lichtbron toe, een al of niet gradueel afnemende dichtheid en/of grootte, in het bijzonder een verlopende dichtheid van de orde van 10-12 verstoringen per strekkende centimeter verlopend naar de orde van 3 tot 6 verstoringen per strekkende centimeter en/of een verlopende grootte van een doorsnede van de orde van circa 800-900 micrometer verlopend naar de orde van circa 200-300 micrometer. Doordat dit verlopende patroon aan de rugzijde is voorzien, valt dit aan de zichtzijde niet of nauwelijks op.

Hoewel op zichzelf beide zijden van het paneel op een dergelijke wijze, al of niet gradueel verlopend, kan worden gestructureerd, heeft een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de oppervlaktestructuur aan één van de rugzijde en de zichtzijde een stippenstelsel of ander raster van lokale oppervlakteverstoringen omvat met een althans nagenoeg gelijkmatige, constante dichtheid.

Aldus wordt een homogene lichtverdeling hoofdzakelijk opgelegd door de verlopende structuur van de overstaande zijde en ondersteunt deze zijde op een gelijkmatige wijze de totale lichtuittreding. Hierdoor kan een algoritme aan de hand waarvan de verlopende structuur in de overstaande zijde wordt aangebracht relatief eenvoudig blijven in plaats van zeer complex worden als ook een verlopende dichtheid in de structuur van de andere zijde daarin zou moeten worden verdisconteerd en doorgerekend. Bijzonder bevredigende resultaten zijn in dat verband geboekt met een verdere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat de oppervlaktestructuur aan de zichtzijde een althans nagenoeg constante dichtheid heeft van circa 3 tot 6 verstoringen per strekkende centimeter met een grootte van de orde van circa 300 tot 500 micrometer, in het bijzonder van de orde van circa 400 micrometer.

Ten behoeve van een esthetische of bouwkundige afwerking is een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het lichtgeleidingspaneel aan de zichtzijde is afgedekt met een transparant, althans translucent, verder paneel, in het bijzonder van een slagvaste en/of brandvertragende kunststof, zoals polycarbonaat (PC). Aldus kan met een dergelijk al of niet gekleurd translucent paneel een lichtbeeld van de inrichting nog nader worden afgestemd, bijvoorbeeld doordat daaraan een bepaalde lichtkleur of extra verstrooiing (diffuser) wordt meegegeven. In laatsgenoemd kader heeft een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat het verdere paneel aan een van het lichtgeleidingspaneel afgewende zijde een optisch verstrooiende oppervlaktestructuur omvat. Dankzij een slagvast en/of brandvertragend karakter van dit paneel, kan bovendien worden voldaan aan eventueel vigerende veiligheidseisen.

Voor het paneel wordt bij voorkeur uitgegaan van een uitermate transparant materiaal of medium om optische verliezen hierin tot een minimum te beperken. Met het oog daarop heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel een transparante kunststof omvat, in het bijzonder polymethylmethacrylaat (PMMA). Daarbij kan zowel worden uitgegaan van een paneel dat door extrusie van het uitgangsmateriaal werd verkregen als van een paneel van gegoten uitgangsmateriaal. Dit laatste materiaal verdient echter in het kader van de onderhavige uitvinding een voorkeur.

Verrassend is gebleken dat een hoeveelheid licht die aan het uittreedvenster het paneel verlaat, bij een gegeven lichtbron mede afhankelijk is van een dikte van het paneel. In dat kader heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel tussen het eerste en de rugzijde een dikte heeft van ten minste 5 millimeter en ten hoogste circa 14 millimeter, in het bijzonder een dikte van circa 8 millimeter. Deze minimum dikte blijkt een belangrijke bijdrage aan het totale rendement van de inrichting te bieden. Dit kan worden toegeschreven aan een totaal aan secundaire interne reflecties en verstrooiingen aan de rugzijde in de richting van de zichtzijde, waarbij de gegeven minimum dikte van het paneel ertoe bij draagt dat daarbij een grenshoek aan het eerste oppervlak wordt overschreden, zodat de betreffende lichtbundel of lichtstraal ook daadwerkelijk kan uittreden.

Bovendien biedt de gekozen minimum dikte een toereikend lichtgeleidingsbereik, zodat licht dat aan het intreedvenster binnentreedt in voldoende mate en over een gewenste afstand in het lichtgeleidingspaneel doordringt om in samenhang met een gekozen stelsel van vertrooiingen an zowel de rugzijde als de zichtzijde van het paneel een in hoofdzaak homogene lichtverdeling over het uittreedvenster te kunnen leveren. De maximale dikte is ingegeven door een beperking van materiaalverbruik in samenhang met een beperking van de totale massa, i.e. het gewicht, van de uiteindelijke inrichting.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een verlichtingseenheid, omvattende de hiervoor omschreven verlichtingsinrichting volgens de uitvinding, zulks in een samenstel met een omringend frame rondom het lichtgeleidingspaneel en ten minste één lichtbron aan ten minste één laterale zijde van het lichtgeleidingspaneel aansluitend op het intreedvenster.

Navolgend zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een bijbehorende tekening. In de tekening toont: figuur 1 een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van een verlichtingseenheid volgens de uitvinding met daarin een uitvoeringsvoorbeeld van een verlichtingsinrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een aanzicht van een zichtzijde met een uittreedvenster van het lichtgeleidingspaneel zoals toepasbaar in de inrichting van figuur 1; en figuur 3 een aanzicht van een rugzijde van het lichtgeleidingspaneel, ter hoogte van het uittreedvenster, zoals toepasbaar in de inrichting van figuur 1. Opgemerkt zij daarbij dat de tekeningen zuiver schematisch en niet op schaal zijn getekend. Met name kunnen terwille van de duidelijkheid sommige dimensies in meer of minder mate overdreven zijn weergeven. Overeenkomstige delen zijn in de figuren met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.

In figuur 1 wordt een verlichtingseenheid getoond waarin een verlichtingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding is toegepast. Het gaat hierbij om een verlichtingsinrichting met een vlak lichtgeleidingspaneel (light guide panel) 10 dat in een omringend frame 5 is gevat. Een dergelijke eenheid leent zich in het bijzonder om te worden geïntegreerd in een systeemplafond. Als zodanig heeft het frame van dit voorbeeld een uitwendige maat van 595 x 595 millimeter, zodat het precies de plaats kan innemen van een standaard plafondtegel waaruit een systeemplafond gewoonlijk is opgebouwd. Hoewel het frame uit verschillende materialen kan worden vervaardigd, zoals met name door spuitgieten uit een kunststof, is hier gekozen voor een extrusieproflel van aluminium. Delen 7 van de gewenste lengte daarvan zijn onderling (op hoekpunten) verbonden tot een frame van de gewenste afmetingen. Een bijkomend voordeel van de toepassing van aluminium is dat de framedelen 5 in warmte uitwisselend contact met de lichtbron 20,25 tevens daarvan afkomstige warmte wegleiden en zo fungeren als koellichaam. Dit komt de levensduur van de lichtbron ten goede. Desgewenst kan dit effect worden versterkt door middel van aanvullende koelelementen 9 die aan de rugzijde op de framedelen 5 worden geklikt, welke framedelen daartoe van een zaagtandprofïel 7 zijn voorzien waaromheen dergelijke koelelementen 9 met daartoe daaraan voorzien verende vingers kunnen snappen.

Het lichtgeleidingspaneel omvat een plaatlichaam 10 van een helder medium zoals glas of een transparante kunststof. In dat kader is in dit voorbeeld gekozen voor gegoten of geëxtrudeerd polymethylmethacrylaat (PMMA) als materiaal voor het paneel omwille van de uitmuntende helderheid daarvan in combinatie met een relatief eenvoudige verwerkbaarheid. Dit materiaal wordt ook wel aangeduid onder de merknaam perspex en als plexiglas. Gekozen is voor een dikte van circa 8 millimeter voor het paneel, wat bij draagt aan de uiteindelijke lichtopbrengst. Onderzoek heeft uitgewezen dat de lichtopbrengst, bij gelijkblijvende lichtbron(nen), toeneemt met een toenemende dikte van het paneel. Een bevredigende lichtopbrengst wordt overigens reeds verkregen vanaf 5 millimeter paneeldikte. De hier toegepaste dikte van circa 8 millimeter geeft evenwel een optimale balans tussen een toereikende lichtopbrengst en materiaalverbruik.

Ten behoeve van een heldere en homogene lichtweergave, is in dit voorbeeld uitgegaan van een lichtgeleidingspaneel 10 met aan weerszijden een lichtbron. Als lichtbron is daarbij de toevlucht genomen tot een strip 20 met daarop een reeks licht emitterende diodes (LED’s) 25 die zich over nagenoeg een volledige langszijde van het paneel 10 uitstrekken. De LED’s bewaren daarbij een onderlinge steek van de orde van 3,5 millimeter, zodat in totaal de orde van 170 stuks aan iedere zijde van het paneel zijn aangebracht.

De strip 20 omvat een aantal, niet nader getoonde geleidersporen 52 waarmee deze LED’s groepsgewijs zijn aangesloten op een elektronische voeding 50. Deze voeding levert een gestabiliseerde, vaste verzorgingsstroom aan de LED’s. In dit geval is gekozen LED’s die hun maximale lichtopbrengst leveren bij een verzorgingsstroom van ruim 3 mA per LED en worden de lichtbronnen dienovereenkomstig aangestuurd met een gezamenlijke stroomsterkte van 1050 mA om een zo groot mogelijke lichtopbrengst te genereren. De maximale totale vermogensconsumptie van het getoonde paneel ligt tussen 35 en 45 Watt. Dankzij de nauwkeurig geregelde uitgang van de voeding wordt vermeden dat deze maximale stroomsterkte wordt overschreden. Goede ervaringen zijn opgedaan met LED’s van de merk Epistar en Osram in combinatie met een geregelde voeding 50 van het merk Mean-Well. Daarbij is gekozen voor dimbare LED’s met een lichttemperatuur van 2700 K voor warm wit licht dan wel een lichttemperatuur van 4000 K indien helder wit licht is gewenst.

De voeding 50 is in het voorbeeld aan een bovenzijde van de inrichting geplaatst en is daarmee voor een gebruiker aan het zicht onttrokken. Aan een primaire zijde is de voeding aangesloten op een gangbaar lichtnet 52, zoals hier een lichtnet met een wisselspanning van 230 Volt. Secundair loopt een laagspanningsbedrading 52 naar beide strips 20,25 om de LED’s 25 van een constante verzorgingsstroom te voorzien. Eventueel kan de voeding 50, anders dan in het gegeven voorbeeld, een aantal panelen gelijktijdig te voeden, zodat niet alle panelen van een dergelijke voeding behoeven te worden voorzien.

De voeding 50 heeft tevens een ingang voor een daglichtsensor 55 zodat de panelen desgewenst daglicht afhankelijk kunnen worden aangestuurd. Indien de daglichtsensor 55 voldoende daglicht waarneemt, leidt dit tot een pro rato verlaging van de verzorgingsstroom naar de panelen waardoor de LED’s zullen dimmen. Aldus kan het energieverbruik op jaarbasis van de getoonde panelen volgens de uitvinding belangrijk verder worden teruggedrongen, door de volle lichtintensiteit alleen dan te brengen wanneer dit ook werkelijk noodzakelijk gegeven het van nature aanwezige omgevingslicht en overigens het paneel te dimmen. Bovendien verhoogt dit eveneens de levensduur van de inrichting, in het bijzonder de daarin toegepaste lichtbron(nen).

Ter fixatie van de LED-strips 20 zijn deze met een, niet nader getoond, warmte geleidende kleefband aan een binnenwand van het frame 5 gehecht en daarbij met de licht emitterende zijde naar een flank 15 van het paneel gericht. De betreffende flank 15 vormt aldus een intreedvenster voor het door de lichtbron uitgezonden licht, terwijl daarvan ontwijkende warmte door het frame kan worden weggeleid om tijdens bedrijf een temperatuurstijging van de lichtbron te beperken en daarmee een levensduur daarvan te verlengen. Het intredende licht wordt vervolgens in het paneel lateraal, dat wil zeggen zijdelings, verder geleid en raakt door interne reflectie daarin opgesloten.

Met het oog daarop zijn de LED’s van niet nader getoonde lenzen voorzien die het licht aan het paneel afstaan onder een hoek Θ ten opzichte van de normaal met het oppervlak, die groter is dan de grenshoek 0g van het paneel. Deze grenshoek 0g wordt gegeven door de formule: sin(0g) = n/n,. waarbij n2 en n, respectievelijk de brekingsindex van lucht en van het materiaal van het paneel representeren.

Om het licht dwars op het paneel te laten uittreden, is aan een zichtzijde ter vorming van een uittreedvenster 11 een optische verstrooiende oppervlaktestructuur voorzien. Deze oppervlaktestructuur is in figuur 2 nader weergegeven en omvat een stelsel van afzonderlijke verstoringen van het materiaal van het paneel waaraan het ingevangen licht zal verstrooien als het daarmee in aanraking komt. De aldus gecreëerde verstrooiingscentra verstrooien het licht in het bijzonder onder een hoek kleiner dan de grenshoek van het paneel, zodat dit deel van het licht hier uit het paneel zal treden. Een ander deel van het licht zal aan het oppervlak 11 reflecteren en verstrooit aldus inwendig naar de overstaande rugzijde 12 van het paneel.

De oppervlaktestructuur van dit voorbeeld omvat een opgelegd raster of stippenpatroon van afzonderlijke verstoringen die door inwerking met een laserbundel computer gestuurd en nauwkeurig bepaald zijn aangebracht met een dichtheid van de orde van tot 15 van dergelijke punten per strekkende centimeter. Het in het uittreedvenster aan de zichtzijde 11 aangebrachte stelsel heeft in dit voorbeeld meer specifiek een rasterpatroon van afzonderlijke verstrooiingscentra 19 met circa een constante steek en grootte van respectievelijk tussen 5 en 10 verstoringen per strekkende centimeter en circa een vaste grootte van tussen 300 en 500 micrometer in doorsnede, in dit voorbeeld circa 400 micrometer, over het gehele bewerkte oppervlak.

Ter verhoging van de lichtopbrengst is, conform de uitvinding, het paneel eveneens aan de van de zichtzijde 11 afgewende rugzijde 12 van een oppervlaktestructuur 19 voorzien waaraan licht kan verstrooien. Deze oppervlaktestructuur is in figuur 3 nader getoond. Evenals de structuur aan de zichtzijde is de structuur aan de rugzijde door inwerking met een laserbundel computer gestuurd en nauwkeurig bepaald aangebracht. Daarbij is, in afwijking van de structuur aan de zichtzijde, hier gekozen voor een patroon van verstoringen met een verlopende dichtheid en/of grootte vanuit het midden naar de lichtbron 25 toe. Deze dichtheid is in het midden van de orde van 10 tot 12 punten per strekkende centimeter en neemt gradueel of, zoals hier, stapsgewijs af tot de helft en vervolgens tot nog slechts 3 tot 6 punten per strekkende centimeter nabij de rand 15 van het paneel.

Daarbij kan niet alleen de onderlinge steek maar ook de grootte van de verstoringen worden gevarieerd om een dergelijk al of niet gradueel verloop op te leggen. De grootte van de verstoringen kan aldus bijvoorbeeld verlopen van de orde van 800-900 micrometer in het midden van het paneel naar 200 tot 300 millimeter nabij de rand 15 al of niet in combinatie met een variabele onderlinge steek. Dit is ter verduidelijking in figuur 3 nader weergegeven.

Aldus kan bijzonder nauwkeurig een mate van uittreding van het licht over het paneel worden opgelegd door een lokale (resterende) lichtintensiteit van de lichtbron en de patroondichtheid ter plaatse op elkaar af te stemmen. Door in zones met een relatief hoge lichtintensiteit een relatief lage patroondichtheid en/of dimensie van de verstoringen toe te passen en, omgekeerd, in gebieden waarin nog slechts een geringe intensiteit van het binnengetreden, maar nog niet uitgetreden licht resteert een navenant grotere patroondichtheid en/of grotere dimensie, kan aldus een in hoge mate homogene lichtuittreding over het uittreedvenster worden bereikt. De resultante van lichtintensiteit en verstrooiingsdichtheiden/of -maatvoering heeft daardoor op iedere positie een nagenoeg constante waarde. Dit uit zich in een bijzonder egaal, homogeen lichtbeeld over de plaat.

Een deel van het licht dat met een verstoring aan de rugzijde een interactie aangaat, zal rechtstreeks in de richting van de zichtzijde 11 verstrooien en ter hoogte van het uittreedvenster uit kunnen treden dan wel terug reflecteren. Dit kan zowel licht betreffen dat rechtstreeks van de lichtbron afkomstig is maar ook licht dat, op vergelijkbare wijze, reeds aan de zichtzijde in de richting van de rugzijde werd gereflecteerd.

Een ander deel van het licht dat in aanraking komt met de oppervlaktestructuur aan de rugzijde zal aan de rugzijde uittreden. Dit deel van het licht wordt door een reflector 40 gereflecteerd die aan de rugzijde van het paneel boven het paneel 10 is aangebracht om dit deel van het licht alsnog in de richting van het uittreedvenster te sturen. Dit licht zal ten dele uitreden en draagt daarbij bij aan het lichtrendement van de inrichting of zal weer in de richting van de rugzijde worden verstrooid om andermaal eenzelfde cyclus door te maken. Al met al kan aldus een belangrijke toename ten aanzien van het optische rendement van het paneel worden bereikt.

Voor de reflector is een dunne, optisch althans nagenoeg witte kunststof folie toegepast. Daarbij is hier gekozen voor een microcellulair schuim van een kunststof uit een groep omvattende een polyester, in het bijzonder polyetheentereftalaat (PET), en polycarbonaat (PC). Een dergelijk materiaal is onder de merknaam MC-PET S4 commercieel verkrijgbaar.

Daaraan wordt verder bijgedragen door een verder paneel 30 dat onder het lichtgeleidingspaneel 10 is aangebracht en dat aan het oppervlak is gematteerd zodat het licht hieraan verder zal verstrooien. Bijgevolg wordt een nog diffuser lichtbeeld verkregen.

Dit diffuser paneel 30 is met voordeel uit een brandwerende, althans brandvertragende, en slagvaste kunststof samengesteld. Door uit te gaan van een brandwerende, althans brandvertragende, en slagvaste kunststof wordt daarmee bovendien beantwoord aan vigerende bouwvoorschriften zoals die in voorkomende gevallen worden opgelegd. In dit voorbeeld is daarom uitgegaan van een polycarbonaat houdend plaatmateriaal dat onder de merknaam Macrolon commercieel verkrijgbaar is en dat bijzonder geschikt blijkt te zijn.

De in figuur 1 getoonde stapeling van plaatdelen wordt in het frame 5 geplaatst en uiteindelijke door middel van een rondom aangebrachte verlijming of kit 3 afgedicht en tot een samenhangende verlichtingseenheid verenigd. Het totaal van de hiervoor beschreven aspecten zorgt voor een ongeëvenaarde lichtopbrengst van niet minder dan circa 85-90 Lumen per Watt elektrisch ingangsvermogen wat zich bij het getoonde paneel vertaalt naar de orde van meer dan 12.500 Lumen per vierkante meter (i.e Lux) voor het beschreven lichtgeleidingspaneel met een paneeldikte van 8 millimeter. Bij een paneeldikte van 5 millimeter wordt reeds een lichtopbrengst van meer dan 11.500 Lumen per vierkante meter verkregen, bij overigens gelijkblijvende componenten. In beide gevallen is uitgegaan van een uittreedvenster van het paneel van circa 550 bij 550 millimeter.

Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van louter een enkel uitvoeringsvoorbeeld nader werd toegelicht, moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt. Integendeel zijn binnen het kader van de uitvinding nog tal van variaties en verschijningsvormen mogelijk. Met het oog op de integratie in een standaard systeemplafond kan de lichteenheid ook voor een maat van 595x295, 1195x595, 1195x295 millimeter worden gevoerd alsmede gelijk welke andere steek of maatvoering waarin een dergelijk plafond gebruikelijk wordt uitgevoerd. Bij een voldoende smal paneel, zoals bijvoorbeeld bij de genoemde paneelbreedten van 295 millimeter, kan met een lichtbron aan slechts één lange zijde van het paneel worden volstaan om de breedte daarvan te overbruggen. Het aantal LED’s over de strekkende lengte van het paneel kan al naargelang die lengte pro rato worden aangepast om eenzelfde lichtopbrengst per vierkante meter van het paneel te behouden.

In het gegeven voorbeeld werd de oppervlaktestructuur zowel aan de eerste hoofdzijde van het paneel als aan de overstaande tweede hoofdzijde door middel van een laser daarin aangebracht en computer gestuurd, nauwkeurig bepaald daaraan opgelegd. In plaats daarvan kan aan één of beide zijden ook door middel van een mechanische bewerking, zoals krassen of frezen, een verstrooiende oppervlaktestructuur worden aangebracht en nauwkeurig bepaald opgelegd. Ook kan de oppervlaktestructuur aan één of beide van de zichtzijde en de rugzijde door middel van bijvoorbeeld fotolithografie of zeefdrukken worden voorzien van een masker, waarna de beoogde structuur onder maskering daarvan door chemisch droog of nat etsen wordt aangebracht.

Behalve de steek en/of het formaat van de verstoringen in de aangebrachte oppervlaktestructuur kan eventueel ook een diepte en/of vorm van de verstoringen nauwkeurig worden ingesteld en eventueel over een patroon in de oppervlaktestructuur al of niet gradueel worden gevarieerd, teneinde een optimale lichtuitreding te bereiken.

Claims (16)

1. Verlichtingsinrichting omvattende een lichtgeleidingspaneel met een zichtzijde en een rugzijde, tegenover de zichtzijde, welk paneel aan ten minste één laterale zijde een optisch intreedvenster voor een lichtbron omvat om van de lichtbron ontwijkend licht in te vangen en lateraal te geleiden, waarbij de zichtzijde is voorzien van een optische verstrooiende oppervlaktestructuur ter hoogte van een uittreedvenster waaraan ingevangen licht wordt afgegeven met het kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel althans ter hoogte van het uittreedvenster zowel aan de zichtzijde als aan de rugzijde een optisch verstrooiende oppervlaktestructuur omvat die zich althans in hoofdzaak over het uitreedvenster uitstrekt, dat het lichtgeleidingspaneel althans ter hoogte van het uittreedvenster een dikte heeft van ten minste circa 5 millimeter, dat het lichtpaneel althans ter hoogte van het uittreedvenster aan de rugzijde is voorzien van een naar de rugzijde gewend reflecterende oppervlak, en dat elk van de oppervlaktestructuur aan de zichtzijde en de oppervlaktestructuur aan het tweede oppervlak een al of niet regelmatig en/of gelijkmatig opgelegd stelsel van lokale verstoringen omvat met circa een dichtheid met een dichtheid van de orde van tot circa 15 verstoringen per strekkende centimeter.

2. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel aan de rugzijde is bedekt met een optisch reflectorlichaam waarvan het naar het lichtgeleidingspaneel gewende reflecterende oppervlak uitgaat.

3. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk dat het reflectorlichaam een aan ten minste een zijde reflecterende kunststof laag omvat.

4. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk dat de kunststof laag een kunststof folie omvat, in het bijzonder een optisch althans nagenoeg witte folie van omvattende een microcellulair schuim van een kunststof uit een groep omvattende een polyester, in het bijzonder polyetheentereftalaat (PET), en polycarbonaat (PC).

5. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de lichtbron ten minste een licht emitterende diode (LED) omvat, in het bijzonder een reeks licht emitterende diodes.

6. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de ten minste ene licht emitterende diode is gekoppeld aan een gestabiliseerde elektronische voeding die een althans nagenoeg constante stroom aan de ten minste ene licht emitterende diode afgeeft.

7. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de oppervlaktestructuur aan ten minste één van de zichtzijde en de rugzijde door inwerking met een energetische bundel, in het bijzonder een laserbundel, werd verkregen.

8. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de oppervlaktestructuur aan ten minste één van de zichtzijde en de rugzijde een stippenstelsel of ander raster van lokale oppervlakteverstoringen omvat met, naar de lichtbron toe, een al of niet gradueel afnemende dichtheid en/of grootte.

9. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 8 met het kenmerk dat de oppervlaktestructuur aan de rugzijde lokale oppervlakteverstoringen omvat met, naar de lichtbron toe, een al of niet gradueel afnemende dichtheid en/of grootte, in het bijzonder een verlopende dichtheid van de orde van 10-12 verstoringen per strekkende centimeter verlopend naar de orde van 3 tot 6 verstoringen per strekkende centimeter en/of een verlopende grootte van een doorsnede van de orde van circa 800-900 micrometer verlopend naar de orde van circa 200-300 micrometer.

10. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de oppervlaktestructuur aan ten minste één van de rugzijde en de zichtzijde een stippenstelsel of ander raster van lokale oppervlakteverstoringen omvat met een althans nagenoeg gelijkmatige dichtheid.

11. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 10 met het kenmerk dat de oppervlaktestructuur aan de zichtzijde een althans nagenoeg constante dichtheid heeft van circa 3 tot 6 verstoringen per strekkende centimeter met een gemiddelde grootte van de orde van circa 400 micrometer.

12. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel aan de zichtzijde is afgedekt met een transparant, althans translucent, verder paneel, in het bijzonder van een slagvaste en/of brandvertragende kunststof, zoals polycarbonaat (PC).

13. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 12 met het kenmerk dat het verdere paneel aan een van het lichtgeleidingspaneel afgewende zijde een optisch verstrooiende oppervlaktestructuur omvat.

14. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel een transparante kunststof omvat, in het bijzonder polymethylmethacrylaat (PMMA).

15. Verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het lichtgeleidingspaneel tussen het eerste en de rugzijde een dikte heeft van ten minste 5 millimeter en ten hoogste 14 millimeter, in het bijzonder een dikte van circa 8 millimeter.

16. Verlichtingseenheid omvattende de verlichtingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies in een samenstel met een omringend frame rondom het lichtgeleidingspaneel en ten minste één lichtbron aan ten minste één laterale zijde van het lichtgeleidingspaneel aansluitend op het intreedvenster.