CZ306453B6 - Osvětlovací element s tělesem z vypalované keramiky - Google Patents

Abstract

Osvětlovací element s tělesem (1) z vypalované keramiky, ve kterém je uspořádán alespoň jeden světelný zdroj (2) s elektrickým vedením (3) a u světelného zdroje (2) je v tělese (1) z vypalované keramiky uspořádán vlnovod (4), který je jednou stranou orientován směrem k povrchu tělesa (1) z vypalované keramiky a na opačné straně je vlnovod (4) opatřen strukturou (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4), přičemž struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je uspořádána na dně vybrání (11) v tělese (1) z vypalované keramiky a prostor kolem struktury (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je ve vybrání (11) v tělese (1) alespoň částečně vyplněn litým plastem.

Description

Osvětlovací element s tělesem z vypalované keramiky

Oblast techniky

Vynález se týká osvětlovacího elementu s tělesem z vypalované keramiky, ve kterém je uspořádán alespoň jeden světelný zdroj s elektrickým vedením a u světelného zdroje je v tělese z vypalované keramiky uspořádán vlnovod, který je jednou stranou orientován směrem k povrchu tělesa z vypalované keramiky a na opačné straně je vlnovod opatřen strukturou pro vyvedení světla z vlnovodu.

Dosavadní stav techniky

Existuje množství osvětlovacích elementů, které mají těleso z keramiky, ve kterém je uložen světelný zdroj s elektrickým vedením. Protože klasické světelné zdroje (žárovka, zářivka, výbojka apod.) mají podstatně kratší životnost než těleso z keramiky, jsou známé osvětlovací elementy konstruovány tak, aby bylo možno světelný zdroj z osvětlovacího elementu vyjmout a vyměnit.

S příchodem moderních světelných zdrojů, jako jsou známé LED (Light-Emitting Diodě), ale i nově vyvinuté organické OLED (Organic Light-Emitting Diodě), či elektroluminiscenční fólie, displeje s aktivní matricí - AMOLED, flexibilní displeje apod. se zásadním způsobem prodloužila životnost těchto světelných zdrojů.

Pokud je těleso osvětlovacího elementu z vypalované keramiky musí se světelný zdroj, přívodní vodiče a další elektronické součástky instalovat do keramického tělesa až po vypálení keramiky, protože výpal keramiky (s i bez povrchové glazury) se provádí při vysokých teplotách, při kterých by se takové součástky poškodily, nebo zcela zničily. Tyto součástky se tedy nestávají integrální součástí keramiky při její výrobě, ale jsou s ní spojeny (mechanicky, lepidlem, závitem apod.) až po výpalu keramiky.

V případě tzv. přímého osvitu je světelný zdroj v osvětlovacím elementu umístěn tak, že buď přímo, nebo v kombinaci s předsazenou reflexní či transmisní optikou nasvětluje okolí. Takto funguje drtivá většina osvětlovacích elementů.

Druhou možností je osvit přes vlnovod. V tomto případě není většinou zdroj světla přímo v ose oka pozorovatele. Světlo ze zdroje je transponováno vlnovodem, který je na svém povrchu, nebo v objemu opatřen strukturou pro vyvedení světla z vlnovodu, tvořenou nejčastěji rozptylovými centry, které se stávají při průchodu či odrazu světla všesměrovými, nebo orientovanými zdroji pro pozorovatele. Pozorovatel tak vidí světlo, které se rozptyluje na rozptylových centrech struktury pro vyvedení světla z vlnovodu, nikoliv světlo přicházející přímo ze světelného zdroje.

Také v případě použití vlnovodu není vlnovod integrální součástí keramiky, ale je do ní implementován později, až po výpalu keramiky, jako samostatný díl, který je přichycen mechanicky, vlepením apod. Vlnovod je samostatně funkční, povrch keramického svítidla není funkční součástí světelného vlnovodu. Příkladem je implementace LED osvětlení do keramické dlaždice způsobem vsazení LED světla do předem připraveného otvoru v dlaždici. V některých případech se též využívá fotoluminiscenčních pigmentů přimíchaných do, nebo na povrch keramického výrobku. Nevýhodou vkládání hotového vlnovodu do předem vypálené keramiky je rozměrová nesourodost. Při výpalu dochází k významné rozměrové změně keramického výrobku, kterou lze sice částečně předpovídat, ale díky níž je téměř nemožné docílit vybrání ve vypálené keramice rozměrově totožné s tvarem vlnovodu. Dalším problémem je nutnost částečného otevření vybrání tak, aby tam bylo možno hotový vlnovod s celou elektronikou a zdrojem světla mechanicky vložit.

- 1 CZ 306453 B6

Rozptylová centra struktury pro vyvedení světla z vlnovodu mohou tvořit buď nehomogenní částečky distribuované uvnitř světelného vlnovodu, nebo reliéfní struktura na jeho povrchu. Reliéf, který je běžně tvořen zejména pískováním, laserovou ablací, leptáním, mechanickými vrypy apod. má v těchto případech náhodně vzniklou strukturu. Světlo rozptýlené na takovémto centruje distribuováno většinou rovnoměrně do všech stran. Proto, aby se zvýšila intenzita rozptýleného světla do pozorovacího směru je použita dodatečná odrazivá (většinou bílá) vrstva ze strany opačné, než je směr požadovaného vyzařování světla ze světelného vlnovodu.

Rozptylová centra struktury pro vyvedení světla z vlnovodu (nejčastěji na povrchu vlnovodu) jsou často nehomogenně distribuována tak, aby celkový vjem při pohledu na hlavní plochu vlnovodu byl homogenní. Jinými slovy, nerovnoměrná distribuce rozptylových center světla kompenzuje postupnou ztrátu světla ve vlnovodu způsobenou rozptylem a vyzařováním na těchto centrech při jeho průchodu vlnovodem. Blíže ke zdroji světlaje hustota rozptylových center nižší, se vzdáleností od tohoto zdroje se zvětšuje.

Vlnovody jsou často ze stran, ze kterých není zaváděno světlo, opatřeny odrazivou (většinou bílou) vrstvou (např. plastová fólie, papír, barva apod.). Stejně tomu může být z např. naprotilehlé straně pozorovatele a tedy ze strany aplikace rozptylových center. To zvyšuje intenzitu světla konečně dopadajícího do oka pozorovatele. Jiné uspořádání je možno použít zejména tehdy, pokud jsou rozptylová centra v objemu vlnovodu.

Cílem vynálezu je vytvořit takový osvětlovací element z vypalované keramiky, který by umožnil snadno a efektivně zakomponovat do tělesa světelný vlnovod.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle se dosahuje osvětlovacím elementem s tělesem z vypalované keramiky, ve kterém je uspořádán alespoň jeden světelný zdroj s elektrickým vedením a u světelného zdroje je v tělese z vypalované keramiky uspořádán vlnovod, který je jednou stranou orientován směrem k povrchu tělesa z vypalované keramiky a na opačné straně je vlnovod opatřen strukturou pro vyvedení světla z vlnovodu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že struktura pro vyvedení světla z vlnovodu je uspořádána na dně vybrání v tělese z vypalované keramiky a prostor kolem struktury pro vyvedení světla z vlnovodu je ve vybrání v tělese alespoň částečně vyplněn litým plastem.

Na rozdíl od stavu techniky, kdy se do vybrání vkládá hotový vlnovod, se u řešení podle vynálezu na dně vybrání v tělese z vypalované keramiky uspořádá struktura pro vyvedení světla z vlnovodu, která se následně zalije plastem. Takové řešení umožňuje implementaci vlnovodu s vysokou účinností tak, že mezi vlnovodem a keramikou nevznikají nežádoucí významné spáry. Není též nutno ponechávat částečné otevření vybrání v tělese vypalované keramiky pro mechanické vložení vlnovodu. Obě výhody umožňují dosáhnout významně lepších parametrů designu výsledného výrobku s implementovaným vlnovodem.

Podle výhodného provedení může být struktura pro vyvedení světla z vlnovodu tvořena částečným glazováním povrchu dna vybrání v tělese z vypalované keramiky.

Podle jiného výhodného provedení může být struktura pro vyvedení světla z vlnovodu vytvořena ve vrstvě geopolymemího kompozitu, nebo ve vrstvě geopolymerního kompozitu s povrchovou vrstvou, nebo ve vrstvě litého plastu, nebo ve vrstvě litého plastu s povrchovou vrstvou, uspořádané na dně vybrání v tělese z vypalované keramiky.

Podle dalšího výhodného provedení může být struktura pro vyvedení světla z vlnovodu tvořena předem zhotoveným reliéfem, uspořádaným na dně vybrání v tělese (1) z vypalované keramiky.

-2 CZ 306453 B6

Podle dalšího výhodného provedení zahrnuje vlnovod transparentní a/nebo difůzní plast, uspořádaný ve vybrání v tělese z vypalované keramiky nad strukturou pro vyvedení světla z vlnovodu.

Podle dalšího výhodného provedení je vnější povrch vlnovodu opatřen krycí vrstvou.

Podle dalších výhodných provedení je krycí vrstva difúzní nebo transparentní.

Podle dalšího výhodného provedení je struktura pro vyvedení světla z vlnovodu uspořádána pro homogenní nebo řízenou distribuci světla.

Podle dalšího výhodného provedení je struktura pro vyvedení světla z vlnovodu tvořena difrakčním reliéfem nebo vrstvou zajišťující difrakci.

Podle dalšího výhodného provedení světelný zdroj zahrnuje LED a/nebo OLED a/nebo AMOLED.

Objasnění výkresů

Osvětlovací element podle vynálezu bude blíže popsán s odkazy na příklady provedení, schematicky zobrazené na výkresech, na kterých obr. 1 představuje osvětlovací element pro homogenní distribuci světla. Na obr. 2 je tentýž osvětlovací element v řezu. Na obr. 3 je osvětlovací element, u kterého je na strukturu pro vyvedení světla z vlnovodu nanesen povlak ve formě reflexní vrstvy. Na obr. 4 je osvětlovací element, u kterého je na strukturu pro vyvedení světla z vlnovodu nanesena vyrovnávací vrstva transparentního plastu. Na obr. 5 je osvětlovací element, který má mezi krycí vrstvou a tělem vlnovodu vrstvu transparentního plastu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Osvětlovací element podle obr. 1 a 2 je obkladová dlaždice, která má těleso 1 z vypalované keramiky. Vypalovaná keramika je materiál běžně známý, a proto zde nebude jeho složení blíže popisováno.

Těleso 1 ve tvaru obkladové dlaždice má na lícní straně vybrání 11 pro světelný zdroj 2 a vlnovod 4. Vlnovod 4 zahrnuje strukturu 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4, tvořenou rozptylovými centry, která jsou vytvořena podle jednoho příkladu provedení částečným glazováním dna vybrání 11 v tělese 1 z vypalované keramiky.

Po vypálení se do vybrání 11 v tělese 1 z vypalované keramiky vloží světelný zdroj 2 s elektrickým vedením 3, které se vyvede k neznázorněným elektrickým kontaktům na tělese 1. U provedení podle obr. 1 a 2 je světelným zdrojem 2 množina známých LED. Odborníkům je jasné, že lze použít i jiné známé světelné zdroje 2 jako OLED, AMOLED, elektroluminiscenční fólie apod. Vlnovod 4 se dokončí tak, že se vybrání 11 v tělese 1 vyplní transparentním a/nebo difúzním plastem.

Povrch plastu vlnovodu 4 je možno ještě opatřit difúzní nebo transparentní krycí vrstvou 6 z plastu, skla apod. Mezi krycí vrstvou 6 a vlnovodem 4 může být ponechána vzduchová mezera 7.

Provedení podle obr. 3 se liší od provedení z obr. 1 a 2 tím, že na strukturu 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 na dně vybrání 11 v tělese 1 je celoplošně nebo v určitých místech nanesen povlak 8 ve formě reflexní vrstvy, vysokoindexové vrstvy apod. pro úpravu odrazivosti či optického rozhraní.

Provedení podle obr. 4 se liší od provedení z obr. 3 tím, že na strukturu 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 na dně vybrání 11 v tělese Ije místo povlaku 8 nanesena tenká vyrovnávací vrstva 9 transparentního plastu, který má oslabení nebo zesílení odrazu jiný index lomu než plast, ze kterého je zhotoveno tělo vlnovodu 4.

Provedení podle obr. 5 se liší od provedení z obr. 4 tím, že vzduchová mezera 7 mezi krycí vrstvou 6 a tělem vlnovodu 4 je nahrazena vrstvou transparentního materiálu 10, například plastu.

Podle nezobrazeného příkladu provedení může být struktura 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 vytvořena ve vrstvě, odlité na dně vybrání 11 v tělese 1 z vypalované keramiky. Tuto odlitou vrstvu může tvořit geopolymemí kompozit nebo geopolymemí kompozit s povrchovou vrstvou (např. pokovení apod.) nebo plast nebo plast s povrchovou vrstvou (např. pokovení apod.). Takto zhotovená struktura 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 může být výrazně jemnější a s cíleně organizovanou strukturou a umožní tak výrazně lepší výsledky v osvětlení jednak v homogenitě světla nebo právě ve formování světla do požadovaných obrazů směrů a efektů.

Podle dalšího nezobrazeného příkladu provedení může být struktura 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 tvořena předem zhotoveným reliéfem (plastová fólie s reliéfem, plastová fólie s povrchovou vrstvou, kovový plát s reliéfem), vloženým na dno vybrání 11 v tělese 1 z vypalované keramiky a následně zalitým transparentním a/nebo difúzním plastem.

Struktura 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 může mít rozptylová centra uspořádána pro homogenní nebo řízenou distribuci světla. Aby se dosáhlo homogenní distribuce světlaje hustota rozptylových center struktury 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 v blízkosti světelného zdroje 2 nižší a se vzdáleností od světelného zdroje 2 se jejich hustota zvětšuje (viz obr. 1). Taková nerovnoměrná distribuce rozptylových center kompenzuje postupnou ztrátu světla ve vlnovodu 4, způsobenou rozptylem a vyzařováním na těchto centrech při jeho průchodu vlnovodem 4. Pro řízenou distribuci světla se předem daným rozmístěním rozptylových center struktury 5 pro vyvedení světla z vlnovodu dosahuje záměrných nehomogenit, které mohou tvořit grafický vzor, alfanumerický znak, bitmapu apod. To umožňuje směřování světla nebo části světla do jednoho, nebo více předem určených směrů nebo generaci plošných obrazových vjemů nebo generaci prostorových trojrozměrných vjemů.

Vlnovod 4 podle zobrazených příkladů provedení má tvar ploché desky opatřené z jedné strany strukturou 5 pro vyvedení světla z vlnovodu a z druhé strany je buď čirý, nebo má difúzní povrch. Odborníkům je však jasné, že lze realizovat i jiné tvary vlnovodu 4, např. válcový vlnovod, vlnovod se čtvercovým, obdélníkovým, polokruhovým profilem, vlnovody liniové, s různou tloušťkou podél osy vlnovodu, s grafickým motivem apod. Vnější povrch vlnovodu 4 nemusí být v zákrytu s povrchem tělesa f, ale může geometricky, či graficky vyčnívat, tvořit prohlubně, nerovné, plochy apod. V tom případě je při odlévání vlnovodu z transparentního plastu nutno použít dodatečnou formu, kopírující požadovaný profil části vlnovodu neohraničené keramickou hmotou.

Světelný vlnovod 4, nebo vlnovody mohou být navrženy i tak, že vyústí na povrch tělesa 1 v rozložení, které odpovídá buď funkčním, grafickým, nebo estetickým požadavkům na osvětlovací element.

Barva tělesa 1 v oblasti struktury 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 je s výhodou volena tak, aby fungovala jako dobrá odrazivá vrstva, to je zejména bílá.

Světlo ze světelného zdroje 2 je transponováno vlnovodem 4, přičemž rozptylová centra struktury 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4 se stávají při průchodu či odrazu světla všesměrovými, nebo orientovanými zdroji pro pozorovatele. Pozorovatel tak vidí světlo, které se rozptyluje na rozptylových centrech struktury 5 pro vyvedení světla z vlnovodu 4, nikoliv světlo přicházející přímo ze světelného zdroje 2.

-4CZ 306453 B6

Body světlovodu sloužící k vyvedení světla z vlnovodu mohou mít i řízenou strukturu, která umožňuje více, než jenom prostou difúzi světla, a to např. jeho difrakci, směřování světla nebo části světla do jednoho, nebo více předem určených směrů, generaci prostorového trojrozměrného vjemu atd. Topologie rozptylových bodů může sama o sobě tvořit grafiku, v případě použití difrakce i grafiku barevnou.

Průmyslová využitelnost

Osvětlovací element podle vynálezu lze použít jako osvětlovací těleso domácí, průmyslové, interiérové, exteriérové, jako konstrukční součást staveb (např. čekáren městské hromadné dopravy), svíticí, nebo informační obkladový interiérový i exteriérový prvek (dlaždice), součást kuchyní, koupelen, obytných místností, pracovních místností, chodeb, výrobních hal, kanceláří apod.

Osvětlovací element podle vynálezu lze dále použít jako součást sanitární techniky (umyvadel, držáků, toaletních mís, bidetů, van, sprchových koutů, saun atd.), součást strojů a zařízení, dopravních prostředků, informačních, varovných systémů, součást nábytku.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Osvětlovací element s tělesem (1) z vypalované keramiky, ve kterém je uspořádán alespoň jeden světelný zdroj (2) s elektrickým vedením (3) a u světelného zdroje (2) je v tělese (1) z vypalované keramiky uspořádán vlnovod (4), který je jednou stranou orientován směrem k povrchu tělesa (1) z vypalované keramiky a na opačné straně je vlnovod (4) opatřen strukturou (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4), vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je uspořádána na dně vybrání (11) v tělese (1) z vypalované keramiky a prostor kolem struktury (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je ve vybrání (11) v tělese (1) alespoň částečně vyplněn litým plastem.
2. 2. Osvětlovací element podle nároku 1, vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je tvořena částečným glazováním povrchu tělesa (1) z vypalované keramiky.
3. 3. Osvětlovací element podle nároku 1, vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je vytvořena ve vrstvě geopolymemího kompozitu, nebo ve vrstvě geopolymemího kompozitu s povrchovou vrstvou, nebo ve vrstvě litého plastu, nebo ve vrstvě litého plastu s povrchovou vrstvou, uspořádané na dně vybrání (11) v tělese (1) z vypalované keramiky.
4. 4. Osvětlovací element podle nároku 1, vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je tvořena předem zhotoveným reliéfem, uspořádaným na dně vybrání (11) v tělese (1) z vypalované keramiky.
5. 5. Osvětlovací element podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vlnovod (4) zahrnuje transparentní a/nebo difúzní plast, uspořádaný ve vybrání (11) v tělese (1) z vypalované keramiky nad strukturou (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4).
6. 6. Osvětlovací element podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vnější povrch vlnovodu (4) je opatřen krycí vrstvou (6).

   -5CZ 306453 B6
7. 7. Osvětlovací element podle nároku 6, vyznačující se tím, že krycí vrstva (6) je difúzní.
8. 8. Osvětlovací element podle nároku 6, vyznačující se tím, že krycí vrstva (6) je transparentní.
9. 9. Osvětlovací element podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je upravena pro homogenní distribuci světla.
10. 10. Osvětlovací element podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je upravena pro řízenou distribuci světla.
11. 11. Osvětlovací element podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že struktura (5) pro vyvedení světla z vlnovodu (4) je tvořena difrakčním reliéfem nebo vrstvou zajišťující difrakci.
12. 12. Osvětlovací element podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že světelný zdroj (2) zahrnuje LED a/nebo OLED a/nebo AMOLED.