DK176001B1 - Tyndt fladt lampemodul til hyldebelysning - Google Patents

Description

DK 176001 B1

Tyndt fladt lampemodul til hyldebelysning, et hyldesystem samt anvendelse af lampemodulet

Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår et lampemodul med en lyskilde, der er optisk tilkoblet bagenden af en lysleder for udbredelse af lys til forenden af lyslederen, hvor 5 forenden af lyslederen er forsynet med en reflekterende overflade til refleksion af lys ud af lyslederen. Opfindelsen angår endvidere et hyldesystem med et sådant lampemodul samt anvendelsen af lampemodulet.

Beskrivelse af kendt teknik 10 Hyldebelysning har haft et antal ulemper inklusive uønsket varmespredning, pladsforbrug, dårlig belysningsvinkel og nødvendigheden af en påtrængende konstruktionen for at tilvejebringe lys og/eller ventilation eller i det mindste for at montere lampen. Hyldebelysning har gjort brug af glødende eller fluorescerende lyskilder, som begge producerer en sådan mængde af varme, at ventilation er påkrævet og et vist minimum 15 af plads omkring lyskilden for at undgå brandfare. Lyskildeme er i sig selv ret volu minøse og kræver i mange tilfælde en højspændingskilde og dertil hørende sikker elektrisk isolering.

I hyldesystemer er lyskilden ofte placeret bagved en hylde og afskærmet på en sådan 20 måde, at lyset ikke ville skinne direkte mod forsiden men i stedet blive reflekteret fra bagvæggen eller fra hylden ovenfor eller nedenunder. Lyskilden kan også være placeret centreret over den øverste hylde og udsende et konisk strålebundt, som passerer igennem adskillige hylder, der er fremstillet af glas eller et andet transparent materiale, hvor de nedre hylder delvist overskygges af de objekter, som er placeret på de øvre 25 hylder. Ingen af disse løsninger giver en tilfredsstillende belysning, og desuden er begge voluminøse og konstruktionsmæssigt påtrængende.

For nylig er faststofbelysning blevet tilgængelig, hvilket praktisk set eliminerer varme spredning og til en vis grad begrænser behovet for plads. Men en lampe, som giver 30 optimal belysningsvinkel og samtidig kræver meget lidt plads og ikke virker påtrængende på boghylden eller skabet, er endnu ikke blevet konstrueret.

DK 176001 B1 2

Kold katode fluorescent belysning (i det følgende benævnt CCFL, afledt at det engelske udtryk: Cold Cathode Fluorescent Lighting) er et alternativ til diminutive lyskilder uden for stor varmespredning, som ikke har været brugt til dette formål.

5 Fra japansk patentskrift JP 2002 042 408 kendes en hyldebelysning med en lysleder, der har en skrå endeflade til refraktion af lyset ud af lederen. Den skrå flade bevirker en belysning på omgivelser for enden af den skrå flade og ligeledes i et modsatrettet 'J

område. På grund af lysets vinkelspredning i lyslederen er dette system ikke egnet til en kontrolleret spredning aflyset i bestemte - eventuelt ret snævre - retninger.

10

Fra britisk patentskrift GB 952,388 kendes en belysning til montage under glashylder, hvor lyset fra en lyskilde ledes igennem en lysleder og reflekteres ud af den øverste side af lyslederen på grund af refleksion af lyset på en skrå, savtakket nedre del af j lyslederen. De savtakkede flader på lyslederen benyttes til at belyse objekter på en 1 15 glasplade på en jævn måde.

En lysleder med savtakkede reflektorer kendes ligeledes fra Japansk patentskrift JP 2003 097 910, hvor anvendelsesområdet er en faxemaskine. Dette system er konstrueret til en jævn belysning af en flade i umiddelbar tilknytning til lyslederens side.

20

Fra amerikansk patentskrift US 5 359 503 kendes et lampemodul med en lysleder, hvor der for enden aflyslederen er tilvejebragt en lige reflektor.

Disse førnævnte systemer er ikke konstrueret til en kontrolleret spredning af lyset i 25 bestemte - eventuelt ret snævre - retninger i forbindelse med almindelige boghylder. j I , i !

Det er derfor opfindelsens formål, at tilvejebringe en lyskilde i snævre omgivelser, fortrinsvis til bog- og udstillingshylder, som har en lav varmespredning, som er lille og som sender lys i en forudbestemt retning, fortrinsvis egnet til nedefterrettet eller 30 sidelæns hyldebelysning.

Beskrivelse af opfindelsen

Dette formål opnås ved et lampemodul, som har en lysleder med en bagende og en forende samt en sideflade imellem bagenden og forenden, hvor modulet desuden om- 3 DK 176001 B1 fatter mindst én lyskilde, dér er optisk koblet til bagenden aflyslederen, hvor forenden af lyslederen er forsynet med en reflekterende overflade til refleksion af lys fra lyskil- j den efter udbredelse af lyset igennem lyslederen, hvor den reflekterende overflade er et buet spejl indrettet til at reflektere lys fta lyskilden igennem et udgangsområde på S sidefladen.

Ved at benytte et buet spejl frem for en anden form for reflekterende overflade kan ! lyset reflekteres i en retning som ønsket, også i ret snævre vinkelintervaller givet ud fra udformningen af spejlet. Endvidere kan spejlet udformes til at give en jævn belys-10 ning inden for et sådant vinkelinterval. Ydermere kan spejlet meget nemt tilvejebringes ved pålimning af et metalfolie, for eksempel som tape, på en forberedt krummende overflade.

Sidefladen vil fortrinsvis omfatte to parallelle planer med indbyrdes afstand, og opfin-15 delsen vil i det følgende blive forklaret mht. denne konfiguration. Imidlertid er mange andre udformninger er mulige, for eksempel en cylindrisk eller kileformet lysleder.

Som lyskilde kan man anvende en lysdiode (LED, afledt af det engelske udtryk: Light Emitting Diode). Den optiske kobling mellem lyskilden og lyslederen kan omfatte en 20 buende bagende af lyslederen, som udgør en cylindrisk linse for derved at transformere divergerende lysstråler fra lyskilden til parallelle vifter af stråler inde i lyslederen.

Alternativt kan den optiske kobling imellem lyskilden og lyslederen omfatte en dob-belt-buende bagendeflade med en konveks krumning i den første retning for transfor-25 mation af divergerende horisontale lysstråler fra lyskilden til parallelle vifter af horisontale lysstråler inde i lyslederen og konkav i en retning vinkelret derpå for at forøge spredningen af vifterne aflysstråler inde i lyslederen. 1 stedet for at bruge lysdioder, er det muligt, at bruge CCFL, hvor den optiske kobling 30 imellem lyskilden og lyslederen omfatter en reflektor, som omslutter de dele aflyskilden, som ikke er vendt mod lyslederen, og er anbragt således, at lyset fra lyskilden reflekteres mod bagenden af lyslederen. Den optiske linse i form af en cylindrisk krummende endeflade kan i dette tilfælde være erstattet af en lige kant, idet lyskilden er forsynet med en reflektor.

4 DK 176001 B1

Det krumme spejl ved forenden kan være konveks eller konkav med en reflekterende overflade, som har en form, der er tilpasset den i udgangsområdet ønskede intensitetsprofil. For eksempel kan spejlet være indrettet til at reflektere lyset fra lyskilden over i 5 forskellige vinkler fra ca. 40 til 140 grader udenfor udgangsområdet af lyslederen. '

Fortrinsvis har spejlet et cirkulært eller parabolsk tvasrsnit. Vinkelområdet af de reflekterede vinkler er bestemt af egenskaberne ved lysledermaterialet i forbindelse med den interne refleksion i materialet.

10 Udgangsområdet kan være forsynet med en matteret eller rillet overflade. Ujævnhederne kan være tilvejebragt vinkelret på den longitudinale akse af spejlet for at sprede lyset i en retning som er parallel med det eksempelvis cylindriske spejl. Ydermere kan udgangsområdet være forsynet med en belægning, som er indrettet til at sprede, farve, filtrere eller bryde lys.

15 I en fordelagtig udførelsesform omfatter lampemodulet ifølge opfindelsen et lampehus, som omslutter lyskilden og lyslederen med spejlet. Sådan et lampehus kan være indrettet til sammenkobling med andre lampemoduler af samme slags.

! 20 I overensstemmelse med indledningen tilgodeser opfindelsen også et hyldesystem med mindst to hylder anbragt over hinanden, hvor undersiden af den øvre hylde er udstyret med mindst et lampemodul ifølge opfindelsen, hvor lampemodulet er forsynet med udgangsområdet rettet nedad for belysning af den nedre hylde. Modulet kan fordelagtigt monteres ved brug af for eksempel selvklæbende tape på undersiden af en hylde 25 og tæt ved fronten af samme hylde, for derved at belyse hylden nedenunder samt alle objekter på den. Lysdioder har behov for en lav spænding og har et lavt energiforbrug, som tillader, at tynde ledninger kan anvendes til strømforsyningen, hvilket kun kræver et meget lille hul til ledningen i bagsiden af reolen eller skabet.

5 DK 176001 B1 FIG. 4 viser en CCFL lyskilde, reflektor og lysleder fra siden FIG. 5 viser nogle lampemoduler, som kan sammenkobles, fra neden, FIG. 6 er en illustration af et hyldesystem med et lampesystem ifølge opfindelsen.

S Detaljeret beskrivelse af opfindelsen

Lampemodulet 14 i en første fremførelsesform er vist på FIG. 1. Lampemodulet 14 inkluderer mindst en miniature lyskilde 1 med meget lille varmespredning, fortrinsvis en LED. Selvom opfindelsen vil blive forklaret med én lyskilde pr. lampemodul 14, så er det indforstået, at et antal lyskilder 1 kan være anbragt på hvert lampemodul 14.

10

Lyskilden 1 er monteret tæt ved bagendefladen 12 af en lysleder 15, således at det emitterede lys fortrinsvis er rettet mod forenden 13 af lyslederen 15, hvor reflektor 3a er placeret. I nærheden af lyskilden 1, vil det emitterede lys trænge ind i lyslederen 15, som er lavet af et optisk klart materiale, fortrinsvis akryl polymer (Polymethyl-15 methacrylate, PMMA) eller glas. Lyslederens 15 bagendeflade 12, som vender mod lyskilden 1, er formet som en konveks cylindrisk linse 2 med en akse parallelt med reflektoren 3a og en krumning tilpasset afstanden til lyskilden 1 for at danne et lysstrålebundt 16 i lyslederen 15, som fortrinsvis udbreder sig som parallelle vifter af stråler fra bagenden af modulet 15 til forenden af reflektoren 3a. Lysstrålebundter, som afvi-20 ger lidt fra den parallelle bane 16, vil blive reflekteret ved indre refleksion inde i lyslederen i planerne 4 imellem bagenden 12 og forenden 13 af modulet 14.

i På grund afbrydning ved indgangen til modulet ved bagenden 12 vil det horisontalt divergerende lys fra lyskilde 1, som kommer ind i modul 14 som parallelle vifter af 25 horisontale stråler, blive videresendt i en lidt mere fremadgående retning, hvorved vinkeldivergensen af vifterne af stråler aftager. Dette fald i divergensen kan blive modvirket, som illustreret på FIG. 3, ved at udstyre lyslederen 15 med en konkav kurve 6 ved bagenden 12, hvor krumningsradiusen af kurven 6 har sit begyndelsespunkt i lyskildens 1 brændpunkt. At benytte en krumningsradius, der er mindre end afstanden 30 til lyskildens 1 brændpunkt, vil resultere i en forøget spredning af vifterne af stråler inde i modulet 15.

Forenden 13 aflyslederen 15 kan være forsynet med et konkavt cylindrisk spejl 3a med en akse parallel med fronten af lampen, som vist på FIG. 1. Alternativt kan re- 6 DK 176001 B1 flektoren være et konvekst spejl, som illustreret på FIG. 2. Reflektoren 3a, 3b, reflekterer lys ud af modulet 15 med en bestemt vinkeldivergens, for eksempel imellem 65 og 115 grader målt fra udgangsområdet 5 i planen 4. Når lys emitteres igennem lyslederens 15 udgangsområde 5, vil det blive brudt og forlade lyslederen 15 med en ænd-5 ret vinkeldivergens, for eksempel ved vinkler imellem 45 og 135 grader, Til et generelt formål er lamper af denne type, som emitterer lys ved vinkler imellem 45 og 90 grader, typisk ønskværdige. Til specielle formål kan det være ønskværdigt at bruge maksimumsintervallet af vinkler eller enhver forudbestemt brøkdel deraf. De karakteristiske træk ved det krumme spejl 3a, 3b bestemmer området af de emitterede vinkler.

10

En del af bundfladen 4 af lyslederen 15 kan være matteret for at diffusere lysstrålebundtet eller rillet for at forøge den sidelæns brydning af lyset, hvoraf sidstnævnte er fordelagtig, hvis den divergerende vifte af stråler har en relativt lille grad af divergens.

Alternativt kan overfladen 5 eller dele deraf være belagt med en substans, som er i 15 stand til at diffusere, farve, filtrere og bryde lys alt efter det ønskede formål.

Lyskilden 1, det nødvendige elektriske kredsløb og dele af lyslederen 15 kan være indkapslet i et lampehus 10, som skjuler kredsløbet, beskytter lyskilden og afskærmer for alt tilfældigt spredt lys. Lampehuset 10 kan på bagsiden omfatte tilslutningsanord-20 ninger til strømforsyningen.

I en yderligere udførelsesform af opfindelsen kan der være tilvejebragt stikkontakter til at forbinde lampemoduleme 14 med hinanden, for eksempel ved at sammenkoble det elektriske kredsløb ved hjælp af passende kontaktstifter.

25

For at stabilisere samlingen kan lampehuset være forsynet med et eller flere huller 17, som vender imod tilsvarende huller i det næste modul 14, hvilket gør det muligt, at udstyre hullerne 17 med en stift 11 for at holde modulerne 14 på plads, som illustreret på FIG. 5. Modulerne 14 kan være sammenkoblet i en række som antalsmæssigt kun 30 vil være begrænset af kredsløbets evne til at forsyne alle enhederne med tilstrækkelig strøm. Rækken af moduler 14 kan endog fortsættes uden at sammenkoble kredsløbene, fordi ethvert af dem kan ved et kabel tilsluttes strømforsyningen.

7 DK 176001 B1

Som middel til at fastgøre lampemoduleme 14 til undersiden af en hylde vil hvert modul blive fastgjort med en eller flere strimler af selvklæbende tape på overfladen. Tilsvarende tape vil blive brugt til at fastgøre strømforsyningskableme, hvorved behovet for søm og skruer elimineres.

5

Lampemodulet kan monteres vertikalt, for eksempel til sidebelysning af skilte, hylder eller døre, med bunden i vejret, for eksempel til belysning af trappetrin nedenfra, eller i enhver anden position, som er egnet til ordentlig belysning af et givet miljø.

10 Som illustreret på F1G. 4 kan CCFL rør 9 anvendes som et alternativ til LED. Mens LEDs udsender lys i en specifik og ofte meget begrænset retning, så udsender CCFL rør lys i alle retninger. Dette kræver en reflektor 8, som omslutter de dele af røret, som ikke vender imod lyslederen 1 S, og den overflødiggør linsen, der er dannet ved den krumme bagendeflade, således at bagenden 12 kan forsynes med en lige kant 7.

15

Hvad enten lyskilden er lysdioder eller CCFLs, så vil det være nødvendigt at forsyne lamperne med en reguleret strøm, som er egnet til den valgte lyskilde. Kredsløb til dette formål vil blive anbragt i en boks, som kan placeres hvor som helst bagved, ved siden af eller ovenover boghylden eller skabet. Boksen kan være udrustet med kabel- 20 udtag til adskillige rækker af lampemoduler. Boksen kan desuden have en indbygget transformator, hvilket vil gøre det muligt at tage strøm direkte fra ledningsnettet, eller den kan tage lavspændingsstrøm fra en kommerciel transformator beregnet til en almindelig stikkontakt.

25 På FIG. 6 er et hyldesystem illustreret, der omfatter en øvre hylde 20 og en nedre hylde 21 set fra siden. Den øvre hylde 20 er på undersiden og tæt ved fronten af hylden , 21 udstyret med et lampemodul 14 ifølge opfindelsen. Modulet tilvejebringer belys ningen 22 af den nedre hylde, hvor den nævnte belysning er rettet nedad med en vinkelspændvidde mellem 90 grader, dvs. vertikalt nedad, og en bestemt vinkel v, som 30 skal fastlægges i forhold til de ønskede belysningsegenskaber afhængigt af dimensionerne af hyldesystemet. Hvis eksempelvis dybden af hylderne er 0,3 m og afstanden imellem dem er 0,3 m, så skal vinklen v, være arctg(0,3/0,3) = 45 grader.

8 DK 176001 B1

For at lyset kan komme ud af udgangsområdet med en vinkel v på 45 grader, se FIG.

1, så kan vinklen inde i lyslederen beregnes ved hjælp af Snelis lov, hvilket giver v’= 90° - arcsin (sin(90°-v)/n), hvor n er lysleder materialets brydningsindeks, n kunne eksempelvis være 1.5. Hvoraf følger, at vinklen ν’ inde i lyslederen skal være 62°. For 5 at reflektere ind i vinkler imellem 62° og 90° på spejloverfladen, under antagelse af et strålebundt med parallelt indfald, skal tangenten af spejlet variere imellem w=90°+62o/2=122° og w,=90°+90o/2=135°. Med dette for øje, kan en buet overflade være anbragt med for eksempel en cirkulær krumning. En cirkulær krumning ville imidlertid ikke give en homogen belysning af hylden nedenunder men give en lavere 10 intensitet ved bagenden af hylden. For at give en mere homogen belysning, må krumningen af overfladen variere med en tangent med hældning imellem vinklerne 122° og 135°, hvor krumningen skal flade mere ud omkring 122°, for eksempel ved at bruge en konkav parabolsk overflade med stigende krumning fra den øvre del med 122 graders tangent til den lavere del med 135 graders tangent 15

Det er principielt muligt at anvende andre slags kurver end jævne kurver til spejlet, for eksempel en kurve frembragt af lineære stykker med forskellige hældninger eller med trappeform. En jævn reflekterende overflade er imidlertid at foretrække, idet fremstillingen af en sådan er meget nem, og tilvejebringelsen af spejlet er simpel, eksempelvis 20 ved at lime et reflekterende metalfolie på den forberedte jævnt krummende overflade, for eksempel som en tape.

I det tilfælde af at afstanden mellem hylderne er mindre end dybden, skal man huske på, at den indre refleksion kan forekomme for stråler ved mindre vinkler ν’.

25

For at optimere lyslederegenskabeme er det muligt at overtrække planerne og siderne af lyslederen med et reflekterende materiale. Dette er imidlertid i langt de fleste tilfælde ikke nødvendigt.

30 Typiske dimensioner af en lysleder i et lampemodul ifølge opfindelsen er en højde på 5.5 mm, en bredde på 135 mm og en længde fra bagenden til forenden på 20 mm.

Højden bør være større end højden på lyskilden. For eksempel har en benyttet LED en diameter på 5 mm og en lysdivergens på +/- 10° (synsvinkel på 20 grader). Et lampehus er blevet konstrueret vellykket med ydre dimensioner 7 mm x 145 mm x 40 mm.

9 DK 176001 B1

Planerne i lyslederen kan være flade og parallelle. Andre udformninger er imidlertid mulige, for eksempel ikke-parallelle planer resulterende i en kileformet lysleder eller planer, som ikke er flade men buede eller på anden måde krumme. Forskellige dimen-* 5 sioner kan anvendes til et lampemodul ifølge opfindelsen for optimering og tilpasning til de ønskede forhold og optiske fremtræden.

Anvendelser af opfindelsen inkluderer belysning af skabe, skilte, billeder, udstillinger, udstillingskasser/udstillingsvinduer, trapper, legetøj og akvarier. Denne liste er på in-10 gen måde udtømmende. Imidlertid er brugen af lysledere til kommunikation eller medicinske anvendelser udenfor området for denne opfindelse.

Claims (13)

1. Et lampemodul (14), som har en lysleder (15) med en bagende og en forende (13) samt en sideflade imellem bagenden (12) og forenden (!3), hvor modulet 5 (14) desuden omfatter mindst én lyskilde (1), der er optisk koblet til bagenden (12) aflyslederen (15), hvor forenden (13) aflyslederen er forsynet med en reflekterende overflade (3a, 3b) til refleksion aflys fra lyskilden (1, 9) efter udbredelse aflyset igennem lyslederen (15), hvor den reflekterende overflade (3a, 3b) er et spejl indrettet til at reflektere lys fra lyskilden (1, 9) igennem en ud-10 gangsområde (5) på sideoverfladen, kendetegnet ved at spejlet er buet ved for enden (13) aflyslederen (15).

2. Et lampemodul ifølge krav 1, kendetegnet ved at den reflekterende overflade (3a, 3b) er jævnt buende ved forenden (13) aflyslederen (15).

3. Et lampemodul ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved at lyskilden (1, 9) er en 15 lysdiode.

4. Et lampemodul ifølge krav 3, kendetegnet ved at den optiske kobling imellem lyskilden (1, 9) og lyslederen (15) omfatter en buet bagende (6) aflyslederen (15) med en cylindrisk linse til at transformere divergente lysstråler fra lyskilden (1,9) til parallelle vifter af stråler inde i lyslederen (15).

5. Et lampemodul ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved at den optiske kobling imellem lyskilden (1, 9) og lyslederen (15) omfatter en dobbelt buet bagende med en krumning, der er konveks i en første retning for transformation af divergente lysstråler fra lyskilden til parallelle vifter af stråler inde i lyslederen og konkav i en retning vinkelret derpå for at øge spredningen af vifterne af 25 stråler inde i lyslederen.

6. Et lampemodul ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved at lyskilden er et Kold Katode Fluorescent lysstofrør (CCFL) (9) og hvor den optiske kobling imellem lyskilden (9) og lyslederen (15) omfatter en reflektor (8), der omslutter de dele aflyskilden (9), som ikke vender mod lyslederen.

7. Et lampemodul ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at det buede spejl er konvekst (3b) eller konkavt (3a) med en reflekterende overflade, der har en cirkulær eller parabolsk form. 11 DK 176001 B1

8. Et lampemodul ifølge krav 7, kendetegnet ved at spejlene (3a, 3b) er indrettet til at reflektere lyset fra lyskilden (1, 9) ind i vinkler mellem 40 og 140 grader udenfor udgangsområdet aflyslederen.

9. Et lampemodul ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet 5 ved at udgangsområdet (5) er forsynet med en matteret eller rillet overflade.

10. Et lampemodul ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at udgangsområdet (5) er forsynet med en belægning indrettet til at diffusere, farve, filtrere eller bryde lys.

10 DK 176001 B1

11. Et lampemodul ifølge et hvilket som helst af de foregående krav omfattende et 10 lampehus, der indeholder eller omslutter lyskilden og lyslederen med spejlet, hvor lampehuset (10) er indrettet til sammenkobling med andre lampemoduler (14) af samme slags.

12. Et hyldesystem med mindst to hylder (20, 21) anbragt over hinanden, hvor undersiden af den øvre hylde er udstyret med mindst et lampemodul (14) ifølge et 15 hvilket som helst af de foregående krav, hvor lampemodulet (14) er forsynet med udgangsområdet (5) rettet nedad for belysning af den nedre hylde (21).

13. Anvendelse af et lampemodul ifølge kravene 1-10 til et hyldesystem, et skab, et skilt, et billede, et display, en udstillingsboks, en trappe, legetøj eller et akvarium. 20 «