Плоское осветительное устройство - RU2666814C2
Код документа: RU2666814C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к плоскому осветительному устройству, содержащему твердотельные источники света, а конкретнее к плоской лампе.
Предпосылки создания изобретения
Обычные светодиодные лампы содержат печатную плату с расположенными на ней светоизлучающими диодами (СИДами). Печатную плату располагают горизонтальным образом при расположении светодиодной лампы в положении установки или, при определении продольной оси светодиодной лампы, располагают под углом к продольной оси. Перед печатной платой в направлении выхода света расположен пластмассовый или стеклянный плафон, выполненный для того, чтобы манипулировать излучаемым из СИДов светом и защищать компоненты внутри лампы. Под печатной платой расположен ряд компонентов с основным назначением, заключающемся в отводе и переносе тепла, выделяемого СИДами. Компоненты могут представлять собой теплоотвод, ребра теплоотвода, металлический корпус и цоколь. Поэтому такая светодиодная лампа содержит большое число компонентов, чтобы выполнять все задачи, стоящие перед лампой, такие как генерирование и распределение света, перенос тепла, защита электрических соединений и обеспечение противопожарного кожуха.
В WO 2011/107925A1 раскрыта альтернативная светодиодная лампа, в которой печатная плата с СИДом расположена на отражателе. Такое решение уменьшает количество компонентов в лампе. Вместе с тем, такая лампа имеет свои ограничения в оптических характеристиках. Дополнительно, такое устройство не может рассеивать достаточно тепла для реализации ламп высокого светового потока.
Следовательно, существует потребность в лампе, которая защищенным образом дополнительно повышает эффективность в контексте оптических и тепловых свойств.
Краткое описание изобретения
Задача данного изобретения состоит в предоставлении осветительного устройства, которое обеспечивает эффективное генерирование и распределение света.
В соответствии с первым аспектом изобретения, эта задача решается осветительным устройством, содержащим твердотельный источник света, носитель, на котором расположен упомянутый твердотельный источник света, так что некоторое количество тепла, выделяемого источником света, передается в носитель. Дополнительно, на носителе размещен крышечный элемент, тем самым упомянутый источник света расположен между носителем и светопропускающей деталью крышечного элемента, так что между носителем и крышечным элементом существует тепловая граница раздела, и эта тепловая граница раздела предназначена для переноса через нее большей части тепла, передаваемого на носитель от источника света, а светопропускающая деталь крышечного элемента содержит оптическую структуру, выполненную с возможностью направления света, излучаемого из твердотельного источника света, из осветительного устройства.
Настоящим изобретением признано, что желаемые оптические свойства осветительного устройства могут быть достигнуты за счет обеспечения светопропускающей детали крышки оптической структурой, которая выполнена с возможностью направления света из твердотельного источника света в желаемом направлении. Таким образом, можно получить зависимое от угла распределение силы света, которое соответствует требованиям потребителя или стандартизированным требованиям к свету.
В предпочтительных вариантах осуществления крышечный элемент образован из прозрачного, полупрозрачного или окрашенного материала, а светопропускающая деталь образована в виде составной части крышечного элемента. Это имеет преимущество в том, что число компонентов осветительного устройства уменьшается, обеспечивая возможность более простого изготовления. Как вариант, светопропускающая деталь образована в виде отдельной от крышечного элемента детали, предоставляя расширенный выбор материалов, используемых для светопропускающей детали.
Светопропускающие детали располагаются перед твердотельными источниками света, а их функции заключается в выводе света через эти светопропускающие детали. В отличие от этих светопропускающих деталей, остальная часть крышечного элемента не обязана быть прозрачной. Следовательно, в случае образования светопропускающей детали в виде неотъемлемой части крышечного элемента, крышечный элемент также может быть, например, окрашенным, оставляя светопропускающие детали прозрачными до некоторой степени. В случае образования светопропускающей детали в виде отдельном от крышечного элемента, крышечный элемент может быть, например, окрашенным, а светопропускающие детали образованными в виде оптических структур, подлежащих установке на крышечный элемент или посредством него.
Эти оптические структуры можно выбирать из группы линз, световодов и рассеивающего оптического средства.
Кроме того, осветительное устройство может иметь дополнительные твердотельные источники света и связанные с ними дополнительные оптические структуры.
Оптическая структура может быть выполнена для обеспечения несимметричного распределения силы света. Таким образом, оптические структуры осветительного устройства с множеством твердотельных источников света можно оптимизировать для каждого источника света в отдельности, чтобы получить желаемое распределение силы света осветительного устройства.
В этом аспекте данного изобретения реализовано, что это осветительное устройство может дополнительно содержать соединительный элемент, имеющий фиксированное положение относительно носителя, для механического и электрического соединения осветительного устройства с патроном. Носитель имеет относительно большую переднюю сторону по сравнению со стороной его кромки, а твердотельный источник света расположен на передней стороне носителя. Крышечный элемент имеет внешнюю поверхность, являющуюся участком наружной поверхности осветительного устройства, и имеет внутреннюю поверхность, противоположную внешней поверхности, которая находится в тепловом контакте с передней стороной носителя, так что образуется тепловая граница раздела.
В этом варианте осуществления настоящее изобретение применяется, например, для выполнения осветительного устройства, которое пригодно для замены обычной лампы накаливания, также называемой модифицированной лампой.
В дополнительном варианте осуществления на задней стороне носителя, противоположной передней стороне, расположен второй твердотельный источник света, на носителе размещен второй крышечный элемент, посредством чего упомянутый второй источник света расположен между носителем и светопропускающей деталью второго крышечного элемента, так что между носителем и вторым крышечным элементом существует тепловая граница раздела, причем второй крышечный элемент имеет вторую внешнюю поверхность, являющуюся вторым участком наружной поверхности осветительного устройства, и имеет вторую внутреннюю поверхность, противоположную второй внешней поверхности и находящуюся в тепловом контакте с задней стороной носителя, так что образуется вторая тепловая граница раздела. В этом варианте осуществления передняя сторона и задняя сторона осветительного устройства могут быть выполнены аналогичным образом. При использовании этого можно получить модифицированную лампу, которая излучает свет в обоих направлениях относительно передней стороны и задней стороны. Каждый из твердотельных источников света, расположенных на обеих сторонах носителя, может быть снабжен оптической структурой, которая предназначена для удовлетворения требований получения желаемого распределения силы света.
В предпочтительном варианте осуществления осветительное устройство обеспечивает, по существу, равномерное распределение силы света. В случае если осветительное устройство содержит множество источников света, распределение света каждого отдельного источником света может быть асимметричным. Конструкция такова, что индивидуальные распределения сил света суммируются в общее распределение силы света осветительного устройства, которое, по существу, равномерно.
В соответствии с первым аспектом изобретения, эта и другие задачи решаются осветительным устройством, содержащим планарный носитель, включающий в себя теплопроводный слой, по меньшей мере один твердотельный источник света, расположенный на передней стороне носителя, и изолирующий крышечный элемент в тепловом контакте с упомянутыми передней стороной и задней стороной, противоположной упомянутой передней стороне, и при этом упомянутый крышечный элемент выполнен с возможностью переноса тепла от упомянутого носителя наружу из осветительного устройства. Крышечный элемент содержит оптическую структуру, расположенную на носителе перед упомянутым по меньшей мере одним источником света и выполненную с возможностью направления света, излучаемого упомянутым по меньшей мере одним твердотельным источником света.
Тем самым такое осветительное устройство может обеспечивать эффективный теплоперенос от носителя и из компактной компоновки с несколькими деталями. Благодаря тепловому контакту крышечного элемента с обеими сторонами носителя, большая часть тепла, выделяемого источниками света, может быть перенесена крышечным элементом. Крышечный элемент может находиться в непосредственном контакте с носителем. Крышечный элемент может содержать внутреннюю поверхность, обращенную к держателю. Эта внутренняя поверхность может находиться в непосредственном контакте с передней и задней стороной носителя. Осветительное устройство может дополнительно обеспечивать экономичный процесс изготовления благодаря небольшому числу деталей. Оптическая структура может быть выполнена с возможностью направления света из источника света сквозь крышечный элемент желаемым образом. Источник света и носитель могут вместе обеспечивать функции преобразования мощности, генерирования света и отвода выделяемого тепла. Крышечный элемент и линза могут обеспечивать функции манипулирования светом и/или направления света из источника света, переноса тепла от носителя и обеспечения электрической изоляции и противопожарного кожуха. Крышечный элемент может дополнительно иметь защитное назначение, защищая носитель и источник света от внешних повреждений. Осветительное устройство может быть расположено в цоколе для использования в электрическом патроне, или встроено в светильнике. Носитель может содержать две плоские стороны, переднюю сторону и заднюю сторону. Носитель дополнительно может быть планарным. Источники света могут быть расположены на или одной, или обеих сторонах носителя. Крышечный элемент может быть расположен так, что будет находиться в тепловом контакте с обеими сторонами носителя. Крышечный элемент может быть расположен в тепловом контакте с существенной частью носителя, такой как по меньшей мере половина передней стороны и задней стороны носителя. Крышечный элемент может быть образован из стекла, пластмассы, керамики и т.п. Обычная пластмасса для крышечного элемента может предоставлять тепловые свойства, достаточные для обеспечения функции теплопереноса от носителя. Чтобы дополнительно улучшить тепловые свойства крышечного элемента, крышечный элемент может быть выполнен из термопластмассы. Носитель может содержать теплоотводящий слой для отвода тепла, выделяемого источниками света на большой площади носителя. Теплоотводящий слой может быть, например, слоем меди или слоем алюминия. Теплоотводящий слой может быть выполнен с возможностью дополнительного отвода тепла от передней стороны к задней стороне носителя, и наоборот. В одном варианте осуществления носитель может содержать более одного теплоотводящего слоя. Дополнительно, в одном варианте осуществления носитель может содержать лист металлического алюминия, снабженный электрическими соединениями из материала FR-4 или CEM-1. Вследствие этого лист металлического алюминия может образовывать теплоотводящий слой и электрические межсоединения.
В одном варианте осуществления крышечный элемент может быть выполнен для огораживания носителя и упомянутого по меньшей мере одного твердотельного источника света. При этом когда крышечный элемент огораживает носитель и находится в контакте с обеими, передней и задней, сторонами носителя, крышечный элемент может обеспечивать компоновке требуемую жесткость, чтобы удерживать носитель. Тогда носитель можно сделать очень тонким, например, таким тонким как 0,2 мм. Поскольку крышечный элемент огораживает обе, переднюю и заднюю, стороны носителя носитель в любом случае будет удерживаться на месте. Тем самым носитель не требуется для придания устойчивости компоновке, и может быть сосредоточен на отводе тепла, удержании источника света и обеспечении источника света токопроводящими дорожками. Огораживая носитель, крышечный элемент может находиться в тепловом контакте с большой частью носителя, такой как по меньшей мере девяносто процентов наружной поверхности носителя. Крышечный элемент может дополнительно находиться в тепловом контакте с поверхностями кромок носителя. Поверхности кромок вместе с передней стороной и задней стороной могут образовывать совокупную наружную поверхность носителя. Вследствие этого можно улучшить теплоперенос от носителя. Крышечный элемент может иметь внутреннюю сторону и внешнюю сторону, при этом внутренняя сторона находится в контакте с носителем и выполнена с возможностью переноса тепла от внутренней стороны к внешней стороне.
В одном варианте осуществления крышечный элемент может быть образован из прозрачного материала, а линза может быть образована в виде составной части крышечного элемента. Крышечный элемент и линза могут быть образованы из одного и того же материала в виде единой детали. Следовательно, материал крышечного элемента, включающий в себя линзу, может обеспечивать и тепловые свойства для теплопереноса, и оптические свойства линзы, направляя свет из источника света. Благодаря оптическим свойствам, материал может быть прозрачным или полупрозрачным. Крышечный элемент и линза могут быть сформованы в виде одной общей детали. Как вариант, крышечный элемент может быть образован из теплопроводного материала и в виде детали, отдельной от оптической структуры, которая образована из прозрачного или полупрозрачного материала. Линза может быть образована из материала, отличающегося от материала крышечного элемента. Материал крышечного элемента может быть предназначен для обеспечения хороших свойств теплопереноса, являясь таким, как материал с низким удельным термическим сопротивлением. Крышечный элемент может быть непрозрачным. Отличающийся материал линзы может быть предназначен для достижения хороших оптических характеристик при направлении света из источника света. Вместе с тем, линза может обладать некоторой удельной теплопроводностью, т.е. способствовать теплопереносу от носителя. Внутренняя боковая поверхность линзы, которая может находиться в контакте с носителем, может быть предназначена для максимизации теплопереноса от носителя к линзе. Такая внутренняя боковая поверхность может быть плоской.
В одном варианте осуществления крышечный элемент может содержать первую и вторую крышечную деталь, выполненные с возможностью крепления друг к другу и нахождения в контакте с передней стороной и задней стороной носителя, соответственно. Крышечный элемент может состоять из двух деталей, посредством чего облегчаются изготовление и сборка осветительного устройства. Две детали могут содержать крепежные средства, выполненные с возможностью сопряжения друг с другом, чтобы прикреплять обе детали друг к другу. Такие крепежные средства могут представлять собой защелкивающуюся соединительную головку, клей, винты, ультразвуковую сварку или подобное. Носитель может быть расположен между двумя крышечными деталями при сборке. Вследствие этого первая крышечная деталь может находиться в тепловом контакте с передней стороной носителя, а вторая крышечная деталь может находиться в тепловом контакте с задней стороной носителя. Дополнительно, первая крышечная деталь может содержать выступ, выполненный с возможностью прохождения сквозь проем в носителе, для выравнивания носителя внутри крышечного элемента. Для выравнивания носителя внутри крышечного элемента, крышечный элемент может содержать выступ, проходящий сквозь проем в носителе. Тем самым положение носителя относительно крышечного элемента может быть зафиксировано. Выступ на первой крышечной детали может быть выполнен с возможностью сопряжения с соответствующим средством на второй крышечной детали, посредством чего крепления двух деталей друг с другом и расположения упомянутого носителя между ними.
В дополнительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один твердотельный источник света может содержать множество твердотельных источников света, расположенных на некотором расстоянии друг от друга или расположенных в подгруппах на расстоянии между каждой подгруппой, и при этом оптическая структура может содержать число линз, равное числу отдельных твердотельных источников света или числу отдельных подгрупп твердотельных источников света. Чтобы предоставить осветительное устройство, которое обеспечивает светоотдачу определенной величины, на носителе можно расположить множество источников света. Каждая из множества линз может быть предназначена для направления света из одного источника света или подгруппы источников света, расположенных рядом. Распределяя источники света или подгруппы источников света на носителе, тепло, выделяемое источниками света, можно дополнительно отводить вдоль области протяжения носителя. Это может улучшить функцию теплоотвода и теплопереноса компоновки, благодаря более эффективному теплоотводу в носитель, который обеспечивает более эффективную теплоперенос крышечным элементом. Предусматривая число линз, равное числу источников света или подгрупп источников света, общая светоотдача из осветительного устройства может быть весьма управляемой. Линза для конкретного источника света или конкретной подгруппы источников света может быть специально предназначена для этого источника света или этой подгруппы и может отличаться от другой линзы для другого источника света или другой подгруппы. Например, светоотдача может направляться в определенных направлениях каждой линзой, так что общая светоотдача оптимизируется для конкретной цели. Дополнительно, каждым источником света или каждой подгруппой может управлять схема возбуждения или контроллер для обеспечения особой светоотдачи для этого конкретного источника света или конкретной подгруппы.
В одном варианте осуществления осветительное устройство может иметь продольную ось, а носитель может простираться в первой плоскости, параллельной продольной оси. Осветительное устройство может дополнительно содержать цоколь, и при этом носитель расположен на упомянутом цоколе. Цоколь может быть предназначен для установки в электрический патрон. Расположение носителя в цоколе, простирающееся в плоскости вдоль продольной оси, может обеспечить небольшое число деталей осветительного устройства. Продольная ось может проходить через центр цоколя. Вследствие этого упомянутый по меньшей мере один источник света, расположенный на носителе, может излучать свет в основном направлении, которое перпендикулярно продольной оси. Вместе с тем, линза может направлять свет во множестве направлений, включающая направление, по существу, параллельное продольной оси. Тем самым крышечный элемент, который может огораживать носитель, может простираться в той же самой плоскости, что и носитель, и также может быть расположен в упомянутом цоколе. Крышечный элемент, оптическая структура и цоколь могут обеспечивать целую внешнюю поверхность осветительного устройства, совместно огораживая носитель и по меньшей мере один источник света.
Как вариант, носитель может простираться в плоскости, перпендикулярной упомянутой продольной оси. Вследствие этого носитель может быть выполнен с источниками света, обеспечивая прожекторную компоновку. Крышечный элемент может быть выполнен с возможностью быть в контакте с обеими сторонами, передней и задней, носителя чтобы обеспечить такие же тепловые свойства, как для осветительного устройства с параллельным продольной оси носителем.
В другом варианте осуществления первая секция крышечного элемента огораживает носитель, простирающийся в упомянутой первой плоскости, и при этом вторая секция крышечного элемента простирается во второй плоскости под углом к упомянутой первой плоскости. Дополнительная протяженность крышечного элемента может улучшить способность крышечного элемента к теплопереносу благодаря большей поверхности, подверженной воздействию окружающей осветительное устройство среды. Вторая секция крышечного элемента может простираться параллельно продольной оси. Вследствие этого обе секции крышечного элемента могут образовывать крестообразное поперечное сечение, если смотреть в направлении продольной оси. Как вариант, вторая плоскость может проходить поперечно продольной оси, а также первой плоскости. Если внешняя поверхность крышечного элемента является отражающей поверхностью или снабжена отражающим покрытием, вторая секция крышечного элемента может улучшить оптические характеристики осветительного устройства. В еще одном альтернативном варианте для получения прожекторной компоновки, вторая плоскость может располагаться параллельно продольной оси и под углом к первой плоскости. Крышечный элемент может содержать также дополнительные секции, такие как третья и четвертая секции. Эти секции могут формировать различные образования. Например, три секции крышечного элемента могут образовывать треугольный профиль. Дополнительно, носитель может быть первым носителем, и при этом осветительное устройство дополнительно содержит второй носитель, огороженный второй секцией крышечного элемента. Второй носитель может быть расположена, чтобы простираться в упомянутой второй плоскости поперечно первой плоскости, в которой простирается первый носитель. Второй носитель может быть снабжен по меньшей мере одним твердотельным источником света. Вторая секция крышечного элемента может быть снабжена оптической структурой, соответствующей источнику света на втором носителе. При обеспечении второго носителя и источника света на нем, свет может излучаться из осветительного устройства в дополнительных направлениях. Тем самым могут быть улучшены оптические характеристики осветительного устройства.
В одном варианте осуществления оптическая структура может быть выполнена для обеспечения несимметричных оптических свойств. Оптическая структура может быть предназначена для направления света из по меньшей мере одного твердотельного источника света несимметричным образом, обеспечивая вращательно несимметричное распределение силы света. То есть круглая или куполообразная линза может обеспечить неравномерную светоотдачу вдоль своих направлений светоотдачи. Когда компоновка содержит множество источников света и множество линз, линзы могут быть выполнены несимметричными, так что вся светоотдача от компоновки является равномерной или происходит в ином желаемом направлении. Несимметричная линза может быть предназначена для направления некоторого минимального количества света к соседней линзе. Линза может содержать внутреннюю полость, которая окружает источник(и) света, перед которым располагается линза. Внутренней полости можно придать форму, чтобы обеспечить несимметричное распределение силы света линзы. Благодаря форме внутренней полости преломление света из источника(ов) света, достигающего линзы, может обеспечивать желаемое распределение силы света. Как вариант, несимметричность линзы может быть обеспечена исполнением внешней поверхности линзы.
В альтернативном варианте осуществления упомянутый держатель может быть первым носителем с первыми передней и задней сторонами, имеющими по меньшей мере один твердотельный источник света, расположенный на первой передней стороне, при этом осветительное устройство может дополнительно содержать второй носитель со вторыми передней и задней сторонами, имеющий по меньшей мере один твердотельный источник света, расположенный на упомянутой второй передней стороне, и при этом упомянутый второй носитель расположен параллельно упомянутому первому держателю. Осветительное устройство, содержащее две пластины, удерживающие плоские источники света в одном и том же цоколе, может обеспечить компоновку с повышенным удельным термическим сопротивлением. Т.е. удельное термическое сопротивление крышечного элемента в тепловом контакте с обоими носителями можно понизить. Крышечный элемент может находиться в тепловом контакте с передними сторонами и задними сторонами обеих носителей. Крышечный элемент может огораживать оба, первый и второй, держатели. Каждая передняя сторона носителей может быть снабжена одним или более источниками света. Две передние стороны могут быть направлены в противоположных направлениях. Тепло из источников света на передних сторонах можно отводить также на соответствующую заднюю сторону, тем самым улучшая тепловые характеристики компоновки.
В альтернативном варианте осуществления носитель может быть образован в виде составной части крышечного элемента. Носитель может быть частью внутренней поверхности крышечного элемента. Электрические соединения носителя могут быть напечатаны непосредственно на упомянутой внутренней поверхности крышечного элемента, а источники света могут быть расположены на упомянутой внутренней поверхности.
В одном варианте осуществления носитель и крышечный элемент могут иметь выгнутую форму. Носитель может простираться в изогнутой или выгнутой плоскости, которая имеет некоторый радиус. Крышечный элемент может иметь соответствующую форму и находиться в тепловом контакте с передней и задней сторонами выгнутого носителя. Для образования носителя можно использовать гибкую плату. Образованное таким образом осветительное устройство в некоторых вариантах осуществления может обеспечивать улучшенные оптические характеристики компоновки.
Дополнительно, носитель может быть первым носителем, а осветительное устройство может дополнительно содержать второй и третий держатели, при этом три носителя могут быть расположены под углами друг относительно друга, и при этом крышечный элемент может находиться в тепловом контакте с передней стороной и задней стороной всех носителей. Вследствие этого в варианте осуществления с улучшенными оптическими характеристиками можно использовать компоновку с тепловыми свойствами и компактным расположением по настоящему изобретению. Три носителя могут быть расположены так, что продольная кромка каждого находится в контакте с соответствующими кромками других носителей. Такая продольная кромка может совпадать с продольной осью осветительного устройства. Носитель может образовывать звездообразную форму осветительного устройства. Осветительное устройство также может содержать дополнительные держатели, образующие другие формы и обеспечивающие другие оптические характеристики, что может оказаться желательным в определенных применениях.
В еще одном варианте осуществления носитель может иметь выпуклую поверхность, образующую две секции носителя, простирающиеся под углом друг к другу. В этом варианте осуществления термин «выпуклая» означает, что две секции носителя сочленены друг с другом таким образом, что эти две секции носителя могут быть направлены немного по-разному, образуя угловую изогнутую форму носителя. Обе секции носителя могут быть снабжены источниками света, которые вследствие этого могут излучать свет в разных направлениях. Обе секции носителя могут быть расположены параллельно продольной оси осветительного устройства, но под углом друг относительно друга. Как вариант, обе секции могут быть расположены параллельно оси, перпендикулярной продольной оси.
В еще одном варианте осуществления носитель имеет поверхность в форме двойной спирали, расположенную параллельно продольной оси. Эта форма обладает преимуществом в том, что твердотельные источники света, которые соединены с носителем, теперь направлены в других направлениях, а не только перпендикулярно продольной оси. Отметим, что поверхность в форме двойной спирали имеет свойство такое, что нормаль к этой поверхности в общем случае не перпендикулярна продольной оси осветительного устройства. Это приведет к осветительному устройству, имеющему более равномерное распределение силы света. Предпочтительно, поверхность в форме двойной спирали имеет первый конец, обращенный в направлении соединительного элемента, и второй конец, обращенный в направлении от упомянутого соединительного элемента, при этом соответствующие ориентации поверхности в форме двойной спирали, перпендикулярной продольной оси, на первом конце и на втором конце отличаются на угол в диапазоне от 15° до 360°. Равномерное распределение света может быть реализовано, когда соответствующие ориентации различаются на около 90°, при этом даже различие в ориентации на около 45° может дать приемлемые характеристики.
Для вариантов осуществления, которые содержат второй твердотельный источник света, осветительное устройство может содержать электрические соединения для независимого запитывания твердотельного источника света и второго твердотельного источника света. Это имеет преимущество в том, что разные источники света могут быть адресованы независимо, например те, которые находятся на передней стороне, и те, которые находятся на задней стороне. Это можно делать для их независимого включения и выключения, но можно делать также для аспектов регулирования яркости или изменения цвета.
Отметим, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, перечисленных в формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Различные аспекты изобретения, включая его особенные признаки и преимущества, станут легко понятными из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых:
на фиг. 1 представлено в разобранном виде осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащее оптические структуры в форме отдельных линз;
на фиг. 2 представлено в разобранном виде осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащее оптические структуры в форме линз, встроенных в крышечные элементы;
на фиг. 3 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 4 представлен вид в разрезе по всей линзе осветительного устройства по фиг. 3;
на фиг. 5 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащего ребра;
на фиг. 6 представлен вид сверху осветительного устройства по фиг. 5;
на фиг. 7 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащего ортогонально расположенные держатели;
на фиг. 8 представлен вид в разрезе, рассматриваемый в направлении продольной оси, по всем линзам осветительного устройства по фиг.7;
на фиг. 9 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащего дополнительные продольные и поперечные кольца;
на фиг. 10 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащего многочисленные параллельно расположенные держатели;
на фиг. 11 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения с компоновкой лампы типа «плоское пятно»;
на фиг. 12 представлен вид в перспективе осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения с носителем, образованным в виде составной части крышечного элемента;
на фиг. 13 представлен вид сбоку осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащего крышечный элемент с поверхностью в форме двойной спирали;
фиг. 14 изображает требование стандарта экономичного энергопотребления электроприборов (EnergyStar);
фиг. 15A, 15B, 15C изображают линзовый элемент с почти равномерным распределением силы света;
на фиг. 16A и 16B изображены осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения и распределение света этого осветительного устройства;
на фиг. 17A и 17B изображена линза с симметричным и с асимметричным распределением света;
на фиг. 17C-E изображена асимметричная линзовая конструкция для использования в осветительном устройстве в соответствии с изобретением;
на фиг. 17F/G изображен вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением с асимметричной линзовой конструкцией и распределением силы света, удовлетворяющим требованиям стандарта EnergyStar;
на фиг. 18А изображен вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением со световодом;
на фиг. 18B изображен световод для использования в осветительном устройстве по фиг. l8A;
на фиг. 18C-E изображены конструкция световода и распределение силы света;
на фиг. 18F/G изображен вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением со световодом и распределением силы света, удовлетворяющим требованиям стандарта EnergyStar;
на фиг. 19A/B изображен вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением с рассеивающим оптическим средством;
на фиг. 19C изображен вид в разрезе рассеивающего оптического средств варианта осуществления по фиг. 19A/B;
на фиг. 20A-E изображены различные конструкции рассеивающего оптического средства;
на фиг. 21A-D изображены различные рассеивающие оптические средства с отражающими участками;
на фиг. 21E/F изображен вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением с рассеивающим оптическим средством и распределением силы света, удовлетворяющим требованиям стандарта EnergyStar;
на фиг. 22 изображено осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание
Теперь настоящее изобретение будет подробнее описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Вместе с тем, это изобретение может быть воплощено во многих других формах и не должно быть истолковано, как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления; скорее эти варианты осуществления представлены для тщательности и полноты изложения и полностью передают объем изобретения до специалиста. По всему тексту одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы.
На фиг. 1 показано в разобранном виде плоское осветительное устройство, такое как плоская лампа 1. Плоская лампа 1 показана в вертикальном положении, определяющем продольную ось A1. Плоская лампа 1 содержит носитель 2, подобный, например, печатной плате, множество источников 3 света, таких как СИДы, органические светоизлучающие диоды (OСИДы) и полимерные светоизлучающие диоды (ПСИДы) или аналогичные средства, размещаемые на носителе 2, множество линз 4, первый крышечный элемент 5a и второй крышечный элемент 5b, выполненные с возможностью закрывать каждую сторону носителя 2, и цоколь 6, предназначенный для установки в электрический патрон. Носитель 2 определяет плоскость, простирающуюся вдоль продольной оси A1, и расположен в цоколе 6. Электрическое соединение от электрического патрона может быть с непосредственной связью от цоколя 6 к носителю 2, или оно может представлять собой проводные соединения между цоколем 6 и носителем 2. Дополнительно, электрическое соединение может содержать дополнительные электронные компоненты, например, для возбуждения источников 3 света. В иллюстрируемом варианте осуществления источники 3 света расположены в отдельных подгруппах, при этом каждая подгруппа содержит два источника 3 света. Как вариант, подгруппа может содержать один источник света. Плоская лампа 1 скомпонована симметрично, имея четыре подгруппы источников 3 света, размещенных на каждой стороне носителя 2 в одном и том же рисунке. Крышечные элементы 5a, 5b предназначены для поддержки линз 4. Каждая линза 4 расположена перед подгруппой источников 3 света. Крышечный элемент 5a, 5b выполнен с возможностью пребывания в тепловой связи с носителем 2 и переноса тепла от источника тепла, т.е. источника 3 света, через носитель 2 и далее в окружающий воздух. Крышечные элементы 5a, 5b выполнены из теплопроводного материала, такого как пластмасса, стекло, термопластмасса либо керамика, либо аналогичного материала; предпочтительно из материала с низким удельным термическим сопротивлением.
Второй крышечный элемент 5b содержит выступ 9 с соответствующим проемом или соответствующей выемкой 8 на носителе 2. Проем 8 и выступ 9 предназначены для выравнивания корректным образом носителя 2 и крышечных элементов 5a, 5b при сборке до соединения деталей. Чтобы обеспечить хороший теплоперенос, крышечные элементы 5a, 5b выполнены с возможностью закрывать большую часть площади носителя 2. Носитель 2 имеет переднюю сторону и заднюю сторону. Носитель 2 дополнительно содержит слой 7 теплопроводного материала. Этот материал может быть равномерно распределен по площади носителя 2 на каждой стороне, чтобы отводить любое тепло, которое может появляться из источников 3 света. Материал, который можно использовать для теплопроводного слоя 7, может быть любым материалом с требуемыми теплопроводными свойствами, таким как медь. При добавлении слоя 7 теплопроводного материала тепло может быть равномерно распределено по носителю 2, вместе с этим уменьшается число зон с избыточным теплом, и это тепло переносится сквозь крышечные элементы 5a, 5b в окружающую среду.
Внутренняя поверхность 11 соответствующих крышечных элементов 5a, 5b выполнена с возможностью находится в тепловом контакте с упомянутой передней стороной и упомянутой задней стороной, а предпочтительно с теплопроводным слоем носителя 2 для хорошего теплопереноса.
Теплоперенос между носителем и крышечным элементом можно улучшить, предусматривая материал тепловой границы раздела, МТГР, между ними. МТГР может быть предусмотрен на любой или обеих из передней стороны и задней стороны носителя. Чтобы увеличить теплоперенос между носителем 2 и крышечными элементами 5a, 5b, предпочтительно наносить слой материала тепловой границы раздела, МТГР (не показан), между носителем 2 и крышечными элементами 5a, 5b.
МТГР может быть расположен на передней и/или задней стороне носителя, чтобы быть зажатым между крышечным элементом и носителем. МТГР может заполнять неровности на поверхностях носителя и крышечного элемента, т.е. заполнять воздушные зазоры на границе раздела между упомянутыми двумя. МТГР может быть выполнен с возможностью уменьшения количества улавливаемого воздуха и предотвращения присутствия микропузырьков между носителем 2 и внутренней частью 11 крышечного элемента. МТГР имеет более высокую теплопроводность, чем воздух, и вследствие этого увеличивает теплоперенос между носителем и крышечным элементом.
Плоская лампа 1 в соответствии с изобретением может быть скомпонована для удовлетворения любого размера и формы плафона модифицированной лампы. Носителю 2 и крышечному элементу 5 можно придавать размеры и формы для удовлетворения любых требований. Например, для плоской лампы 1 возможно применение формы любого стандартного или декоративного плафона лампы. Также может быть возможен вариант, в котором носитель 2 имеет форму, отличающуюся от плоской.
Каждая линза 4 предназначена для распределения света из источников 3 света заданным образом в соответствии с определенной схемой освещения. Поэтому линза 4 может быть выполнена, по существу, из прозрачного материала, хотя возможен полупрозрачный. Линза 4 также может быть предназначена для переноса тепла, возникающего от источника 3 света. В зависимости от ряда вариантов выбора, таких как материал, изготовление, требования к распределению силы света, тепловые свойства и т.д., такие линзы 4 могут быть выполнены из других материалов и, следовательно, отделены от крышечного элемента 5a, 5b или, как вариант, полностью встроены в крышечный элемент 5a, 5b.
На фиг. 2 показана в разобранном виде плоская лампа 1, при этом линзы 4 выполнены как единое целое с крышечным элементом 5a, 5b. Таким образом, крышечный элемент 5 может состоять из такого же материала, что и линза 4, и тем самым распределять некоторую часть света, излучаемого от источника света. Чтобы гарантировать полный охват носителя 2, крышечный элемент 5a, 5b содержит две детали, первую деталь 5a и вторую деталь 5b, располагаемые на каждой стороне носителя 2 и скрепляемые друг с другом в месте соединения 10 вдоль их ободков. В зависимости от возможностей изготовления и сборки, крышечный элемент 5a, 5b может быть выполнен с местом соединения где-нибудь еще или, если возможно, отлит в одну единую деталь. Дополнительно можно собирать две детали 5a, 5b крышечного элемента посредством защелкивающейся компоновки. Как вариант, соединение может включать в себя склеивание или сваривание двух деталей 5a, 5b воедино, возможно вдоль внешнего ободка крышечного элемента. Как вариант, крышечный элемент может быть присоединен завинчиванием или любой другой операцией присоединения, которая может быть подходящей и технически доступной.
Цоколь 6, показанный на фиг. 1, снабжен резьбой для соответствия электрическому патрону. Вместе с тем, тип соединительной детали цоколя 6 может отличаться в зависимости от требований. Например, соединительная деталь может быть выполнена в виде байонетного соединения, штифтового соединения (такого как тип GU10) или любого другого соединения, которое может оказаться подходящим для плоской лампы 1. Он также может иметь любой размер, подходящий для конкретной плоской лампы 1.
На фиг. 3 изображено схематическое изображение полностью собранной плоской лампы 1, как на фиг. 1. На фиг. 3 показана только одна сторона носителя 2, имеющая четыре отдельных линзы 4, по одной для каждого источника 3 света, которые близко прилегают к крышечному элементу 5. Можно предусмотреть источники 3 света только на одной стороне носителя 2. Тогда крышечному элементу 5 можно придать подходящую форму для соответствия этой компоновке. Например, крышечный элемент 5 можно снабдить линзами 4 на той стороне, которая содержит какие-либо источники 3 света. Плоская лампа 1 в соответствии с изобретением может содержать источники 3 света на любой или обеих сторонах носителя 2, а также в любом месте на носителе 2. Например, если требуется больше света, направленного в одном направлении, плоская лампа может быть выполнена с возможностью распространения света от одной стороны носителя 2. Можно также изменять направление света за счет наличия отличающихся линз 4. Симметрично срезанная линза 4 может распространять свет, по существу, равномерно вокруг источника 3 света, в то время как несимметрично срезанная линза 4 может направлять свет в конкретном требуемом направлении. Существует также возможность совместного использования линзы 4 несколькими источниками 3 света 4. Например, для закрытия более одного источника 4 света можно быть выполнена большая линза. В случае наличия источников 3 света, предусмотренных только на передней стороне носителя 2, задняя сторона носителя 2 может способствовать переносу тепла от источников 3 света, обеспечивая перенос тепла сквозь носитель 2 к теплопроводному слою на задней стороне.
На фиг. 4 изображен вид в разрезе плоской лампы 1, взятом вдоль линии, перпендикулярной продольной оси А1, через линзы 4 по фиг. 3. Крышечный элемент 5a, 5b расположен близко к носителю 2, так чтобы обеспечить тепловой контакт для переноса тепла, возникающего из каждого источника 3 света, через крышечный элемент в окружающую среду. Линза 4 на фиг. 4 является отдельной от крышечного элемента, располагаясь так, чтобы плотно удерживаться крышечным элементом вплотную к носителю 2. Линза 4 на фиг. 4 имеет плоскую поверхность, расположенную вплотную к носителю 2, и имеет куполообразную вогнутую форму, расположенную над источником 3 света. Снаружи линза 4 имеет выпуклую форму, чтобы распространять свет равномерно в окружающую ее среду. Линза 4 имеет внутреннюю полость 14 смежную с источником 3 света. Срез внутренней полости 14 и наружная поверхность линзы 4 может отличаться, чтобы создавать требуемое распределение силы света в окружающую ее среду, или, всякий раз, когда это приемлемо, добавлять более сфокусированный свет в определенном направлении.
В плоской лампе 1 в соответствии с изобретением крышечный элемент 5 может быть снабжен второй секцией 12, которая располагается под углом относительно первой секции. На фиг. 5 и 6 показан тип плоской лампы 1 со второй секцией 12 крышечного элемента 5 в форме крыльев, расположенных перпендикулярно носителю 2. Вторая секция 12 предпочтительно выполнена из теплопроводного материала, возможно из того же материала, что и крышечный элемент, или такого как термически улучшенная пластмасса, для улучшения тепловых характеристик. Вторая секция 12 может быть предназначена для улучшения конструкции, прочности, тепловых и/или оптических свойств. Например, вторая секция 12 может быть отражающей или преломляющей для лучшего распределения силы света. Второй секции 12 можно придавать нужную форму и располагать ее в любом подходящем месте. Например, второй секции 12 можно придать форму гребней, ребер или штифтов, расположенных с возможностью улучшения тепловых и/или оптических характеристик. Крылья, гребни, ребра или штифты, образующие вторую секцию 12 могут быть размещены под любым углом относительно крышечных элементов 5a и 5b. Можно также предусмотреть ряд источников 3 света на второй секции 12, как показано на крестообразной лампе 30 на фиг. 7 и 8, например, для модулей с повышенным световым потоком. Крышечный элемент можно дополнительно снабдить проемами для улучшения тепловых и оптических свойств компоновки.
На фиг. 7 и 8 показана крестообразная лампа 30, содержащая множественные носители 2, 15. На носителях 2, 15 расположены источники света и электрические соединения для запитывания этих источников света. Носители 2, 15 закрыты крышечным элементом 16, выполненным в соответствии с крестообразной конструкцией. Источники 3 света могут быть размещены в любом подходящем месте, как требуется. Линзы 4 выполнены соответствующим образом относительно формы, размера и среза, чтобы обеспечить требуемое распределение силы света. Возможен несимметричный срез линз 4 для направления света от центра крестообразной лампы 30. Возможен наклон второго носителя 15 под другим углом относительно первого носителя 2. Например, угол между первым носителем 2 и вторым носителем 15 может быть больше или меньше, чем показанные 90 градусов. Дополнительно, возможен вариант, в котором два носителя 2, 15 не пересекают друг друга, а располагаются под углом в контакте друг с другом.
На фиг. 9 показана лампа, описанная в соответствии с фиг. 1, к которой вокруг плоской лампы 1добавлено кольцо 13 для дополнительной продольной и поперечной поддержки относительно продольной ось A1. Кольцо 13 может обеспечивать опору для светильника. Кольцо 13 тоже может быть выполнено из теплопроводного материала, такого как алюминий или подобного, или из того же материала, что и крышечные элементы 5a и 5b, для обеспечения улучшенных тепловых характеристик. Кольцо 13 может находиться в любом месте вокруг плоской лампы 1.
На фиг. 10 показан вариант осуществления лампы, имеющей компоновку 40 с двойными стенками. Эта компоновка выполнена с двумя носителями 18, 19, расположенными параллельно относительно друг друга. Носители 18, 19 снабжены множеством источников 3 света и линз. Носители 18, 19 закрыты крышечным элементом 17, закрывающим каждый из носителей 18, 19. Может потребоваться параллельная конструкция, например, если требуется дополнительное охлаждение носителя, а вследствие этого обеспечение дополнительной площади поверхности крышечного элемента 17 для переноса дополнительного тепла, возникающего от источников 3 света. Благодаря своей составной конструкции, крышечный элемент 17 выполнен с возможностью надлежащей сборки. Например, крышечный элемент 17 может быть выполнен в виде множества деталей, подлежащих соединению.
На фиг. 11 показана плоская лампа в компоновке в виде лампы 50 типа «плоское пятно». Лампа 50 типа «плоское пятно» содержит носитель 21, расположенный поперечно по отношению к продольной оси A1. Лампа 50 типа «плоское пятно» содержит соединение между цоколем 6 и носителем 21. Это соединение может быть обеспечено дополнительным носителем, располагающимся от цоколя к носителю 21, или, как вариант, другим типом соединения, таким как проводное. Носитель 21 снабжен множеством источников 3 света и крышечных элементов 20a, 20b. Первый крышечный элемент 20a на фиг. 11 содержит множество линз 4, встроенных в крышечный элемент 20a. Крышечные элементы 20a, 20b могут быть выполнены из материала одного и того же типа. Как вариант, крышечные элементы 20a, 20b могут быть выполнены из разного материала, включая деталь второго крышечного элемента 20b, простирающуюся к цоколю 6. Также возможно, чтобы линзы 4 были отдельными от первого крышечного элемента 20a. Источники света и связанные с ними оптические структуры могут быть расположены на одной стороне или на обеих сторонах носителя 21. Носитель 21 также может быть по-другому ориентирован относительно продольной оси A1.
На фиг. 12 показана плоская лампа 60, содержащая первый крышечный элемент 23 с линзами 4, и при этом носитель образован в виде составной части внутренней поверхности 22 первого крышечного элемента 23. Электрические соединения напечатаны на внутренней поверхности 22 первого крышечного элемента 23. Источники 3 света расположены на внутренних поверхностях 22 обеих деталей первого крышечного элемента 23. Второй крышечный элемент, по существу, идентичен первому крышечному элементу. Линза 4 расположена на одном из крышечных элементов с соответствующим источником 3 света на другом крышечном элементе. Линзы 4 и источники 3 света расположены в чередующемся порядке. На внутренней поверхности 22 может быть расположен теплоотводящий слой для отвода тепла, выделяемого источниками 3 света по внутренней поверхности 22.
В осветительных устройствах, описанных в связи с фиг. 5-12, оптическая структура для вывода света из осветительного устройства содержит одну или более линз 4. Как вариант, в качестве оптической структуры можно использовать световоды или рассеивающие оптические средства.
На фиг. 13 показана плоская лампа 70, в которой носитель (не показан) имеет форму поверхности в виде двойной спирали. Эта поверхность простирается в направлении продольной оси A1. Этот носитель может быть заключен между двумя крышечными элементами 5a, 5b. Это вариант осуществления также аналогичен по конструкции варианту осуществления, который показан, например, на фиг. 1. Он может содержать один или более источников света, таких как СИДы, установленные на носителе 2, и светопропускающую деталь крышечных элементов для обеспечения возможности свету выходить из источников 3 света.
Вариант осуществления с поверхностью в форме двойной спирали или закрученной поверхностью, имеет преимущество в том, что желаемое распределение силы света будет по меньшей мере частично определяться величиной закручивания между нижней стороной около соединительного элемента и верхней стороной носителя. Эффект улучшенного распределения силы света обуславливается тем фактом, что в структуре с двойной спиралью ориентация нормали к поверхности в форме двойной спирали относительно продольной оси A1 осветительного устройства не является постоянной. Нормаль к первому участку поверхности отличается от нормали ко второму участку. Как правило, твердотельный источник света, установленный на носителе, излучает свет с центральной осью своего профиля излучения, обращенного в направлении нормали к поверхности в положении установки твердотельной лампы. Крученая или выгнутая форма носителя обеспечивает возможность улучшенного распределения света вокруг осветительного устройства.
Очевидно, что влияние поверхности в форме двойной спирали на распределение силы света зависит от величины закручивания между верхней стороной и нижней стороной носителя.
Чтобы сделать вклад в распределение силы света существенным, угол закручивания между первым концом поверхности в форме двойной спирали, обращенным в направлении соединительного элемента, и вторым концом, обращенным от упомянутого соединительного элемента, должен различаться на угол, который находится в диапазоне между 15° и 360°. Если так желательно, то величина закручивания также может быть больше 360°.
Хорошие результаты получаются, когда угол закручивания выбирают между 60° и 180°, лучшие результаты - с углом закручивания около 90°. Предпочтительно, угол закручивания составляет около 120°. Такая конструкция позволяет получить равномерное распределение силы света без применения каких-либо оптических структур перед СИДами, за счет перенаправления света, излучаемого источниками света, расположенными на носителе. Очевидно, что возможно также сочетание закрученного носителя с оптическими структурами, подобными линзам, световодам или рассеивающим оптическим средствам.
Оптические характеристики осветительного устройства 1 могут быть выполнены такими, что станет возможным осветительное устройство с «освещением всего вокруг», несмотря на очевидно плоскую форму осветительного устройства 1. Осветительное устройство может быть выполнено для осуществления стандартизированного распределения света согласно стандарту EnergyStar.
Для удовлетворения требований стандарта EnergyStar к распределению силы света, требуется, чтобы сила света, выраженная в канделах, в зоне с углами между 45° и 180° не отличалась больше, чем на 20%, от средней силы света в такой зоне. На фиг. 14 это иллюстрируется для лампы с продольной осью; углы определяются как 180° на верхушке лампы и 0° на нижней стороне, которая является стороной, где располагается цоколь, делая ее согласующейся с выбором углов на фигурах, отображающих заданное распределение силы света по различным вариантам осуществления.
Конструкция линзы предпочтительно такова, что соседние линзы и/или цоколь 6 лампы не будут вообще или будут незначительно препятствовать свету, излучаемому из источников 3 света. Это препятствие должно быть минимизировано для удовлетворения требованиям стандарта EnergyStar. Это, как правило, означает, что конструкция линзы больше не будет вращательно симметричной. В частности, в направлении соседней линзы кривизна внутренней и/или внешней части линзы должна отличаться от направления без соседней линзы.
На фиг. 15A показан линзовый элемент 41, содержащий две линзы 4, установленные на противоположных сторонах носителя. Эта конфигурация находится в соответствии с характеристиками линз 4 на фиг. 4. Для этого линзового элемента 41 можно рассчитать распределение силы света. Распределение силы света часто называют распределением света в дальней зоне, при этом линзовые элементы рассчитывают, чтобы получить желаемую силу света в дальней зоне.
В примере по фиг. 15 линзы 4 выбраны так, что являются вращательно симметричными линзами. На фиг. 15B показан вид сбоку на этот линзовый элемент 41. Стрелки указывают направление для расчета распределений сил света: R1 следует понимать как вращение вокруг оси A1, определенной в том же направлении, что и на фиг. 1; R2 является вращением в плоскости носителя 2, которое происходит вокруг оси A2, перпендикулярной носителю 2. На фиг. l5C показаны распределения силы света в дальней зоне для обоих направлений, которая представляет собой распределение света, наблюдаемое с расстояния вдоль оси A1 и рассчитываемое как LD1, и распределение силы света, наблюдаемое с расстояния вдоль оси A2 и рассчитываемое как LD2. Результаты моделирования на фиг. 15C показывают почти равномерное распределение силы света вокруг осветительного устройства 1.
Конструкция линз 4 также может представлять собой асимметричные линзы, и это значит, что распределение силы света из одного линзового элемента 41 больше не будет вращательно симметричным.
На фиг. 16A показано осветительное устройство 1 в соответствии с фиг. 1, снабженное линзами 4 с вращательной симметрией. Когда в общем 8 линз 4 с конструкцией линз, которая показана на фиг. 15, размещают в лампе, можно рассчитать общее распределение силы света. Рассчитанное распределение силы света показано на фиг. l6B: LD1 - для вращения R1 вокруг оси A1, и LD2 - для вращения R2 вокруг оси A2.
Как можно увидеть, сила света в некоторых направлениях меньше из-за затенения линз 4 другими линзами и толстой деталью плоской лампы у основания лампы, однако излучаемый свет дает распределение света, которое близко к распределению, необходимому для получения отметки стандарта EnergyStar.
В некоторых случаях асимметричная конструкция отдельных линз 4 может быть благоприятной для повышения эффективности и, например, для создания плоской лампы, которая имеет гладкое распределение в направлении вращения R1, которое дает приятное распределение силы света.
Это распределение можно выбрать так, что толщина линзы будет как можно меньшей, что благоприятно для тепловых характеристик лампы и простоты изготовления.
В качестве примера, на фиг. l7A/B показаны два разных поперечных сечения линзы 4: вращательно симметричная линза (фиг. l7A) и асимметричная линза (фиг. 17B). В этой конструкции симметрия выполнена за счет изменения внутренней части оптики линзы. Очевидно, что асимметричную форму можно также воплотить за счет изменения внешнего контура линзы 4, за счет изменения толщины или за счет сочетания и внешней, и внутренней формы.
Теперь, со ссылками на фиг. 17C-G, описывается асимметричная конструкция линз 4, приводящая к соответствию осветительного устройства 1 стандарту EnergyStar к распределению силы света.
На фиг. 17C показана асимметричная линза 4, распределение силы света из которой сделано таким, что не возникает никакого затенения линз, когда 4 идентичные линзы размещены близко друг к другу, как показано на фиг. 17F. Что касается придания осветительному устройству равномерного распределения силы света, это означает, что распределение силы света от соседних (повернутых) линз должно компенсировать асимметричное распределение силы света отдельных линз. На фиг. 17D изображен лучевой веер сквозь поперечное сечение линзы, чтобы продемонстрировать асимметрию, а на фиг. 17E показано распределение силы света лишь одной линзы. На фиг. 17F показана целая лампа с 8 линзами, у которой, как можно видеть, линзы повернуты на 90° друг относительно друга. Можно также сконструировать асимметричные линзы с другими углами симметрии.
На фиг. 17G изображены распределения LD1 и LD2 силы света для вращения R1 вокруг оси A1 и для вращения R2 вокруг оси A2, соответственно, придерживаясь определений, использованных в связи с фиг. 15A. Провал в силе света по LD2 около 0° обуславливается цоколем 6 лампы. Распределения силы света для этой конструкции, которые изображены на фиг. 17G, характеризуют осветительное устройство, которое удовлетворяет требованиям стандарта EnergyStar.
В этой конструкции все отдельные линзы 4 одинаковы; это не следует рассматривать как ограничение. Можно также сконструировать равномерное распределение силы света, используя разные линзы, например, линзы 4' на стороне, обращенной к цоколю 6, могут отличаться от линз 4'' на верхней стороне (обращенной от цоколя) осветительного устройства 1.
Оптическая структура осветительного устройства 1, которая предназначена для направления света из упомянутого осветительного устройства, не ограничивается вышеописанными здесь линзами. Для достижения тех же целей, можно использовать другие оптические структуры, подобные, например, конструкции плоской лампы с равномерным или удовлетворяющим стандарту EnergyStar распределением силы света. Другими примерами оптических структур являются световоды или рассеивающие оптические средства.
На фиг. 18A-G изображено осветительное устройство 1, в котором оптической структурой является световод 42. На фиг. 18A показан вид в перспективе осветительного устройства 1, а на фиг. l8B изображен вид спереди участка световода упомянутого осветительного устройства 1. В этом примере световод 42 выбран имеющим круглое очертание, следующее внешнему контуру крышки 5, по меньшей мере для верхней части. В нижней части, около цоколя 6 лампы, осветительное устройство по этому варианту осуществления имеет А-образный контур хорошо известного типа грушевидных ламп накаливания. На фиг. 18C изображен вид в разрезе световода 42 по линии I-I, обозначенной на фиг. 18B. На фиг. 18D изображено в увеличенном масштабе сечение II, в то время как фиг. l8E представляет собой вид в перспективе двух световодов 42, расположенных на обеих сторонах носителя 2. На фиг. l8C показаны два световода 42, расположенные на обеих сторонах носителя 2, который разделяет световоды 42. На фиг. 18D показан участок световода 42, чтобы указать рисунок 43 лучей света, который выходит из световода 42.
Свет генерируется индивидуальными твердотельными источниками 3 света (СИДами), которые расположены на носителе 2. Свет входит в световод 42 на границе раздела между носителем 2 и световодом 42; он выходит из световода 42 главным образом на верхней и левой стороне (ориентация в соответствии с фиг. l8D). Направление света, выходящего из этого световода 42, определяет распределение силы света. Это распределение силы света получают за счет выбора правильной формы световода, подобно кривизне 44, определяющей внутренний контур световода 42 круглой формы, и формы впадины 45, определяющей внешний контур световода 42, для выполнения балансировки между утечкой света и направлением света. Конец 46 световода 42 может иметь кривизну для регулирования распределения силы света.
Осветительное устройство 1, использующее в качестве оптической выводящей структуры световод 42, можно выполнить с возможностью выполнения распределения силы света для всенаправленной лампы. Можно регулировать световод так, что получается равномерное или удовлетворяющим стандарту EnergyStar распределение силы света.
Для световода 42 округлого очертания, который изображен на фиг. l8B, с однородным поперечным сечением по контуру, на фиг. 18G изображено распределение силы света, которое находится в соответствии с требованиями стандарта EnergyStar. На фиг. 18F показан вид спереди этого световодного элемента. Стрелки указывают направление для расчета распределений сил света, как показано на фиг. 18G. Удовлетворяющее стандарту EnergyStar распределение силы света в этом варианте осуществления реализуется путем определения расстояния между источниками 3 света на носителе 2. На фиг. 18B и 18F можно ясно увидеть, что расстояние между двумя смежными источниками 3 света в центральной зоне световода 42 больше, чем на краях.
Как вариант, равномерное распределение силы света в соответствии со стандартом EnergyStar может быть достигнуто, например, путем размещения источников 3 света под определенным углом относительно носителя 2.
Световод 42 может быть дополнительно снабжен несколькими небольшими призматическими структурами на внешнем контуре 45, чтобы придать световодам 42 вид более однородного свечения.
Дополнительно, для получения желаемого распределения силы света можно также использовать расположение контура световода по отношению к внешнему контуру осветительного устройства. Форма световода 42 не ограничивается (не полностью) круглой формой по этому примеру. Другие формы, которые могут быть рассмотрены, представляют собой, например, полный круг, круг, расположенный на внешнем ободке крышки 5 осветительного устройства 1, и все типы световоды 42, которые не следуют внешнему контуру или которые следуют внешнему контуру по всему ободку; например, световод может следовать А-форме до цоколя 6 основания, контуру крышки 5 осветительного устройства 1.
Дополнительное преимущество использования световода 42 относительно отдельных линз 4 заключается в том, что можно избежать в ближней зоне многочисленных теней и черных линий, которые могут появляться из-за затенения соседними линзами.
Материал световода предпочтительно должен быть выполнен из очень прозрачного материала, примерами которого являются полиметилметакрилат (ПММА), поликарбонат (ПК) или стекло.
По причинам теплового характера, предпочтительно такое механическое крепление, чтобы световод 42 оказывался в как можно более тесном контакте с носителем 2. Одна возможность достичь этого показана на фиг. l8E, где несколько ребер 4b расположены на световоде 42 между твердотельными источниками 3 света таким образом, что эти ребра 4b вряд ли будут негативно влиять на оптические характеристики. Эти ребра размещены в положениях, где какой-либо свет вряд ли наталкивается на световод 42.
На фиг. 19A/B изображен эскиз осветительного устройства 1, снабженного оптической структурой, воплощенной в форме рассеивающего оптического средства 47. Рассеивающее оптическое средство 47 в этом примере является кольцеобразным или круговым, выступающим из плоскости носителя 2. Использование рассеивающего оптического средства очень хорошо подходит для определения желаемого распределения силы света. В примере по фиг. l9A/B, светопропускающая деталь крышечного элемента может быть неотъемлемой частью крышки 5. Как вариант, рассеивающее оптическое средство может быть отдельной деталью, которая огорожена крышечным элементом 5a/b.
На фиг. 19C изображен вид в разрезе рассеивающего оптического средства по линии III-III, которая дана на фиг. 19A/B. На каждой стороне носителя 2 располагается рассеивающее оптическое средство 47, выступающее из этого носителя 2, тем самым образуя полость 48 между твердотельными источниками 3 света и рассеивающим оптическим средством 47.
Рассеивающие свойства определяются рядом параметров. В первую очередь концентрацией рассеивающих частиц. Начиная с прозрачного материала, подобного, например, стеклу, ПК или ПММА, добавление рассеивающих частиц сделает этот материал полупрозрачным. При тщательном регулировании концентрации рассеивающих частиц можно приспособить распределение силы света. Другими параметрами, которые влияют на распределение силы света, являются толщина 49 стенки и форма рассеивающего оптического средства 47. Варьируя концентрацию рассеивающих частиц и локально изменяя толщину 49 стенки, можно локально изменять соотношение отражательной способности и пропускающей способности. Таким образом, можно получить желаемое распределение силы света. Дополнительно, среди прочих, форму рассеивающего оптического средства 47 можно приспособить путем изменения характеристического отношения ширины и высоты.
На фиг. 20A-D показаны распределения силы света, которые могут быть получены при варьировании концентрации рассеивающих частиц для определенной конструкции стенки. В качестве примера, на фиг. 20A концентрация является наименьшей, возрастает на следующих фигурах и является наибольшей на фиг. 20D. Линии 51 внешнего контура указывают распределение силы света перпендикулярно плоскости осветительного устройства 1, то есть для вращения вокруг оси в плоскости носителя 2, и перпендикулярно оси A1, как указано стрелкой R51; линии 52 внутреннего контура указывают распределение силы света для вращения вокруг оси, нормальной к плоскости носителя 2 и ортогональной к оси, указанной стрелкой R52.
В другом варианте осуществления часть рассеивающего оптического средства 47 выполнена отражающей. Этот отражающий участок 53 может находиться на внутренней стороне кольцеобразного рассеивающего оптического средства 47, часть 55 которого является полупрозрачной. Чтобы получить равномерное распределение света, не требуется излучать много света в направлении внутрь, потому что он может быть затенен противоположной частью рассеивающего оптического средства 47. Нанесение отражающего участка 53 на эту часть рассеивающего оптического средства 47 приведет к повышенной оптической эффективности. Отражающую часть также можно наносить на внешней стороне 54 кольцеобразного рассеивающего оптического средства 47 на участке, где сходятся две детали крышки. Это иллюстрируется на фиг. 21A/B.
Оптическую эффективность можно дополнительно повысить путем простирания отражающей части ближе к твердотельным источникам света, как показано посредством отражающей детали 56 на фиг. 21C.
В еще одном варианте осуществления рассеивающее оптическое средство 47 можно выполнить с почти одинаковой или одинаковой толщиной стенки, что является преимуществом при литьевом формовании. Часть внутренней поверхности стенки рассеивающего оптического средства 47 должна быть выполнена отражающей или путем добавления отражающего покрытия, отражающей фольги, или в виде отдельной (полученной литьевым формованием) отражающей детали 57. На фиг. 21D показано поперечное сечение рассеивающего оптического средства 47. С помощью этой конструкции можно получить удовлетворяющее стандарту EnergyStar распределение силы света, которое показано на фиг. 21F. На фиг. 21E показан вид спереди осветительного устройства с рассеивающим оптическим средством 47. Стрелки указывают направление для расчета распределений LD1 и LD2 силы света, как показано на фиг. 21F.
Форма рассеивающего оптического средства 47 не ограничивается формами, проиллюстрированными на фиг. 19A/B. Рассеивающее оптическое средство может быть кольцеобразным, как фиг. 19A, но оно также может быть в форме круга; оно может быть подковообразным, как на фиг. 19B, где внешние концы простираются в направлении цоколя 6. Другие формы, которые можно рассмотреть, являются, например, прямолинейным рассеивающим оптическим средством 47, располагаемым на внешнем краю или контуре крышечного элемента 5a, 5b осветительного устройства 1 и следующим по этому краю или контуру, и всеми типами рассеивающих оптических средств 47, которые не следуют по внешнему краю или контуру крышечного элемента 5a,5b осветительного устройства 1.
Все виды внешних контуров осветительного устройства 1 с определенной формой рассеивающего оптического средства находятся в рамках изобретательского замысла настоящего изобретения. Например, осветительное устройство 1 может иметь внешнюю форму, подобную проиллюстрированной на фиг. 22, которая может служить в качестве модифицированной компактной люминесцентной лампы (КЛЛ).
Осветительное устройство 1 может содержать контроллер, выполненный с возможностью управления каждым из по меньшей мере одного твердотельного источника света в отдельности. Контроллер может быть встроен в носитель для упомянутого по меньшей мере одного твердотельного источника света и может дополнительно способствовать получению компактного осветительного устройства с несколькими деталями. Контроллер дополнительно может быть выполнен с возможностью отдельного управления источниками света. Тем самым, когда компоновка содержит множество источников света, контроллер может управлять источниками света для получения разного цвета, разного распределения силы света и т.д. Разное распределение силы света может содержать различные формы лучей света, выходящего из источников света.
Специалист в данной области техники понимает, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Наоборот, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения возможны многие модификации и изменения. Например, формы носителя и крышечного элемента могут быть разными, а места расположения источников света могут быть произвольными. Например, возможны не только плоские формы ламп, но и любые желательные формы, такие как квадратные формы, угловые формы, сердцевидные формы.
Кроме того, изменения в раскрытые варианты осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистом при практической реализации заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множества. Одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, приведенных в формуле изобретения. Сам факт, что определенные меры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.
Реферат
Изобретение относится к плоскому осветительному устройству, содержащему твердотельные источники света, а конкретнее к плоской лампе. Заявленное осветительное устройство содержит твердотельный источник света, носитель, на котором расположен упомянутый твердотельный источник света и соединительный элемент, имеющий фиксированное положение относительно носителя, для механического и электрического соединения осветительного устройства с патроном. Причем упомянутый носитель имеет относительно большую переднюю сторону по сравнению со стороной его кромки, так что некоторое количество тепла, генерируемого источником света, переносится в носитель. Твердотельный источник света расположен на передней стороне носителя. Осветительное устройство также содержит крышечный элемент, размещенный на носителе и расположенный в той же плоскости, что и носитель, посредством чего источник света расположен между носителем и светопропускающей деталью крышечного элемента. При этом упомянутый крышечный элемент включает в себя светопропускающую деталь, огораживающую носитель, которая расположена перед твердотельным источником света, и её функция заключается в выводе света через упомянутую светопропускающую деталь. Между носителем и крышечным элементом существует тепловая граница раздела, при этом упомянутый крышечный элемент имеет внешнюю поверхность, являющуюся участком наружной поверхности осветительного устройства, и имеет внутреннюю поверхность, противоположную внешней поверхности и находящуюся в тепловом контакте с передней стороной носителя, так что образуется тепловая граница раздела. Крышечный элемент, упомянутая светопропускающая деталь и упомянутый соединительный элемент обеспечивают целую внешнюю поверхность осветительного устройства, совместно огораживая носитель и источник света, а тепловая граница раздела предназначена для переноса через нее большей части тепла, переносимого в носитель от источника света. Технический результат – предоставление осветительного устройства, которое обеспечивает эффективное генерирование и распределение света. 27 з.п. ф-лы, 22 ил.
