Осветительное устройство - RU2607531C2
Код документа: RU2607531C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
В общем настоящее изобретение относится к осветительному устройству и к способу сборки осветительного устройства, которые удовлетворяют требованиям массового производства модифицированных светодиодных ламп.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для интенсивного выхода на рынок светодиодных осветительных устройств (СД осветительных устройств) модифицированные лампы имеют большое значение. Модифицированные лампы на основе светоизлучающих диодов, впоследствии называемые в этой заявке светодиодными лампами, обычно используют для замены традиционных ламп накаливания. Типичное решение применительно к размещению светоизлучающих диодов в модифицированной лампе, аналогичной, например, светодиодной лампе Endura от Philips, заключается в том, что светоизлучающие диоды размещают на печатных платах, ПП, и эти печатные платы затем прикрепляют металлическими винтами к металлическому теплоотводу, который составляет часть основания светодиодной лампы. Металлический теплоотвод обычно образуют с высверленными отверстиями, так что печатные платы могут быть установлены на заданных местах. Кроме того, светодиодная лампа обычно содержит цоколь, соединенный с основанием, и стеклянную колбу, устанавливаемую для защиты светоизлучающих диодов.
Хотя система, описанная выше, обычно является эффективной при создании экономичной светодиодной лампы, в которой теплота, выделяемая светоизлучающими диодами, выводится посредством металлического теплоотвода, имеется необходимость в альтернативном способе установки светоизлучающих диодов в светодиодную лампу.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в по меньшей мере создании усовершенствованного осветительного устройства и способа сборки такого осветительного устройства, которые хорошо подходят для организации массового производства.
Эта задача решается осветительным устройством и способом согласно концепции настоящего изобретения, определенными в независимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Предпочтительные осуществления изложены в зависимых пунктах формулы изобретения и в нижеследующем описании и чертежах.
Таким образом, согласно первому объекту концепции настоящего изобретения предложено осветительное устройство, содержащее по меньшей мере один источник света, расположенный для генерации света, электроизоляционный теплоотводящий элемент и электропроводный слой. По меньшей мере один источник света расположен по меньшей мере в тепловом контакте с электропроводным слоем, но предпочтительно, чтобы он также был с ним в электрическом контакте, а электропроводный слой прикреплен к теплоотводящему элементу с помощью механического крепежного средства. Таким образом, для достижения хорошего прикрепления электропроводного слоя к теплоотводу используется механическое крепежное средство, которое является более выгодным по сравнению, например, со способами склеивания или нанесения покрытия, например, с использованием толстослойных технологий или тонкопленочных процессов, для которых требуются дорогое оборудование и сложный процесс при необходимости отверждения, использование химикатов. Кроме того, в случае надлежащего проектирования механического крепежного средства его можно успешно использовать для выставления одного или нескольких источников света в заданные положения на теплоотводящем элементе. Этого можно достигать, например, путем образования механического крепежного средства с выемкой для приема источника света (который обычно располагают так, что он выступает вверх от электропроводного слоя). Когда электропроводный слой и источник света закрепляют, источник света направляется выемкой, так что достигается заданное положение источника света на теплоотводящем элементе. Кроме того, конструкция крепежного средства может быть сделана такой, что выставление самого крепежного средства будет облегчаться, например, за счет использования формы теплоотводящего элемента. Следует отметить, что крепежное средство может быть фрикционно-фиксирующего (нежесткого) типа, а также образующего замок (жесткого) типа.
В предпочтительных осуществлениях осветительного устройства электропроводный слой расположен между источником света и электроизоляционным теплоотводящим элементом, посредством этого обеспечивается низкое тепловое сопротивление между выделяющим теплоту источником света и теплоотводящим элементом. При этом осуществляется эффективная теплопередача от источника света и отвод теплоты к теплоотводящему элементу. Низкое тепловое контактное сопротивление получают при использовании, например, меди или медного сплава для образования электропроводного слоя, который затем помещают в непосредственный контакт, например, с керамическим теплоотводящим элементом. В таком устройстве требуется меньше деталей, чем в осветительном устройстве с печатными платами из предшествующего уровня техники, рассмотренном выше. Кроме того, крепежное средство можно располагать так, чтобы допускалась определенная степень свободы перемещения и при этом уменьшалось влияние несоответствия коэффициентов теплового расширения, КТР. Это, в свою очередь, означает меньшее количество нарушений паек при высоких температурах (выше 100°С). Следует отметить, что электропроводный слой может быть монолитным или составленным из многих слоев, например, включающим выводную рамку, осажденную на электроизоляционную теплопроводящую подложку, предназначенную для соединения источника света с источником питания.
Согласно осуществлению осветительного устройства крепежное средство приспособлено для распределения механической силы по заданным местам. Предпочтительно выбирать места на электропроводном слое в непосредственной близости от по меньшей мере одного источника света. В дополнение к закреплению электропроводного слоя на теплоотводящем элементе крепежное средство может обеспечить достаточное тепловое соединение между электропроводным слоем и теплоотводящим элементом в термически критических местах, то есть непосредственно возле источников теплоты. Этого можно достигнуть, например, выбором соответствующего исполнения верхней и нижней контактных поверхностей крепежного средства. То есть, крепежное средство выполняют так, чтобы электропроводный слой и теплоотводящий элемент были прижаты друг к другу в заданных местах с помощью крепежного средства. Как упоминалось выше, предпочтительно выбирать эти места вблизи каждого источника света, чтобы обеспечивать хороший тепловой контакт вблизи каждого выделяющего теплоту источника света. При этом на одном этапе сборки электропроводный слой, который находится в контакте с источниками света, прикрепляют к теплоотводящему элементу, одновременно механическая сила от крепежного средства эффективно распределяется с обеспечением достаточного теплового контакта вблизи источников света (или другого выделяющего теплоту компонента).
Кроме того, благодаря применению отдельных точек приложения давления для каждого источника света осветительное устройство становится менее чувствительным к нерегулярностям или нарушениям плоскостности поверхности теплоотводящего элемента. Это должно снижать затраты на обработку поверхностей тепловых контактов, поскольку требуется уделять меньше внимания плоскостности.
Согласно осуществлению осветительного устройства крепежное средство представляет собой зажим. Зажим может быть изготовлен из металла, но также может быть образован из электроизоляционного материала. При использовании зажима хороший тепловой контакт между электропроводным слоем и теплоотводящим элементом получают обычным способом. Предпочтительно, чтобы, как описано выше, зажим мог быть приспособлен для приложения заданной силы для осуществления достаточного теплового контакта между электропроводным слоем и теплоотводящим элементом. Зажим можно установить на одном этапе сборки. Имеются многочисленные преимущества использования зажима в качестве крепежного средства по сравнению с использованием винтов для закрепления печатной платы на теплоотводе, как в предшествующем уровне техники. В последнем случае требуются многочисленные этапы для завершения монтажа и осторожное обращение, например, с винтами. Кроме того, крайне важно приложение точного крутящего момента к винтам, поскольку в результате приложения слишком высокого крутящего момента может быть повреждена печатная плата, тогда как слишком низкий крутящий момент может приводить к неадекватному тепловому контакту между печатной платой и теплоотводом (в данном случае соответствующим теплоотводящему элементу). Однако использование зажима согласно концепции настоящего изобретения позволяет очень точно получать заданное зажимное усилие и быстро выполнять сборку.
Согласно осуществлению осветительного устройства электропроводный слой выполнен имеющим электрические выводы, приспособленные для электропитания по меньшей мере одного источника света. Предпочтительно, чтобы в дополнение к обеспечению тепловой связи между источником света и теплоотводящим элементом электропроводный слой был образован с электрическими выводами, приспособленными для электропитания источника света, и это будет преимуществом.
Согласно осуществлению осветительного устройства электропроводный слой является гибким. Гибкий электропроводный слой является предпочтительным, поскольку его можно накладывать, например, вокруг теплоотводящего элемента. Кроме того, гибкий электропроводный слой создает область улучшенного контакта между собой и теплоотводящим элементом.
Согласно осуществлению осветительного устройства оно дополнительно содержит изолирующий слой, расположенный на электропроводном слое. Изолирующий слой может быть расположен для поддержания электропроводного слоя в случае, например, когда электропроводный слой имеет вырезанные/штампованные структуры выводов. Он также может быть расположен в качестве верхнего слоя, покрывающего большую часть верхней поверхности за исключением областей, в которых должны помещаться источники (источник) света. В таком случае изолирующий слой можно использовать для повышения безопасности осветительного устройства в случае разрушения колбы (стеклянной колбы) осветительного устройства и т.д. путем изоляции частей, находящихся под напряжением. Изолирующий слой можно также использовать для выполнения функции позиционирования. Следует отметить, что изолирующий слой также может быть составной частью электропроводного слоя.
Согласно осуществлению осветительного устройства изолирующий слой (если он имеется) и/или крепежное средство являются отражающими, и это является предпочтительным для получения хорошей световой характеристики, то есть, для достижения хорошей оптической эффективности осветительного устройства.
Согласно осуществлению осветительного устройства электропроводный слой расположен в крепежном средстве. Электропроводный слой может, например, покрывать контактные поверхности пластикового зажима и может быть нанесен в качестве электрических выводов, которые предназначены для соединения источника света с источником питания. Посредством этого удобным способом создается компоновка электрических выводов для источника света и в то же обеспечивается достаточное тепловое соединение между источником света и теплоотводящим элементом.
Согласно осуществлению осветительного устройства электропроводный слой и крепежное средство совмещены. Крепежное средство может быть, например, металлическим зажимом, на котором установлен источник света. Благодаря этому обеспечивается хорошее тепловое соединение между источником света и теплоотводящим элементом и сдерживается рост числа компонентов. Электропитание источника света может обеспечиваться электропроводным слоем, но также может обеспечиваться специализированным электрическим соединительным средством. Источником света может быть, например, сборка светоизлучающих диодов или кристалл на печатной плате (КПП). В данном случае сборка светоизлучающих диодов может означать светоизлучающие диоды с защитным покрытием или механическим упрочнением некоторого вида, но прежде всего светоизлучающие диоды с обращенными вниз выводами, которые должны припаиваться или монтироваться непосредственно на поверхности подложки. Однако источник света можно также выполнять в виде одного или нескольких светоизлучающих диодов на незащищенном кристалле (то есть, без специализированного защитного покрытия), образующем электропроводный слой. Кристалл устанавливают непосредственно поверх теплоотводящего элемента, так что теплота рассеивается на расстояние от светоизлучающих диодов через кристалл к теплоотводящему элементу при низком тепловом сопротивлении. Независимо от использования сборки или незащищенного кристалла предпочтительным соединением источника света является проводное соединение. Заметим, что это осуществление является полностью рабочим, даже если кристалл не является электропроводным; однако важно, чтобы кристалл имел хорошую теплопроводность в поперечном направлении.
Согласно осуществлению осветительного устройства механическое крепежное средство представляет собой выемку в теплоотводящем элементе, имеющую форму, соответствующую форме электропроводного слоя. Под выемкой также подразумеваются зарубка, полость или отверстие, которое можно использовать для содействия выравниванию источника света. Когда электропроводный слой размещен в выемке, перемещение электропроводного слоя в плоскости ограничено. В дополнение к этому электропроводный слой приклеен к теплоотводящему элементу. Источник света может быть, например, сборкой светоизлучающих диодов или кристаллом на печатной плате (КПП). Представленное осуществление имеет небольшое количество компонентов, и поскольку выемка может быть получена формованием или вырезана как часть процесса изготовления теплоотводящего элемента, представленное осуществление легко собирать. При необходимости дополнительная защелка может быть расположена для содействия удержанию электропроводного слоя прикрепленным к теплоотводящему элементу. Это способствует тепловому соединению с теплоотводом.
Согласно осуществлению осветительного устройства гибкие линейные электрические соединительные средства расположены так, что все они продолжаются до самого источника света для подачи электрической энергии. Это предпочтительно, поскольку отсутствует необходимость в том, чтобы электропроводный слой включал в себя выводную рамку для подачи электрической энергии. Линейные соединительные средства могут быть, например, проводами, изолированными или неизолированными. Кроме того, линейные соединительные средства могут проходить от внутренней стороны цоколя лампы, где могут быть расположены схемы возбудителя или источник питания, до самого источника света или до электропроводных выводов, соединяющих линейные соединительные средства с источником света. В настоящее время проводное соединение является предпочтительным для линейных соединительных средств, чтобы осуществлять соединение с источником света или с электропроводными выводами. Предпочтительно использовать гибкие линейные электрические соединительные средства, поскольку они повышают стойкость осветительного устройства к ударным нагрузкам по сравнению с осуществлениями с выводными рамками или другими крупными жесткими компонентами.
Согласно осуществлению осветительного устройства каждое гибкое линейное электрическое соединительное средство расположено на той стороне теплоотводящего элемента, которая является противоположной по отношению к источнику света, до которого это линейное соединительное средство продолжается. Таким образом, линейные соединительные средства не заслоняют свет, излучаемый от источников света.
Согласно осуществлению осветительного устройства теплоотводящий элемент содержит две перекрывающиеся части. Эти части разнесены на определенное расстояние, так что между ними образуется зона перекрытия, в которой расположены электрические соединительные средства. Это является предпочтительным, поскольку линейные соединительные средства удерживаются в заданном положении теплоотводящим элементом. Перекрывающиеся части могут быть, например, параллельными пластинками, разнесенными на по существу постоянное расстояние, например, 1-10 мм. Предпочтительно, чтобы зона перекрытия была расположена в центральной области лампы.
Согласно осуществлению осветительного устройства оно содержит колбу, окружающую источник света и теплоотводящий элемент, и это является предпочтительным.
Согласно осуществлению осветительного устройства теплоотводящий элемент термически связан с колбой, при этом образуется осветительное устройство, которое имеет источник (источники) света, расположенный внутри колбы и на теплоотводящем элементе, который термически соединен с колбой. Тем самым осуществляется эффективная теплопередача от источника света и рассеяние теплоты к теплоотводящему элементу и колбе.
Согласно осуществлению осветительного устройства по меньшей мере часть теплоотводящего элемента и колба являются одной, выполненной за одно целое деталью. То есть, теплоотводящий элемент является частью колбы, например стеклянной колбы или колбы лампы. В таком случае требуется меньше деталей, а процесс изготовления становится проще, например, можно выполнять формование теплоотводящего элемента и колбы в общей форме и из одного и того же материала.
Согласно осуществлению осветительного устройства теплоотводящий элемент содержит керамический материал, и это является предпочтительным. Предпочтительным материалом является прозрачный поликристаллический оксид алюминия, ПКОА. Он может придавать хорошие оптические свойства колбам ламп, поскольку обеспечивает полное пропускание света и в то же время создает требуемое рассеяние света от точечных источников света, аналогичных светоизлучающим диодам. В дополнение к этому поликристаллический оксид алюминия обеспечивает очень хорошую электрическую изоляцию и имеет теплопроводность 35 Вт/мК. Вследствие этого терморегулирование осветительного устройства улучшается. Это позволяет получать высокий уровень функциональной интеграции устройства, при этом снижается количество деталей по сравнению количеством деталей, необходимых для ламп с использованием традиционного металлического теплоотвода и пластиковых отражателей и/или рассеивателей.
Согласно второму объекту концепции изобретения предложен способ создания осветительного устройства, содержащий образование электропроводного слоя, установку по меньшей мере одного источника света на верхнюю поверхность электропроводного слоя, закрепление электропроводного слоя на электроизоляционном теплоотводящем элементе так, чтобы нижняя сторона электропроводного слоя была расположена в непосредственном контакте с теплоотводящим элементом, в котором этап закрепления электропроводного слоя на теплоотводящем элементе выполняют с помощью механического крепежного средства. Таким образом, получают очень простое, хорошо идентифицируемое механическое решение, и требуется небольшое количество компонентов для сборки осветительного устройства с источником света в виде, например, электрической лампы. Способ очень подходит для массового производства осветительных устройств.
Согласно осуществлению способ дополнительно содержит этап образования структуры электрических выводов для электропроводного слоя, и это является предпочтительным. Предпочтительно выполнять этап образования структуры электрических выводов с помощью штамповки. Штамповка является предпочтительной, поскольку большое количество структур электрических выводов можно одновременно штамповать из электропроводного слоя, аналогичного медной фольге в рулоне. Однако следует особо отметить, что другие подходящие способы можно применять для получения структуры выводов согласно концепции изобретения.
Согласно осуществлению способ дополнительно содержит образование электроизоляционного слоя и расположение электроизоляционного слоя на электропроводном слое.
Эти и другие объекты, признаки и преимущества концепции изобретения станут очевидными и понятными при обращении к осуществлениям, описываемым ниже. Следует отметить, что изобретение относится ко всем сочетаниям признаков, даже если они перечисляются в различных пунктах формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь концепция изобретения будет описана более подробно и с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:
фиг. 1 - перспективный вид с пространственным разделением деталей в разрезе, иллюстрирующий основные детали осуществления осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения;
фиг. 2 - перспективный вид в разрезе, иллюстрирующий осуществление осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения;
фиг. 3а-с - схематичные иллюстрации этапов осуществления способа сборки осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения;
фиг. 4a-b - виды деталей осуществления осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения;
фиг. 5 - перспективный вид осуществления осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения;
фиг. 6 - перспективный вид осуществления осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения;
фиг. 7a-b и 8 - виды осуществлений осветительного устройства согласно концепции настоящего изобретения; и
фиг. 9 - схематичный вид сверху в разрезе осуществлений из фиг. 7a-b и 8.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЙ
Теперь с обращением к сопровождающим чертежам в дальнейшем будет более полно описана концепция настоящего изобретения. Ниже осуществления представлены в качестве примера таким образом, что для специалистов в данной области техники это раскрытие будет обстоятельным и законченным и полностью передаст объем концепции изобретения. На всем протяжении описания одинаковые позиции относятся к аналогичным элементам. Кроме того, ниже изобретение описывается применительно к светоизлучающему диоду, СИД, как к предпочтительному осуществлению источника света. Этот термин распространяется на одноцветные светоизлучающие диоды, многоцветные светоизлучающие диоды, люминесцентные светоизлучающие диоды, сборки светоизлучающих диодов, содержащие многочисленные светоизлучающие диоды, и т.д. Кроме того, концепция настоящего изобретения применима к твердотельным светоизлучающим диодам и органическим светоизлучающим диодам, ОСИД.
На фиг. 1 представлен перспективный вид в разрезе осветительного устройства 100 согласно концепции настоящего изобретения с показом одной половины осветительного устройства, которое разделено на части для иллюстрации основных деталей. Кроме того, на этой фигуре ради простоты опущены цоколь для присоединения осветительного устройства к осветительной арматуре и электрические провода для подключения электропитания к источнику света. Осветительное устройство 100 содержит источники 121 света, расположенные для генерации света, которые установлены на подложке 120. В этой заявке подложка 120 описывается более подробно при обращении к фиг. 3 и 4.
В данном случае источники 121 света представляют собой отдельно взятые белые или голубые, желтые, красные, зеленые светоизлучающие диоды, которые припаяны к электрическим выводам (не видимым), расположенным на подложке 120. Осветительное устройство также содержит колбу 110, впоследствии называемую в этой заявке баллоном. Теплоотводящий элемент 111 расположен как выступающая часть от внутренней поверхности баллона 110, и на этом теплоотводящем элементе 111 располагают подложку 120, когда осветительное устройство 100 собирают. В данном случае теплоотводящий элемент 111 представляет собой пластинку, образованную с внутренним профилем 113, повторяющим внутреннюю кривизну баллона 110, и прямолинейной противоположной внешней кромкой 114. Выступающий участок 112 расположен на внешней кромке 114 для образования направляющей головки для подложки 120 и зажима 130, предназначенного для крепления подложки к теплоотводящему элементу 111, и этот зажим описывается в этой заявке ниже. Теплоотводящий элемент 111 и баллон 110 связаны термически и в вариантах осуществлений могут быть образованы как выполненная за одно целое деталь.
Согласно осуществлениям осветительного устройства колба может быть изготовлена в виде одной детали или может быть образован из по меньшей мере двух частей, которые соединяют друг с другом для образования колбы (непоказанной).
Согласно осуществлению осветительного устройства колба и по желанию также и теплоотводящий элемент содержат керамический материал. Керамический материал может быть основан, например, на одном или нескольких материалах, выбираемых из группы, состоящей из Al2O3, AlN, SiO2, Y3Al5O12 (АИГ), аналога Y3Al5O12, Y2O3 и TiO2, и ZrO2. Термин «аналог Y3Al5O12» относится к гранатовым системам, имеющим по существу такую же структуру решетки, как алюмоиттриевый гранат (АИГ), но в котором Y, и/или Al, и/или О, преимущественно Y и/или Al, по меньшей мере частично замещены другим ионом, таким как один или несколько из Sc, La, Lu и G, соответственно. Термин «основан на» означает, что исходные материалы для получения керамического материала по существу состоят из одного или нескольких указанных здесь материалов, например, таких как Al2O3 или Y3Al5O12 (алюмоиттриевый гранат). Однако это не исключает присутствия в небольших количествах (остатка) связующего материала или примесей, таких как Ti в случае Al2O3, или согласно осуществлению Ce в случае алюмоиттриевого граната. Керамический материал может иметь относительно хорошую теплопроводность. Предпочтительно, чтобы теплопроводность составляла по меньшей мере 5 Вт/мК, предпочтительно по меньшей мере около 15 Вт/мК, еще более предпочтительно по меньшей мере около 100 Вт/мК. Алюмоиттриевый гранат имеет теплопроводность порядка около 6 Вт/мК, поликристаллический оксид алюминия (ПКОА) порядка около 20 Вт/мК и AlN (нитрид алюминия) порядка около 150 Вт/К или больше.
Что касается еще раз фиг. 1, то теплоотводящий элемент 111 и баллон 110 изготовлены из Al2O3, который представляет собой прозрачный материал. Кроме того, Al2O3 можно делать сильно отражающим спеканием при температуре в диапазоне около 1300-1700°С, например в диапазоне около 1300-1500°, предпочтительно 1300-1450°С. В данной области техники этот материал также известен как «коричневый» поликристаллический оксид алюминия (ПКОА).
В собранном состоянии осветительного устройства 100, показанном на фиг. 2, баллон 110 окружает источники 121 света и теплоотводящий элемент 111. Осветительное устройство также содержит металлический зажим 130, установленный при сборке для фиксации подложки 120 к теплоотводящему элементу 111. В данном случае подложка 120 сложена вокруг оси сгиба до полного охвата теплоотводящего элемента 111 и снабжена отверстием 129, расположенным на оси сгиба, для приема при монтаже выступающего участка 112, то есть направляющей головки на теплоотводящем элементе 111. Зажим 130 вырезан из металлической фольги, которой придана определенная форма и которая сложена вокруг оси сгиба для образования зажима с двумя наборами противолежащих упругих зажимающих участков. Зажим 130 расположен так, что теплоотводящий элемент 111 и подложка 120 помещены между этими двумя наборами противолежащих упругих зажимающих участков, которые при этом создают механическую силу, которая сжимает подложку 120 и теплоотводящий элемент 111. Два набора противолежащих упругих зажимающих участков зажима 130 частично показаны на фиг. 1, на которой в полной мере видны субучастки 131, 133 и 134, совместно образующие верхний набор для удержания одного из источников 121 света. Как можно видеть, протяженность субучастков 131 и 134 в направлении вперед от оси сгиба зажима 130 больше, чем протяженность субучастка 133, который расположен между субучастками 131 и 134. Длиной субучастка 133 определяется заданное расстояние от оси сгиба. Кроме того, поперечное разнесение субучастков 131 и 134 выбрано так, что источник света успешно охватывается зажимом 130. Таким образом, точное положение по двум измерениям источника 121 света на теплоотводящем элементе 111 достигается посредством зажима 130, то есть, заданное расстояние от задней оси и поперечное положение в соответствии с расположением выемки, образованной благодаря разнесению субучастков 131 и 134.
Профили субучастков 131, 132, 133, 134 (и дополнительных субучастков, которые не видны на фигурах) зажима 130 снабжены закруглениями 131а-134а для образования контактных поверхностей, и в собранном положении эти поверхности обращены к теплоотводящему элементу 111, так что механическая сила от зажима распределена по заданным местам, предпочтительно вблизи источника 121 света. Благодаря определенной конструкции, упругости и материала зажима 130 заданная распределенная механическая сила прикладывается для фиксации и для гарантии достаточного теплового соединения подложки 120 и теплоотводящего элемента 111.
В осуществлении осветительного устройства крепежное средство представляет собой зажим, содержащий два противолежащих зажимающих участка, которые могут быть сближены, например, с помощью винта или пружины (непоказанных) для обеспечения закрепления подложки на теплоотводящем элементе.
Продолжим обращение к фиг. 2, на которой также изображены элементы электропитания осветительного устройства 100. Во входном отверстии баллона 110 плата 142 питания расположена так, что приемный соединительный элемент 143 обращен к теплоотводящему элементу 111. Поэтому при сборке теплоотводящий элемент 111 и плату 142 питания прикрепляют друг к другу. Электрические выводы (в данном случае не видны, см. 122 на фиг. 4а) размещают на подложке 120, которую располагают так, что после сборки электрические выводы оказываются соединенными с соединительным элементом 143. При этом электрическая разводка источников 121 света и возбудителя предусмотрена на краю подложки 120 и в соединительном элементе 143, который, в свою очередь, связан электрическими проводами 141 со схемами возбудителя (непоказанными), расположенными в цоколе 140.
В осуществлении осветительного устройства 500, которое описывается с обращением к фиг. 5, осветительное устройство 500 содержит полый и по существу цилиндрической формы керамический теплоотвод 511, который имеет частично замкнутую верхнюю поверхность 511с и который соединен с цоколем 540 на противоположном нижнем конце. Цилиндрическая форма теплоотвода 511 образована двумя уступами, 511а и 511b, с двумя различными диаметрами, такими что верхняя часть 511а теплоотводящего элемента имеет меньший диаметр, чем нижняя часть 511b. В верхней поверхности 511с верхней части 511а образовано отверстие 543. Осветительное устройство 500 также содержит гибкую подложку 520, которая содержит множество прямоугольных подложечных участков 523, каждый из которых на верхнем конце прикреплен к соединительной полоске 524, которая образует окружность, соразмерную внешнему диаметру верхней части 511а теплоотводящего элемента 511. Подложка 520 снабжена электрическими выводами (не видимыми), расположенными под изолирующим верхним слоем. На каждом подложечном участке 523 соответствующий источник 121 света припаян к соединительным площадкам, которые не покрыты верхним изолирующим слоем (в данном случае соединительные площадки не видны, но аналогичны площадкам 124 для электрического соединения с источником света на фиг. 4b). При изготовлении подложки 520 предпочтительно получать подложечные участки 523 в виде прямоугольного участка, содержащего подложечные участки 523 и соединительную полоску 524 (во время штамповки, образования изолирующего слоя, установки источников света и т.д.). Затем внешние концы соединительной полоски 524 соединяют друг с другом, вследствие чего соединительная полоска образует окружность. Кроме того, компонент 522 подвода электропитания, предназначенный для соединения с возбудителем, прикрепляют к соединительной полоске 524.
Подложку 520 располагают поверх теплоотводящего элемента 511 так, чтобы верхняя часть 511а выступала через соединительную полоску 524. Подложечные участки 523 разнесены вокруг теплоотводящего элемента и вследствие гибкости они свисают с соединительной полоски 524, в основном покрывая боковую стенку нижней части 511b теплоотводящего элемента. Компонент 522 подвода электропитания вводят в теплоотводящий элемент 511 через отверстие 543 и также соединяют со схемами возбудителя (непоказанными).
Для фиксации подложки 520 к теплоотводящему элементу 511 зажим 530 располагают поверх подложки 520. Зажим 530 представляет собой металлический хомут кольцевой формы, который имеет множество зажимных участков 533, выполненных с возможностью посадки на подложечные участки 523. Поэтому для посадки на соответствующие подложечные участки 523 зажимные участки 533 расположены с разнесением вокруг объединяющего верхнего ободка 534. Выемка в каждом зажимном участке 533 образована двумя расположенными смежно субучастками 531 и 532. Для зажима 530 выемки предусмотрены, чтобы фиксировать источники 121 света подложки 520 в заданных положениях. Верхний ободок 524 выполнен имеющим отверстие с внутренним диаметром, подходящим для того, чтобы верхняя часть 511а теплоотводящего элемента 511 выступала через отверстие. Форма зажима 530 приспособлена для приема нижней части 511b теплоотвода и то же время распределения механической силы для фиксации подложечных участков 523 и тем самым обеспечения достаточного теплового контакта между подложкой 520 и теплоотводящим элементом 511.
Согласно осуществлению осветительного устройства крепежное средство выполнено из электроизоляционного материала, подобного, например, пластикам.
Согласно осуществлению осветительного устройства подложка представляет собой электропроводный слой, который содержит два субучастка, разделенные электрически, то есть, с зазором (непоказанным). Анод источника света электрически соединен с одним из субучастков и катод источника света электрически соединен с другим субучастком. Подложка расположена непосредственно на теплоотводящем элементе и прикреплена к нему посредством пластикового зажима.
Согласно осуществлению осветительного устройства, показанному на фиг. 6, источник света, представляющий собой в этом случае сборку 621 светоизлучающих диодов, расположен на керамическом теплоотводящем элементе 611, так что тепловая площадка (не видна) расположена непосредственно на керамической подложке. Пластиковые зажимы 630, которые снабжены электрическими контактами (не видимыми), расположены для удержания сборки светоизлучающих диодов в заданном положении и для электрического подключения сборки светоизлучающих диодов. В качестве варианта зажимы могут быть полностью выполнены из электропроводного материала и вследствие этого могут образовывать электрические контакты.
Крепежное средство, например зажим, описано выше для примера и следует подчеркнуть, что можно применять другие подходящие конструкции и они будут считаться попадающими в объем концепции изобретения.
Для продолжения теперь обратимся к фиг. 3, на которой более подробно показано осуществление способа сборки осветительного устройства согласно концепции изобретения. Способ направлен на обеспечение массового производства осветительных устройств. Чтобы сформировать в большом количестве подложки для осветительных устройств согласно концепции настоящего изобретения, сначала образуют медную фольгу (или лист) или другую подходящую металлическую фольгу. Медную фольгу 301 с рулона подают в штамповочный пресс 350, в котором структуры электрических выводов для множества подложек вырубаются одновременно на каждом этапе процесса (то есть, поэтапно или непрерывно в процессе продвижения вперед). Предпочтительно проектировать структуру электрических выводов для каждой подложки так, чтобы получались электрические соединения, необходимые для каждого индивидуального источника света и в дополнение к этому получалась достаточно большая площадь меди для обеспечения достаточно низкого теплового сопротивления между готовой подложкой и соответствующим теплоотводящим элементом. См. фиг. 4, на которой изображена готовая структура электрических выводов для подложки 120, в которой показаны площадки 122 для соединения с соединительным элементом 143, описанным выше, площадки 124 для электрического соединения с источником света и медные поверхности 120а, 120b для получения поверхностей теплового соединения. Структура электрических выводов на фиг. 4 приспособлена для присоединения двух сборок 121 светоизлучающих диодов. Ось x сгиба показана на фигуре для иллюстрации того, что готовая подложка будет сложена после установки источников 121 света.
Что касается еще раз фиг. 3, то согласно осуществлению способа предпочтительно, чтобы готовые подложки были снабжены изолирующим слоем. В данном случае, чтобы получить изолирующие слои для большого количества подложек предусмотрен рулон пленки из стекловолокна, усиленного эпоксидным полимером (FR4). Другие стандартные материалы, используемые при изготовлении печатных схемных плат, можно применять в качестве изолирующего слоя, например полиимид и полиамид.
На фиг. 3b изолирующую пленку 302 с рулона подают в штамповочный пресс 351, в котором некоторое количество структур, соответствующих некоторому количеству штампованных выводов из медной фольги 301 и приспособленных для наложения на соответствующую подложку, вырубаются одновременно на каждом этапе процесса (то есть, поэтапно или непрерывно в процессе продвижения вперед). Структуру используют для покрытия структуры электрических выводов каждой подложки, предпочтительно для покрытия всей верхней поверхности электропроводного слоя 120 за исключением областей, предназначенных для электрических соединений, и областей, в которых должны устанавливаться источники света, см. фиг. 4b, где изолирующий слой 127 прикреплен к медному слою, то есть, подложке 120 из фиг. 4а. Изолирующий слой покрывает всю поверхность электропроводного слоя 120 за исключением областей для соединительных площадок 122 и 124 и областей 126, на которых должны устанавливаться светоизлучающие диоды 121.
Для продолжения теперь обратимся к фиг. 3с, где штампованную медную фольгу 301' и штампованную изолирующую пленку 302' сопрягают и после этого склеивают в склеивающей машине 352, образуя тем самым рулон соединенных подложек 300.
До разделения подложек источники света устанавливают на верхнюю поверхность соединенных подложек 300 в рулоне с помощью стандартных средств, предназначенных для размещения и монтажа источников света, аналогичных манипуляторам для захвата, транспортировки и установки деталей и системам пайки оплавлением припоя (непоказанным).
Затем подложки разделяют и они оказываются подготовленными для закрепления на тепловыделяющем элементе в колбе осветительного устройства. Готовая подложка может быть жесткой или гибкой. В случае гибкой подложки облегчается укладка подложки вокруг тепловыделяющего элемента при использовании двух сторон плоского тепловыделяющего элемента, что позволяет иметь источники света на обеих сторонах тепловыделяющего элемента. Подложку располагают нижней стороной к тепловыделяющему элементу, то есть, неизолированную медь укладывают непосредственно на тепловыделяющий элемент.
Согласно осуществлению способа этап закрепления электропроводного слоя на тепловыделяющем элементе выполняют с помощью механических крепежных средств.
На фиг. 7a-b и 9 показано осуществление осветительного устройства 100 согласно концепции настоящего изобретения. На фиг. 7а осветительное устройство изображено в разобранном состоянии, чтобы показать основные детали, тогда как на фиг. 7b показано осветительное устройство в собранном состоянии. На фиг. 9 представлен упрощенный вид сверху в разрезе осветительного устройства, показанного на фиг. 7b в собранном состоянии.
Осветительное устройство 100 содержит источники 121 света, расположенные для генерации света, которые установлены на двух зажимах 130. Источники 121 света представляют собой, например, светоизлучающие диоды произвольного цвета. Следует заметить, что имеются источники света, не видные на фиг. 7a-b, поскольку они установлены лицевой стороной вниз на одном из зажимов 130. В предпочтительном осуществлении зажимы 130 действуют как электропроводные слои, включающие в себя, например, металлические частицы или металлические элементы на заданных местах, где они способствуют снижению теплового сопротивления между верхней и нижней сторонами слоя.
Зажимы 130 и источники 121 света окружены колбой, которая состоит из двух грушевидных охватывающих частей 110. Два теплоотводящих элемента 111 выполнены как элементы, выступающие вперед от внутренних поверхностей охватывающих частей 110. Каждый теплоотводящий элемент 111 представляет собой пластинку с внутренним профилем 113, повторяющим внутреннюю форму охватывающих частей 110, и прямолинейной противоположной внешней кромкой 114. В представленном осуществлении охватывающие части 110 и теплоотводящие элементы 111 находятся в тепловом контакте после сборки осветительного устройства, так что их можно считать одним большим теплоотводящим элементом. Каждый из зажимов 130 прикреплен к одному из этих теплоотводящих элементов 111. При соответствующем выборе формы, упругости и материала зажимов 130 заданная распределенная механическая сила прикладывается для фиксации зажимов 130 и для гарантии достаточного теплового соединения между зажимами 130 и теплоотводящими элементами 111.
Осветительное устройство 100 содержит цоколь 140, например резьбовой цоколь, для присоединения осветительного устройства к осветительной арматуре. Провода 701 находятся в электрическом контакте с источниками 121 света, предпочтительно, чтобы они были присоединены к их обращенным кверху выводам и механически прикреплены к зажимам 130 через посредство источников 121 света. Провода 701 протянуты по соответствующим углублениям 702, вырезанным в теплоотводящих элементах 111, так, что каждый провод 701 расположен на той стороне теплоотводящего элемента 111, которая противоположна источнику 121 света, снабжаемому электрической энергией по проводу 701.
Что касается фиг. 9, то теплоотводящие элементы 111 находятся на постоянном расстоянии друг от друга. Между теплоотводящими элементами ограничена зона 901 перекрытия. После прохождения по углублениям 702 провода 701 подводятся через зону 901 перекрытия к цоколю 140. Поэтому, когда цоколь 140 соединен с источником питания, по проводам 701 может подводиться электрическая энергия к источникам 121 света.
Осветительное устройство 100 согласно представленному осуществлению можно собрать в течение двух этапов. Один этап содержит формирование двух половин, при этом каждая состоит из одной охватывающей части 110 и одного теплоотводящего элемента 111, по желанию отлитых в форме в виде одной общей детали, например, из керамического материала. В каждой из этих половин располагают зажим 130, источники 121 света и провода 701. На втором этапе две половины объединяют, чтобы образовать осветительное устройство 100, и при этом цоколь 140 также может быть прикреплен.
На фиг. 8 изображено осуществление осветительного устройства 100 согласно концепции настоящего изобретения. Для показа основных деталей осветительное устройство изображено в разобранном состоянии. На фиг. 9 представлен вид сверху в разрезе осветительного устройства, показанного на фиг. 8, но в собранном состоянии.
Осветительное устройство 100 содержит источники 121 света, расположенные для генерации света, которые установлены на электропроводных слоях 120, включающих в себя, например, металлические частицы или металлические элементы на заданных местах, где они способствуют снижению теплового сопротивления между верхней и нижней сторонами слоя. Источники света могут быть сборкой светоизлучающих диодов на электропроводном слое 120 или могут быть установлены на непокрытом кристалле, действующем как электропроводный слой 120; последний вариант является предпочтительным, когда желательна хорошая теплопроводность по всей поверхности раздела теплоотвод/электропроводный слой. В таких случаях электропроводность этого слоя не является обязательным свойством. Следует отметить, что имеются источники света, которые не видны на фиг. 8, поскольку они установлены лицевой стороной вниз на одном из электропроводных слоев 120. Источники 121 света представляют собой, например, светоизлучающие диоды произвольного цвета. Источники 121 света и электропроводные слои 120 окружены колбой, состоящей из двух охватывающих частей 110. Два теплоотводящих элемента 111 выполнены как элементы, выступающие вперед от внутренних поверхностей охватывающих частей 110. Каждый теплоотводящий элемент 111 представляет собой пластинку с внутренним профилем 113, повторяющим внутреннюю форму охватывающих частей 110, и прямолинейной противоположной внешней кромкой 114. В представленном осуществлении охватывающие части 110 и теплоотводящие элементы 111 находятся в тепловом контакте после сборки осветительного устройства 100, так что их можно считать одним большим теплоотводящим элементом.
В каждом из теплоотводящих элементов 111 предусмотрена выемка 703 с формой, соответствующей форме одного из электропроводного слоев 120. Электропроводные слои 120 приклеены к теплоотводящим элементам 111, при этом выемки 703 способствуют выравниванию соответствующих электропроводных слоев 120 и следовательно, также и источников 121 света. Когда электропроводные слои 120 помещены в соответствующие выемки 703, перемещение электропроводных слоев 120 в соответствующих плоскостях ограничивается.
Осветительное устройство 100 содержит цоколь 140, например резьбовой цоколь, для присоединения осветительного устройства к осветительной арматуре. Провода 701, продолжающиеся от цоколя 140, прикреплены на одном конце к электропроводному слою 120, более точно, находятся в электрическом контакте с источниками 121 света. Провода 701 проходят по углублениям 702, вырезанным в краях теплоотводящих элементов 111, так, что каждый провод 701 расположен на той стороне теплоотводящего элемента 111, которая противоположна источнику 121 света, снабжаемого электрической энергией по проводу 701.
Что касается фиг. 9, которая является общей по отношению к фиг. 7 и 8, то теплоотводящие элементы 111 находятся на постоянном расстоянии друг от друга. Между теплоотводящими элементами ограничена зона 901 перекрытия. После прохождения по углублениям 702 провода 701 подводятся через зону 901 перекрытия к цоколю 140. Поэтому, когда цоколь 140 соединен с источником питания, по проводам 701 может подводиться электрическая энергия к источникам 121 света.
Осветительное устройство 100 согласно представленному осуществлению можно собрать в течение двух этапов. Один этап содержит формирование двух половин, при этом каждая состоит из одной охватывающей части 110 и одного теплоотводящего элемента 111, по желанию отлитых в форме в виде одной общей детали, например, из керамического материала. В каждой из этих половин можно расположить электропроводный слой 120, источники 121 света и провода 701. На втором этапе две половины объединяют, чтобы образовать осветительное устройство 100, и при этом цоколь 140 также может быть прикреплен.
Выше были описаны осуществления осветительного устройства и способа согласно концепции настоящего изобретения, определенной в прилагаемой формуле изобретения. Их следует рассматривать только как не создающие ограничения примеры. Как понятно специалистам в данной области техники, многочисленные модификации и варианты осуществлений возможны в объеме концепции изобретения. Следует заметить, что для задач этой заявки и, в частности, применительно к прилагаемой формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов.
Реферат
Изобретение относится к осветительному устройству и способу сборки осветительного устройства, которые удовлетворяют требованиям массового производства. Технический результат – создание надежного теплового соединения подложки и теплоотводящего элемента за счет упругой силы фиксирующего механического зажима. Осветительное устройство (100) содержит по меньшей мере один источник (121) света, предназначенный для генерации света, электроизоляционный теплоотводящий элемент (111), электропроводный слой (120), механическое крепежное средство (130). Источники света расположены в контакте с электропроводным слоем. Электропроводный слой прикреплен к теплопроводящему элементу с помощью механического крепежного средства. При этом электропроводный слой сложен по оси сгиба вокруг указанного теплопроводящего элемента. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
