ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
LIGHTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к осветительной системе. Конкретно, изобретение относится к осветительной системе, содержащей светоизлучающие диоды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Доступность светоизлучающих диодов (LED), пригодных для общих целей освещения, позволяет использовать LED источники света во множестве различных ситуаций. Проектировщики во всем мире в настоящее время исследуют новые конструкции, имеющие, по возможности, минимальные размеры и минимальное напряжение управления LED. Эти признаки допускают простую интеграцию LED источников света в интерьерах (потолки, стены, напольное покрытие), в мебель или инструменты, или даже внедрение их в различные материалы, такие как пластики, стекло, кремний и бетон.
Важное ограничение для внедрения LED в материал заключается в том, что они требуют электропитания. Обычно, питание подается фиксированным проводом, или фиксированной проводной сетью. Это представляет собой гибкое решение, но требует каждый раз разработки новой проводной структуры для каждой новой формы объекта, что увеличивает стоимость и время до выхода на рынок. Поэтому, имеется потребность в решении этих проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом примере настоящего изобретения, предоставляется осветительная система. Осветительная система содержит множество дискретных светоизлучающих диодных модулей и прозрачный участок, содержащий множество дискретных светоизлучающих диодных модулей. Каждый светоизлучающий диодный модуль содержит светоизлучающий диод и, по меньшей мере, первый модульный электрод и второй модульный электрод. Первый модульный электрод имеет электрическое соединение с катодом светоизлучающего диода, и второй модульный электрод имеет электрическое соединение с анодом светоизлучающего диода. По меньшей мере, участок множества светоизлучающих диодных модулей формирует цепочку модулей, по меньшей мере, с одним модульным электродом каждого из светоизлучающих диодных модулей в цепочке, находящийся в непосредственном физическом контакте с модульным электродом светоизлучающих диодов соседнего светоизлучающего диодного модуля в цепочке так, что когда напряжение прикладывается параллельно цепочке, ток протекает через каждый светоизлучающий диодный модуль в цепочке, тем самым, активизируя светоизлучающий диод каждого светоизлучающего диодного модуля в цепочке. Осветительная система может иметь много различных форм или конструкций, без необходимости в заказном изготовлении, или даже без необходимости в системе проводного соединения светоизлучающих диодных модулей. Следовательно, проектировщики имеют больше свободы при изготовлении осветительных систем многих различных форм, причем без необходимости в рассмотрении конструкции конкретных проводных структур для каждой конкретной системы.
Множество дискретных светоизлучающих диодных модулей может быть нерегулярным образом распределено внутри прозрачного участка. При этом LED модули не должны быть как-то определенно размещены внутри системы. Это уменьшает и время, и стоимость, связанные с созданием осветительной системы.
Во втором примере настоящего изобретения, предоставляется светоизлучающий диодный модуль. Светоизлучающий диодный модуль такой, как для использования в осветительной системе первого примера. Светоизлучающий диодный модуль содержит светоизлучающий диод и, по меньшей мере, первый модульный электрод и второй модульный электрод. Первый модульный электрод имеет электрическое соединение с катодом светоизлучающего диода, и второй модульный электрод имеет электрическое соединение с анодом светоизлучающего диода. Светоизлучающий диодный модуль сконфигурирован так, что, когда один из первого и второго модульных электродов находится в непосредственном физическом контакте с модульным электродом соседнего, идентичного, светоизлучающего диодного модуля, и когда напряжение подается на светоизлучающий диодный модуль и соседний светоизлучающий диодный модуль, ток протекает через светоизлучающий диодный модуль, тем самым, активизируя светоизлучающий диод.
В первом и втором примерах, первый и второй модульные электроды могут быть предоставлены на противоположных сторонах объема светоизлучающего диодного модуля так, что ось, простирающаяся между первым и вторым модульными электродами, проходит через центральную точку объема. Это облегчает формирование проводящих каналов по всей осветительной системе.
Светоизлучающий диодный модуль второго примера, или каждый светоизлучающий диодный модуль первого примера, может содержать корпус, по меньшей мере, участок которого прозрачен, причем светоизлучающий диод заключен внутри прозрачного участка корпуса так, что свет, испускаемый светоизлучающим диодом, является обнаруживаемым снаружи корпуса. Каждый из первого и второго модульных электродов каждого светоизлучающего диодного модуля может содержать поверхностный электрод, предоставленный на внешней поверхности корпуса.
Один или каждый светоизлучающий диодный модуль может быть сконфигурирован так, что светоизлучающий диод, или второй светоизлучающий диод, активизируются, когда разность потенциалов подается между первым и вторым модульными электродами, независимо от полярности напряжения. При этом, светоизлучающие диодные модули могут не быть специально ориентированными внутри системы, чтобы позволить формирование проводящих каналов. Это может быть достигнуто снабжением одного или каждого светоизлучающего диодного модуля светоизлучающим диодом и вторым светоизлучающим диодом, причем катод светоизлучающего диода и анод второго светоизлучающего диода имеют электрическое соединение с первым модульным электродом, и катод второго светоизлучающего диода и анод светоизлучающего диода имеют электрическое соединение со вторым модульным электродом. Альтернативно, один или каждый светоизлучающий диодный модуль может содержать схему мостового выпрямителя, электрически соединенную со светоизлучающим диодом так, что светоизлучающий диод активизируется независимо от полярности разности потенциалов, поданной между первым и вторым модульными электродами. В другой альтернативе, один или каждый светоизлучающий диодный модуль может содержать интегральную схему, сконфигурированную для определения полярности разности потенциалов, предоставляемой параллельно первому и второму модульным электродам, и для направления тока от модульного электрода, имеющего более высокий потенциал, к катоду светоизлучающего диода.
Один или каждый светоизлучающий диодный модуль может содержать третий модульный электрод и четвертый модульный электрод, причем третий модульный электрод имеет электрическое соединение с катодом светоизлучающего диода и четвертый модульный электрод имеет электрическое соединение с анодом светоизлучающего диода, или третий модульный электрод имеет электрическое соединение с катодом другого светоизлучающего диода и четвертый модульный электрод имеет электрическое соединение с анодом другого светоизлучающего диода. Предоставление множественных пар электродов позволяет обеспечить большую общую площадь электродов, но также позволяет предотвратить короткие замыкания.
Модульные электроды каждого светоизлучающего диодного модуля могут содержать плоские поверхностные электроды. Это облегчает пакетирование модулей внутри системы и, таким образом, в свою очередь, облегчает передачу электропитания по всей цепочке модулей.
Один из модульных электродов каждого светоизлучающего диодного модуля может иметь вогнутую форму и другой модульный электрод одного или каждого светоизлучающего диодного модуля может иметь выпуклую форму. Это облегчает формирование надежных непосредственных физических соединений между соседними модулями и, таким образом, также облегчает передачу электропитания по всей цепочке модулей.
Один или каждый светоизлучающий диодный модуль может содержать магнитный диполь, который по существу ориентирован по оси, которая простирается между первым и вторым модульными электродами. Это способствует выравниванию друг с другом электродов соседних модулей и также обеспечивает надежное физическое соединение между электродами. При этом этот признак также облегчает передачу электропитания по всей цепочке модулей.
Осветительная система может содержать, по меньшей мере, два терминальных модуля, которые находятся в непосредственном физическом контакте со светоизлучающими диодными модулями на противоположных концах цепочки. Терминальные модули содержат модульный электрод, который находится в физическом контакте с модульным электродом светоизлучающего диодного модуля, и элемент передачи питания для приема электроэнергии от источника питания, или передачи электроэнергии на источник питания. Таким образом, может быть обеспечено питание для включения освещения модулей в цепочках, по меньшей мере, между двумя терминальными модулями.
В некоторых примерах, модульные электроды светоизлучающего диодного модуля второго примера, или каждого светоизлучающего диодного модуля первого примера, могут включать в себя слой изолирующего материала, предоставленного на них. В таких примерах, светоизлучающие диодные модули в непосредственном физическом контакте емкостным образом связаны друг с другом. Один или каждый светоизлучающий диодный модуль может включать в себя индукционную катушку для настройки резонансной частоты одного или каждого модуля. Если электропитание, которое предоставляет электрическую энергию на модули, которые находятся в непосредственном физическом контакте, управляется на резонансной частоте модулей, эффективность системы возрастает. В альтернативных примерах, индукционная катушка может быть соединена последовательно с источником электропитания.
Прозрачный участок может содержать изолирующий наполнитель, в который внедрено множество светоизлучающих диодных модулей. Совокупность объемов всех модулей может составлять более чем 25% объема осветительной системы. Изолирующий наполнитель может составлять по существу остаток от объема осветительной системы. Объем каждого модуля может быть задан как объем между модульными электродами, в котором расположен светоизлучающий диод. Совокупность объемов всех модулей может составлять между 30% и 40% от объема осветительной системы. Значение выше 25% и, при необходимости, между 30% и 40%, позволяет сформировать цепочки модулей по всей осветительной системе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более полного понимания вариантов реализации настоящего изобретения приводится нижеследующее описание с сопровождающими чертежами, на которых:
Фиг. 1A и 1B изображают схемные решения, иллюстрирующие объект изобретения;
Фиг. 2A и 2B - схематические иллюстрации LED модулей в соответствии с изобретением;
Фиг. 3А-3C - другие примеры LED модулей в соответствии с изобретением;
Фиг. 4 - пример терминального модуля в соответствии с изобретением;
Фиг. 5 - схемное решение, иллюстрирующее действие вариантов реализации изобретения;
Фиг. 6 - альтернативный пример LED модуля в соответствии с изобретением;
Фиг. 7A-7C - пример другого LED модуля в соответствии с изобретением;
Фиг. 8A и 8B - еще один LED модуль в соответствии с изобретением;
Фиг. 9A и 9B - другие LED модули в соответствии с изобретением; и
Фиг. 10 - схема цепочки LED модулей, как показано на Фиг. 9A.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В описании и на чертежах, подобные цифровые обозначения относятся к подобным же поверхностным электродам.
На Фиг. 1A и 1B показано, как изобретение использует физический эффект, известный как "перколяция (протекание)". Конкретно, изобретение использует протекание электрической энергии по случайно-сформированным проводящим каналам в изолирующем наполнителе.
На Фиг. 1 показан композитный материал, включающий в себя относительно малое число дискретных светоизлучающих диодных (LED) модулей 10, распределенных внутри материала 12 изолирующего наполнителя (или в объеме).
Хотя и не видно на Фиг. 1A, каждый из LED модулей 10 содержит, по меньшей мере, один LED и первый и второй модульные электроды. Модульные электроды состоят из электрически проводящего материала. Каждый из первого и второго модульных электродов имеет электрическое соединение, по меньшей мере, с одним из анода и катода LED. Каждый LED модуль 10 действует так, чтобы принять электрический ток от соседнего LED модуля 10, и пропустить электрический ток на соседний LED модуль 10. Два LED модуля 10 являются соседними, если модульный электрод первого модуля находится в непосредственном физическом контакте с модульным электродом второго LED модуля. Физический контакт между модульными электродами двух соседних модулей является непосредственным в том отношении, что нет никакого промежуточного материала, например, соединительного провода, между модульными электродами. LED модули 10 являются дискретными в том смысле, что прежде, чем быть смешанным с материалом 12 изолирующего наполнителя, чтобы сформировать композитный материал, они отделены, или отделяемы, друг от друга.
В композитном материале на Фиг. 1A, число LED модулей 10 на единицу объема композитного материала слишком мало. При этом, каждый модуль, или группа соседних модулей, изолирована от других модулей изолирующим материалом. При этом, не возможно для электрической энергии пройти между модулями 10 различных групп. Иначе говоря, протекание электрической энергии по всему композитному материалу 1 на Фиг. 1A оказывается не возможным.
Однако, когда число LED модулей 10 на единицу объема композитного материала достигает порога, известного как "порог протекания", целый объем композитного материала 1 заполняется сетью случайно-сформированных каналов, по которым электрическая энергия может распространяться. Эти проводящие каналы составлены цепочками соседних LED модулей 10, с электрической энергией, передаваемой от одного модуля 10 к его соседу.
Часть осветительной системы 1, в соответствии с изобретением, показана на Фиг. 1B. В осветительной системе 1 порог протекания был преодолен и, таким образом, множество различных цепочек LED модулей 10 было сформировано по всему объему композитного материала. В результате формирования этих цепочек, которые позволяют распространение электрической энергии и, поэтому, активацию LED в цепочках, композитный материал может теперь работать как осветительная система 1. Три из этих цепочек обозначены пунктирными линиями от Р1 до P3. Как можно видеть по цепочкам P2 и P3, некоторые LED модули 10 могут быть элементами множественных различных цепочек. Порог протекания обычно возникает, когда совокупный объем LED модулей 10 составляет 25-50% от объема системы 1. В большинстве случаев, порог протекания находится внутри диапазона 30-40%.
Ток не имеет возможности проходить через материал 12 изолирующего наполнителя. Материал 12 изолирующего наполнителя прозрачен настолько, что свет может через него проходить. В этой спецификации, полупрозрачность следует понимать как включающую в себя прозрачность.
Материал 12 изолирующего наполнителя может содержать твердое вещество. Материал 12 изолирующего наполнителя может содержать термореактивный, или иным образом затвердевающий или схватывающийся, материал. Материал 12 изолирующего наполнителя может содержать, например, стекло, полимер, силикон, пластик, такой как полиметиметакрилат (PMMA), поликарбонат (PC) или полиэтиленовый терефталат (PET). Материал 12 может альтернативно быть изолирующим материалом, имеющим относительно низкую прозрачность, например, гипс (штукатурный гипс) или бумага с прозрачным клеем (папье-маше). В этих примерах, материал изолирующего наполнителя может быть обозначен как содержащий модули участок осветительной системы 1, в котором содержатся модули.
Композитный материал, из которого состоит осветительная система 1, может содержать дополнительные материалы для получения специального светового эффекта. Например, частицы Окиси Титана могут быть включены для настройки степени прозрачности (конкретно, более высокая плотность окиси титана приводит к большему рассеянию и, таким образом, к меньшей прозрачности). Аналогично, могут быть включены пигменты для получения определенного цвета, или окрашенные, или отражательные, чешуи или бусы могут быть включены для предоставления эффекта мерцания.
Композитный материал, из которого состоит осветительная система 1 на Фиг. 1B, может быть создан смешиванием дискретных LED модулей 10 с прозрачным материалом 12 изолирующего наполнителя. Затем, материал может быть отлит и установлен в любую желаемую форму для формирования осветительной системы 1. Если источник питания присоединен параллельно LED модулям 10 в отдаленных от центра концах одной или нескольких цепочек (например, модулей, помеченных 10-1 и 10-2, которые находятся на отдаленных от центра концах цепочки, помеченной как Р1), модули 10 внутри цепочки(-чек) активизируется (то есть, начинают испускать свет). Поскольку материал 12 изолирующего наполнителя прозрачен, то осветительная система в целом испускает свет.
В альтернативных примерах, материал 12 наполнителя может быть флюидом (например, маслом, силиконовым маслом, или силиконовой смазкой) или газом (например, воздухом) в прозрачной оболочке или контейнере. Это позволяет осуществить динамическое формирование каналов, которое приводит к динамически проводящим каналам, которые могут быть изменены встряхиванием контейнера или оболочки, или гравитационным притяжением в течение длительного времени. В этих примерах контейнер, или оболочка, могут обозначаться как участок, содержащий модули.
В некоторых примерах, осветительная система 1 может включать в себя проводящие частицы, отличные от LED модулей так, что объединенные объемы LED модулей 10 и других проводящих частиц оказываются выше порога протекания. Это позволяет сократить число LED модулей 10, в то же самое время, поддерживая проводящие каналы через систему 1.
На Фиг. 2 показан первый пример одного из LED модулей, из показанных на Фиг. 1A и 1B.
Модуль 10A на Фиг. 1A содержит корпус 14 модуля, по меньшей мере, один LED 16, и пару модульных электродов 18-1, 18-2.
В этом примере, корпус 14 является по существу сферическим. Однако, следует заметить из более позднего описания, что корпуса модуля, имеющие другие формы могут быть использованы вместо этого. По меньшей мере, один LED 16 заключен в пределы корпуса 14. По меньшей мере, участок корпуса 14 модуля прозрачен настолько, что свет, испускаемый LED 16, является видимым вне модуля 10A. Корпус 14 модуля может состоять из отлитого изолирующего материала. Подходящие материалы включают в себя стекло, пластики, такие как PMMA, PC, PET, PVC, прозрачные керамики, типа Глинозема, или газ, например, воздух с пластиком, стеклянную или керамическую оболочку.
В некоторых примерах, корпус 14 может быть выполнен из двух сплошных или полых полусфер Глинозема. Модульные электроды 18 могут быть сформированы из металлических шаблонов, осажденных на поверхности полусфер. Глинозем имеет преимущество в том, что является очень прочным, а также теплопроводящим.
Пара модульных электродов 18-1, 18-2 подается между внешней поверхности корпуса 14 модуля. В этом примере, модульные электроды 18-1, 18-2 представляют собой поверхностные электроды. Иначе говоря, каждый из модульных электродов 18-1, 18-2 задает поверхность, имеющую площадь. Каждый из модульных электродов 18-1, 18-2 подается между отличном, отдельном участке внешней поверхности корпуса 14 модуля. Помещенные иначе, модульные электроды 18-1, 18-2 покрывают, или закрывают, различные участки поверхности корпуса 14 модуля. Модульные электроды 18-1, 18-2 могут содержать любой подходящий проводящий материал, включая в себя, но без ограничений, медь, серебро, золото, олово, алюминий, проводящую керамику, углерод, никель, титан, латунь или другие сплавы или композиты. Модульные электроды 18-1, 18-2 могут быть прозрачными и могут содержать тонкие слои или сетки, например, меди, серебра и золота или слой, например, Оксида Титана Индия (ITO).
Каждая пара модульных электродов 18-1, 18-2 подается между другой противостоящей стороной объема модуля 10A так, что ось, простирающаяся от одного модуля 18-1 до другого 18-2, проходит через, или вблизи, центральную точку объема модуля. В примере на Фиг. 2A (и фактически другие модули 10, показанные на Чертежах) объем модуля 10A разграничен электродами 18-1, 18-2 и корпусом 14 модуля. Однако, в некоторых примерных модулях, которые не включают в себя корпус модуля, объем модуля 10 может быть разграничен модульными электродами и различными LED, с различными LED, всегда находящимися внутри объема модуля.
В модуле 10A Фиг. 2A (и во многих из других модулей, показанные на Чертежах) модульные электроды 18-1, 18-2 имеют один и тот же размер. Каждый из модульных электродов 18-1, 18-2 может покрыть несколько меньше, чем половину площади внешней поверхности корпуса 14 модуля. Модульные электроды 18-1, 18-2 отличаются друг от друга так, что ток не может пройти от одного электрода 18-1 к другому 18-2 без прохождения через внутреннюю область корпуса 14 модуля.
По меньшей мере, один LED 16 размещается внутри модуля 10A так, что катод LED 16 имеет электрическое соединение с одним из модульных электродов, например, 18-1, и так, что анод LED 16 имеет электрическое соединение со вторым из пары модульных электродов, например, 18-2. Следовательно, когда напряжение подается на первый и второй модульные электроды 18-1, 18-2, ток может пройти через LED 16 в направлении от первого модульного электрода 18-1 ко второму модульному электроду 18-2.
В примере на Фиг. 2A, модуль 10A содержит множество (в этом примере - два) LED 16-1, 16-2. LED 16-1, 16-2 предоставляются в антипараллельной конфигурации. При этом, первый из модульных электродов 18-1 соединяется с катодом первого из LED 16-1 и анодом второго LED 16-2. Второй модульный электрод 18-2 соединяется с анодом первого LED 16-1 и катодом второго LED 16-2. Эта конфигурация означает, что один из LED 16-1, 16-2 активизируется независимо от направления тока через модуль 10A.
Когда множество LED 16 предоставляется внутри модуля 10, они могут быть предоставлены на дискретных LED сборках, или, вместо этого, могут быть предоставлены в единственной LED сборке, которая содержит антипараллельно соединенные сегменты кристалла-подложки.
3
Модуль 10 может иметь любой подходящий размер. Например, объем модуля 10 может составлять приблизительно 1 см. Объем модулей 10 диктует, до некоторой степени, число модулей, которое необходимо для создания проводящих каналов через объем осветительной системы 1. Как упомянуто выше, вообще говоря, 30-40% объема композитного материала, из которого состоит система 1, должны состоять из LED модулей 10. Использование больших модулей 10 позволяет уменьшить число модулей 10 и, тем самым, также снизить стоимость, связанную с созданием осветительной системы 1. Однако, размер модуля также диктует минимальные размеры для частей осветительной системы 1, отформованной из композитного материала. Иначе говоря, если используются меньшие модули, то возможны более узкие формовки. В некоторых случаях, может быть предпочтительно использовать модули 10 различных размеров. Таким образом, число требуемых модулей 10 может быть сохранено относительно малым посредством использования больших модулей 10 для больших признаков осветительной системы 1, хотя, в то же самое время, меньшие, более тонкие признаки, также становятся возможными при использовании модулей 10 меньшего размера.
Примеры различных LED модулей 10, которые описываются далее, включают в себя много подобных признаков LED модулей 10A, описанных в связи с Фиг. 2A. Эти подобия будут понятны специалистам в данной области техники из следующего описания и сопровождающих чертежей, но не могут быть явно заявлены. Однако, различия, где это необходимо, будут описаны.
Эффект предоставления освещения независимо от направления тока, текущего через модуль 10, также может быть достигнуто предоставлением мостового выпрямителя 20, в соединении с LED 16, внутри модуля 10B. Это можно видеть на Фиг. 2B. В примере на Фиг. 2B, мостовой выпрямитель 20 состоит из стандартных диодов. Однако, LED, или комбинация стандартных диодов и LED, могут быть использованы альтернативно.
В этом примере, катод первого из диодов 22-1 и анод второго из диодов 22-2 мостового выпрямителя 20 имеют электрическое соединение с первым модульным электродом 18-1. Катод третьего из диодов 22-3 и анод четвертого из диодов 22-4 имеют электрическое соединение со вторым модульным электродом 18-2. Аноды первого и третьего диодов 22-1, 22-3 соединены с катодом LED 16, и катоды второго и четвертого диодов 22-2, 22-4 мостового выпрямителя 20 имеют электрическое соединение с анодом LED 16. Таким образом, любой ток, принятый в любом из первого и второго модульных электродов 18-1, 18-2 вынужден течь к катоду LED 16. При этом, LED 16 активизируется, независимо от направления текущего тока через модуль 10B.
Диоды 22, из которых составлен мостовой выпрямитель 20, могут быть отдельными компонентами, могут альтернативно быть объединены на единственном кремниевом элементе, имеющем множественные выводы, или могут быть объединены с пакетом, в котором предоставляется LED 16.
Как будет ясно специалистам в данной области техники, преимущества получаются от модульных электродов 18, являющихся по возможности наибольшими. Конкретно, увеличивая площадь поверхности модульных электродов 18, увеличивается вероятность того, что когда два различных модуля 10 входят в физический контакт, модульный электрод 18 из одного из модулей будет в непосредственном физическом контакте с модульным электродом 18 соседнего модуля 10. Однако, это также увеличивает вероятность того, что модульные электроды 18 двух различных модулей 10 войдут в непосредственный физический контакт с тем же самым модульным электродом 18 третьего модуля. В этой ситуации, вместо того, чтобы течь через третий модуль, ток может течь от первого модуля только через модульный электрод третьего модуля ко второму модулю. При этом, LED третьего модуля не может быть активизирован. Эта ситуация далее обозначается как короткое замыкание, и может быть не желательной.
Таким образом, должно быть ясно, что размер модульных электродов 18 может быть идеально выбран так, чтобы в максимально возможной степени максимизировать вероятность того, что модульные электроды двух соседних модулей будут в контакте, но в то же самое время в максимально возможной степени минимизируя вероятность того, что произойдут короткие замыкания.
Оказывается возможным увеличить полную площадь электродов 18 модуля, и в то же самое время сохранить вероятность короткого замыкания на приемлемом уровне, предоставляя множество пар модульных электродов 18. Это можно видеть на Фиг. 3A, на котором модуль 10С содержит две пары модульных электродов, 18-1A, 18-2A и 18-1В, 18-2B. В этом примере, модуль содержит два мостовых выпрямителя 20-1, 20-2 вместе с единственным LED 16. При этом, независимо от полярности модульных электродов, ток всегда вынужден течь к катоду светоизлучающего диода.
На Фиг. 3B показан альтернативный пример модуля 10D, имеющего множества пар модульных электродов 18-lA, 18-2A и 18-1В, 18-2B. В этом примере, каждая пара, 18-1A, 18-2A и 18-1В, 18-2B имеют электрическое соединение с антипараллельной парой LED 16-1A, 16-2A и 16-1B, 16-2B.
На Фиг. 3C изображен другой альтернативный пример модуля 10E, включающего в себя множественные пары модульных электродов, 18-lA, 18-2A и 18-1В, 18-2B. В этом примере, модуль 10E содержит интегральную схему 24 и единственный LED 16. Анод и катод LED 16 соединяются с интегральной схемой, как каждый из модульных электродов, 18-lA, 18-2A и 18-1В, 18-2B. Интегральная схема 24 действует так, чтобы направить весь ток через LED 16 в направлении от модульного электрода 18, имеющего наибольший потенциал, на модульный электрод, имеющий наименьший потенциал (то есть, один из модульных электродов 18, который находится в контакте с соседним модулем 10E). Предоставление интегральной схемы 24 внутри модуля может позволить дополнительные функциональные возможности, например, индивидуальную адресуемость и затемнение LED 16.
На Фиг. 3А-3C, каждый из модулей 10 показан как включающий в себя только две пары модульных электродов, 18-lA, 18-2A и 18-1В, 18-2B. Однако, модули 10 могут включать в себя больше чем две пары. Кроме того, хотя размер и форма модульных электродов изображены как одинаковые, другие размеры и форма модульных электродов 18 могут быть использованы альтернативно. Например, модульные электроды 18 могут быть двух различных форм, образуя мозаику, чтобы покрыть по существу всю внешнюю поверхность корпуса 14 модуля. Таким образом, составная площадь модульных электродов оказывается максимизированной, но вероятность коротких замыканий остается малой, поскольку каждый отдельный модульный электрод 16 относительно мал.
Следует отметить, что интегральная схема 24 на Фиг. 3C может быть использована в модуле 10, содержащем больше чем один LED 16 и/или единственную пару модульных электродов 18.
На Фиг. 4 изображен пример модуля 26 другого типа в соответствии изобретением. Модуль 26 на Фиг. 4 далее обозначается как терминальный модуль.
Терминальный модуль 26 содержит корпус 14 модуля, и в этом примере два LED 16 предоставлены внутри корпуса 14. В других примерах, терминальный модуль 26 может содержать нулевые или множественные LED 16. Терминальный модуль 26 также содержит, по меньшей мере, один модульный электрод 18. Кроме того, терминальный модуль 26 также содержит соединитель 28 драйвера для соединения со схемой драйвера (не показана). Схема драйвера действует для предоставления питания на терминальный модуль 26, через соединитель 28 драйвера, на подходящих частоте, напряжении, токе и т.д. В этом примере, соединитель 28 драйвера содержит просто провод. Однако, следует понимать, что соединитель 28 драйвера может альтернативно содержать гнездо для приема разъемного соединения. Соединитель 28 драйвера имеет электрическое соединение, по меньшей мере, с одним диодом 16. Конкретно, в этом примере, терминальный модуль 26 содержит два LED 16-1, 16-2, и соединитель 28 драйвера имеет электрическое соединение с анодом первого из LED 16-1 и катодом второго из LED l6-2. Анод второго LED 16-2 и катод первого LED 16-1 имеет электрическое соединение с модульным электродом 18.
Терминальный модуль 26 может также содержать приемник для беспроводной передачи питания. Это позволяет осветительным системам обходиться без торчащих силовых кабелей. Кроме того, это позволяет свободно размещать и/или ориентировать осветительную систему 1 (в примерах, в которых предоставляются множественные беспроводные приемники питания для осветительной системы 1).
Терминальный модуль 26 может включать в себя одну или более дополнительных пар поверхностных электродов (не показаны) в дополнение к мостовому выпрямителю (не показан) или интегральной схеме (не показана) для направления тока прямо на, или от соединителя 28 драйвера и через один или несколько LED 16.
На Фиг. 5 изображена цепочка модулей 10, причем модульные электроды 18 каждого из модулей 10 в отдаленных от центра концах цепочки находятся в непосредственном физическом контакте с модульным электродом 18 другого терминального модуля 26.
Осветительная система 1 в соответствии с изобретением может включать в себя терминальные модули 26, расположенные в противоположных концах системы. Позиционирование терминальных модулей 26 обеспечивает определенное управление по каналам, которые используются для передачи электрической энергии. Более определенно, электрическая энергия передается через канал, который обеспечивает наименьшее сопротивление. При этом, вероятно, что LED модули, предоставленные в области осветительной системы 1, которая находится по существу между двумя окончаниями 26, будут освещенными.
Осветительная система 1 может включать в себя больше чем два терминальных модуля 26, помещенных в любое подходящее местоположение внутри системы. Управляя протеканием тока от схемы драйвера на одну или несколько пар терминальных модулей 26, эффекты освещения могут быть достигнуты, вынуждая ток течь вдоль различных цепочек модулей 10 по всему объекту. Кроме того, предоставление больше чем двух терминальных модулей 26 обеспечивает надежность, позволяя использовать различные цепочки модулей, если некоторые цепочки не функционируют хорошо. В некоторых примерах, терминальные модули 26 могут быть расположены на периферии системы. В других примерах один или несколько терминальных модулей 26 могут быть помещены в центральные области системы, и один или несколько других терминальных модулей 26 могут быть помещены на периферию. Например, единственный терминальный модуль 26 может быть расположен в центре системы и множественные модули могут быть расположены вокруг периферии. В таком примере, проводящие каналы могут начинаться в центре системы и простираться по направлению к краям.
Схема драйвера (не показана) может быть отформована внутри системы так, что только единственный провод должен исходить от системы так, чтобы подключить схему драйвера к электропитанию 27, например, к электрической сети.
Формирование проводящих каналов через осветительную систему 1 зависит от случайного, непосредственного физического контакта между модульными электродами 18 двух соседних модулей 10. Этот непосредственный, физический контакт может иногда прерываться. Для выполнения этого, для модульных электродов 18 может быть применена асимметрично проводящая серебряная паста. Эта паста может содержать приблизительно 20% серебряных частиц в прозрачном, при необходимости, связывающем материале. Когда два модульных электрода 18 с имеющейся на них пастой находятся в непосредственном, физическом контакте друг с другом, серебряный контакт формируется на температурном этапе 120°C.
Целостность передачи электрической энергии между двумя соседними модулями может также быть обеспечена или улучшена другими способами. На Фиг. 6-8 показаны LED модули 10, которые могут обеспечить улучшенное распространение электрической энергии (или электроэнергии) вдоль одной или нескольких цепочек модулей 10.
На Фиг. 6 показан модуль 10F, который является по существу тем же самым, что и показанный на Фиг. 2A. Однако, на Фиг. 6 модуль 10F включает в себя постоянный магнитный диполь. Магнитный диполь ориентирован по оси, простирающейся между двумя модульными электродами 18. Магнитный диполь могут быть обеспечен постоянным дипольным магнитом, включенным в пределы корпуса 14. Присутствие магнитного диполя, ориентированного по оси между двумя модульными электродами 18-1, 18-2, приводит к выравниванию между собой соседних модулей так, что их модульные электроды 18 входят в физический контакт друг с другом. Кроме того, когда два модульных электрода 18, имеющие противоположные полюса, входят в непосредственный физический контакт, магнитное притяжение приводит к формированию сильного физического контакта между модульными электродами 18. Магнитоиндуцированное выравнивание модулей также снижает вероятность возникновения коротких замыканий.
Модуль 10F на Фиг. 6 может альтернативно содержать только один LED 16. Магнитные полюса могут способствовать выравниванию соседних модулей 10F так, что каждый модуль в цепочке корректно ориентирован так, что модульный электрод катода (то есть модульный электрод, который имеет электрическое соединение с катодом LED 16) обращен к модульному электроду 18 анода соседнего модуля 10F. Следовательно, электрическая энергия имеет возможность течь вдоль цепочки модулей, без препятствий со стороны неправильно ориентированных модулей.
Использование намагниченных модулей 10F вызывает некоторую степень самоорганизации или самоориентации модулей 10F. При этом намагничивание способствует формированию модульных цепочек. Следовательно, меньше модулей 10 может требоваться, чтобы достигнуть порога протекания, где электрическая энергия имеет возможность течь по цепочкам модулей.
Намагниченные модули 10F внутри осветительной системы в соответствии с изобретением могут быть ориентированы приложенным внешним магнитным полем, приложенным до, или в течение процесса формования.
Хотя и не показано, следует отметить, что намагниченные модули 10F на Фиг. 6 могут содержать один или несколько из множества пар модульных электродов 18, мостовой выпрямитель 20 и интегральную схему 24, как описано в связи с Фиг. 3A-3C.
На Фиг. 7A и 7B показаны схематические трехмерные виды и виды сечения альтернативного LED модуля 10G. Этот модуль 10G, а также показанный на Фиг. 8 модуль, имеют физическую форму, которая адаптирована для способствования формированию соединений между модульными электродами 18 соседних модулей 10G и также для способствования предотвращению коротких замыканий.
Модули на Фиг. 7A и 7B включают в себя два противоположных плоских поверхностных электрода. В этом примере, модули 10G представляют собой уплощенные цилиндры, причем высота цилиндра (то есть расстояние между плоскими поверхностями) - меньше, чем диаметр цилиндра. Наличие плоских поверхностных электродов способствует организованной ориентации модулей 10G в ряды модулей, как можно видеть на Фиг. 7C.
Модульные электроды 18-1, 18-2 предоставляются на плоских поверхностях модуля 10G. Полезный поток электрической энергии (то есть электрической энергии, которая вызывает активацию LED 16) будет преобладать в направлении между рядами модулей 10G в вертикальном направлении (см. Фиг. 7C), тогда как распространение электрической энергии в горизонтальном направлении будет преимущественно происходить вследствие коротких замыканий. Предоставляя терминальные модули на верхней и нижней границе системы, электрическая энергия может быть вынуждена течь, главным образом, в вертикальном направлении между рядами вдоль цепочек модулей, тем самым, вызывая освещение LED. Самовыравнивание в рядах может быть облегчено встряхиванием модулей 10G до, или в течение формования.
Как показано на Фиг. 7C, два LED 16 могут быть предоставлены в антипараллельной конфигурации внутри модуля 10G. Альтернативно, один или несколько LED 16 могут быть предоставлены наряду с одним или несколькими мостовыми выпрямителями или интегральной схемой, так, как это показано на Фиг. 3B. Кроме того, модуль 10G может содержать множественные пары модульных электродов 18.
Хотя в примере Фиг. 7 модули имеют форму диска, должно быть ясно, что модули могут иметь другие формы. Например, модули 10F могут быть кубическими.
В соответствии с другими примерами, формирование цепочек модулей 10 может быть облегчено модулями 10, в которых один модульный электрод пары является вогнутым, а другой - выпуклым. При этом, выпуклый модульный электрод модуля может находиться внутри вогнутых модульных электродов соседнего модуля. Модули, такие как эти, могут быть более вероятно корректно ориентированы сами по себе, и физический непосредственный контакт между модульными электродами может быть более надежным.
На Фиг. 8 приведена иллюстрация модуля 10Н, который включает в себя выпуклые и вогнутые модульные электроды. Конкретно, модули 10Н представляют собой тетраэдры, содержащие четыре выпуклости 30, на которых могут быть предоставлены модульные электроды, и четыре выемки 32, в которых предоставляются другие модульные электроды. Может быть использована любая подходящая конфигурация LED (не показана).
Форма модуля 10Н позволяет осуществить надежное взаимное соединение между модулями причем, выпуклость одного модуля предоставляется в выемке соседнего модуля. Это можно видеть на Фиг. 8B, на котором показано два модуля 10Н цепочки.
В некоторых примерах, модули могут иметь такую форму, что выпуклые и вогнутые модульные электроды сцепляются полупостоянно (то есть, посредством плотной посадки или "посадки со щелчком"). Цепочки таких модулей могут быть собраны до смешивания с изолирующим материалом.
Альтернативно, самовыравнивание модулей 10 может быть предоставлено посредством использования поверхностной обработки модулей или модульных электродов. Например, к модулям 10 может быть применено гидрофобное покрытие, и наполнитель 12 может быть на основе воды. Это увеличивает вероятность того, что модули войдут в непосредственный физический контакт.
В описанных выше примерах, модули 10 содержат корпус 14, модульные электроды 18, предоставляемые на поверхности корпуса 14. Однако, некоторые модули могут обойтись без корпуса. Как отмечено выше, объем модуля, который может быть использован в определении порога протекания композитного материала, разграничен местоположением модульных электродов и местоположением LED, которые предоставляются внутри объема. В таких примерах, размер (или объем) модулей может быть увеличен, продлением модульных электродов еще дальше от многих LED модуля. В таких вариантах реализации, модульные электроды могут содержать провода, или поверхностные электроды любой подходящей формы.
В других примерах, размер модулей может быть увеличен, располагая модуль внутри дополнительной прозрачной оболочки. Оболочка имеет внутренние электроды, которые входят в физический контакт с модульными электродами модуля внутри оболочки. Оболочка также имеет внешние электроды, которые имеют электрическое соединение с внутренними электродами, и которые составляют модульные электроды новых, увеличенных модулей.
Терминальные модули, хотя показаны только как по существу сферические (на Фиг. 4 и 5), могут иметь любую подходящую форму, и могут быть по существу той же самой формы, что и LED модуль, с которым они используются.
На Фиг. 9 показан вид сечения с помощью другого примера LED модуля 10I. Модуль 10I сконфигурирован для приема электрической энергии от, и для передачи электрической энергии соседним модулям 10I, используя емкостную связь между модулями 10I. В этом примере, модульные электроды 18 включают в себя предоставленный на них тонкий слой изолирующего материала 36. Этот слой изолирующего материала 36 служит для того, чтобы когда модульные электроды 18 двух различных модулей 10I находятся в непосредственном физическом контакте, электрический заряд не имел бы возможность пройти от одного модульного электрода 18 к другому. Вместо этого, формируется полярность, с одним из двух модульных электродов 18, приобретающим отрицательный заряд, и другим - приобретающим положительный заряд. Это происходит по всей цепочке модулей и, когда электроны перемещаются через отдельные модули 10I к положительно-заряженному модульному электроду 18 соседнего модуля, по меньшей мере, один из, по меньшей мере, из светоизлучающих диодов 16-1, 16-2, становится активизированным.
Изолирующий слой 36 может быть целиком сформирован с корпусом модуля 14. Иначе говоря, проводящая часть 18 модульных электродов может быть внедрена в пределы корпуса 14 так, что слой материала, из которого состоит корпус, подается между поверхностью проводящей части 18. В других примерах, включающих в себя модули, которые не включают в себя корпус 14, изолирующий слой 36 может просто быть покрытием изолирующего материала, предоставляемым на поверхности проводящей части модульного электрода 18. Изолирующий слой 36 может содержать, например, стекло, полимер, силикон, пластик, например, PMMA, PC или PET, керамику или другой диэлектрический материал. Слой изолирующего материала 36 может составлять, например между 0,001 мм и 1 мм по толщине.
На Фиг. 10 показана цепочка емкостным образом связанных модулей 10I, и также полярности, сформированные между модульными электродами 18 соседних модулей 10I в конкретный момент времени. Очевидно, если полярность источника 27 питания переменного тока изменяется, то также происходит и с полярностью модульных электродов.
В примере на Фиг. 10, источник 27 электропитания соединяется последовательно с индукционной катушкой 28. Индуктивность индукционной катушки 28 выбирается в комбинации с частотой источника 27 питания переменного тока так, чтобы цепочка модулей 10I управлялась на резонансной частоте. Это увеличивает эффективность емкостным образом связанной цепочки модулей.
На Фиг. 10, терминальные модули 38, которые присоединены, или связаны, с источником 27 питания переменного тока, могут быть по существу теми же самыми, что и описанные в связи с Фиг. 4, но могут включать в себя слой изолирующего материала 36, предоставленный на проводящей части 18 модульного электрода.
На Фиг. 9B показан альтернативный пример емкостным образом связанного модуля 10I из Фиг. 9A. В этом примере, модуль 10J включает в себя индукционную катушку 36 для настройки резонансной частоты модуля 10J на частоту источника 27 питания переменного тока.
Хотя явно не показано на чертежах, должно быть ясно, что емкостным образом связанные модули 10I, 10J (то есть те, которые содержат модульные электроды, включающие в себя слой изолирующего материала 36) могут включать в себя некоторые из признаков модулей, описанных в связи с Фиг. 2B, 3A, 3B, 6, 7A-7C, и 8A-8B. При этом, емкостным образом связанные модули могут включать в себя планарные модульные электроды, намагниченные модульные электроды, вогнутые-выпуклые соответствующие модульные электроды, мостовые выпрямители, интегральную схему, и множественные пары модульных электродов. Кроме того, терминальные модули 38 могут быть приспособлены для беспроводного приема электропитания от источника 27 электропитания. В некоторых примерах, любой из модулей, описанных в связи с Фиг. 1-8, может быть преобразован для емкостной связи, размещением его внутри дополнительной оболочки, в которой проводящие части модульных электродов оболочки находятся в электрическом контакте с модульными электродами 18 модуля, но которые покрыты слоем изолирующего материала.
Следует отметить, что термин "содержащий" не исключает другие поверхностные электроды или этапы, и что выражения в единственном числе не исключают множества. Единственный процессор может выполнить функции нескольких элементов, обозначенных в пунктах формулы. Тот факт, что некоторые параметры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что комбинация этих параметров не может быть использована для получения преимущества. Любые обозначения в пунктах формулы не должны быть рассмотрены как ограничение объема притязаний формулы.
Хотя пункты формулы были сформулированы в этой заявке для конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что объем притязаний раскрытия настоящего изобретения также включает в себя любые новые признаки или любые новые комбинации признаков, раскрытых здесь или явно или неявно, или любые их обобщения, независимо от того, относятся ли они к тому же самому изобретению, как это сформулировано в каком-либо пункте формулы, и независимо от того, смягчает ли какую-либо, или все, из тех же самых технических проблем, к которым относится настоящее изобретение. Заявители, тем самым, отмечают, что новые пункты формулы могут быть сформулированы в дополнение к таким признакам и/или комбинациям признаков во время рассмотрения настоящей заявки или какой-либо дополнительной заявки, полученной из данной заявки.
Другие модификации и вариации, находящиеся внутри объема притязаний пунктов формулы в дальнейшем будут очевидны специалистам в данной области техники.