НЕПОСРЕДСТВЕННО ВИДИМОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ СИД (СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ) С ОДНОРОДНЫМ ВНЕШНИМ ПРЕДСТАВЛЕНИЕМ СВЕЧЕНИЯ
DIRECTLY VISIBLE LIGHTING DEVICE BASED ON LED (LIGHT EMITTING DIODE) WITH HOMOGENEOUS EXTERNAL LIGHTNING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам и способам обеспечения смешанного света СИД источниками света. В частности, различные способы и устройства в соответствии с изобретением, раскрытые в настоящей заявке, относятся к формированию света, который является, по существу, однородным по яркости и цвету, от непосредственно видимого осветительного устройства на основе СИД со смешением цветов.
Уровень техники
Цифровые технологии освещения, т.е. освещение на основе полупроводниковых источников света, например светоизлучающих диодов (СД), предлагает конкурентную замену традиционным люминесцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности (HID) и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИД включают в себя высокие коэффициенты преобразования энергии и оптической эффективности, долговечность, низкие эксплуатационные затраты и многие другие. Последние достижения в технологии СИД обеспечили эффективные и надежные полноспектральные источники освещения, которые делают возможными множество различных эффектов освещения во многих областях применения. Некоторые из световых приборов, реализующих данные источники, содержат осветительный модуль, содержащий, по меньшей мере, один СИД, способный создавать разные цвета, например красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления выходным излучением СИД, чтобы создавать множество разных цветов и осветительные эффекты с изменением цвета, например, подобные описанным в патентах США №№ 6,016,038 и 6,211,626, включенных в настоящую заявку путем отсылки.
Осветительные приборы (или «осветительные устройства»), использующие множество СИД, часто имеют, по меньшей мере, одно локальное яркое пятно (например, локальные зоны значительно увеличенной яркости), которое заметно вследствие точечного характера СИД как источника. Например, непосредственно видимые осветительные СИД приборы, реализующие СИД, часто содержат несколько видимых локальных ярких пятен, соответствующих местоположению СИД в осветительном приборе. Кроме того, многоканальные осветительные приборы, реализующие несколько цветов СИД из множества различных цветов, часто имеют, по меньшей мере, одно локальное цветное пятно (например, локальные зоны зрительно разных цветов) из-за разных цветов СИД. Например, многоканальные непосредственно видимые осветительные приборы, реализующие СИД, часто содержат несколько заметных локальных цветных пятен, соответствующих местоположениям различных цветов СИД. Данные яркие пятна и/или цветные пятна могут создавать эстетически нежелательное внешнее представление, когда осветительный прибор можно видеть непосредственно, и/или могут создавать нежелательные характеристики освещения в местоположении, освещаемом осветительным прибором.
Таким образом, для многих осветительных СИД устройств, способных вырабатывать свет в конкретных цветных точках и с конкретными цветовыми температурами, желательно соответствующим образом смешивать световой выход упомянутых LED перед выходом выходного светового потока их осветительного СИД прибора. Соответствующее смешение СИД может ослабить присутствие любой нежелательной хроматической неоднородности в выходном световом потоке осветительного прибора и обеспечить более желательные характеристики выходного светового потока. При реализации решений смешения во многих осветительных приборах используют несколько крупных камер смешения и/или обеспечивают освещение только из единственного планарного отверстия для выходного светового потока. Данные конфигурации могут приводить к нежелательно крупногабаритным решениям смешения и/или решению смешения с ограниченной пользой.
Кроме того, различные методы, разработанные для смешения света из СИД источников света в поле дальней зоны, т.е. при освещении удаленной поверхности светом, имеющим однородные яркость или цвет, не удовлетворяют требованиям к смешению цветов, однородности или внешнему представлению свечения непосредственно видимого осветительного устройства. В частности, одна важной характеристикой непосредственно видимого осветительного устройства является однородное внешнее представление поверхности, которая испускает свет. Однородное внешнее представление является таким представлением, в котором отсутствуют яркие или темные зоны или неравномерности цвета в свете, например зеленоватые или розоватые пятна. В предпочтительном варианте, наблюдатель должен быть лишен способности различать отдельные источники света (или их ряды) или различать отдельные цвета (например, красный, зеленый или синий) просто при взгляде на осветительное устройство.
Однородность цвета важна потому, что архитекторы и художники по свету отходят на большие расстояния для скрытия отдельных ярких пятен и неравномерностей цвета на осветительных устройствах для эстетической привлекательности. Например, световые приборы можно устанавливать в выемке (или на дополнительном расстоянии от стены), чтобы убрать эффекты неровности краев и прямой яркий свет. Ценность изделия, которое создает однородный цвет на стенке, значительно снижается, когда осветительное устройство проявляет выделяющиеся неоднородности цвета или яркости, которые требуется скрывать с использованием других методов.
Дискретный характер цветных СИД источников света, применяемых в осветительных устройствах, осложняет обеспечение однородной яркости и цвета для непосредственно видимых осветительных СИД устройств.
Следовательно, в технике существует потребность в обеспечении непосредственно видимого осветительного СИД устройства, производящего удовлетворительное смешение выходного светового потока из множества СИД, чтобы светоизлучающая поверхность упомянутого устройства представлялась, по существу, однородной по яркости и цвету, и которое может дополнительно устранить, по меньшей мере, один недостаток существующих решений смешения.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к новаторским способам и устройствам для получения смешанного света в непосредственно видимом осветительном СИД устройстве, который является, по существу, однородным по яркости и цвету. Заявители настоящего изобретения установили, что однородность светоизлучающей поверхности непосредственно видимого устройства можно повысить посредством перенаправления, по существу, всего выходного светового потока из СИД упомянутого устройства от внутренней отражательной поверхности, по меньшей мере, один раз перед выходом света из осветительного СИД устройства.
Например, в некоторых вариантах осуществления, предлагается осветительное СИД устройство, которое содержит корпус, содержащий отверстие для выходного светового потока, отражающую внутреннюю поверхность, рассеивающую покровную линзу на отверстии для выходного светового потока и множество оптических элементов, которые сконфигурированы с возможностью перенаправления выходного светового потока из множества СИД внутри осветительного устройства к отражающей внутренней поверхности, который, иначе, падал бы непосредственно на рассеивающую покровную линзу.
В общем, в одном аспекте обеспечивается осветительное СИД устройство, которое содержит корпус, содержащий отверстие для выходного светового потока, опорную площадку для СИД, обращенную к упомянутому отверстию для выходного светового потока, и множество диффузно отражающих стенок, продолжающихся между упомянутой опорной площадкой для СИД и упомянутым отверстием для выходного светового потока. Осветительное устройство содержит также множество СИД, прилегающих к опорной площадке для СИД, множество заграждающих оптических элементов, обеспеченных, каждый, над одним из СИД и рассеивающую покровную линзу, обеспеченную на отверстии для выходного светового потока. Каждый из СИД селективно вырабатывает выходной световой поток СИД, содержащий компоненту, исходящую непосредственно к упомянутому отверстию для выходного светового потока. Каждый из упомянутых заграждающих оптических элементов перенаправляет, по меньшей мере, компоненту выходного светового потока СИД одного из СИД к, по меньшей мере, одной из упомянутых диффузно отражающих стенок.
В некоторых вариантах осуществления, диффузно отражающие стенки расположены прямоугольно.
В некоторых вариантах осуществления, опорная площадка для СИД является плоской. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, диффузно отражающие стенки расположены прямоугольно.
В некоторых вариантах осуществления, рассеивающая покровная линза обеспечена сверху диффузно отражающих стенок. Кроме того, опорная площадка для СИД может содержать множество отверстий, вмещающих на проход упомянутые СИД и/или может быть диффузно отражающей.
В некоторых вариантах осуществления, заграждающие оптические элементы содержат оптические элементы с боковым направлением излучения.
В общем, в другом аспекте обеспечивается осветительное СИД устройство, которое содержит корпус, содержащий опорную площадку для СИД, диффузно отражающую внутреннюю поверхность, продолжающуюся вверх от опорной площадки для СИД и окружающую упомянутую площадку, и отверстие для выходного светового потока. Осветительное СИД устройство содержит также множество СИД, прилегающих к опорной площадке для СИД. СИД содержат СИД первого цвета и СИД второго цвета и селективно вырабатывают выходной световой поток СИД, содержащий компоненту, исходящую непосредственно к упомянутому отверстию для выходного светового потока. Осветительное СИД устройство содержит также множество заграждающих оптических элементов, обеспеченных над СИД и перенаправляющими, по меньшей мере, компоненту выходного светового потока СИД из СИД к диффузно отражающей внутренней поверхности. Осветительное СИД устройство содержит также рассеивающую покровную линзу, обеспеченную на отверстии для выходного светового потока.
В некоторых вариантах осуществления, диффузно отражающая внутренняя поверхность содержит множество прямоугольно расположенных стенок. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, опорная площадка для СИД является плоской. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, опорная площадка для СИД обеспечена у дна диффузно отражающей внутренней поверхности.
В некоторых вариантах осуществления, заграждающие оптические элементы содержат, по меньшей мере, один отдельный оптический элемент, обеспеченный над одним из упомянутых СД.
В некоторых вариантах осуществления, рассеивающая покровная линза обеспечена сверху диффузно отражающей внутренней поверхности.
В некоторых вариантах осуществления, СИД содержат СИД третьего цвета и СИД четвертого цвета.
В некоторых вариантах осуществления, СИД обеспечены в, по меньшей мере, первом продольно продолжающемся ряду и соседнем втором продольно продолжающемся ряду. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, СИД в первом продольно продолжающемся ряду смещены по положению от СИД второго продольно продолжающегося ряда в направлении по длине рядов.
В общем, в другом аспекте обеспечивается способ получения однородного внешнего представления свечения в осветительном СИД устройстве, при этом способ содержит следующие этапы: перенаправляют, по существу, весь непосредственно видимый выходной световой поток из множества СИД к диффузно отражающей внутренней поверхности, окружающей СИД, причем непосредственно видимый выходной световой поток является выходным световым потоком из СИД, который испускается непосредственно к рассеивающей линзе; диффузно отражают, по существу, весь выходной световой поток из СИД на диффузно отражающей внутренней поверхности; и пропускают выходной световой поток сквозь рассеивающую линзу после диффузного отражения, по существу, всего выходного светового потока из СИД на диффузно отражающих внутренних поверхностях.
В некоторых вариантах осуществления, СИД являются многоканальными СИД.
В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно содержит этап установки осветительного прибора таким образом, чтобы рассеивающая линза была непосредственно видимой.
В некоторых вариантах осуществления, этап перенаправления, по существу, всего непосредственно видимого выходного светового потока из множества СИД к диффузно отражающей внутренней поверхности, окружающей СИД, содержит перенаправление, по существу, всего непосредственно видимого выходного светового потока из одного из СИД ко всем из множества диффузно отражающих внутренних поверхностей диффузно отражающей внутренней поверхности.
В целях настоящего раскрытия, термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы с инжекцией носителей заряда/p-n-переходом, которая способна генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин СИД включает в себя, но без ограничения, различные полупроводниковые структуры, которые излучают под действием тока, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСД), электролюминесцентные ленты и т.п. В частности, термин СИД относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органическое светоизлучающие диоды), которые можно сконфигурировать с возможностью генерации излучения в, по меньшей мере, одном спектре из спектра инфракрасного излучения, спектра ультрафиолетового излучения и различных участков спектра видимого излучения (в общем, содержащего длины волн излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИД включают в себя, но без ограничения, различные типы инфракрасных СИД, ультрафиолетовых СИД, красных СИД, синих СИД, зеленых СИД, желтых СИД, желтых СИД с янтарным оттенком, оранжевых СИД и белых СИД (дополнительно рассмотренных ниже). Следует понимать, что СИД могут быть сконфигурированы и/или работать с управлением для генерации излучения, имеющего различные значения ширины полосы частот (например, значения полной ширины на полувысоте или FWHM) для данного спектра (например, узкую полосу частот, широкую полосу частот) и множество различных преобладающих длин волн в пределах данной общей цветовой категории.
Например, одна реализация СИД, сконфигурированного с возможностью создания, по существу, белого света (например, белый СИД), может содержать несколько кристаллов, которые соответственно излучают разные спектры электролюминесценции, которые в сочетании смешиваются для формирования, по существу, белого света. В другой реализации, СИД белого света может быть связан с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере данной реализации, электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкополосный спектр, «накачивает» кристаллический люминофор, который, в свою очередь, излучает излучение с большей длиной волны, имеющее несколько более широкий спектр.
Следует также понимать, что термин СИД не ограничивает физический и/или электрический тип корпуса СИД. Например, как рассмотрено выше, СИД может означать одно светоизлучающее устройство, содержащее несколько кристаллов, которые сконфигурированы с возможностью соответствующего излучения разных спектров излучения (например, которыми можно или нельзя управлять по отдельности). Кроме того, СИД может быть связан с люминофором, который считается нераздельной частью СИД (например, некоторых типов белых СИД). В общем, термин СИД может означать корпусные СИД, бескорпусные СИД, СИД для поверхностного монтажа, СИД для монтажа на печатной плате, СИД для монтажа в Т-образном корпусе, СИД в радиальных корпусах, СИД в силовых блоках, СИД, содержащие корпус некоторого типа и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу) и т.п.
Термин «источник света» следует понимать, как относящийся к любому, по меньшей мере, одному из множества различных источников излучения, включая, но без ограничения, СИД источники (содержащие, по меньшей мере, один вышеописанный СД), источники с нитью накала (например, лампы с нитями накала, галогенные лампы), люминесцентные источники, фосфоресцентные источники, газоразрядные источники высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные лампы и металлогалоидные лампы), лазеры, электролюминесцентные источники других типов, пиролюминесцентные источники (например, конусы пламени), кандолюминесцентные источники (например, газокалильные сетки, угольно-дуговые источники излучения), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодолюминесцентные источники, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кинолюминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
Данный источник света может быть сконфигурирован с возможностью генерации электромагнитного излучения в видимом диапазоне спектра, вне видимого диапазона спектра или и в диапазоне, сочетающем оба упомянутых диапазона спектра. Следовательно, в настоящей заявке термины «свет» и «излучение» используются взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один или несколько фильтров (например, цветных фильтров), линзы и другие оптические компоненты. Следует также понимать, что источники света могут быть сконфигурированы для множества различных применений, в том числе, но без ограничения, индикации, визуального представления или освещения. «Источник освещения» является источником света, который сконфигурирован с возможностью генерации излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В данном контексте, выражение «достаточная интенсивность» означает достаточную мощность излучения в видимом диапазоне спектра, создаваемую в пространстве или окружающей среде (для представления суммарного выходного светового потока от источника света во всех направлениях часто используют единицу измерения «люмен» для выражения мощности излучения или «светового потока»), для обеспечения внешнего освещения (то есть, свет, который может восприниматься опосредованно, и который может, например, отражаться от, по меньшей мере, одной из множества различных поверхностей, находящихся на пути его распространения, прежде чем будет воспринят полностью или частично).
Термин «спектр» следует понимать как относящийся к, по меньшей мере, любой одной частоте (или длине волны) излучения, вырабатываемого, по меньшей мере, одним источником света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимом диапазоне, но также к частотам (или длинам волн) инфракрасного, ультрафиолетового и других участков всего электромагнитного спектра. Кроме того, данный спектр может иметь относительно узкую ширину полосы частот (например, FWHM (полная ширина на полувысоте) включает, по существу, всего лишь несколько компонентов частот или длин волн) или относительно широкую ширину полосы частот (несколько компонентов частот или длин волн, имеющих различную относительную интенсивность). Следует также отметить, что данный спектр может быть получен в результате смешения, по меньшей мере, двух других спектров (например, смешения излучения, соответственно испускаемого несколькими источниками света).
В целях настоящего раскрытия изобретения, термин «цвет» применяется взаимозаменяемо с термином «спектр». Однако в общем случае термин «цвет» применяется главным образом для обозначения свойства излучения, которое может восприниматься наблюдателем (хотя данное применение не предполагает ограничения содержания данного термина). Соответственно, термин «разные цвета» по смыслу относится к нескольким спектрам, содержащим компоненты с разными длинами волн и/или значениями ширины полосы частот. Следует также понимать, что термин «цвет» может быть применен в связи как с белым, так и небелым светом.
Термин «цветовая температура» в настоящей заявке обычно применяется в связи с белым светом, хотя данное применение не предполагает ограничения содержания данного термина. Цветовая температура, по существу, относится к содержимому конкретного цвета или оттенку (то есть, красноватому, синеватому) белого цвета. Цветовая температура данного образца излучения обычно характеризуется в соответствии с температурой в градусах Кельвина (K) температурой абсолютного излучателя, который излучает, по существу, такой же спектр, как рассматриваемый образец излучения. Цветовая температура абсолютного излучателя обычно находится в диапазоне от, приблизительно, 700 K (обычно, принятой в качестве первой видимой человеческим глазом) до более чем 10000 K; при этом белый свет обычно воспринимается при цветовых температурах выше 1500-2000 K.
Меньшие цветовые температуры обычно указывают на белый свет, содержащий более значительную красную компоненту или являющийся «более теплым», а более высокие цветовые температуры обычно указывают на белый свет, содержащий более значительную синюю компоненту или являющийся «более холодным». Например, пламя имеет цветовую температуру, приблизительно, 1800 K, обычная лампа накаливания имеет цветовую температуру, приблизительно, 2848 K, дневной свет ранним утром имеет цветовую температуру, приблизительно, 3000 K, а дневное облачное небо имеет цветовую температуру, приблизительно, 10000 K. Цветное изображение, видимое в белом свете, имеющем цветовую температуру, приблизительно, 3000 K, имеет относительно красноватый оттенок, тогда как то же самое цветное изображение, рассматриваемое в белом свете, имеющем цветовую температуру, приблизительно, 10000 K, имеет относительно синеватый оттенок.
Термины «осветительный прибор» и «осветительное устройство» применяются в настоящей заявке взаимозаменяемо для обозначения реализации или компоновки, по меньшей мере, одного осветительного блока в конкретном форм-факторе, узле или корпусе. Термин «осветительный блок» применяется в настоящей заявке для обозначения устройства, включающего в себя, по меньшей мере, один источник света одного типа или разных типов. Данный осветительный блок может содержать, по меньшей мере, любое одно из множества различных монтажных устройств для источника(ов) света, компоновок и форм кожуха/корпуса и/или конфигураций электрических и механических соединений. Кроме того, данный осветительный блок освещения может быть, по желанию, связан (то есть, может содержать, быть соединенным и/или заключенным в корпус совместно) с различными другими компонентами (например, схемой управления), относящимися к работе источника(ов) света. «Осветительный блок на основе СИД» (в дальнейшем, осветительный СИД блок) означает осветительный блок, который включает в себя, по меньшей мере, один источник света на основе СИД (в дальнейшем, СИД источник света), подобный вышеописанным, отдельно или в сочетании с другими несветодиодными источниками света. «Многоканальный» осветительный блок означает СИД или несветодиодный осветительный блок, который содержит, по меньшей мере, два источника света, сконфигурированных с возможностью соответственного формирования разных спектров излучения, при этом каждый спектр отличающегося источника может именоваться «каналом» многоканального осветительного блока.
Термин «непосредственно видимое осветительное устройство» применяется в настоящей заявке для общего описания различных осветительных приборов, в которых свет, испускаемый из осветительного прибора, выходит из прибора в местоположении, непосредственно видимом наблюдателем. Непосредственно видимое осветительное устройство может содержать, по меньшей мере, одну светоизлучающую поверхность, расположенную так, что, по меньшей мере, участок светоизлучающей поверхности является непосредственно видимым наблюдателем. Следует понимать, что источники света, содержащиеся в непосредственно видимом осветительном устройстве, могут быть закрыты от непосредственного наблюдения.
Следует понимать, что все сочетания вышеприведенных концепций и дополнительных концепций, подробно описанных ниже (при условии, что упомянутые концепции не являются взаимно противоречивыми), рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящей заявке. В частности, все сочетания заявленного предмета изобретения, представляющиеся в конце настоящего раскрытия, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящей заявке. Следует также отметить, что терминология, применяемая в прямой форме в настоящей заявке, которая может также встречаться и в раскрытии, включенном в настоящую заявку путем отсылки, должна быть поставлена в соответствие значению, наиболее согласующемуся с конкретными концепциями, раскрытыми в настоящей заявке.
Краткое описание чертежей
На чертежах одинаковые номера позиций относятся, обычно, к одинаковым частям на разных видах. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, более того, внимание обращается, обычно, на иллюстрацию принципов изобретения.
Фиг. 1 - вид в перспективе в разрезе варианта осуществления осветительного СИД устройства, которое смешивает выходной световой поток из множества СИД, чтобы обеспечить однородное внешнее представлении свечения.
Фиг. 2 - вид спереди в разрезе осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1.
Фиг. 3 - сечение одного СИД и одного оптического элемента осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1; показан также ход лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого СД.
Фиг. 4 - вид сверху осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1, при снятой рассеивающей покровной линзе осветительного СИД устройства; показан также ход лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого некоторыми из СИД осветительного СИД устройства.
Фиг. 5 - вид сбоку осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1, при снятой рассеивающей покровной линзе осветительного СИД устройства; показан также ход лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого некоторыми из СИД осветительного СИД устройства.
Фиг. 6 - вид в перспективе осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1, при снятой рассеивающей покровной линзе осветительного СИД устройства, и с изображением корпуса осветительного СИД устройства в полупрозрачном виде; показан также ход лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого некоторыми из СД.
Фиг. 7 - вид спереди в разрезе осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1, при снятой рассеивающей покровной линзе осветительного СИД устройства; показан также ход лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого некоторыми из СИД.
Фиг. 8 - вид сверху компоновки СИД, которая может быть реализована в осветительном СИД устройстве, показанном на фиг. 1.
Подробное описание
Осветительные приборы, реализующие СИД, часто содержат, по меньшей мере, одно локальное яркое пятно, которое заметно из-за точечного характера СИД как источника, и/или, по меньшей мере, одно локальное цветное пятно из-за разных цветов СИД (когда обеспечены СИД разных цветов). Данные яркие пятна и/или цветные пятна могут создавать эстетически нежелательное внешнее представление, когда осветительный прибор можно видеть непосредственно, и/или могут создавать нежелательные характеристики освещения в местоположении, освещаемом осветительным прибором. Следовательно, в технике существует потребность в обеспечении осветительного СИД устройства, которое смешивает выходной световой поток из множества СИД, чтобы обеспечить внешнее представление свечения, которое однородно по яркости и цвету.
В связи с выше изложенным, различные варианты осуществления и реализации настоящего изобретения относятся к осветительному СИД устройству.
В нижеприведенном подробном описании, в целях пояснения, а не ограничения изложены репрезентативные варианты осуществления, раскрывающие конкретные детали, для обеспечения полного понимания заявленного изобретения. Однако специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники после изучения настоящего раскрытия будет очевидно, что другие варианты осуществления в соответствии с настоящими принципами, которые расходятся с конкретными деталями, раскрытыми в настоящей заявке, остаются в пределах объема охраны прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, описания общеизвестных устройств и способов могут отсутствовать, чтобы не сделать неясным описание репрезентативных вариантов осуществления. Упомянутые способы и устройства, несомненно, находятся в пределах объема заявленного изобретения. Например, аспекты способов и устройств, раскрытых в настоящей заявке, поясняются в связи с осветительным прибором, имеющим конкретный, в общем, прямоугольный корпус. Однако, по меньшей мере, один аспект способов и устройств, описанных в настоящей заявке, можно, по желанию, реализовать в других корпусных конфигурациях, например, корпусах, имеющих отличающееся число внутренних поверхностей, корпусах, имеющих, по меньшей мере, одну неплоскую поверхность, корпусах, имеющих альтернативное отверстие для выходного светового потока, и/или корпуса, имеющие отличающуюся общую форму. Предполагается, что реализация, по меньшей мере, одного аспекта осветительного СИД устройства, описанного в настоящей заявке, с корпусами альтернативной конфигурации не выходит за пределы объема или существа заявленного изобретения.
На фиг. 1-7 изображены различные аспекты вариантов осуществления осветительного СИД устройства 10, которое смешивает выходной световой поток из множества СИД, чтобы обеспечить однородное внешнее представление свечения. Первоначально, на фиг. 1 и 2 приведены два вида варианта осуществления осветительного СИД устройства 10. На фиг. 1 приведен вид в перспективе в разрезе осветительного СИД устройства, и на фиг. 2 приведен вид спереди в разрезе осветительного СИД устройства 10. Осветительное СИД устройство 10 содержит корпус, содержащий множество стенок 23, 25, 27 и 29 (показанных на фиг. 5, но не на видах в разрезе на фиг. 1 и 2), которые продолжаются вверх от опорной площадки 21 для СД. В некоторых вариантах осуществления, стенки 23, 25, 27 и 29 и опорная площадка 21 для СИД могут быть, при желании, сформированы когезионным способом.
Опорная площадка 21 для СИД служит опорой для множества СИД 40 и соответствующих отдельных оптических элементов 50, которые обеспечены, каждое, поверх одного из СИД 40. Как показано в разрезах через СИД 40 и оптический элемент 50 на фиг. 1 и 2, СИД 40 и оптические элементы 50 продолжаются через множество отверстий, обеспеченных через опорную площадку 21 для СИД. СИД 40 и/или оптический элемент 50 могут быть, при желании, соединены с отдельной поверхностью, обеспеченной на внешней стороне опорной площадки 21 для СИД. Например, в некоторых вариантах осуществления, СИД 40 могут быть соединены с, по меньшей мере, одной печатной платой (ПП) для СИД обеспеченной на внешней стороне опорной площадки 21 для СИД и оптические элементы 50 также могут быть соединены с ПП для СИД. Кроме того, например, в некоторых вариантах осуществления, СИД 40 могут быть соединены с, по меньшей мере, одной ПП для СИД обеспеченной на внешней стороне опорной площадки 21 для СИД и оптические элементы 50 могут быть соединены с опорной площадкой 21 для СИД вблизи соответствующего отверстия из отверстий, обеспеченных по всей опорной площадке 21 для СИД. Кроме того, например, в некоторых вариантах осуществления, СИД 40 могут быть непосредственно или опосредовано соединены с теплоотводом, обеспеченным на внешней стороне опорной площадки 21 для СИД. В альтернативных вариантах осуществления, по меньшей мере, один из СИД 40 и/или оптических элементов 50 могут быть смонтированы полностью сверху опорной площадки 21 для СИД без продолжения через отверстия в опорной площадке 21 для СИД. Например, в некоторых вариантах осуществления, СИД 40 могут быть обеспечены на, по меньшей мере, одной ПП для СИД смонтированной сверху опорной площадки 21 для СИД на ее внутренней стороне, и оптические элементы 50 также могут быть, при желании, смонтированы сверху ПП для СД. Специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники, после изучения настоящего раскрытия, будет понятно, что можно обеспечить другие конфигурации закрепления и сопряжения СИД, чтобы выходной световой поток из СИД мог входить во внутреннюю область корпуса осветительного прибора 10.
СИД 40 и оптические элементы 50 расположены двумя продольными рядами вдоль опорной площадки 21 для СИД. СИД 40 одного ряда смещены по положению от СИД другого ряда в направлении длины рядов. Другими словами, СИД 40 соседних рядов не обеспечены непосредственно бок о бок, что можно видеть на фиг. 1, 2, 4, 6 и 8. СИД 40 расположены так, что центральная ось A каждого СИД (фиг. 2) пересекает рассеивающую линзу 30, которая обеспечена на отверстии 20 для выходного светового потока в корпусе. Центральная ось A СИД является осью СИД, которая продолжается от и, в общем, перпендикулярно поверхности, на которой смонтирован СИД. В некоторых вариантах осуществления, центральная ось A СИД может, по существу, соответствовать центру выходного светового потока СИД, который излучается из СИД. СИД 40 расположены, каждый, так, что, если оптический элемент 50 отсутствует, некоторая часть выходного светового потока, излучаемого из СИД 40, будет непосредственно попадать на рассеивающую линзу 30, без падения сначала на одну из стенок 23, 25, 27 и 29 или опорную площадку 21 для СИД.
В некоторых вариантах осуществления, все СИД 40 излучают белый свет. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, разные СИД 40 сконфигурированы для соответствующего создания разных цветовых температур белого света (например, некоторые СИД 40 излучают свет, который соответствует, приблизительно, 2700 K, некоторые СИД 40 излучают свет, который соответствует, приблизительно, 3000 K, и/или некоторые СИД 40 излучают свет, который соответствует, приблизительно, 3500 K). В некоторых вариантах осуществления, разные СИД 40 сконфигурированы с возможностью соответствующего формирования разных спектров излучения. Например, в некоторых вариантах осуществления, СИД 40 могут содержать многоканальные СИД, которые испускают, по меньшей мере, два из красного, синего, зеленого, янтарного и/или белого цветов. Например, в некоторых вариантах осуществления, СИД 40 могут содержать пять каналов, которые создают спектры красного, зеленого, синего, белого 2700K и белого 4000K.
На фиг. 8 приведен вид сверху компоновки СИД, которую можно реализовать в осветительном СИД устройстве 10. Компоновка СИД содержит четыре красных СИД 40R, четыре синих СИД 40B, четыре зеленых СИД 40G, четыре белых, приблизительно 2700K СИД 40W1 и четыре белых, приблизительно 4000K СИД 40W2. Общая штриховка СИД относится к общим цветам (например, все красные СИД 40R имеют сплошное черное затенение). В показанной компоновке СИД на фиг. 8, красные СИД 40R не обеспечены ни на одном конце продольно продолжающихся рядов СИД. Кроме того, в показанной компоновке СИД два СИД одинакового цвета обеспечены не вплотную один к другому. То есть, для каждого СИД показанного на фиг. 8, ближайшие СИД в одном и том же ряду и ближайшие СИД в смежном ряду имеют отличающийся цвет. Например, каждый красный СИД 40R является ближайшим к белому, приблизительно 2700K СИД 40W1 и белому, приблизительно 4000K СИД 40W2 в одном и том же ряду и ближайшим к смещенному зеленому СИД 40G и смещенному синему СИД 40B в смежном ряду.
Стенки 23, 25, 27 и 29 окружают СИД 40. Стенки 23 и 25 продолжаются, по существу, параллельно двум продольно продолжающимся рядам СИД 40, и стенки 27 и 29 продолжаются между и, по существу, перпендикулярно стенкам 23 и 25. В показанном варианте осуществления, стенки 27 и 29 немного расходятся наружу по мере того, как они отходят от опорной площадки 21 для СИД к отверстию 20 для выходного светового потока, как показано для стенки 29 на фиг. 5. Хотя в настоящей заявке показаны некоторые стенки, формирующие внутреннюю поверхность, окружающую СИД 40, специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники после изучения настоящего раскрытия будет очевидно, что в альтернативных вариантах осуществления можно обеспечить альтернативную конструкцию. Например, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна из стенок может содержать обращенные внутрь поверхности, которые отклоняются внутрь и/или наружу. Кроме того, например, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна из стенок может быть неплоской. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть обеспечена единственная дугообразная стенка, которая окружает все СИД. Кроме того, например, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна из стенок может содержать несколько различаемых поверхностей.
По меньшей мере, внутренние поверхности стенок 23, 25, 27 и 29 являются отражающими. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, внутренние поверхности являются диффузно отражающими. В некоторых вариантах осуществления, внутренние поверхности сформированы из текстурированного материала с высокой отражательной способностью для обеспечения диффузного отражения. В некоторых вариантах осуществления, внутренние поверхности могут содержать лист из полиэтилентерефталата с микроячеистой структурой (MCPET), чтобы обеспечивать диффузное отражение. В некоторых вариантах осуществления могут быть применены покрытия и/или материалы, которые обеспечивают коэффициент отражения от приблизительно 85% до приблизительно 95%. В некоторых вариантах осуществления, опорная площадка 21 для СИД также может быть отражающей. Например, внутренняя поверхность опорной площадки 21 для СИД может быть диффузно отражающей. Специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники после изучения настоящего раскрытия будет очевидно, что для получения диффузного отражения на, по меньшей мере, одной внутренней поверхности осветительного СИД устройства 10 можно использовать различные покрытия и/или материалы.
Рассеивающая линза 30 обеспечена на отверстии 20 для выходного светового потока и пропускает насквозь и рассеивает свет, распространяющийся из СИД 40. Рассеивающая линза 30 может использовать, например, текстурную и/или объемную диффузию для обеспечения диффузии проходящего сквозь нее света. В некоторых вариантах осуществления, рассеивающая линза 30 может также формировать выходной световой поток, распространяющийся из СИД 40, когда данный поток проходит сквозь упомянутую линзу. Например, рассеивающая линза 30 может сжимать и/или растягивать выходной световой поток, по меньшей мере, по одной оси распределения света для создания требуемых диаграмм направленности пучка. В некоторых конкретных вариантах осуществления, рассеивающая линза 30 может быть светорассеивающим листом MAKROLON Lumen XT, предлагаемым на рынке компанией Bayer MaterialScience, Sheffield, штат Массачусетс. В некоторых конкретных вариантах осуществления, рассеивающая линза 30 может быть линзой, использующей технологию MESOOPTICS, предлагаемую на рынке компанией Philips Ledalite, Langley, British Columbia. Хотя в настоящей заявке показана единственная продольно продолжающаяся покровная линза 30 сверху корпуса, специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники после изучения настоящего раскрытия будет очевидно, что в альтернативных вариантах осуществления можно применить другие конфигурации и/или размещения покровной линзы 30. Например, в некоторых вариантах осуществления, покровная линза 30 может содержать несколько частей, может быть непрямоугольной, может иметь форму, отличающуюся от отверстия для выходного светового потока, и/или может быть установлена для монтажа в других местоположениях (например, ближе к СИД 40).
Световой выходной поток, вырабатываемый каждым из СИД 40, направляется сквозь соответствующий оптический элемент 50 к, по меньшей мере, одной из внутренних поверхностей структур 21, 23, 25, 27 и 29, от которых данный поток диффузно отражается, по меньшей мере, один раз перед выходом из корпуса сквозь рассеивающую линзу 30. Каждый из оптических элементов 50 расположен и сконфигурирован с возможностью перенаправления, по меньшей мере, по существу, всего света от соответствующего СИД 40, который падал бы непосредственно на рассеивающую линзу 30, если бы оптический элемент 50 не был обеспечен. Соответственно, в осветительном приборе 10, выходной световой поток из СИД 40, по существу, не попадает напрямую на рассеивающую линзу 30. Напротив, в осветительном приборе 10, по существу, весь выходной световой поток из СИД 40 сначала отражается от, по меньшей мере, одной из внутренних поверхностей структур 21, 23, 25, 27 и 29 перед попаданием на рассеивающую линзу 30.
На фиг. 3 приведено дополнительное подробное изображение одного из оптических элементов 50, вместе с ходом лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого соответствующим СИД 40. Изображенный оптический элемент 50 является оптическим элементом полного внутреннего отражения (TIR) с направлением излучения в боковые стороны и содержит основание 56, окружающее основание СИД 40. В некоторых вариантах осуществления, оптические элементы 50 могут быть линзами F360L-3-RE-0R с боковым направлением излучения, предлагаемыми на рынке компанией FRAEN Corporation, Reading, шт. Массачусетс. В альтернативных вариантах осуществления можно применить другие оптические элементы, которые перенаправляют, по меньшей мере, по существу, весь свет от соответствующих СИД 40, который падал бы непосредственно на рассеивающую линзу 30, если бы оптический элемент 50 не был обеспечен. Например, в альтернативных вариантах осуществления можно применить оптический элемент обратного отражения, оптический элемент с направлением излучения в боковые стороны не по углу 360° (например, оптический элемент с направлением излучения в боковые стороны по углу 180°), оптический элемент, который обеспечен на, по меньшей мере, двух СИД и/или оптический элемент, не использующий полное внутреннее отражение (TIR).
Оптические элементы 50 содержат область 52 полного внутреннего отражения (TIR) излучения по углу 360° в верхней части оптического элемента, которая выполнена под углом, чтобы удовлетворять условию полного внутреннего отражения (TIR) и полностью внутренне отражать весь выходной световой поток из СИД 40, падающий на упомянутую область, например световые лучи A и B. Световой луч A отражается областью 52 полного внутреннего отражения (TIR) и направляется из оптического элемента 50 к опорной площадке 21 для СИД, на которой упомянутый луч снова отражается и направляется к одной из стенок 23, 25, 27, 29, продолжающихся вверх от опорной площадки 21 для СИД. Световой луч B отражается областью 52 полного внутреннего отражения (TIR) и направляется из оптического элемента 50 либо к опорной площадке 21 для СИД, либо к одной из стенок 23, 25, 27, 29, продолжающихся вверх от опорной площадки 21 для СИД. Другие световые лучи, например световой луч C, направляются сквозь оптический элемент 50 и, при желании, преломляются данным оптическим элементом к одной из стенок, продолжающихся вверх от опорной площадки 21 для СИД. В некоторых вариантах осуществления, по существу, весь выходной световой поток, который падал бы непосредственно на рассеивающую линзу 30, если бы оптический элемент 50 не был обеспечен, падает непосредственно на область 52 полного внутреннего отражения (TIR) и отражается данной областью.
На фиг. 4-7 представлены различные виды осветительного СИД устройства 10, с пояснением, на каждом виде, хода лучей некоторой части выходного светового потока, излучаемого, по меньшей мере, одним из СИД 40, видимом на изображении. На фиг. 4 представлен вид сверху осветительного СИД устройства 10, при снятой рассеивающей покровной линзе 30. На фиг. 4 можно видеть, что некоторая часть выходного светового потока, который вырабатывается СИД 40, направляется оптическими элементами 50 к внутренним поверхностям стенок 23, 25 и 29, от которых упомянутая часть диффузно отражается либо обратно к другой внутренней структуре, либо наружу через отверстие 20 для выходного светового потока (как показано некоторыми из световых лучей, выходящими из осветительного прибора 10). На фиг. 5 представлен вид сбоку осветительного СИД устройства 10, при снятой рассеивающей покровной линзе 30. На фиг. 5 можно видеть, что некоторая часть выходного светового потока, который вырабатывается СИД 40, направляется оптическими элементами 50 к внутренним поверхностям стенок 25 и 29 и внутренней поверхности опорной площадки 21 для СИД от которых упомянутая часть диффузно отражается либо обратно к другой внутренней структуре, либо наружу через отверстие 20 для выходного светового потока (как показано некоторыми из световых лучей, выходящих из осветительного прибора 10). На фиг. 6 представлен вид в перспективе осветительного СИД устройства 10, при снятой рассеивающей покровной линзе 30, и с изображением корпуса осветительного СИД устройства в полупрозрачном виде. На фиг. 6 можно также видеть испускание света из оптических элементов 50 и различные диффузные отражения от внутренних структур. На фиг. 7 приведен вид спереди в разрезе осветительного СИД устройства, представленного на фиг. 1, при снятой рассеивающей покровной линзе 30. На фиг. 7 показаны распространение выходного светового потока из двух СИД 40 через два оптических элемента 50 и диффузные отражения данного потока внутренними поверхностями стенок 23, 25 и опорной площадкой 21 для СД.
Осветительный прибор 10 может быть непосредственно видимым осветительным прибором, и рассеивающая линза 30 может формировать внешнюю непосредственно видимую линзу осветительного прибора. В некоторых модификациях данных вариантов осуществления, непосредственно видимый осветительный прибор может быть заглубленным линейным непосредственно видимым осветительным прибором.
Хотя выше приведены описание и иллюстрации нескольких вариантов осуществления изобретения, специалисты со средним уровнем компетентности в данной области техники легко представят множество различных других средств и/или структур для выполнения функции и/или получения результатов и/или, по меньшей мере, одного из преимуществ, описанных в настоящей заявке, и каждое(ая) из подобных изменений и/или модификаций считается находящимся в пределах объема вариантов осуществления изобретений, описанных в настоящей заявке. В общем, специалистам в данной области техники несложно будет понять, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящей заявке, предназначены служить примерами, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного(ых) применения или применений, для которых использованы принципы изобретения. Специалисты в данной области техники определят или смогут определить, с использованием какого-нибудь стандартного эксперимента, множество эквивалентов конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящей заявке. Поэтому, следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления представлены только для примера, и что, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, варианты осуществления изобретения могут быть на практике применены иначе, чем конкретно изложено в описании и формуле изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к каждому(ой) конкретному(ой) признаку, системе, изделию, материалу, набору и/или способу, описанному в настоящей заявке. Кроме того, любое сочетание, по меньшей мере, двух упомянутых признаков, систем, изделий, материалов, наборов и/или способов, если данные признаки, системы, изделия, материалы, наборы и/или способы не являются несовместимыми, содержится в пределах объема настоящего изобретения.
Все определения, сформулированные и используемые в настоящей заявке, следует понимать как преобладающие над словарными определениями, определениями в документах, включенных путем отсылки и/или обычными значениями описанных терминов.
Признак единственного числа (в форме неопределенного артикля), используемый в описании и формуле изобретения настоящей заявки, если прямо не указано иначе, следует понимать как означающий «по меньшей мере, один».
Выражение «и/или», используемое в описании и формуле изобретения настоящей заявки, следует понимать как означающее «любой из или то и другой» из элементов, соединенных данным выражением, т.е. элементов, которые вместе присутствуют в некоторых случаях и порознь присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с «и/или», следует истолковывать таким же образом, т.е. «по меньшей мере, один» из элементов, соединенных данным выражением. При желании, могут присутствовать другие элементы, отличающиеся от элементов, конкретно указанных условием «и/или», связанные или несвязанные с конкретно указанными элементами.
В контексте описания и формулы изобретения настоящей заявки, выражение «по меньшей мере, один» в ссылке на список из, по меньшей мере, одного элемента, следует понимать как означающее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого, по меньшей мере, одного элемента в списке элементов, но не обязательно включающее в себя, по меньшей мере, один из всех без исключения элементов, конкретно перечисленных в списке элементов, и не исключающее никаких сочетаний элементов в списке элементов. Данное определение допускает также, что, при желании, могут присутствовать элементы, отличающиеся от элементов, конкретно указанных в списке элементов, к которому относится выражение «по меньшей мере, один», связанные или несвязанные с конкретно указанными элементами.
Следует также понимать, что, если прямо не указано иначе, в любых способах, заявленных в настоящей заявке, которые содержат, по меньшей мере, два этапа или операции, порядок этапов или операций способа не обязательно ограничен порядком, в котором перечислены этапы или операции способа.
Кроме того, номера позиций, встречающиеся в формуле изобретения в скобках, если такое имеет место, приведены только для удобства и не подлежат истолкованию как ограничивающие каким-либо образом формулу изобретения.
В формуле изобретения, а также в вышеприведенном описании, все переходные выражения, например «содержащий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «заключающий», «предусматривающий», «вмещающий», «составленный из» и т.п. следует понимать как расширяемые, т.е. означающие включающий в себя, но без ограничения. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий, по существу, из» должны быть замкнутыми или полузамкнутыми переходными выражениями, соответственно, в соответствии с Руководством Патентного ведомства США по порядку патентной экспертизы, раздел 2111.03.