ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ОСВЕЩЕНИЯ
SOLID-STATE LIGHTING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к освещению, а более конкретно к твердотельным устройствам освещения.
Уровень техники
Множество традиционных осветительных приборов используют лампы накаливания или другие типы флуоресцентных источников света. Ограничения многих различных типов осветительных приборов возникают из необходимости обеспечивать рассеяние большого количества тепла, в частности, от источников света с лампами накаливания. Известные решения включают в себя конструкции осветительных приборов, которые предназначены для того, чтобы использоваться в хорошо проветриваемых компоновках, в которых большая часть внешней поверхности осветительного прибора, например подвешенный источник направленного света, открыта, для того чтобы упрощать рассеяние тепла в окружающую среду посредством конвекции. Другие осветительные приборы, предназначенные для вариантов применения, где эффективное охлаждение через конвекцию ограничено, зачастую выполнены с возможностью рассеивать отработанное тепло через излучение или теплопроводность. Такие осветительные приборы включают в себя так называемые "углубленные светильники", такие как прожекторы заливающего света с большим углом рассеяния и источники направленного света с малым углом рассеяния, предназначенные для установки в изолированные отверстия в стенах или потолках. Осветительные приборы на основе традиционных источников света, хотя предоставляют достаточно эффективное рассеяние тепла через излучение, имеют недостаток в виде отсутствия эффективной регулировки цвета и яркости, низкой световой эффективности, а также множество других недоработок.
В последнее время прогресс в разработке и усовершенствовании светового потока светоизлучающих устройств, таких как твердотельные полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды (светодиоды), сделал эти устройства подходящими для использования в вариантах применения по общему освещению, включая архитектурное освещение, освещение мест развлечения и отдыха и дорожное освещение. Функциональные преимущества и выгоды светодиодов включают в себя эффективность преобразования в области высоких энергий и оптическую эффективность, износостойкость, снижение эксплуатационных расходов и многие другие преимущества, что делает светодиодные источники света все более конкурентоспособными по сравнению с традиционными источниками света, такими как лампы накаливания, флуоресцентные лампы и разрядные лампы высокой яркости. Кроме того, последние достижения в технологии светодиодов и постоянно возрастающие варианты выбора длин волны для светодиодов предоставили эффективные и надежные светодиодные источники белого света и с изменяющимся цветом, которые предоставляют множество световых эффектов во многих вариантах применения.
Многие существующие твердотельные осветительные приборы и конструкции осветительных приборов, тем не менее, являются сложными, включают в себя большое число компонентов, и, как результат, их изготовление может быть ресурсоемким и дорогостоящим. Например, поддержание надлежащей температуры перехода является важной составляющей для создания эффективной системы твердотельных источников освещения, поскольку светодиоды работают с большей эффективностью, когда используются при более низких температурах. Использование активного охлаждения через вентиляторы и другие механические системы движения воздуха, тем не менее, типично не приветствуется в индустрии общего освещения, главным образом вследствие собственного шума, затрат и потребности в частом техническом обслуживании. Таким образом, желательно достигать скоростей воздушного потока, сопоставимых со скоростями системы с активным охлаждением, без шума, затрат или движущихся частей, при этом минимизируя требования по размещению системы охлаждения.
Предложен ряд решений, разрешающих вопросы расположения твердотельных источников света и конфигурации систем охлаждения осветительных приборов, чтобы упрощать рассеяние тепла и уменьшать нежелательные эффекты, вызываемые посредством нагрева твердотельных источников света. Некоторые примеры включают в себя ряд изделий, подходящих для работы во встроенных установках, такие как, например, ряд изделий для освещения, предлагаемых различными изготовителями, которые включают в себя белые светодиоды на 360 лм, предлагаемые компанией Cree Inc, или конструкции светодиодов с низким профилем, предоставляемые California Energy Commission совместно с Architectural Energy Corporation и Rensselaer Polytechnic Institute Lighting Research Center, описанные по адресу http://http://www.lrc.rpi.edu/programs/solidstate/.
Тем не менее, многие известные решения не предлагают твердотельного устройства освещения, которое предоставляет хорошее терморегулирование в комбинации с модульной конструкцией, которая обеспечивает надлежащее техническое обслуживание, замену или ремонт компонентов. Следовательно, есть потребность в осветительном приборе, использующем светодиодные источники света, который разрешает ряд недостатков известных твердотельных устройств освещения, в частности, ассоциированных с терморегулированием, световым выходом и простотой установки и технического обслуживания.
Эта информация по уровню техники предоставляется для того, чтобы раскрывать информацию, которая, как полагает заявитель, возможно, имеет значимость для изобретения. Не должно быть обязательного допущения или толкования того, что какая-либо вышеприведенная информация составляет предшествующий уровень техники по сравнению с настоящим изобретением.
Сущность изобретения
Заявители обнаружили, что светодиодные устройства освещения могут быть выполнены с возможностью предоставлять некоторые преимущества, которые могут улучшать полное рассеяние тепла в комбинации с модульной конструкцией осветительного прибора. Устройства освещения согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью предоставлять хорошее рассеяние тепла из светоизлучающих элементов напрямую или опосредованно в окружающую среду и/или предоставлять хорошее качество света, испускаемого из устройства освещения, в пределах заранее определенного ограничения по рассеянию тепла. Некоторые из вариантов осуществления и реализации изобретения касаются устройства освещения, которое, в частности, подходит для работы в закрытых пространствах, таких как углубления в стене или в потолке.
В общем, в одном аспекте изобретение направлено на твердотельное устройство освещения. Устройство включает в себя множество светоизлучающих элементов для формирования света, включающих в себя, по меньшей мере, один светоизлучающий элемент, имеющий первую площадь поверхности, и теплорассеивающий корпус, термически соединенный с множеством светоизлучающих элементов. Теплорассеивающий корпус выполнен с возможностью соединения, по меньшей мере, с одним теплоотводом. Устройство дополнительно включает в себя смесительную камеру, оптически соединенную с множеством светоизлучающих элементов для смешения света, испускаемого посредством множества светоизлучающих элементов; и систему управления, функционально соединенную с множеством светоизлучающих элементов для управления работой множества светоизлучающих элементов.
Краткое описание чертежей
На чертежах аналогичные ссылочные номера, в общем, ссылаются на идентичные части в различных представлениях. Кроме того, чертежи необязательно начерчены в масштабе, вместо этого акцент делается на ясность иллюстрирования принципов изобретения.
Фиг.1 схематично иллюстрирует поперечное сечение устройства освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2A схематично иллюстрирует поперечное сечение устройства освещения согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2B схематично иллюстрирует поперечное сечение оптического элемента, подходящего для устройства освещения, показанного на фиг.2A.
Фиг.3A схематично иллюстрирует вид в поперечном разрезе устройства освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3B иллюстрирует вид сверху устройства освещения по фиг.3A.
Фиг.4A-4B схематично иллюстрируют виды в поперечном разрезе устройств освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 схематично иллюстрирует различные позиции светоизлучающих элементов в устройствах освещения согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6A-6B иллюстрируют профили температуры подложки для некоторых примерных конфигураций светоизлучающих элементов на подложке.
Фиг.7 иллюстрирует схему межсоединений для светоизлучающих элементов согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 иллюстрирует блок-схему примерной системы управления для устройства освещения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9A-9C иллюстрируют временные диаграммы форм сигнала напряжения для использования в устройствах освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 иллюстрирует принципиальную электрическую схему для осветительного прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 иллюстрирует принципиальную электрическую схему для устройства освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 схематично иллюстрирует график цветности с координатами цветности определенного числа источников света.
Фиг.13 схематично иллюстрирует поперечное сечение варианта осуществления устройства освещения.
Фиг.14 схематично иллюстрирует поперечное сечение другого варианта осуществления устройства освещения.
Фиг.15A и 15B схематично иллюстрируют виды сверху и виды в разрезе соответственно частично параболического фокона согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.16 иллюстрирует покомпонентное представление примерного устройства освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17A иллюстрирует вид в перспективе складной примерной платы схемы возбуждения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17B иллюстрирует поперечное сечение примерной платы схемы возбуждения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17C иллюстрирует вид сверху примерной платы схемы возбуждения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18A иллюстрирует вид сбоку части примерного корпуса устройства освещения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18B иллюстрирует вид спереди части примерного корпуса устройства освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18C иллюстрирует вид в перспективе части примерного корпуса устройства освещения согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.19 иллюстрирует вид сверху примерной полосы примерной оптической системы устройства освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.20-26 иллюстрируют схематические представления другой примерной системы управления, включающей в себя возбуждающую схему устройства освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.27-33 иллюстрируют схематические представления другой примерной системы управления, включающей в себя возбуждающую схему устройства освещения согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Релевантная терминология
Термин "светоизлучающий элемент" (LEE) используется для того, чтобы определять устройство, которое испускает излучение в области или комбинации областей электромагнитного спектра, например в видимой области, инфракрасной области и/или ультрафиолетовой области, когда активировано, например, посредством применения разности потенциалов в нем или посредством прохождения электрического тока через него вследствие, по меньшей мере, частично электролюминесценции. Светоизлучающие элементы могут иметь монохроматические, квазимонохроматические, полихроматические или широкополосные спектральные эмиссионные характеристики. Примеры светоизлучающих элементов включают в себя полупроводниковые, органические или полимерные светоизлучающие диоды (светодиоды), светодиоды с фосфорным покрытием и оптической накачкой, нанокристаллические светодиоды с оптической накачкой или другие аналогичные устройства, как можно легко понять. Кроме того, термин "светоизлучающий элемент" используется для того, чтобы определять конкретное устройство, которое испускает излучение, например светодиодный кристалл, и может в равной степени использоваться для того, чтобы задавать комбинацию конкретного устройства, которое испускает излучение, вместе с корпусом или конструктивным оформлением, в котором размещены конкретное устройство или устройства. Термин "твердотельное освещение" используется для того, чтобы ссылаться на типы освещения, которое может использоваться для освещения пространства или в декоративных или индикационных целях и которое предоставляется посредством изготовленных источников света, таких как, например, осветительные установки или приборы, которые, по меньшей мере, частично могут формировать свет вследствие электролюминесценции.
Дополнительно, при использовании в данном документе для целей настоящего раскрытия сущности термин "светодиод" должен пониматься как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции/перехода носителей, которая допускает формирование излучения в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин "светодиод" включает в себя, но не только, различные полупроводниковые структуры, которые испускают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные одиночные светильники и т.п. В частности, термин "светодиод" означает светоизлучающие диоды всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть выполнены с возможностью формировать излучение в одном или более из спектра инфракрасного излучения, спектра ультрафиолетового излучения и различных частей видимого спектра (в общем, включающих в себя длины волны излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но не только, различные типы инфракрасных светодиодов, ультрафиолетовых светодиодов, красных светодиодов, синих светодиодов, зеленых светодиодов, желтых светодиодов, янтарных светодиодов, оранжевых светодиодов и белых светодиодов (поясненных дополнительно ниже). Также следует принимать во внимание, что светодиоды могут конфигурироваться и/или управляться так, чтобы формировать излучение, имеющее различные ширины спектра (например, полную ширину на уровне полумаксимума, или FWHM) для данного спектра (например, узкую ширину спектра, широкую ширину спектра) и множество доминирующих длин волны в пределах данной общей классификации цветов. Например, одна реализация светодиода, выполненного с возможностью формировать фактически белый свет (например, белого светодиода), может включать в себя определенное число матриц, которые, соответственно, испускают различные спектры электролюминесценции, которые в комбинации смешиваются, чтобы формировать фактически белый свет. В другой реализации светодиод белого света может быть ассоциирован с кристаллофосфором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере этой реализации электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и спектр с узкой шириной спектра, "накачивает" кристаллофосфор, который, в свою очередь, испускает излучение с большей длиной волны, имеющее немного более широкий спектр.
Также следует понимать, что термин "светодиод" не ограничивает физический и/или электрический тип сборки светодиода. Например, как пояснено выше, светодиод может означать одно светоизлучающее устройство, имеющее несколько кристаллов, которые выполнены с возможностью, соответственно, испускать различные спектры излучения (например, которые могут управляться по отдельности или нет). Кроме того, светодиод может быть ассоциирован с люминофором, который считается неотъемлемой частью светодиода (например, некоторые типы белых светодиодов). В общем, термин "светодиод" может означать светодиоды в корпусе, светодиоды без корпуса, светодиоды для поверхностного монтажа, светодиоды для монтажа на плату, светодиоды для T-образных корпусов, светодиоды для корпусов с радиальными выводами, светодиоды для силовых агрегатов, светодиоды, включающие в себя некоторый корпусный и/или оптический элемент (например, светорассеивающую линзу), и т.д.
Термин "источник света" следует понимать как означающий любой один или более из множества источников излучения, включая, но не только, светодиодные источники. Данный источник света может быть выполнен с возможностью формировать электромагнитное излучение в пределах видимого спектра, за пределами видимого спектра или в комбинации и того, и другого. Следовательно, термины "свет" и "излучение" используются взаимозаменяемо в данном документе. Дополнительно, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один или более фильтров (например, цветных светофильтр), линз или других оптических компонентов. Кроме того, следует понимать, что источники света могут быть выполнены для множества вариантов применения, включая, но не только, индикаторы, дисплеи и/или освещение. "Источник освещения" является источником света, который, в частности, выполнен с возможностью формировать излучение, имеющее достаточную яркость, чтобы эффективно освещать внутреннее или внешнее пространство. В этом контексте "достаточная яркость" означает достаточную мощность излучения в видимом спектре, формируемом в пространстве или окружающей среде (единица "люмен" зачастую используется для того, чтобы представлять полный световой выход из источника света во всех направлениях, с точки зрения мощности излучения или "светового потока"), чтобы предоставлять окружающее освещение (т.е. свет, который может восприниматься косвенно и который может, например, отражаться от одной или более из множества промежуточных поверхностей перед тем, как быть воспринятым полностью или частично).
Термин "спектр" следует понимать как означающий любую одну или более частоту (или длины волны) излучения, формируемого посредством одного или более источников света. Соответственно, термин "спектр" означает частоты (или длины волн) не только в видимом диапазоне, но также и частоты (или длины волны) в инфракрасной, ультрафиолетовой и других областях полного электромагнитного спектра. Кроме того, данный спектр может иметь относительно узкую ширину спектра (например, FWHM, имеющую в своей основе небольшое количество частотных или спектральных компонентов) или относительно глобальную ширину спектра (несколько частотных или спектральных компонентов, имеющих различную относительную интенсивность). Также следует принимать во внимание, что данный спектр может быть результатом смешения двух или более других спектров (например, смешение излучения, соответственно, испускаемого из нескольких источников света).
Для целей этого раскрытия сущности термин "цвет" используется взаимозаменяемо с термином "спектр". Тем не менее, термин "цвет", в общем, используется для того, чтобы означать главным образом свойство излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя это применение не имеет намерение ограничивать объем данного термина). Соответственно, термин "различные цвета" неявно означает несколько спектров, имеющих различные спектральные компоненты и/или ширину спектра. Также следует принимать во внимание, что термин "цвет" может быть использован в связи как с белым, так и с небелым светом.
Термин "цветовая температура", в общем, используется в данном документе в связи с белым светом, хотя это применение не имеет намерение ограничивать объем данного термина. Цветовая температура в своей основе означает конкретное цветовое содержание или оттенок (например, красноватый, синеватый) белого света. Цветовая температура данной выборки излучения традиционно отличается согласно температуре в градусах Кельвина (K) абсолютно черного излучателя, который излучает в своей основе такой же спектр, как и рассматриваемая выборка излучения. Цветовые температуры абсолютно черного излучателя, в общем, находятся в пределах диапазона приблизительно от 700 K (типично считаются первыми видимыми для человеческого глаза) до более 10000 K; белый свет, в общем, воспринимается при цветовых температурах выше 1500-2000 K. Более низкие цветовые температуры, в общем, указывают белый свет, имеющий более существенный красный компонент или "более теплое ощущение", тогда как более высокие цветовые температуры, в общем, указывают белый свет, имеющий более существенный синий компонент или "более холодное ощущение". В качестве примера, огонь имеет цветовую температуру приблизительно 1800 K, традиционная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848 K, дневной свет рано утром имеет цветовую температуру приблизительно 3000 K, а пасмурное небо в полдень имеет цветовую температуру температура приблизительно 10000 K. Цветное изображение, просматриваемое под белым светом, имеющим цветовую температуру приблизительно 3000 K, содержит относительно красноватый оттенок, тогда как то же цветное изображение, просматриваемое под белым светом, имеющим цветовую температуру приблизительно 10000 K, содержит относительно синеватый оттенок.
Термин "осветительная установка" или "осветительный прибор" используется в данном документе для того, чтобы означать реализацию или компоновку одного или более осветительных устройств, в частности форм-фактор, сборку или комплектность. Термин "осветительное устройство" используется в данном документе для того, чтобы означать устройство, включающее в себя один или более источников света одного или различных типов. Данное осветительное устройство может иметь любое из множества монтажно-сборочных приспособлений для источника(ов) света, компоновок и форм кожуха/корпуса и/или конфигураций электрических и механических соединений. Дополнительно данное осветительное устройство необязательно может быть ассоциировано (например, включать в себя, быть соединено с и/или быть упаковано вместе) с различными другими компонентами (например, схемами управления), касающимися работы источника(ов) света. "Светодиодное осветительное устройство" означает осветительное устройство, которое включает в себя один или более светодиодных источников света, как пояснено выше, одиночных или в комбинации с другими несветодиодными источниками света. "Многоканальное" осветительное устройство означает светодиодное или несветодиодное осветительное устройство, которое включает в себя, по меньшей мере, два источника света, выполненные с возможностью, соответственно, формировать различные спектры излучения, при этом каждый различный спектр источника может означать "канал" многоканального осветительного устройства.
Термин "контроллер" используется в данном документе, в общем, чтобы описывать различные устройства, связанные с работой одного или более источников света. Контроллер может быть реализован многочисленными способами (например, c помощью специализированных аппаратных средств), чтобы выполнять различные функции, поясненные в данном документе. "Процессор" - это один пример контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут программироваться с использованием программного обеспечения (например, микрокода) так, чтобы выполнять различные функции, поясненные в данном документе. Контроллер может быть реализован с применением или без применения процессора, а также может быть реализован как комбинация специализированных аппаратных средств, с тем чтобы выполнять некоторые функции, и процессора (например, одного или более программируемых микропроцессоров и ассоциированных схем), чтобы выполнять другие функции. Примеры компонентов контроллера, которые могут использоваться в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, включают в себя, но не только, традиционные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA). В различных реализациях процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителей хранения данных (в общем упоминаемых в данном документе как "запоминающее устройство", например энергозависимое и энергонезависимое компьютерное запоминающее устройство, такое как RAM, PROM, EPROM and EEPROM, гибкие диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых реализациях носители хранения данных могут быть кодированы с помощью одной или более программ, которые, когда выполняются на одном или более процессоров и/или контроллеров, осуществляют, по меньшей мере, некоторые из функций, поясненных в данном документе. Различные носители хранения данных могут быть стационарными в процессоре или контроллере или могут быть переносимыми, так что одна или более программ, сохраненных на них, могут быть загружены в процессор или контроллер, чтобы реализовывать различные аспекты настоящего раскрытия сущности, поясненные в данном документе. Термины "программа" или "компьютерная программа" используются в данном документе в общем смысле, чтобы означать любой тип машинного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может использоваться для того, чтобы программировать один или более процессоров или контроллеров.
Также следует принимать во внимание, что термины, явно используемые в данном документе, которые также могут появляться в любом раскрытии сущности, включенном по ссылке ниже, должны соответствовать значению, наиболее согласующемуся с конкретными изобретаемыми принципами, раскрытыми в данном документе. Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют тот же смысл, как обычно понимается специалистами в области техники, к которой принадлежит это изобретение.
Обзор
Настоящее изобретение, в общем, относится к устройству освещения, подходящему для закрытых пространств, таких как, например, углубления и ниши, и предлагает улучшение полного рассеяния тепла в комбинации с модульной конструкцией осветительного прибора. Устройства освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью, например, предоставлять хорошее рассеяние тепла из светоизлучающих элементов напрямую или опосредованно в окружающую среду и/или предоставлять хорошее качество света, испускаемого из устройства освещения, в пределах, к примеру, данного ограничения по рассеянию тепла. Устройства освещения включают в себя определенное число светоизлучающих элементов (светоизлучающих элементов), расположенных на подложке, которые функционально соединены с источником электрической энергии. Устройство освещения дополнительно может включать в себя (i) оптическую систему для взаимодействия, по меньшей мере, с частью света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов, до того как свет выходит из устройства освещения, и (ii) систему управления для управления формой и величиной электрической энергии, подаваемой в светоизлучающие элементы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения твердотельное устройство освещения содержит множество светоизлучающих элементов, которые выполнены с возможностью формирования света. Эти светоизлучающие элементы термически соединены с теплорассеивающим корпусом, выполненным с возможностью соединения с одним или более теплоотводов. Устройство освещения дополнительно включает в себя смесительную камеру, которая оптически соединена с множеством светоизлучающих элементов и выполнена с возможностью смешивать свет, испускаемый посредством множества светоизлучающих элементов. Также включена система управления, функционально соединенная с множеством светоизлучающих элементов и выполненная с возможностью управлять работой множества светоизлучающих элементов.
Фиг.1 схематично иллюстрирует поперечное сечение устройства 300 освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройство освещения включает в себя теплорассеивающий корпус 310, термически соединенный с внешними охлаждающими ребрами 315 или другими увеличивающими внешнюю поверхность элементами, чтобы улучшать конвекцию воздуха. Корпус может быть выполнен в различных формах, включая линейную, искривленную или криволинейную. Внутренняя поверхность теплорассеивающего корпуса может иметь паз 320 или другое монтажное приспособление для размещения теплопроводящей подложки 330, содержащей светоизлучающие элементы. В одном варианте осуществления подложка 330 является гибкой и может эластично сдвигаться в паз или другое монтажное приспособление, чтобы достигать требуемого уровня тепловой взаимосвязанности между светоизлучающими элементами и теплорассеивающим корпусом. Устройство освещения дополнительно включает в себя оптическую систему 340, которая может предоставлять манипуляцию светом, например перенаправление испускаемого света из устройства освещения. Теплорассеивающий корпус может быть термически соединен с теплоотводом или другой конфигурацией рассеяния тепла, которая тем самым может предоставлять рассеяние тепла, формируемого посредством светоизлучающих элементов, в окружающую среду. В одной версии этого варианта осуществления несколько светоизлучающих элементов предоставляются на подложке 330 последовательно и электрически соединены через токопроводящие трассы. Дополнительно, преобразующий слой, содержащий люминофор, может быть включен поверх светоизлучающих элементов.
Фиг.2A иллюстрирует поперечное сечение устройства освещения согласно другой версии варианта осуществления, показанной на фиг.3, в которой теплорассеивающий корпус 310 задает несколько пазов 320A, 320B и 320C и/или включает в себя другое монтажное приспособление для размещения подложек со светоизлучающими элементами внутри или зацепления иным способом этих подложек к корпусу. Например, светоизлучающие элементы могут размещаться на одной или более подложек, которые могут эластично сдвигаться против внутренней части теплорассеивающего корпуса, в пазу. Устройство освещения дополнительно содержит оптическую систему 340, которая может предоставлять манипуляцию светом, например перенаправление испускаемого света из устройства освещения. Оптическая система может быть выполнена как рефлектор, имеющий зубчатую конфигурацию, как проиллюстрировано на фиг.2B.
Фиг.3A и 3B схематично иллюстрируют поперечное сечение и вид сверху, соответственно, устройства 500 освещения согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройство освещения включает в себя множество белых светоизлучающих элементов 510, размещающихся в теплоотводе 520 в середине или на внутренней поверхности задней стенки устройства освещения. Синие светоизлучающие элементы 525 и зеленые светоизлучающие элементы 530 находятся вокруг внутренней искривленной поверхности теплорассеивающего корпуса 540, причем эти светоизлучающие элементы могут сдвигаться в паз, сформированный в нем, как пояснено выше со ссылкой на фиг.1-2. Устройство освещения дополнительно включает в себя оптические элементы, которые могут быть выполнены с возможностью перенаправлять свет, испускаемый посредством зеленых и синих светоизлучающих элементов, из устройства освещения.
Терморегулирование
Вопросы терморегулирования, относящиеся к теплу, формируемому посредством множества светоизлучающих элементов, в общем, задают конструктивные конфигурации устройства освещения. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения рассматривается расположение светоизлучающих элементов относительно теплорассеивающего корпуса или другого устройства терморегулирования, чтобы предоставлять требуемый уровень теплопередачи из светоизлучающих элементов. Помимо этого, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения размер, конфигурация и конструктивное оформление светоизлучающих элементов может выбираться таким образом, чтобы уменьшать концентрацию тепла, формируемого ими. Кроме того, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, теплорассеивающий корпус термически соединен с множеством светоизлучающих элементов устройства освещения, при этом теплорассеивающий корпус может предусматривать простое присоединение к теплоотводу или другой системе рассеяния тепла требуемым образом и с требуемым уровнем термической взаимосвязанности.
Размещение светоизлучающих элементов
Различные варианты осуществления настоящего изобретения могут использовать различные схемы расположения светоизлучающих элементов. Фиг.4A и 4B схематично иллюстрируют две различные примерные компоновки светоизлучающих элементов в устройстве освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Ссылаясь на фиг.4A, светоизлучающие элементы 450 устанавливаются на пластине в середине корпуса и направлены прямо на выходное отверстие устройства освещения. Эта компоновка может предоставлять эффективное световое излучение, но может испытывать недостаток в виде ухудшения характеристик рассеяния тепла вследствие удлиненных тепловых путей из светоизлучающих элементов за пределы устройства освещения. Ссылаясь на фиг.4B, светоизлучающие элементы 460 устанавливаются близко и в хорошем термическом соединении с внешней стороной устройства освещения. Эта конфигурация позволяет упрощать и улучшать рассеяние тепла от светоизлучающих элементов в окружающую среду. Дополнительно требуемые оптические элементы, такие как, например, рефлекторы, которые могут перенаправлять свет светоизлучающего элемента в направлении выходного отверстия устройства освещения, тем не менее, могут предоставлять меньшую полную эффективность устройства освещения. Варианты осуществления настоящего изобретения, тем не менее, могут использовать комбинацию этих или других позиций установки.
Фиг.5 иллюстрирует различные конфигурации установки светоизлучающих элементов в устройстве освещения в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг.5, ссылочный номер 410 обозначает конфигурацию со светоизлучающими элементами, которые могут устанавливаться максимально близко к выходному отверстию 415 устройства освещения, например на обрамляющем кольце, находящимся напротив внутренней части устройства освещения. Эта конфигурация предоставляет короткие тепловые пути для тепла из светоизлучающих элементов, чтобы рассеиваться в окружающую среду, и, следовательно, потенциально хорошее охлаждение светоизлучающего элемента и осветительного прибора. Эта конфигурация, тем не менее, может предоставлять меньшую оптическую эффективность светоизлучающих элементов с прямым излучением, поскольку испускаемый свет должен отражаться в обратном направлении, чтобы достигать выходного отверстия устройства освещения. Как указано посредством ссылки с номером 420, светоизлучающие элементы также могут быть расположены вдоль внутренней поверхности концентрически вокруг оси устройства освещения. Эта конфигурация может предоставлять хорошую термическую взаимосвязанность с окружающей средой также в соответствии с улучшением оптической эффективности, поскольку требуется меньший угол отражения для того, чтобы перенаправлять свет, испускаемый из светоизлучающих элементов с прямым излучением, на выходное отверстие устройства освещения. Как указано посредством ссылочного номера 430, светоизлучающие элементы также могут быть расположены на внутренней поверхности устройства освещения в задней стенке. Эта конфигурация предоставляет относительно длинные тепловые пути для тепла, чтобы получить хорошо проветриваемые секции за пределами устройства освещения. Светоизлучающие элементы также могут располагаться согласно конфигурации 440 на подложке в устройстве освещения. Подложка может быть термически соединена с компонентами с хорошей теплопроводностью, такими как элементы охлаждения, тепловые трубы и т.д. Конфигурации 430 и 440, тем не менее, могут предлагать эффективное световыделение из устройства освещения, поскольку это упрощает коллимацию света из светоизлучающих элементов.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, различные типы светоизлучающих элементов могут быть использованы в конструкции устройства освещения и могут быть надлежащим образом размещены согласно типу светоизлучающего элемента. Например, наиболее теплочувствительные светоизлучающие элементы могут быть размещены в соответствии с конфигурацией 410 или аналогичной конфигурацией рядом с выходным отверстием устройства освещения. Другие типы светоизлучающих элементов могут быть расположены согласно конфигурациям 420, 430 или 440 или другим надлежащим конфигурациям, например, в зависимости от конкретных потребностей светоизлучающих элементов этих типов.
Конфигурация светоизлучающих элементов
Небольшие светоизлучающие элементы могут предоставлять небольшие удельные мощности и могут генерировать меньше отходящего тепла, чем большие светоизлучающие элементы. Компонентная стоимость большого количества небольших светоизлучающих элементов типично меньше стоимости небольшого количества больших светоизлучающих элементов. Следует отметить, что осветительный прибор с большим количеством небольших светоизлучающих элементов может предоставлять дополнительные выгоды и может быть полезным для определенных вариантов применения. Устройства освещения согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать относительно большое количество небольших или относительно менее мощных светоизлучающих элементов. Устройства освещения согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать относительно небольшое количество больших или относительно мощных светоизлучающих элементов. Кроме того, устройства освещения согласно дополнительным вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать как небольшие, так и большие светоизлучающие элементы.
Фиг.6A и 6B иллюстрируют профили равновесной температуры для двух конфигураций светоизлучающих элементов. В частности, фиг.6A иллюстрирует один большой светоизлучающий элемент, а фиг.6B иллюстрирует три небольших светоизлучающих элемента, каждый из которых функционально расположен на подложке. Светоизлучающие элементы управляются согласно определенным условиям работы в режиме статических испытаний, чтобы проиллюстрировать воздействие на температурный профиль двух различных конфигураций. Как проиллюстрировано на фиг.6B, меньшие рассредоточенные светоизлучающие элементы, которые типично формируют меньшие величины отходящего тепла в пределах площади или объема, сопоставимого по размеру с площадью или объемом одного большего светоизлучающего элемента сопоставимой эффективности, как проиллюстрировано на фиг.6A, типично формируют пространственно более гладкую, менее концентрированную тепловую нагрузку и, следовательно, подвергают подложку и светоизлучающие элементы и другие компоненты или устройства меньшему термически наведенному воздействию. Аналогичные соображения также применимы для тепловыделяющих устройств, отличных от светоизлучающих элементов. Фиг.6A и 6B также иллюстрируют, что температурные градиенты и максимальные температуры температурного профиля распределенного набора небольших светоизлучающих элементов могут демонстрировать меньшие градиенты и менее экстремальные температуры по сравнению с одной микросхемой, формирующей такую же величину света. Покрытие больших областей с большим количеством небольших светоизлучающих элементов также может упрощать теплопередачу в один или более теплоотводов или прямое рассеяние отработанного тепла в окружающую среду.
Рассеяние тепла
Для эффективного рассеяния тепла может быть выгодным распределять источники тепла. Источники тепла в устройствах освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть расположены соответствующим образом. Устройства освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения также могут включать в себя надлежаще выполненные тепловыделяющие или теплорассеивающие элементы, которые предоставляют функции поглощения тепла при одновременном предоставлении одной или более других функций, и могут предоставлять хорошее рассеяние тепла, к примеру надлежащим образом выполненный корпус или кожух, например. Устройство освещения и теплорассеивающие элементы могут быть выполнены так, чтобы устройство освещения могло управляться согласно целевым рабочим режимам в различных ориентациях, или в закрытых пространствах, или и в тех, и в других условиях. Например, корпус может быть выполнен из теплопроводящего материала, такого как, например, алюминий или алюминиевые сплавы. Характеристики рассеяния тепла также могут улучшаться посредством увеличения отношения величины поверхности к объему одного или более тепловыделяющих или теплорассеивающих элементов, даже вне рамок, требуемых этим элементом, чтобы предоставлять достаточную механическую прочность или жесткость. Например, форма корпуса может быть относительно плоской, а не относительно кубической или сферической, при этом сохраняя надлежаще компактное устройство освещения. Компоненты устройства освещения, которое может быть выполнено с возможностью предоставлять относительно плоскую форму, могут быть расположены так, чтобы они находились в хорошем термическом контакте и предоставляли короткий тепловой путь для светоизлучающих элементов и других источников тепла, которые включены в устройство освещения.
Корпус также может быть выполнен с возможностью предоставлять хороший термоконтакт для необязательных элементов рассеяния тепла, таких как внешние теплоотводы, например, чтобы предоставлять хорошее рассеяние тепла в окружающую среду через конвекцию.
Устройство освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть выполнено так, чтобы светоизлучающие элементы были надлежаще теплоизолированы от других подсистем, таких как система управления, система возбуждения или система датчиков, или, по меньшей мере, от определенных компонентов подсистем. Следует отметить, что в ходе работы устройства освещения резкая смена температур и изменения температурного распределения могут возникать в светоизлучающих элементах, что может вызывать тепловое напряжение в светоизлучающих элементах и других компонентах, которые находятся в термическом контакте со светоизлучающими элементами. Теплоизоляция других компонентов устройства освещения, таких как необязательные датчики тока или оптические датчики, например, может использоваться для того, чтобы предоставлять точное управление над числом рабочих режимов устройства освещения, или испускаемого света, или и того, и другого.
Соединение светоизлучающих элементов
Светоизлучающие элементы могут быть соединены в цепочки или соединены иным образом, чтобы препятствовать гашению светоизлучающих элементов, если один или более светоизлучающих элементов выходят из строя. Ссылаясь на фиг.7, в одном варианте осуществления настоящего изобретения светоизлучающие элементы соединены так, чтобы повышать доступность в случае одного или нескольких отказов. Как проиллюстрировано, светоизлучающие элементы могут размещаться в матрице из нескольких параллельных взаимосвязанных цепочек. Если светоизлучающий элемент в цепочке выходит из строя, электрический ток может отклоняться в поврежденном светоизлучающем элементе на другую ветвь или сегмент и немного повышать ток возбуждения других светоизлучающих элементов в ветвях или сегментах, параллельных поврежденному светоизлучающему элементу, при этом типично только незначительно воздействуя на ток возбуждения, протекающий через светоизлучающие элементы других ветвей или сегментов. Следует отметить, что другие варианты осуществления настоящего изобретения могут использовать другие соединения светоизлучающих элементов, такие как комбинация последовательных и параллельных проводных ветвей.
Система управления и возбуждения
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения система освещения включает в себя систему управления для управления токами возбуждения через светоизлучающие элементы. Система управления может быть выполнена по-разному, чтобы предоставлять одну или более заранее определенных управляющих функций. Система управления может использовать один или более различных механизмов управления с прямой связью, или с обратной связью, или и то, и другое. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения система управления может использовать обратную связь токами возбуждения. Соответствующие устройства освещения могут включать в себя один или более датчиков тока возбуждения для распознавания одного или более токов возбуждения светоизлучающего элемента в рабочем режиме, которые предоставляют один или более сигналов, которые служат признаком соответствующих токов возбуждения. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, система управления может использовать оптическую обратную связь.
Соответствующее устройство освещения может включать в себя один или более оптических датчиков возбуждения для распознавания света, испускаемого посредством одного или светоизлучающих элементов, которые предоставляют один или более сигналов, которые служат признаком соответствующих яркостей измеряемого света. Устройство освещения также может содержать один или более температурных датчиков для распознавания рабочей температуры одного или более компонентов устройства освещения. Подходящие температурные датчики для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения могут включать в себя элементы, которые предоставляют практически полезные теплоустойчивые или термоэлектрические эффекты, которые заставляют их изменять сопротивление или предоставлять определенное напряжение в соответствии с изменениями рабочей температуры. Рабочая температура многих типов светоизлучающих элементов также может быть логически выведена из комбинации мгновенных прямых напряжений светоизлучающего элемента и тока возбуждения светоизлучающего элемента, как должны легко понимать специалисты в данной области техники.
Система управления может быть выполнена с возможностью обрабатывать сигналы обратной связи, предоставляемые посредством одного или более датчиков тока возбуждения или одного или более оптических датчиков или других датчиков, выполненных с возможностью предоставлять информацию, например, об одном или более рабочих режимов устройства освещения. Система управления может быть выполнена с возможностью определять или предоставлять токи возбуждения светоизлучающего элемента на основе параметров конфигурации с прямой связью системы управления. Система управления также может использовать комбинацию способов с прямой связью и с обратной связью для идентичных или различных параметров управления или сигналов обратной связи.
Устройство освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, которое включает в себя устройства освещения на основе многоцветных светоизлучающих элементов, может быть выполнено с возможностью использовать регулирование с оптической обратной связью. В таких устройствах освещения яркость света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов аналогичного цвета, может быть определена рядом различных способов. Например, яркость может быть определена посредством сравнения измеренной обнаруженной интенсивности сигнала, когда все светоизлучающие элементы включены, с интенсивностью сигнала, когда светоизлучающие элементы интересующего цвета выключены. Если измерение требует, чтобы светоизлучающие элементы были выключены, хотя это не требуется для иных целей, нехватка намеченной доли яркости этого цвета вследствие выключения может быть компенсирована, например, посредством добавления обратно импульса включения в системах регулирования на основе широтно-импульсной модуляции (PWM), к концу цикла, в котором проводились измерения. Отклонения цветности света, испускаемого посредством устройств освещения, от намеченной цветности могут быть определены посредством системы управления на основе обнаруженных измерений.
Кроме того, в одном варианте осуществления измерение для одного цвета может быть выполнено, когда все светоизлучающие элементы кроме тех, которые испускают свет интересующего цвета, выключены. С другой стороны, если измерение требует, чтобы светоизлучающие элементы были выключены, хотя это не требуется для иных целей, добавление обратно компенсирующих импульсов для выключенных цветных светоизлучающих элементов в конце импульсного цикла в системах с регулированием по ширине импульса может использоваться для того, чтобы компенсировать иначе возникающие случайные эффекты. Определенные устройства освещения с широтно-импульсным модулированием (PWM) на основе многоцветных светоизлучающих элементов могут быть выполнены с возможностью определять яркость света, испускаемого посредством одного или даже большего количества светоизлучающих элементов аналогичного цвета в ходе рабочих режимов на цикл PWM. Следует отметить, что также можно компенсировать распознанный окружающий свет посредством сравнения оптического сигнала, когда все светоизлучающие элементы включены, с сигналом, когда они все выключены. С другой стороны, отклонения цветности света, испускаемого посредством устройства освещения, от намеченной цветности могут быть определены посредством системы управления на основе обнаруженных измерений.
В одном варианте осуществления система управления может быть выполнена с возможностью автоматически регулировать уровни усиления для сигналов, предоставленных посредством оптических датчиков или датчиков тока возбуждения. Система управления может быть выполнена с возможностью осуществлять регулирование способом с обратной связью на основе интенсивности распознанного сигнала или среднего по времени значения отслеживаемого сигнала. Альтернативно, регулирование может осуществляться на основе способа прямой связи, например на основе уровня светового выхода, который ожидается для светоизлучающих элементов аналогичного цвета для целевых рабочих режимов. Усиление может быть определено согласно этим или другим способам таким образом, что разрешающая способность измерений может повышаться. Яркость по каждому цвету может быть затем определена и использована посредством системы управления для того, чтобы поддерживать комбинированный световой выход на требуемом уровне. В устройстве освещения с широтно-импульсным управлением усиление может изменяться, например, на импульсной основе.
Фиг.8 иллюстрирует блок-схему системы 610 управления для устройства освещения согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Система управления выполнена с возможностью управлять последовательным соединением одной или более (проиллюстрировано три) групп светоизлучающих элементов 611, 612 и 613 и функционально соединена с модулем 617 регулирования тока возбуждения, преобразователем 620 постоянного напряжения, источником 622 питания и резистором 624. Каждая из N групп светоизлучающих элементов 611, 612, 613 функционально соединена с полевым транзистором (FET). Электроды затвора каждого полевого транзистора функционально соединены с модулем 616 управления активацией компонентов. Модуль 616 управления активацией компонентов может быть интегрирован с модулем 617 регулирования тока для предоставления сигналов переключения или активации в каждый из модулей светоизлучающего элемента, тем самым обеспечивая отдельное управление каждой из групп светоизлучающих элементов. Фиг.8 также иллюстрирует примеры сигналов 691, 692 и 693 переключения затвора для напряжений VG1, VG2-VGN затвора для FET каждой группы 611, 612 и 613 светоизлучающих элементов.
Модуль 617 регулирования тока возбуждения исследует падение напряжения через резистор 624, который выступает в качестве датчика тока. Модуль 617 регулирования тока возбуждения предоставляет сигнал обратной связи в преобразователь 620 постоянного напряжения. В этом варианте осуществления ток возбуждения протекает в основном либо через одну из групп светоизлучающих элементов, либо через FET, соответствующий этой группе. Следовательно, надлежащий электрический ток возбуждения может предоставляться для каждой из групп светоизлучающих элементов посредством включения и выключения соответствующего FET в зависимости от того, разомкнут или замкнут канал "сток-исток" соответствующего FET или до какой степени он разомкнут или замкнут.
Чтобы поддерживать число электронных компонентов и устройств, так или иначе требуемых для того, чтобы предоставлять подходящее прямое напряжение для соединений светоизлучающих элементов, небольшим, надлежащее число светоизлучающих элементов может быть функционально соединено последовательно в цепочку светоизлучающих элементов. Цепочки с большим числом последовательно соединенных светоизлучающих элементов типично требуют более высоких напряжений возбуждения и, в общем, получают более низкие выходные токи из функционально подключенного источника питания, чем цепочки с большим числом параллельных цепочек, но меньшим числом светоизлучающих элементов на цепочку для сопоставимой суммарной потребляемой мощности и светового выхода. В одном варианте осуществления предусмотрено вполовину меньше каналов возбуждения, чем цепочек светоизлучающих элементов. Например, может быть четыре независимых цепочки и два канала возбуждения.
Определенные светоизлучающие элементы типично требуют низких прямых напряжений порядка от одного до десяти вольт в зависимости от типа светоизлучающего элемента при прямом смещении, для того чтобы формировать токи возбуждения, подходящие для достижения номинальных рабочих режимов. Соединения светоизлучающих элементов могут быть выполнены, например, в последовательном или смешанном последовательно-параллельном порядке взаимного соединения соответствующего числа светоизлучающих элементов, чтобы соответствовать требованиям по прямому напряжению светоизлучающих элементов, для соединения светоизлучающих элементов с выходным напряжением источника питания. Например, светоизлучающие элементы могут быть последовательно соединены в одну или более параллельных цепочек. Надлежащим образом выполненные соединения светоизлучающих элементов могут использоваться в комбинации с определенными источниками питания, к конфигурации которых предъявляются смягченные требования. Использование таких источников питания в (или в комбинации с) осветительном приборе согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть более экономически эффективным. Число светоизлучающих элементов, которые должны быть последовательно соединены, может быть определено на основе прямого напряжения каждого светоизлучающего элемента и напряжения возбуждения, предоставляемого в цепочку, как должны легко понимать специалисты в данной области техники.
Следует отметить, что осветительный прибор согласно настоящему изобретению может содержать светоизлучающие элементы различных типов, например различных цветов, и эти светоизлучающие элементы различных типов могут требовать различных прямых напряжений. Тип светоизлучающего элемента может зависеть от ряда характеристик, в том числе, например, материалов, используемых в светоизлучающем элементе, структуры материалов и конструкции светоизлучающего элемента. Тип светоизлучающего элемента может влиять на цвет и спектр света, испускаемого посредством светоизлучающего элемента в рабочем режиме.
1/2
Например, последовательное соединение 50 светоизлучающих элементов одного номинального типа, каждый из которых имеет номинальное прямое напряжение в 3 В, требует порядка 150 В для того, чтобы иметь возможность достигать соответствующего номинального тока возбуждения. Сеть электропитания по стандарту выпрямленного напряжения переменного тока 120 В при 60 Гц предоставляет пиковое напряжение в 120*2 В или примерно 170 В и номинально требует приблизительно 57 светоизлучающих элементов, каждый из которых имеет прямое напряжение в 3В, если падения напряжения не принимаются во внимание. Следует отметить, что через электрические соединения и другие компоненты устройства освещения, такие как необязательная система управления, например, напряжение, предоставляемое посредством источника питания, может быть понижено, прежде чем оно станет доступным для светоизлучающих элементов. Например, 50 светоизлучающих элементов с номинальным прямым напряжением в 3 В каждое могут безопасно функционировать напрямую, например, при синусоидальном напряжении сети в 120 В при 60 Гц. Определенные светоизлучающие элементы или конфигурации светоизлучающих элементов также могут управляться при прямых напряжениях выше своего номинального прямого напряжения в зависимости, например, от конфигурации устройства освещения или его компонентов или варианта применения.
Согласно этому варианту осуществления, каждая цепочка в устройстве освещения взаимозависимо возбуждается посредством двухполупериодного выпрямленного напряжения переменного тока, извлеченного из однофазного источника питания. Ток возбуждения для каждой цепочки задается в соответствии с требуемым цветом или коррелированной цветовой температурой (CCT) смешанного света. Как проиллюстрировано на фиг.9A-9C, токи возбуждения, которые подаются в каждую цепочку светоизлучающих элементов, могут сдвигаться по фазе относительно друг друга, чтобы уменьшать нежелательное воспринимаемое мерцание. Следует отметить, что соответствующие технологии и электронные схемы сдвига фаз широко известны в данной области техники. Например, фиг.9A иллюстрирует сигнал переменного тока в конфигурации со сдвигом по фазе, фиг.9B иллюстрирует этот сигнал переменного тока, выпрямленный в конфигурацию постоянного тока, а фиг.9C иллюстрирует сигнал после сглаживания. В одном конкретном варианте осуществления токи возбуждения для каждого цвета сдвигаются по фазе относительно друг друга таким образом, что изменение в силе света вследствие суммы многоцветного света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов, минимизируется. Известно, что зрительная система человека менее чувствительна к быстрым и периодически повторяющимся изменениям цветности, чем к быстрым и периодически повторяющимся изменениям силы света.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, устройство освещения содержит комбинацию светоизлучающих элементов с высоким уровнем мощности и меньших светоизлучающих элементов с низким уровнем мощности. Устройство освещения также содержит преобразователь мощности переменного тока. Это позволяет увеличивать тепловую нагрузку по сравнению с более простыми, основанными исключительно на выпрямителях, вариантами осуществления схемы, но может значительно снижать термическое напряжение и может упрощать определенные аспекты конструкции устройства освещения. Небольшие, недорогие и эффективные преобразователи мощности переменного тока могут использоваться для того, чтобы лучше управлять определенными характеристиками светоизлучающих элементов и смешанного света, испускаемого посредством устройства освещения. Как проиллюстрировано на фиг.10, большая часть света может формироваться посредством белых светоизлучающих элементов требуемой CCT, например теплых светоизлучающих элементов белого света, которые могут быть соединены в одной или более цепочек. Белые светоизлучающие элементы 1103 могут возбуждаться при фиксированных заранее определенных рабочих режимах, например, через двухполупериодный выпрямленный переменный ток посредством выпрямителя 1101 и, необязательно, через сглаженные напряжения возбуждения посредством компонентов 1102 сглаживания, предоставляемых посредством простого источника переменного тока. Преобразователь 1104 переменного тока, который также может предоставляться посредством комбинации выпрямителя 1101 и компонентов 1102 сглаживания, используется для того, чтобы питать управляющие и возбуждающие схемы 1105, например, для дополнительных цепочек зеленых 1108 и синих 1106 светоизлучающих элементов. Цепочки синих и зеленых светоизлучающих элементов с цифровым управлением, работающие при низких токах, используются для того, чтобы модифицировать цветность или CCT полного светового выхода. Это предоставляет возможность полного управления над выводом зеленой и синей цепочки и обеспечивает формирование белого света с управляемой CCT вдоль линии цветностей черного тела или формирование света с другими цветностями в пределах гаммы устройства освещения. Например, обратная связь может предоставляться посредством оптических датчиков 1107, которые могут предоставлять сигналы обратной связи в управляющее устройство 1105, которое на основе сигналов обратной связи может модифицировать ток, подаваемый в синие и зеленые светоизлучающие элементы.
Как проиллюстрировано на фиг.11 и в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, устройство освещения может содержать ряд цепочек светоизлучающих элементов 1204, которые могут возбуждаться посредством общего постоянного напряжения. Постоянное напряжение может предоставляться посредством выпрямленного напряжения источника питания переменного тока посредством преобразователя 1201 переменного тока. Каждая цепочка может иметь светоизлучающие элементы собственного номинального цвета, и каждая цепочка может иметь один или более светоизлучающих элементов. Например, устройство освещения может содержать три или четыре цепочки, одну из красных, одну из зеленых, одну из синих светоизлучающих элементов и необязательно одну из янтарных светоизлучающих элементов. Каждая цепочка функционально соединена с одним из трех или четырех каналов возбудителя постоянным током, который может предоставлять независимо регулируемые токи возбуждения на канал. Устройство освещения также может содержать микропроцессор для управления возбудителем постоянным током так, чтобы могло осуществляться полное регулирование цветности смешанного света. Система 1203 с оптической обратной связью необязательно может быть включена в структуру и может включать в себя одно или более из оптических датчиков, температурных датчиков, датчиков напряжения, датчиков тока или других датчиков, как можно легко понять. Следует отметить, что повышение числа светоизлучающих элементов на цепочку при надлежащем согласовании с числом светоизлучающих элементов в цепочках относительно друг друга, чтобы предоставлять устройство освещения с требуемой гаммой, при возбуждении светоизлучающих элементов с надлежащим более высоким напряжением, может помогать уменьшать полный ток в определенных компонентах устройства освещения и, следовательно, может повышать эффективность устройства освещения.
Источники питания
Устройство освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать источник питания или может быть выполнено с возможностью работать с внешним источником питания. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, осветительный прибор может включать в себя источник питания переменного тока, который подает переменный ток определенной частоты и амплитуды, чтобы непосредственно возбуждать заранее определенное число надлежаще выполненных светоизлучающих элементов. Например, источник питания может быть выполнен с возможностью предоставлять невыпрямленное либо полупериодное или двухполупериодное выпрямленное напряжение сети или другие типы или абсолютные величины напряжений в заранее определенные соединения светоизлучающих элементов. Устройство освещения согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать импульсные источники питания.
Простые типы источников питания могут предоставлять меньшую степень управления рабочими параметрами светоизлучающих элементов и света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов, такими как цветность и яркость, например, но могут не требовать вообще или требовать относительно простых схем управления и могут быть подходящими для определенных типов вариантов применения. Соответствующее устройство освещения может требовать большего числа светоизлучающих элементов, поскольку прямые напряжения типично составляют только несколько вольт, и номинальные фактические или пиковые напряжения сети могут иметь порядок от ста до нескольких сотен вольт. Следовательно, может быть полезным использовать относительно большое число небольших светоизлучающих элементов, чтобы упрощать состав компонентов и требования по электропитанию для источников питания и электрических распределительных сетей в устройстве освещения.
Оптическая система
Устройства освещения согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения могут использовать оптическую систему. Оптическая система может включать в себя один или более из каждого из отражательных, преломляющих или пропускающих элементов в одной или определенном числе конфигураций. Например, оптическая система может включать в себя одно или комбинацию отражательных покрытий, отражающих поверхностей, диффузоров, линз и лентикулярных элементов и т.д., как могут легко понимать специалисты в данной области техники. Например, определенные компоненты устройства освещения могут быть выполнены, например сформированы, или обработаны, или и то, и другое, так чтобы предоставлять требуемое отражение или преломление света, который формируется посредством светоизлучающих элементов в рабочем режиме, и перенаправлять свет в направлении поверхности, чтобы освещать поверхность намеченным способом.
Оптическая система и ее компоненты могут перенаправлять или преломлять свет или помогать смешению света в одном варианте осуществления. Отражательные покрытия, например, могут быть сделаны из блестящего белого мелковспененного пластика, такого как микропористый полиэтилентерефталат (MCPET). Отражательные покрытия могут быть расположены на подложках или других компонентах оптической системы или осветительного прибора.
Варианты осуществления настоящего изобретения могут содержать один или более диффузоров или светорассеивающих элементов или элементов, которые предоставляют, помимо других функций, светорассеивающую функцию. Диффузоры могут использоваться в устройстве освещения для того, чтобы предоставлять, например, заданное освещение, смешение цветов или размывание пучка.
Следует отметить, что осветительные приборы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены модульным способом так, чтобы устройство освещения могло быть комбинировано с другими системами или компоненты устройства освещения могли легко заменяться или переставляться модульным способом. Устройства освещения согласно настоящему изобретению, кроме того, могут быть выполнены компактными и могут быть использованы во множестве вариантов применения для освещения или комбинированы с множеством декоративных компонентов, чтобы достигать множества конструкций устройства освещения.
Устройство освещения согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью использования в энергосберегающих вариантах применения. Оно также может быть выполнено с возможностью предоставлять простые конфигурации с небольшим числом деталей и экономить энергию и затраты, требуемые для изготовления.
Изобретение далее описывается со ссылкой на конкретные примеры. Следует понимать, что нижеследующие примеры имеют намерение описывать варианты осуществления изобретения и не имеют намерение ограничивать изобретение каким-либо образом.
Примеры
Пример 1
Примерное устройство освещения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предоставляет свет заранее определенной коррелированной цветовой температуры (CCT), или заранее определенной яркости, или и того, и другого. Это примерное устройство освещения не использует сложную систему регулировки CCT или яркости с оптическими или тепловыми датчиками с обратной связью. Следует отметить, что устройство освещения согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения может включать в себя соответствующие системы управления.
Снова ссылаясь на фиг.1, в одном варианте осуществления устройство освещения включает в себя кожух, содержащий теплорассеивающий корпус 310, термически соединенный с внешними охлаждающими ребрами 315 или другими увеличивающими внешнюю поверхность элементами, чтобы улучшать конвекцию воздуха. Корпус может быть выполнен в различных формах, включая линейную, искривленную или криволинейную, и может иметь цилиндрические или призматические внутренние поверхности, и он может иметь эллиптические регулярные или нерегулярные поперечные сечения многоугольной формы. Следует отметить, что многоугольные и эллиптические поперечные сечения могут улучшать смешение света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов из различных позиций в устройстве освещения. Внутренняя поверхность теплорассеивающего корпуса может иметь паз 320 или другое монтажное приспособление для размещения теплопроводящей подложки 330, содержащей светоизлучающие элементы. Подложка может быть гибкой и теплопроводящей. Надлежаще гибкая подложка может эластично сдвигаться в паз или другое монтажное приспособление. Альтернативно, подложка может располагаться и фиксироваться на месте с использованием пружинного механизма, который может упруго сдвигать подложку в направлении против другого подходящего компонента устройства освещения.
Механическое соединение с пазом или одним или более аналогичных элементов также может предоставлять хорошую удельную теплопроводность с корпусом. Подложка может поддерживать число и цвет светоизлучающих элементов, например синих или ультрафиолетовых светоизлучающих элементов. Подложка может содержать или состоять в своей основе из бериллиевомедных сплавов с высокой удельной теплопроводностью или других эквивалентных материалов, чтобы предоставлять пружинный механизм. Подложка переносит несколько десятков светоизлучающих элементов, соединенных последовательно. Точное число светоизлучающих элементов зависит от прямых напряжений каждого светоизлучающего элемента, напряжения сети и требуемого тока светоизлучающего элемента возбуждения. Подложка необязательно может быть выполнена или интегрирована в модульный компонент, который может легко заменяться, если, например, подложка или светоизлучающий элемент выходит из строя. Вместо замены всего устройства освещения, подложка с ее светоизлучающими элементами может быть заменена. Подпружиненное свойство должно предоставлять хороший термоконтакт для рассеяния тепла. Электрический контакт выполняется с помощью винтовых соединений различных форм или также с подпружиненными механизмами.
Устройство освещения также может содержать оптические элементы, такие как осесимметричный рефлектор, которые перенаправляют свет, испускаемый посредством светоизлучающих элементов, в направлении выходного отверстия. Необязательно, устройство освещения содержит оптически преломляющие элементы, такие как одна или более линз, или диффузорную пластину, ближайшую к выходному отверстию. Диффузорная пластина может содержать фотолюминесцентный материал, такой как люминофор, для преобразования, по меньшей мере, части синего или ультрафиолетового света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов, в свет с большей длиной волны, например в желтый свет. Диффузорная пластина смешивает свет, который исходит из светоизлучающих элементов, и в комбинации с фотолюминесцентным материалом может определять цветность или CCT общего смешанного света, испускаемого посредством устройства освещения. Следовательно, устройство освещения может предоставлять белый свет с заранее определенной цветностью. CCT определяется также посредством длин волн света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов, и типа или типов используемого люминофора. Рефлектор или светоизлучающие элементы альтернативно или дополнительно могут содержать фотолюминесцентный материал.
Фотолюминесцентный материал может использоваться для того, чтобы подавлять так или иначе воспринимаемое мерцание и (до определенной степени) отклонения в цвете, которые могут вызываться, например, посредством напряжений возбуждения с низкочастотной пульсацией. Изменения яркости света, формируемого посредством светоизлучающих элементов, могут существенно уменьшаться посредством фотоэлектрического преобразования света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов, с помощью фотолюминесцентного материала, который предоставляет надлежащую люминесценцию или время затухания. Фотолюминесцентный материал затем может предоставлять достаточный свет, чтобы охватывать краткие периоды, в течение которых светоизлучающие элементы могут испустить меньше света или вообще не испускать свет. Как известно, фотолюминесцентные материалы или люминофоры используются во многих других вариантах применения, таких как электронно-лучевые трубки (CRT) и некоторые типы флуоресцентных источников света, и типично выполнены с возможностью предоставлять время затухания приблизительно в 10 мс. Следует отметить, что выпрямленное напряжение сети при 60 Гц, получаемое из простой выпрямительной схемы, должно содержать остаточные пульсации преимущественно при 120 Гц и более высоких частотах. Дополнительное подавление воспринимаемого мерцания может достигаться с помощью усовершенствованных выпрямительных схем, которые, тем не менее, могут формировать дополнительное тепло и воздействовать на тепловую нагрузку устройства освещения.
Альтернативно, цепочки светоизлучающих элементов в устройстве освещения могут непосредственно снабжаться напряжением переменного тока. Например, может использоваться четное число цепочек, и половина цепочек может быть соединена с другой половиной встречнопараллельным способом. Любая половина должна активироваться и испускать свет только в течение самое большее одной из полуволн, при этом оставаясь отключенной в течение другой полуволны напряжения сети. Это может, при условии надлежащего подавления термически наведенного напряжения, продлевать срок службы устройства освещения.
Фиг.2, на который также ссылаются выше, иллюстрирует другой вариант осуществления настоящего изобретения. Светоизлучающие элементы могут размещаться на одной или более подложек, которые могут эластично сдвигаться против внутренней части устройства освещения. Светоизлучающие элементы могут размещаться таким образом, что они выравниваются в кольцах вокруг оси рефлектора. Рефлектор может быть сформирован целиком и может иметь надлежаще искривленный профиль, например, с набором надлежаще искривленных сечений, причем каждая секция соответствует одному кольцу. Устройство освещения может содержать светоизлучающие элементы одного или более номинально различных цветов или средних длин волны, включая красный цвет, янтарный цвет, зеленый цвет, цианистый цвет, синий цвет или различные ультрафиолетовые цвета либо комбинацию двух или более из этих или других цветов или средних длин волн, к примеру, синий цвет и ультрафиолетовый свет.
Устройство освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения может предоставлять фиксированный или регулируемый многоцветный свет. Устройство освещения может содержать одну или более цепочек светоизлучающих элементов, и различные цепочки могут иметь различные цветные светоизлучающие элементы. Например, устройство освещения может иметь одну цепочку красных, одну цепочку зеленых и одну цепочку синих (RGB) светоизлучающих элементов. Необязательно, цепочки янтарных, или голубых, или тех и других цветных светоизлучающих элементов могут быть включены в устройство освещения. Как известно, осветительный прибор на основе многоцветных источников света может быть выполнен с возможностью испускать смешанный свет с основными цветами или CCT в пределах гаммы, заданной посредством основных цветов его многоцветных источников света.
Согласно этому варианту осуществления, каждая цепочка в устройстве освещения взаимозависимо возбуждается посредством двухполупериодного выпрямленного напряжения переменного тока, извлеченного из однофазного источника питания. Ток возбуждения для каждой цепочки задается в соответствии с требуемым цветом или CCT смешанного света. Как проиллюстрировано на фиг.9, токи возбуждения, которые подаются в каждую цепочку светоизлучающих элементов, могут сдвигаться по фазе относительно друг друга, чтобы уменьшать нежелательное воспринимаемое мерцание. Следует отметить, что соответствующие технологии и электронные схемы сдвига фаз широко известны в данной области техники.
Например, в RGB-системе напряжение возбуждения красного цвета может отставать относительно колебания сигнала зеленого цвета и напряжение возбуждения зеленого цвета может отставать от колебания сигнала синего цвета. Следует отметить, что соответствующие запаздывания номинально могут быть идентичными или они могут быть различными. Кроме того, напряжения возбуждения могут быть в равной степени или иным способом распределены во времени. Напряжения возбуждения необязательно могут фильтроваться или сглаживаться. Величина света, испускаемого посредством светоизлучающих элементов в цепочке, или токи возбуждения на цепочку могут управляться посредством системы управления отдельно или взаимозависимо от других цепочек. Оптические, или тепловые, или оба типа датчиков с обратной связью необязательно могут быть включены в осветительный прибор. Датчики могут предоставлять сигналы в систему управления, которая может использоваться в конфигурации управления с замкнутым контуром, чтобы инструктировать устройству освещения испускать смешанный свет требуемой цветности и яркости.
Устройство освещения необязательно может содержать оптический датчик для надлежаще выполненной системы управления для отслеживания смешанного света и для предоставления сигнала обратной связи в систему управления. Система управления может обеспечивать, что цветность и яркость света, испускаемого посредством устройства освещения, остаются требуемыми, на основе показаний сигнала оптического датчика.
Пример 2
Фиг.3 схематично иллюстрирует белые светоизлучающие элементы, размещенные на теплоотводе в середине или на внутренней поверхности задней стенки устройства освещения. Тепловая труба может использоваться для того, чтобы переносить избыточное тепло, формируемое посредством этих светоизлучающих элементов, за пределы устройства освещения и дополнительно, например, на внешние тепловыделяющие ребра. Синие и зеленые светоизлучающие элементы находятся вокруг внутренней искривленной поверхности корпуса. Они могут быть установлены на эластично смещенных гибких подложках. Подложки имеют хорошую теплопроводность. Число белых светоизлучающих элементов может значительно превышать, например, в пять-десять раз число синих или зеленых светоизлучающих элементов.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, устройство освещения содержит комбинацию светоизлучающих элементов с высоким уровнем мощности и меньших светоизлучающих элементов с низким уровнем мощности. Устройство освещения также содержит преобразователь мощности переменного тока. Это позволяет увеличивать тепловую нагрузку по сравнению с более простыми, основанными исключительно на выпрямителях вариантами осуществления, но может значительно снижать термическое напряжение и может упрощать определенные аспекты конструкции устройства освещения. Небольшие, недорогие и эффективные преобразователи мощности переменного тока могут использоваться для того, чтобы лучше управлять определенными характеристиками светоизлучающих элементов и смешанного света, испускаемого посредством устройства освещения. Как проиллюстрировано на фиг.12, большая часть света может формироваться посредством белых светоизлучающих элементов требуемого CCT, например теплых светоизлучающих элементов белого света, которые могут быть соединены в одной или более цепочек. Белые светоизлучающие элементы могут возбуждаться при фиксированных заранее определенных рабочих режимах, например через двухполупериодные выпрямленные и необязательно сглаженные напряжения возбуждения, предоставляемые посредством простого источника переменного тока. Преобразователь переменного тока используется для того, чтобы снабжать питанием управляющие и возбуждающие схемы, например, для дополнительных зеленых и синих цепочек светоизлучающих элементов. Цепочки синих и зеленых светоизлучающих элементов с цифровым управлением, работающие при низких токах, используются для того, чтобы модифицировать цветность или CCT полного светового выхода. Это предоставляет возможность полного контроля над выводом зеленой и синей цепочки и обеспечивает формирование белого света с управляемым CCT вдоль линии цветностей черного тела или формирование света с другими цветностями в пределах гаммы устройства освещения, как проиллюстрировано на графике цветности по фиг.12.
График цветности по фиг.12 показывает координаты 1302 белых светоизлучающих элементов, используемых для того, чтобы предоставлять большую часть силы света. Координаты синих 1304 и зеленых 1303 светоизлучающих элементов находятся в двух других вершинах треугольника. Часть линии 1301 цветностей черного тела находится в примерной гамме, которая указывает, что управляемая цветовая температура находится в диапазоне 2700-4100 К. Белые, синие и зеленые светоизлучающие элементы с другими координатами цветности могут использоваться для того, чтобы получать другие диапазоны CCT.
Пример 3
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения и как проиллюстрировано на фиг.13, устройство освещения может содержать кольцо из синих или белых светоизлучающих элементов 1410 с компонентами 1420 и 1430 согласования пучка, которые могут содержать отражающие поверхности с заранее определенной фактурой поверхности. Необязательно, например, красные и зеленые светоизлучающие элементы 1440 могут использоваться для того, чтобы управлять CCT испускаемого света. Рефлектор 1450 необязательно может быть покрыт фотолюминесцентным материалом, таким как, к примеру, определенные люминофоры. Необязательный оптический датчик 1460 может быть функционально соединен с необязательной системой управления и может использоваться для того, чтобы замерять свет и предоставлять определенную информацию о свете для обработки в систему управления. Оптические элементы 1470 могут использоваться для того, чтобы достигать требуемой коллимации пучка и освещения.
Фиг.14 иллюстрирует устройство освещения, аналогичное проиллюстрированному на фиг.13, дополнительно включающее в себя необязательный преломляющий элемент 1480, помещенный под красными и зелеными светоизлучающими элементами. Оптические компоненты могут формировать параболоторический фокон (CPC). Фиг.15A и 15B иллюстрируют, как несколько компонентов 1510 CPC, когда расположены в кольце 1520, могут формировать частичные CPC, которые могут использоваться для того, чтобы улучшать смешение света.
Пример 4
Фиг.16 иллюстрирует покомпонентное представление еще одного примерного устройства 1600 освещения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройство освещения включает в себя светоизлучающие элементы 1625, установленные по кругу на схемной плате 1617 светоизлучающих элементов. Диск 1602 рефлектора MCPET с вырезанными отверстиями 1601, соответствующими позициям светоизлучающих элементов, располагается на схемной плате 1617 светоизлучающих элементов таким образом, что верхние поверхности светоизлучающих элементов видимы через отверстия. Отражающая поверхность диска рефлектора обращена вверх. Схемная плата светоизлучающих элементов может быть изготовлена из материала с хорошей теплопроводностью, чтобы предоставлять возможность хорошего теплоотвода для тепла, рассеиваемого посредством светоизлучающих элементов в рабочем режиме. Схемная плата светоизлучающих элементов функционально соединена с теплопроводящим, но электроизоляционным тонким слоем теплопроводящего материала 1618, который, в свою очередь, контактирует с внутренней поверхностью 1626 теплорассеивающего корпуса 1619. Теплопроводящий материал может предоставлять хороший термоконтакт между собой и подложкой и корпусом, а также может иметь хорошую собственную удельную теплопроводность.
Возбуждающая схема для системы управления содержит, например, различные электронные компоненты 1616 и функционально расположена на складной печатной плате 1613. Плата 1613 возбуждающей схемы складывается вдоль пазов 1614 и 1615. Плата 1613 возбуждающей схемы может быть функционально расположена и установлена на электроизоляционном, теплопроводящем и необязательно амортизационном слое 1620. Боковые стороны и необязательно основание платы 1613 возбуждающей схемы электрически изолированы от корпуса с помощью тонкого слоя 1621 электроизоляционного материала, такого как, например, майлар, другой полиэфир или другой подходящий материал.
Устройства и другие компоненты возбуждающей схемы расположены на плате 1613 возбуждающей схемы, чтобы не создавать помехи друг для друга в сложенном виде. Плата возбуждающей схемы проиллюстрирована (не включая устройства) в сложенном виде в перспективе на фиг.17A, и в развернутом виде в поперечном сечении на фиг.17B, и на виде сверху на фиг.17C. Плата 1613 возбуждающей схемы включает в себя оптический датчик 1612.
Возбуждающая схема функционально соединена со светоизлучающими элементами через гибкий соединитель 1624. Необязательно, плата возбуждающей схемы может соединяться со схемной платой светоизлучающих элементов с использованием прямого межплатного соединителя. Корпус 1619 является частью кожуха устройства освещения и имеет множество точек 1622 крепления для прикрепления внешних теплоотводов (не проиллюстрированы), в том числе, например, ребристых теплоотводов с пассивным или активным охлаждением. Внешние теплоотводы могут дополнительно охлаждаться, например, посредством принудительного воздушного охлаждения для улучшения конвекции или посредством других способов охлаждения, как должны легко понимать специалисты в данной области техники. Винты 1623 прикрепляют схемную плату 1617 светоизлучающих элементов и плату 1613 возбуждающей схемы к корпусу.
Верхняя часть 1603 корпуса может быть изготовлена, например, из подходящего пластика. Верхняя часть корпуса также проиллюстрирована в виде сбоку на фиг.18A, в виде спереди на фиг.18B и на виде в перспективе на фиг.18C. Верхняя часть задает цилиндрическую полость 1627, которая может практически совмещаться коаксиально с компоновкой светоизлучающих элементов в собранном виде. Материал с отражающей поверхностью 1604 может использоваться для того, чтобы выравнивать внутреннюю часть цилиндрической полости, тем самым формируя смесительную камеру для устройства освещения. Например, MCPET или другой подходящий материал может наноситься непосредственно на внутреннюю часть цилиндрической полости или эластично наноситься в форме гибкой полосы.
Если используется полоса, края 1608 полосы могут выравниваться и располагаться в позиции под Т-образным ребром 1609, выступающим из внутренней поверхности цилиндрической полости. Вид сверху примерной полосы в открытой несдвинутой конфигурации проиллюстрирован на фиг.19. Небольшой вырез 1610 в стенке цилиндрической полости и соответствующий вырез 1628 в полосе дают возможность свету из светоизлучающих элементов поступать в верхнюю часть светового канала 1611. Нижняя часть светового канала соответствует оптическому датчику 1612 на складной PCB 1613, когда световой механизм смонтирован. Необязательный инфракрасный фильтр может быть размещен поверх оптического датчика, что может помогать улучшать отношение "сигнал-шум" сигнала, предоставляемое посредством датчика.
Устройство 1600 освещения выполнено таким образом, чтобы в собранном виде небольшая часть света в цилиндрической полости могла протекать в световой канал 1611, в конце которого расположен оптический датчик. На конце цилиндрической полости, напротив светоизлучающих элементов, находится небольшое отверстие, через которое небольшая доля света из светоизлучающих элементов может распространяться в оптический датчик 1612. Вследствие отражений света, возникающих в полости, величина света, которая может распространяться через световой канал 1611, немного варьируется с изменением позиции отдельных светоизлучающих элементов схемной платы 1617 светоизлучающих элементов.
В собранном виде диффузор 1605 расположен в выходном отверстии цилиндрической полости 1627. Крышка 1606 с отверстием 1607 крепится к верхней лицевой поверхности корпуса 1603. Крышка 1606 фиксирует диффузор 1605 на месте и покрывает верхний конец светового канала 1611. Диффузор может содержать один или более элементов, изготовленных из прозрачного пластика, полупрозрачного пластика, матового стекла, голографического или другого типа диффузора или комбинации этих или других элементов, как должны легко понимать специалисты в данной области техники.
Фиг.20-26 иллюстрируют схематические представления примерной возбуждающей схемы для использования, например, в устройстве освещения, проиллюстрированном на фиг.16. Возбуждающая схема включает в себя импульсный преобразователь мощности постоянного тока в форме гистерезисного вольтодобавочного преобразователя. Гистерезисные вольтодобавочные преобразователи могут быстро включаться и отключаться и предоставлять очень небольшое время включения. В настоящем варианте осуществления преобразователи выполнены как источники тока. Они также могут практически полностью отсекать подачу мощности в выключенных конфигурациях и, следовательно, экономить энергию. Например, в схематических представлениях, показанных на фиг.23 и 24, сигналы, помеченные DRIVE_EN1 и DRIVE_EN2, дают возможность практически полного отключения источников тока, когда они не требуются, тем самым фактически полностью предотвращая рассеяние мощности посредством возбуждающих схем или светоизлучающих элементов, которые подключены к ним.
Фиг.27-33 иллюстрируют схематические представления другой примерной возбуждающей схемы для использования, например, в устройстве освещения, проиллюстрированном на фиг.16. В этом варианте осуществления определенные модификации применяются к возбуждающим схемам. Например, как показано на фиг.30 и 31, дополнительные параллельные резисторы добавлены с тем, чтобы предоставлять более точное управление гистерезисными порогами, тем самым обеспечивая большее управление и гибкость формы кривой тока, формируемой посредством гистерезисных вольтодобавочных преобразователей.
Хотя несколько изобретаемых вариантов осуществления описано и проиллюстрировано в данном документе, специалисты в данной области техники должны легко представлять себе множество других средств и/или структур для осуществления функций и/или получения результатов и/или одного или более из преимуществ, описанных в данном документе, и каждое из таких изменений и/или модификаций считается в пределах объема изобретаемых вариантов осуществления, описанных в данном документе. Если обобщить, специалисты в данной области техники должны легко принимать во внимание, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в данном документе, имеют намерение быть примерными и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации зависят от конкретного варианта применения или вариантов применения, для которых используются изобретаемые идеи. Специалисты в данной области техники должны признавать или иметь возможность устанавливать с помощью не более чем обычных экспериментов множество эквивалентов конкретным изобретаемым вариантам осуществления, описанным в данном документе. Следовательно, необходимо понимать, что вышеприведенные варианты осуществления представлены только в качестве примера и что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов изобретаемые варианты осуществления могут осуществляться на практике иным способом относительно конкретно описанного и заявленного. Изобретаемые варианты осуществления настоящего раскрытия сущности направлены на каждый отдельный признак, систему, изделие, материал, набор деталей и/или способ, описанный в данном документе. Помимо этого, любая комбинация двух или больше таких признаков, систем, изделий, материалов, наборов деталей и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, наборы деталей и/или способы не являются взаимно несогласованными, включается в пределы изобретаемого объема настоящего раскрытия сущности.
Соответственно, как указано выше, вышеприведенные варианты осуществления изобретения являются примерными и могут варьироваться множеством способов. Эти текущие и будущие вариации не должны трактоваться как отступление от объема и сущности применения изобретения, и все подобные модификации, как должно быть очевидным специалистам в данной области техники, имеют намерение быть включенными в объем прилагаемой формулы изобретения.
Следует понимать, что все определения, задаваемые и используемые в данном документе, контролируются согласно словарным определениям, определениям в документах, включенных по ссылке, и/или обычному смыслу задаваемых терминов.
Неопределенные артикли "a" и "an", при использовании в подробном описании и в формуле изобретения, если явно не указано иное, должны пониматься как означающие "по меньшей мере, один".
Фраза "и/или", при использовании в данном документе в подробном описании и в формуле изобретения, должна пониматься как означающая "один или оба" из элементов, сочетающихся таким образом, т.е. элементов, которые совместно присутствуют в некоторых случаях и отдельно присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с "и/или", должны трактоваться одинаково, т.е. "одни или более" из элементов, сочетающихся таким образом. Другие элементы необязательно могут присутствовать, отличные от элементов, конкретно идентифицированных посредством выражения "и/или", будь то связанные или несвязанные с конкретно идентифицированными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера ссылка на "A и/или B", когда используется вместе с неограничивающим термином, таким как "содержащий", может означать в одном варианте осуществления только A (необязательно включающий в себя элементы, отличные от B); в другом варианте осуществления только B (необязательно включающий в себя элементы, отличные от A); в еще одном варианте осуществления как A, так и B (необязательно включающий в себя другие элементы); и т.д.
При использовании в подробном описании и в формуле изобретения "или" должно пониматься как имеющее тот же смысл, как "и/или", как задано выше. Например, при разделении пунктов в списке "или" или "и/или" должно интерпретироваться как включающее в себя, т.е. включение, по меньшей мере, одного, но также включающее в себя более одного из определенного числа или списка элементов и, необязательно, дополнительные не включенные в список пункты. Только термины, явно указанные с обратным смыслом, такие как "только один из" или "точно один из", или, когда используется в формуле изобретения, "состоящий из", упоминаются как включение точно одного элемента из определенного числа или списка элементов. В общем, термин "или" при использовании в данном документе должен интерпретироваться только как указывающий исключающие альтернативы (т.е. "один или другой, но не оба"), когда ему предшествуют термины исключительности, такие как "любой", "один из", "только один из" или "точно один из". "Состоящий в своей основе из", когда используется в формуле изобретения, должен иметь свой обычный смысл, как используется в области патентного права.
При использовании в данном документе термин "примерно" означает изменение в +/-10% от номинального значения. Следует понимать, что это изменение всегда включается в любое данное значение, предоставляемое в данном документе, независимо от того, упоминается оно конкретно или нет.
При использовании в подробном описании и в формуле изобретения фраза "по меньшей мере, один" в ссылке на список из одного или более элементов должна пониматься как означающая, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающий в себя, по меньшей мере, один из каждого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов, и исключающий какие-либо комбинации элементов в списке элементов. Это определение также обеспечивает возможность того, что необязательно могут присутствовать элементы, отличные от элементов, конкретно идентифицированных в списке элементов, к которым относится фраза "по меньшей мере, один", будь то связанные или несвязанные с конкретно идентифицированными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, "по меньшей мере, один из A и B" (или эквивалентно "по меньшей мере, один из A или B", или эквивалентно "по меньшей мере, один из A и/или B") может означать, в одном варианте осуществления, по меньшей мере, один, необязательно включая более одного, A, без присутствия B (и необязательно включая элементы, отличные от B); в другом варианте осуществления, по меньшей мере, один, необязательно включая более одного, B, без присутствия A (и необязательно включая элементы, отличные от A); в еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один, необязательно включая более одного, A, и, по меньшей мере, один, необязательно включая более одного, B (и необязательно включая другие элементы); и т.д. Также следует понимать, что, если явно не указано иное, во всех способах, заявленных в данном документе, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничен порядком, в котором изложены этапы или действия способа. В формуле изобретения, так же как в вышеприведенном подробном описании, все переходные фразы, такие как "содержащий", "включающий в себя", "переносящий", "имеющий", "содержащий", "заключающий в себе", "хранящий", "составленный из" и т.п., должны пониматься как открытые, т.е. означающие включение в себя, но не только. Только переходные фразы "состоящий из" и "состоящий в своей основе из" должны быть закрытыми или полузакрытыми переходными фразами, соответственно.