ЛАМПА, СОДЕРЖАЩАЯ ГИБКУЮ ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ
LAMP CONTAINING FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к лампам, содержащим твердотельные источники света, таким как устанавливаемые в имеющееся оборудование светодиодные (LED) лампы, и, в частности, к светодиодным лампам встречно-штыревого типа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычные лампы накаливания с колбой в настоящее время заменяются альтернативами с меньшим потреблением энергии, такими как светодиодные лампы. Важными проблемами в конструкции устанавливаемой в имеющееся оборудование светодиодной лампы являются достижение всенаправленного распространения света, подобного распространению света колбы лампы накаливания, и обеспечение достаточного рассеяния тепла, вырабатываемого светодиодами и возбуждающей электроникой.
В WO 2010/058325 показана светодиодная лампа с колбой, имеющая колбу, установленную на патроне. Внутри колбы множество светодиодов установлено на печатной плате (PCB), которая соединена с охлаждающим средством. Охлаждающее средство проходит внутри колбы к внешней поверхности колбы, из-за чего внешняя поверхность колбы образована как подобластями светопроницаемой поверхности, так и охлаждающим средством. Подобласти и охлаждающее средство предпочтительно расположены во встречно-штыревой (чередующейся) конфигурации. Охлаждающее средство и светопроницаемая поверхность образуют внешнюю поверхность колбы, посредством этого улучшая рассеяние тепла от светодиодов, а также всенаправленное распространение света. Тем не менее такие лампы приводят к возникновению новых трудностей изготовления из-за более сложного взаимного соединения между возбуждающей электроникой и PCB, вызванного их взаимной ориентацией.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании лампы с улучшенными возможностями распространения света и рассеяния тепла. Также задача настоящего изобретения состоит в создании конструкции лампы, облегчающей изготовление лампы.
Эти и другие задачи решаются лампой, охарактеризованной в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению лампа содержит по меньшей мере два твердотельных источника света, оболочку, содержащую светопроницаемую поверхность, выполненную с возможностью передачи света от твердотельных источников света, и теплоотвод (или охлаждающее средство), проходящий изнутри оболочки к внешней поверхности оболочки так, что он разделяет оболочку по меньшей мере на два отсека. Лампа дополнительно содержит гибкую печатную схему (FPC), на которую установлены твердотельные источники света. FPC прикреплена к теплоотводу так, что твердотельные источники света распределены в (обоих) отсеках.
Благодаря настоящему изобретению соединительная конструкция (между твердотельными источниками света и возбуждающей электроникой) являются менее сложными, что способствует изготовлению и обеспечивает больше пространства для возбуждающей электроники.
Благодаря гибкости FPC, изготовление лампы дополнительно облегчается (и затраты на изготовление уменьшаются), так как уменьшается потребность в фрезеровании поверхностей теплоотвода, на которые устанавливается FPC. В технологиях предшествующего уровня техники такие поверхности теплоотвода требуют очень жестких допусков плоскостности и, следовательно, должны быть отфрезерованы до некоторой плоскостности для исключения трещин в PCB (которые обычно содержат керамические платы), которые устанавливаются на поверхности. Керамические PCB являются жесткими и хрупкими и, следовательно, могут дать трещину при их прижиме к неровной поверхности с концентрированной силой, например, прилагаемой винтом.
Преимущество настоящего изобретения дополнительно заключается в том, что распространение света улучшено, так как расположение твердотельных источников света у стенок отсека (у теплоотвода) и светопроницаемая поверхность оболочки обеспечивают более всенаправленное пространственное распространение света. В обычных светодиодных лампах требуемое всенаправленное распространение света ухудшается пластиной основания (нижней стенкой), на которой установлены светодиоды.
К тому же, по сравнению с обычными светодиодными лампами, преимущество настоящего изобретения заключается в улучшении возможности рассеяния тепла лампой. Прохождение теплоотвода к внешней поверхности оболочки увеличивает поверхность теплоотвода, открытую окружающей атмосфере. Более того гибкость FPC позволяет ей лучше соответствовать форме теплоотвода, посредством чего она может иметь увеличенную площадь, поскольку она может покрывать неплоские поверхности теплоотвода. Увеличенная площадь FPC обеспечивает увеличенную поверхность теплопередачи FPC к теплоотводу, что дополнительно улучшает рассеяние тепла от твердотельных источников света. К тому же увеличенная поверхность теплопередачи FPC снижает критичность границы раздела между FPC и теплоотводом, посредством этого уменьшая потребность в материале теплового взаимодействия (TIM) между FPC и теплоотводом, что уменьшает затраты на производство.
Преимущество настоящего изобретения дополнительно заключается в том, что схемы с твердотельными источниками света и, предпочтительно, проводка для соединения твердотельных источников света с возбуждающей электроникой могут быть встроены в один узел с FPC. FPC может иметь такую форму и быть так приспособлена к внутренней конструкции лампы таким образом, чтобы одна часть FPC, которая содержит по меньшей мере один твердотельный источник света, могла быть соединена с теплоотводом в одном из отсеков, а другая часть FPC, которая также содержит по меньшей мере один твердотельный источник света, могла быть прикреплена к теплоотводу в другом отсеке. Часть FPC, соединяющая друг с другом две части, может быть, например, загнута за стенку или часть теплоотвода, разделяющую стенки. Таким образом, изготовление, и, в частности, сборка лампы облегчается, поскольку количество компонентов для сборки может быть уменьшено и может быть уменьшена потребность в пайке (например, проводов к печатным платам). Уменьшение количества паяных соединений также приводит к уменьшению риска дефектов пайки.
Преимущество настоящего изобретения дополнительно заключается в том, что FPC тоньше, чем обычные типы печатной схемы (например, FR4 или IMS), и, следовательно, позволяет располагать твердотельные источники света дальше от светопроницаемой поверхности, что способствует смешиванию цветов при использовании твердотельных источников света разных цветов, и делает интенсивность освещения по углу более равномерной, так как светопроницаемая поверхность освещается более однородно.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения FPC может быть неразъемной FPC, преимуществом чего является уменьшение количества узлов (или деталей) в лампе. Благодаря настоящему варианту осуществления схемы с твердотельными источниками света и, предпочтительно, проводка для соединения твердотельных источников света с возбуждающей электроникой встроены в единственную FPC. Количество паяных соединений уменьшается дополнительно, поскольку единственная FPC уменьшает потребность в паяных соединениях между твердотельными источниками света и возбуждающей электроникой. Согласно альтернативному варианту осуществления, FPC может включать в себя два или более элемента FPC.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, FPC может содержать ножки (или выступы), проходящие от средней части FPC, и причем каждая ножка может быть расположена в одном из отсеков. FPC может, например, содержать три ножки, если лампа содержит три отсека, так чтобы одна ножка была расположена в каждом из отсеков. Гибкость FPC позволяет ножкам изгибаться вниз в разные отсеки. Средняя часть может образовывать соединение для ножек, к которому может сходиться проводка от твердотельных источников света у каждой ножки. Настоящий вариант осуществления обеспечивает удобную конструкцию FPC для ее установки в разные отсеки и для обеспечения ее изготовления как неразъемной детали.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, FPC может содержать соединительную ножку (или соединительный выступ), выполненную с возможностью соединения с возбуждающей электроникой лампы. Соединительная ножка может образовывать часть FPC (то есть быть частью FPC) и содержать проводку, соединенную с твердотельными источниками света. Конец соединительной ножки может содержать точки взаимного соединения, которые могут быть припаяны (или иначе соединены) к возбуждающей электронике. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что оно уменьшает потребность в отдельной проводке и, таким образом, также количество паяных соединений, для соединения твердотельных источников света с возбуждающей электроникой.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, FPC может покрывать наибольшую часть, например по меньшей мере 50%, и предпочтительно по меньшей мере 80%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, поверхности теплоотвода (или стенки отсека теплоотвода) внутри оболочки, посредством этого увеличивая поверхность теплопередачи FPC и, таким образом, также поверхность границы теплопередачи между FPC и теплоотводом. Следовательно, улучшается возможность рассеяния тепла лампы и уменьшается потребность в TIM между FPC и теплоотводом.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, светопроницаемая поверхность может быть разделена на подобласти посредством теплоотвода. Каждая подобласть может быть связана с одним из отсеков. Благодаря настоящему варианту осуществления распространение света лампы может быть отрегулировано, например, посредством установки ориентации подобластей и соответствующей подгруппы твердотельных источников света. К тому же подобласти и теплоотводы могут быть расположены во встречно-штыревой (или чередующейся) конфигурации, что является преимущественным, так как теплоотвод распространен (предпочтительно непрерывно) по внешней поверхности оболочки, посредством этого дополнительно улучшая возможность рассеяния тепла. Встречно-штыревая конфигурация также способствует изготовлению, так как она облегчает установку светопроницаемой поверхности на теплоотвод. Более того подобласти могут образовать неразъемную светопроницаемую поверхность, посредством этого уменьшая количество деталей лампы, что способствует сборке лампы.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, теплоотвод может содержать углубления, проходящие к продольной оси лампы (то есть внутрь, к середине лампы). Следует понимать, что продольная ось (или оптическая ось) лампы проходит через центральный конец патрона (или основания, или нижней части) лампы и центральный край оболочки. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что уменьшается площадь внешней поверхности теплоотвода, что улучшает рассеяние тепла от теплоотвода. В качестве альтернативы, теплоотвод может быть сплошным, то есть без углублений, что способствует изготовлению (механической обработке и литью) теплоотвода.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, FPC может содержать отражающий паяльный резист, преимущество которого заключается в том, что он увеличивает выход света из лампы, поскольку отражающий паяльный резист отражает свет от твердотельных источников света вовне лампы. Благодаря настоящему варианту осуществления уменьшается потребность в отдельной отражающей детали, что уменьшает стоимость и сложность лампы.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, FPC может быть прикреплена к теплоотводу посредством клея. Например, слой клея может быть нанесен на FPC и/или теплоотвод для соединения FPC с теплоотводом. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что он уменьшает потребность в винтах для прикрепления FPC к теплоотводу и посредством этого упрощает сборку.
Следует заметить, что изобретение относится ко всем возможным сочетаниям признаков, изложенных в формуле изобретения. Дополнительные объекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из изучения нижеследующего подробного описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что разные признаки настоящего изобретения могут быть объединены для создания вариантов осуществления, отличающихся от описанных далее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Упомянутые выше и другие аспекты настоящего изобретения описаны далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны варианты осуществления изобретения.
На Фиг. 1 показана лампа согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 показаны теплоотвод и FPC лампы, показанной на Фиг. 1.
На Фиг. 3 показана FPC с Фиг. 2 в плоском, несогнутом состоянии.
На Фиг. 4 показана лампа, предусмотренная с отражателем согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Все чертежи являются схематичными, не обязательно выполнены в масштабе и в общем содержат только части, которые необходимы для объяснения изобретения, причем другие части могут быть пропущены или только предполагаться.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее описана лампа 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 1-4. Обратимся сначала к Фиг. 1, на которой видно, что лампа 1 содержит колбу 2, в которой расположены светодиоды 9 (не показаны на Фиг. 1, но показаны на Фиг. 2 и 3) или любые другие типы твердотельных источников света, и патрон 6, выполненный с возможностью установки в ламповую арматуру. Патрон 6 соединен с колбой 2 таким образом, что продольная ось 10 (или оптическая ось) лампы 1 проходит через центральный конец патрона 6 и центральный край колбы 2. Лампа 1 дополнительно содержит светопроницаемую (или проводящую) поверхность 3, которая образует часть колбы 2 и выполнена с возможностью передачи света от светодиодов 9. Светопроницаемая поверхность 3 может быть выполнена из прозрачного или полупрозрачного материала, такого как стекло (или любая другая керамика) или пластики, и может предпочтительно быть рассеивающей (матовой) для уменьшения риска ослепления светодиодами 9 и улучшения смешивания цветов (если используются светодиоды разных цветов), однородности света и распространения света по углу (IoA). В описанных вариантах осуществления оболочка имеет форму колбы и, следовательно, также называется колбой. Тем не менее изобретение не ограничено оболочками, которые имеют форму колбы; в объем настоящего изобретения попадает каждая оболочка с требуемой функциональностью.
Для охлаждения светодиодов 9 и возбуждающей электроники (не показана) лампа 1 содержит теплоотвод 4, проходящий изнутри колбы 2 к внешней поверхности колбы 2 так, что он разделяет колбу 2 на несколько отсеков 16 (показанных на Фиг. 2).
Соответственно, стенки оболочки, образованной отсеком 16, образованы поверхностями теплоотвода 4 и светопроницаемой поверхностью 3. Теплоотвод 4, и, в частности, внешние края стенок теплоотвода 4, разделяют светопроницаемую поверхность 3 на подобласти 17, которые предпочтительно могут быть неотъемлемыми и образовывать единый кусок материала. Подобласти 17 могут проходить от средней части светопроницаемой поверхности 3 (средняя часть находится на верхней части колбы 2). Как показано на Фиг. 1, подобласти 17 и теплоотвод 4 могут быть расположены во встречно-штыревой (или вилкообразной) конфигурации, причем подобласти 17 и теплоотводы 4 (или внешние края теплоотвода 4) расположены попеременно.
Вместе теплоотвод 4 и светопроницаемая поверхность 3 образуют внешнюю поверхность колбы 2.
Для увеличения площади рассеяния тепла теплоотвода 4, которая открыта окружающей атмосфере, теплоотвод 4 может содержать углубления 8, проходящие к продольной оси 10 лампы 1, и продольное направление которых может быть, по существу, параллельным продольной оси 10. Таким образом, углубления 8 могут образовывать канавки вогнутой формы в колбе 2 (в ее внешней поверхности).
Лампа 1 может дополнительно содержать нижний теплоотвод 5, который предпочтительно может быть выполнен (отлит) как единое целое с теплоотводом 4 колбы 2, посредством этого уменьшая количество деталей в лампе 1 и увеличивая теплопередачу от колбы к нижнему теплоотводу 5. В качестве альтернативы, нижний теплоотвод 5 и теплоотвод 4 колбы 2 могут быть выполнены как отдельные детали. Теплоотвод 4 и нижний теплоотвод 5 предпочтительно выполнены из металла с теплопроводностью 70-200 Вт/мК, такого как магний или алюминий, или любого материала, имеющего теплопроводность, составляющую по меньшей мере 20 Вт/мК.
Конструкция лампы 1, в частности, в отношении теплоотвода 4 (или охлаждающего средства), светопроницаемой поверхности 3, колбы 2 и патрона 6, может быть выполнена согласно описанию WO 2010/058325 и, в частности, согласно Фиг. 2A-3B и соответствующей части описания WO 2010/058325, которое, таким образом, включено в этот документ по ссылке.
Обратимся теперь к Фиг. 2 и 3, на которых видно, что лампа 1 дополнительно содержит гибкую печатную схему (flexible printed circuit (FPC)) 7, к которой прикреплены светодиоды 9 (например, посредством пайки). На Фиг. 2 FPC 7 нанесена на теплоотвод теплоотвод 4 лампы 1, и на Фиг. 3 FPC 7 показана в плоском, несогнутом и ненанесенном состоянии или, иначе говоря, в развернутом состоянии. FPC 7 содержит гибкую подложку, содержащую, например, PET (полиэтилен-терефталат), PEN (полиэтилен-нафталат) или PI (полиимид), на которую нанесены электрические компоненты, включающие в себя проводку 14 (или медные дорожки), показанные на Фиг. 2, и светодиоды 9. Проводка 14 выполнена с возможностью соединения светодиодов 9 с возбуждающей электроникой. Предпочтительно, FPC содержит медное покрытие 18 (показанное на Фиг. 3) с толщиной около 35-100 мкм, и предпочтительно около 70 мкм, для улучшения рассеяния тепла от FPC. Для улучшения отражения света от светодиодов 9 из лампы 1 FPC может содержать отражающий (например, белый) паяльный резист.
FPC 7 предпочтительно может быть выполнена из единого куска, содержащего ножки 12 и соединительную ножку 13, проходящую от средней части 11 (или соединительной части) FPC 7. Светодиоды 9 у ножек 12 и проводка 14 проходит от светодиодов 9 через среднюю часть 11 к соединительной ножке 13. У конца соединительной ножки 13 расположены точки или площадки 15 взаимного соединения для соединения FPC 7 с возбуждающей электроникой (например, посредством сварки или соединителя).
FPC прикреплена к теплоотводу 4, предпочтительно посредством клея, так, что каждая ножка 12 расположена в одном из отсеков 16. Таким образом, каждая ножка 12 загнута за верхний край теплоотвода 4 и соединительная ножка 13 загнута вниз вовнутрь отсека (в середине) теплоотвода 4, в котором расположена возбуждающая электроника. FPC 7 может покрывать наибольшую часть, например по меньшей мере 80%, поверхности теплоотвода внутри колбы 2, и предпочтительно каждая ножка 12 может иметь примерно такой же размер (площадь), что и соответствующая стенка (или поверхность) отсека теплоотвода, к которой она прикреплена (как показано на Фиг. 2), для обеспечения наибольшей возможной поверхности теплопередачи.
Согласно варианту осуществления, лампа 1 может содержать по меньшей мере один (отдельный) отражатель 20, расположенный по меньшей мере в одном из отсеков, предпочтительно так, чтобы отражатель покрывал FPC 7 (с отверстиями для твердотельных источников 9 света), как показано на Фиг. 4. Следовательно, FPC 7 может быть расположена между теплоотводом 4 и отражателем 20. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что FPC 7 тоньше, чем обычные типы PCB (такие как FR4 или IMS) и, следовательно, требует меньше пространства между отражателем и теплоотводом. К тому же в технологиях предшествующего уровня техники, использующих обычные PCB, проволоки, припаянные к PCB, поглощают свет и, следовательно, должны быть покрыты отражателем, который, таким образом, выпячивается в оптическую камеру. Недостатком выпуклого отражателя является то, что он более прямо освещается твердотельными источниками света (из-за его близости к твердотельным источникам света). Тем не менее желательно, чтобы только свет, рассеиваемый обратно от рассеивающей светопроницаемой поверхности, отражался посредством отражателя. Благодаря настоящему варианту осуществления такая выпуклость в отражателе не является необходимой, поскольку FPB 7 является более тонкой и более плоской, чем обычные решения PCB. Следовательно, непосредственное освещение отражателя 20 уменьшается, что преимущественно уменьшает потери на отражение.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено описанными выше предпочтительными вариантами осуществления. Наоборот, множество модификаций и изменений возможно в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.