ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ЛЕНТОЙ ГИБКОЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ, НАМОТАННОЙ ВОКРУГ ОПОРНОЙ ЧАСТИ
LIGHTING DEVICE WITH FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD TAPE WOUND AROUND SUPPORT PART

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, выполненному на основе технологии твердотельного освещения (SSL).
Уровень техники
В настоящее время существует сильная тенденция к замене ламп накаливания осветительными устройствами на основе технологии SSL по причинам энергоэффективности и срока эксплуатации. Примером осветительного устройства типа SSL является лампа, раскрытая в документе CN103775983A. Эта лампа имеет светоизлучающие диоды (светодиоды), установленные на цилиндрической подложке, содержащей несколько боковых пластин и верхнюю пластину.
Несмотря на усилия, направленные на разработку осветительных устройств на основе технологии SSL, необходимы дальнейшие усилия, нацеленные на поиск инновационных решений различных технических задач, связанных с разработкой таких осветительных приборов. Например, актуальной задачей является то, как достичь равномерного распределения света, не прибегая к сложным конструкциям, которые вносят значительные затраты в производственный процесс.
Сущность изобретения
Общая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить улучшенное или альтернативное осветительное устройство на основе технологии SSL. Конкретные задачи включают в себя высокую степень равномерности распределения света, низкие производственные затраты и легкость изготовления.
Согласно одному варианту осуществления выполнено осветительное устройство, которое содержит светопропускающий корпус и несущую конструкцию твердотельного источника света, размещенную в корпусе. Несущая конструкция включает в себя цилиндрическую опорную часть, которая имеет две поверхности многоугольных оснований и множество боковых поверхностей, и ленту гибкой печатной платы, на которой установлено несколько твердотельных источников света. Лента наматывается вокруг опорной части таким образом, что лента проходит по меньшей мере один раз поперек каждой поверхности основания.
Изобретение основано на реализации того, что совместное использование ленты гибкой печатной платы и многоугольной призмы в качестве опорной части позволяет одновременно удовлетворить несколько совершенно отдельных технических требований. Многоугольная форма позволяет надежно наматывать гибкую ленту вокруг цилиндрической опорной части таким образом, чтобы источники света излучали свет в многочисленных пространственных направлениях с тем, чтобы достигалось равномерное распределение света. Намотку ленты вокруг цилиндрической опорной части можно выполнить с помощью процесса, занимающего мало времени и требующего несколько простых этапов. Кроме того, ленты гибкой печатной платы могут быть изготовлены недорогими способами, такими, например, как способ изготовления гибких схем, и это помогает снизить затраты на изготовление осветительного устройства.
Цилиндрическая опорная часть, как правило, является правильным цилиндром и может быть правильной призмой. Как правило, поверхности оснований являются выпуклыми многоугольниками и могут быть правильными многоугольниками. Следует отметить, что боковые поверхности и поверхности оснований могут быть "открытыми" или "закрытыми". Закрытая поверхность означает реальную физическую поверхность, и открытая поверхность означает мнимую, чисто геометрическую поверхность. Открытую поверхность можно ограничить, например, рамкой, которая определяет границы поверхности или сетчатой структуры. Газ может проходить через открытую поверхность, но не через закрытую поверхность.
При наличии по меньшей мере одной из поверхностей оснований открытой для протекания газа через нее можно обеспечить более эффективное охлаждение осветительного устройства за счет создания возможности протекания конвекционным токам через цилиндрическую опорную часть. Рамка или сетчатая структура опорной части, имеющая все боковые поверхности и поверхности основания открытыми, позволяет обеспечить особенно эффективную теплопередачу от ленты гибкой печатной платы.
Согласно одному варианту осуществления лента проходит поперек каждой боковой поверхности. Это позволяет излучать свет в многочисленных направлениях, что значительно увеличивает равномерность распределения света.
Согласно одному варианту осуществления лента проходит поперек каждой боковой поверхности только один раз. Это позволяет излучать свет в многочисленных направлениях, если лента не длиннее того, что необходимо. Таким образом, стоимость материалов может оставаться низкой без ухудшения технических характеристик осветительного устройства.
Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере один твердотельный источник света установлен на ленте на каждой боковой поверхности. Это простой способ убедиться, что свет излучается в многочисленных направлениях. Количество твердотельных источников света, установленных на ленте на каждой боковой поверхности, может легко изменить, и поэтому легко оптимизировать интенсивность света осветительного устройства для предполагаемого применения.
Согласно одному варианту осуществления осветительное устройство дополнительно содержит цоколь (соединитель) для механического и электрического соединения осветительного устройства. По меньшей мере один твердотельный источник света установлен на ленте на поверхности основания, обращенной в сторону от цоколя. Легко убедиться, что свет излучается перпендикулярно боковым поверхностям за счет того, что источники света размещены на одной или обеих поверхностях оснований. Таким образом, в верхней части осветительного устройства можно уменьшить "темное пятно".
Согласно одному варианту осуществления количество боковых поверхностей равняется семи, и отношение высоты цилиндрической опорной части к радиусу поверхностей оснований меньше 3,5. Семь боковых поверхностей можно применять в том случае, если требуется высокая и узкая цилиндрическая опорная часть для того, например, чтобы удовлетворить некоторые требования по ограничению пространства внутри осветительного устройства.
Согласно одному варианту осуществления количество боковых поверхностей равняется восьми, и отношение высоты цилиндрической опорной части к радиусу поверхностей оснований меньше 2. Восемь боковых поверхностей может применяться в том случае, если требуется маленькая и широкая цилиндрическая опорная часть.
Согласно одному варианту осуществления количество боковых поверхностей равняется девяти, и отношение высоты цилиндрической опорной части к радиусу поверхностей оснований меньше 3. Один из способов выполнения осветительного устройства, которое излучает свет с равномерным распределением, состоит в том, чтобы использовать цилиндрическую опорную часть, которая имеет большое количество боковых поверхностей, и девять боковых поверхностей приводит к распределению света, который является достаточно равномерным для большинства приложений.
Согласно второму аспекту выполнен способ изготовления осветительного устройства. Способ содержит обеспечение цилиндрической опорной части, которая имеет две поверхности многоугольных оснований и множество боковых поверхностей, и намотку ленты гибкой печатной платы вокруг опорной части. На ленте установлено несколько твердотельных источников света. Намотка ленты вокруг цилиндрической опорной части включает в себя вращение цилиндрической опорной части относительно первой оси, которая перпендикулярна поверхностям оснований, и относительно второй оси, которая перпендикулярна первой оси. Эффекты и признаки второго аспекта аналогичны эффектам и признакам первого аспекта.
Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным сочетаниям признаков, приведенных в формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан схематичный перспективный вид несущей конструкции твердотельного источника света.
На фиг.2-4 показаны правильные многоугольники с прямоугольниками, продолжающимися от сторон многоугольника.
На фиг.5 показан схематичный покомпонентный вид в перспективе примера осветительного устройства.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан пример несущей конструкции 1 твердотельного источника света (в дальнейшем упоминается для краткости как "несущая конструкция"). Несущая конструкция 1 включает в себя цилиндрическую опорную часть 2, которая имеет две поверхности 2a, 2b оснований и множество боковых поверхностей 2c. Цилиндрическая опорная часть 2 выполнена из плоского куска металла, который был разрезан и сложен в цилиндрическую форму. Все поверхности 2a, 2b оснований и боковые поверхности 2c закрыты, но это может быть не так в других вариантах осуществления. Например, поверхности 2a, 2b оснований и боковые поверхности 2c могут быть открытыми и закрытыми, соответственно, или все поверхности 2a, 2b оснований и боковые поверхности 2c могут быть открытыми.
Две поверхности 2a, 2b оснований имеют одинаковую форму и размер. Более точно, поверхности 2a, 2b оснований являются выпуклыми многоугольниками с семью сторонами. Многоугольники являются правильными многоугольниками, то есть все стороны имеют одинаковую длину, и все углы между прилежащими сторонами равны по величине. В других вариантах осуществления количество сторон поверхностей 2a, 2b оснований может отличаться от семи. Например, количество сторон может быть равно трем, четырем, пяти, семи, восьми, девяти или одиннадцати. Количество сторон поверхностей 2a, 2b оснований может быть равно числу N, где N - относительно простое число в выражении (N-1)/2, округленное в меньшую сторону до ближайшего целого числа.
Боковые поверхности 2c являются прямоугольными, и все они имеют одинаковую форму и размер. Количество боковых поверхностей 2c равно количеству сторон поверхностей 2a, 2b оснований, поэтому в данном варианте осуществления количество боковых поверхностей 2c равно семи. В других вариантах осуществления количество боковых поверхностей 2c может быть равно, например, трем, четырем, пяти, семи, восьми, девяти или одиннадцати. Количество боковых поверхностей 5c может быть равно числу N, где N - относительно простое число в выражении (N-1)/2, округленное в меньшую сторону до ближайшего целого числа. Боковые поверхности 2c могут упоминаться как боковые поверхности или боковые грани цилиндрической опорной части 2.
Лента 3 гибкой печатной платы (в дальнейшем упоминается для краткости как "лента") намотана вокруг цилиндрической опорной части 2. Лента 3 следует контуру цилиндрической опорной части 3 и не имеет никаких разрезов, петель или складок. Лента 3 наматывается вокруг цилиндрической опорной части 2 таким образом, чтобы лента 3 продолжалась один раз поперек каждой боковой поверхности 2c. В других вариантах осуществления ленту 3 можно намотать таким образом, чтобы она продолжалась два или большее число раз поперек каждой боковой поверхности 2c, если ширина ленты 3 и размер цилиндрической опорной части 2 позволяют это сделать. Предполагается, что имеется N боковых поверхностей 2c, которые последовательно пронумерованы от 1 до N (в проиллюстрированном примере N равняется 7), лента 3 проходит от боковой поверхности, обозначенной числом M, поперек одной из поверхностей 2a, 2b оснований, до боковой поверхности, обозначенной числом M+(N-1)/2, округленным в меньшую сторону до ближайшего целого числа. Разумеется, количество поверхностей 2a, 2b оснований вычисляется по модулю N. Другими словами, лента 3 проходит с одной стороны многоугольника поверхности основания до стороны, следующей за противоположной стороной, где число сторон многоугольника является четным, и за "почти" противоположной стороной, где число сторон многоугольника является нечетным. Намотка ленты 3, выполняемая таким способом, позволяет получить высокую цилиндрическую опорную часть 2.
Лента 3 наклонена в том смысле, что лента 3 образует угол θ с границей каждой боковой поверхности 2c. Значение угла θ зависит от ширины w ленты 3, высоты h цилиндрической опорной части 2 и радиуса r поверхностей 2a, 2b оснований. В данном случае радиус r определяется как расстояние от центра поверхности 2a, 2b основания до угла, где сходятся две стороны многоугольника. Как будет дополнительно обсуждено ниже в связи с фиг.2-4 на значения высоты h, радиуса r и ширины w можно наложить некоторые ограничения.
Ленту 3 можно намотать вокруг цилиндрической опорной части 2 путем прикрепления первого конца ленты 3 к одной из боковых поверхностей 2c, вращения цилиндрической опорной части 2 относительно первой оси A и второй оси B и прикрепления второго конца ленты 3 к другой боковой поверхности 2c. В данном случае первая ось A является центральной продольной осью цилиндрической опорной части 2 и перпендикулярной поверхности 2a, 2b оснований. В данном случае вторая ось B перпендикулярна первой оси A. Затем, намотку ленты 3 можно выполнить путем вращения цилиндрической опорной части 2 несколько раз вокруг второй оси B, при этом медленно вращая цилиндрическую опорную часть 2 вокруг первой оси A. Следует отметить, что вторая ось B остается неподвижной во время вращения вокруг первой оси A.
Лента 3 выполнена с возможностью электрического подключения нескольких твердотельных источников 4 света (которые в дальнейшем упоминаются для краткости как "источники света"), которые устанавливаются на ленте 3. Например, лента 3 может содержать гибкую пластмассовую подложку, на которой был напечатан проводящий рисунок. Например, источники 4 света могут быть полупроводниковыми светодиодами, органическими светодиодами, полимерными светодиодами или лазерными диодами. Каждый из источников 4 света можно выполнить с возможностью излучения света одинакового цвета, например, белого цвета, или другие источники 4 света можно выполнить с возможностью излучения света различных цветов. Источники 4 света устанавливаются на ленте 3 таким образом, чтобы был один источник 4 света на каждой поверхности 2a, 2b основания и один источник 4 света на каждой боковой поверхности 2c. Разумеется, источники 4 света можно устанавливать многими другими способами в зависимости от требований, предъявляемых к распределению света для предполагаемого применения. Например, можно иметь два или более источников 4 света на некоторых или всех поверхностях 2a, 2b оснований и боковых поверхностях 2c.
Со ссылкой на фиг.2-4, продолжая ссылаться на фиг.1, будут обсуждены некоторые ограничения, которые могут накладываться на высоту h и радиус r цилиндрической опорной части 2. Многоугольники на фиг.2, 3 и 4 имеют семь, восемь и девять сторон, соответственно. Каждый многоугольник имеет радиус, обозначенный r с подстрочным индексом, причем в данном случае радиус многоугольника задан расстоянием между центром многоугольника и углом, где сходятся две стороны многоугольника. Все прямоугольники на одной и той же фигуре являются одинаковыми, и их длина обозначена h с подстрочным индексом.
Преимущественный способ намотки ленты 3 вокруг цилиндрической опорной части 2 состоит в том, чтобы лента 3 проходила по центрам боковых поверхностей 2c. Для того, чтобы это стало возможным без складывания концов ленты 3 по углам многоугольника, высота h цилиндрической опорной части 2 должна быть ниже порогового значения для заданного радиуса r поверхностей 2a, 2b оснований и для заданной ширины w ленты 3. Это проиллюстрировано на фиг.2-4, на которых ясно показано, что если длины h7, h8, h9 увеличиваются при неизменных радиусах r7, r8, r9, штрихпунктирные линии сближаются и, в конечном счете, касаются углов, где сходятся стороны двух многоугольников. Штрихпунктирная линия проходит от центра одного прямоугольника до центра "почти" противоположного прямоугольника, показанного фиг.2 и 4, и до прямоугольника, который находится рядом с противоположным прямоугольником, показанным на фиг.3. Отношение h/r составляет обычно менее 3,5, менее 2 и менее 3 для поверхностей 2a, 2b оснований, имеющих семь, восемь и девять сторон, соответственно. Разумеется, чем меньше ширина ленты 3, тем больше может быть отношение h/r без ленты 3, заканчивающейся сгибанием по углам многоугольника.
На фиг.5 показано осветительное устройство 10 в виде лампочки, такой как лампочка типа A60. Осветительное устройство 10 имеет оптическую ось OA, которая является центральной осью осветительного устройства 10. В этом примере распределение света, излучаемого осветительным устройством 10, является по существу вращательно симметричным вокруг оптической оси OA. Показанный здесь цоколь 11 размещается в конце осветительного устройства 10. Цоколь 11 выполнен с возможностью механического и электрического соединения осветительного устройства 10 с патроном лампы. Показанный здесь цоколь 11 представляет собой резьбовой цоколь, но в другом примере может представлять собой соединитель некоторого другого типа, такой как байонетное крепление электрической лампочки. Как правило, цоколь 11 выполнен из металла. Осветительное устройство 10 имеет светопропускающий корпус 12 (который в дальнейшем упоминается для краткости как "корпус"), центр которого смещен вдоль оптической оси OA относительно цоколя 11. Например, корпус 12 может быть выполнен из стекла или пластмассы. Показанный здесь корпус 12 имеет грушевидную форму, образованную круглым участком головной части и круглым цилиндрическим участком горлышка, причем, участок головной части и участок горлышка отдалены от центра и являются периферийными и расположенными вблизи цоколя 11, соответственно. Разумеется, в других примерах корпус 12 может иметь другую форму, такую как цилиндрическая форма. В этом примере корпус 12 заполнен газом, например, гелием или смесью гелия и кислорода, поэтому осветительное устройство 10 представляет собой газонаполненную лампочку. Такое исполнение может или не может иметь место в других примерах.
Несущая конструкция 1, аналогичная несущей конструкции, описанной в связи с фиг.1, расположена по центру на оптической оси OA внутри корпуса 12. Несущая конструкция 1 расположена по центру на оптической оси OA, причем оптическая ось OA перпендикулярна двум поверхностям 2a, 2b оснований и параллельна боковой поверхности 2c. Оптическая ось OA совпадает с первой осью A несущей конструкции 1. В этом примере поверхность 2a верхнего основания, то есть поверхность основания, которая наиболее удалена от цоколя 11, является закрытой, тогда как поверхность 2b нижнего основания, то есть поверхность основания, которая расположена вблизи цоколя 11, является открытой. Боковые поверхности 2c являются закрытыми. На верхней поверхности 2a находится один источник 4 света, и на каждой боковой поверхности 2c находится один источник 4 света.
Крепежный элемент 13, который иногда упоминается как "захват", прикрепляет несущую конструкцию 1 к штенгелю 14 осветительного устройства 10, при этом штенгель 14 представляет собой трубку, через которую газ можно вводить в осветительное устройство 10 во время изготовления. Штенгель 14 проходит в несущую конструкцию 1 с нижней стороны. Это возможно благодаря тому, что лента 3 намотана вокруг цилиндрической опорной части 2, не закрывая центр поверхности 2b основания, которая находится вблизи цоколя 11. Штенгель 14 выполнен как одно целое с элементом 15 ножки лампы, который имеет диаметр больше, чем штенгель 14, и который герметизируется с корпусом 12. Как правило, элемент 15 ножки лампы и штенгель 14 сделаны из стекла. Контактные провода 16 прикреплены к элементу 15 ножки лампы. Контактные провода 16 выступают из элемента 15 ножки лампы и электрически подсоединяют несущую конструкцию 1 к драйверу 17 для подачи питания на источник 4 света несущей конструкции 1. В этом примере драйвер 17 размещается внутри цоколя 11, но в другом примере может размещаться внутри корпуса 12. Изолирующий элемент 18, который электрически изолирует некоторые части драйвера 17 от цоколя 11, размещается между драйвером 17 и цоколем 11.
Осветительное устройство 10 приводится в действие путем вкручивания цоколя 11 в электрический патрон, подключенный к электропитанию, в результате чего драйвер 17 подает питание на источник 4 света через контактные провода 16 и несущую конструкцию 1, и источник 4 света излучает свет, который проходит через колбу 12. Источник 4 света на поверхности 2a верхнего основания излучает свет вдоль оптической оси OA в сторону от цоколя 11, и источники 4 света на боковых поверхностях 2c излучают свет перпендикулярно оптической оси OA.
Специалист в данной области техники понимает, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, многие модификации и варианты возможны в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Например, количество сторон несущей конструкции 1 может быть различным, и зависимость между радиусом и высотой может отличаться от той, которая представлена в данном документе. Кроме того, могут быть рассмотрены другие типы поверхностей 2a, 2b оснований многоугольников, в том числе неправильные многоугольники. Две поверхности 2a, 2b оснований могут также иметь несколько иной размер или форму, при этом сохраняя по существу цилиндрическую форму.