СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ
LIGHTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к системе освещения, содержащей множество элементов освещения, каждый содержащий источник света и подложку, к которой элементы освещения отсоединяемым образом подсоединяются на расстоянии от друг друга и в порядке так, что получается декоративное освещение. Конфигурация и форма этого декоративного освещения могут быть изменены и приспособлены пользователем для любой конкретной цели.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Система освещения описывается в US 2010/0135022. Известная система освещения содержит подложку, оборудованную множеством отверстий, обеспеченных средством крепления. Посредством проводов элементы освещения соединяются последовательно или параллельно и подсоединяются к электрической цепи управления, которая подает ток для работы, и вставляются в отверстия подложки посредством средства удерживания. Конфигурация и форма декоративного света, сформированная системой освещения, могут быть изменены и приспособлены пользователем для любой конкретной цели по существу неограниченное количество раз. Однако неудобство известной системы освещения заключается в том, что для множества элементов освещения количество проводов также увеличивается. Более конкретно, в случае плоской подложки, вмещение всех этих проводов может стать проблематичным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение стремится предоставить систему освещения, в которой количество проводов очень ограничено даже в случае, если количество элементов освещения сравнительно высоко.
В соответствии с первым аспектом изобретения, предоставляемая система освещения содержит:
- подложку, содержащую резистивный лист, оборудованный множественными электродами, каждый электрод является подходящим для подсоединения к соответствующему источнику напряжения,
- множество элементов освещения, каждый элемент содержит источник света и два контактных штыря для установления электрического контакта с резистивным листом и цепь управления для управления световым выходом и/или цветом света, сгенерированным источником света, в зависимости от напряжения между контактными штырями,
при этом элементы освещения могут быть подсоединены в различных положениях и в различных ориентациях, и при этом напряжение, присутствующее между контактными штырями, зависит от положения и ориентации элемента освещения.
Так как два контактных штыря каждого элемента освещения находятся в непосредственном электрическом контакте с резистивным листом подложки в системе освещения в соответствии с изобретением, большое количество проводов не является необходимым, так как элементы освещения не имеют проводов, присоединенных к ним. Как следствие, нет необходимости встраивать большое количество проводов, и, так как элементы освещения не подсоединяются к проводам, с ними также легко обращаться, и они могут легко быть помещены куда угодно на подложке. Когда напряжение прикладывается к каждому из электродов, находящихся в резистивном листе, напряжение между контактными штырями каждого элемента освещения зависит от расстояния между контактными штырями, положением на резистивном листе и также от ориентации элемента освещения относительно электрического поля в резистивном листе, вызванного напряжениями на электродах.
В первом предпочтительном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением, резистивный лист снабжается множеством терминалов электрического соединения. Несколько возможностей существуют для осуществления контакта контактных штырей с резистивным листом и поддержания этого контакта. Например, возможно покрыть резистивный лист слоем резины или пластика или аналогичным материалом и просто продавить штыри контакта через этот слой, пока не будет контакта с резистивным листом. Контактные штыри впоследствии закрепляются в положении посредством слоя. Однако часто желательно удостовериться, что контакты между контактными штырями и резистивным листом очень надежны. Это может быть реализовано, используя терминалы электрического соединения.
Во втором предпочтительном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением расстояние между контактными штырями по меньшей мере части элементов освещения регулируется. В случае, если такой элемент освещения, например, располагается в положении и в ориентации, которая желательна из-за предпочтительного направления света, генерируемого элементом освещения, напряжение между контактными штырями может быть отрегулировано посредством регулирования расстояния между штырями.
В третьем предпочтенном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением по меньшей мере часть источников света, содержащихся в элементах освещения, содержит один или более светодиодов LED. Светодиоды LED являются маленькими, имеют высокую эффективность и долгий срок службы. По этим причинам светодиоды очень подходят для служения в качестве источника света в элементах освещения системы в соответствии с изобретением.
В четвертом предпочтительном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением мощность, потребляемая источником света в элементе освещения во время работы, подается электродами через резистивный лист. Так как мощность передается от электродов через резистивный лист на терминалы электрического соединения, провода между этими электродами и терминалами соединения не требуются, так что также этот признак помогает сохранить количество проводов низким.
В пятом предпочтительном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением элемент освещения содержит батарею и мощность, потребляемая источником света в световом элементе во время работы, по меньшей мере частично подается от батареи. В этом варианте осуществления мощность на источник света подается таким образом, что рассеивание мощности в резистивном листе уменьшается и эффективность системы освещения увеличивается. Предпочтительно, батарея является аккумулятором.
В шестом предпочтительном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением, подложка и часть элементов освещения снабжаются цепью для емкостной или индуктивной передачи мощности и мощность, потребляемая источником света в элементе освещения во время работы, по меньшей мере частично подается с помощью емкостной или индуктивной передачи мощности. Также в этом варианте осуществления рассеивание мощности в резистивном листе уменьшается.
В седьмом предпочтительном варианте осуществления системы освещения в соответствии с изобретением, подложка дополнительно содержит первый лист с малым сопротивлением, расположенный параллельно упомянутому резистивному листу и снабженный по меньшей мере одним электродом, и в котором по меньшей мере часть элементов освещения содержит третий контактный штырь для электрического соединения с первым листом с малым сопротивлением. Подавая мощность по меньшей мере от одного электрода, помещенного на первый лист с малым сопротивлением, через первый лист с малым сопротивлением на элемент освещения, рассеивание мощности ограничивается из-за низкого сопротивления первого листа с малым сопротивлением. Предпочтительно, шестой предпочтительный вариант осуществления дополнительно содержит второй лист с малым сопротивлением, расположенный параллельно упомянутому резистивному слою и снабженный по меньшей мере одним электродом, и по меньшей мере часть элементов освещения содержит четвертый контактный штырь для электрического соединения со вторым листом с малым сопротивлением. В этом последнем случае мощность подается как через первый, так и через второй лист с малым сопротивлением, вызывая дополнительное уменьшение рассеивания мощности.
Контакт между третьим контактным штырем и первым листом с малым сопротивлением и контакт между четвертым контактным штырем и вторым листом с малым сопротивлением может быть реализован, не используя терминалы электрического соединения, как объяснено, например, выше для контактов между контактными штырями и резистивным листом. Однако часто желательно иметь очень надежный контакт между контактными штырями и листами с малым сопротивлением, что часто предполагает оборудовать первый и второй листы с малым сопротивлением терминалами электрического соединения для установки контакта между контактными штырями и листами с малым сопротивлением.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предоставляется способ для работы системы освещения, содержащий этапы
- предоставление подложки, содержащей резистивный лист, содержащий множественные терминалы электрического соединения и множественные электроды, каждый электрод, является подходящим для соединения с соответствующим источником напряжения,
- предоставление множества элементов освещения, каждый элемент содержит источник света и два контактных штыря для электрического подсоединения к соответствующим терминалам электрического соединения,
- подсоединение электродов к соответствующим источникам напряжения,
- подсоединение элементов освещения в различных положениях и в различных ориентациях так, чтобы напряжение, присутствующее между контактными штырями, зависело от положения и ориентации элемента освещения и управления световым выходом и/или цветом света, сгенерированным элементом освещения в зависимости от величины напряжения между контактными штырями элемента освещения.
Преимущества способа в соответствии с изобретением являются подобными таковым из системы освещения в соответствии с изобретением.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения будут дополнительно описываться, используя чертежи.
На чертежах, Фиг. 1 показывает схематическое представление первого варианта осуществления системы освещения в соответствии с изобретением.
Фиг. 2, 3 и 4 показывают схематические представления вариантов осуществления элемента освещения для использования в системе освещения, которая показана на Фиг. 1.
Фиг. 5a и 5b показывают схематические представления систем освещения в соответствии с изобретением, содержащих элементы освещения больше, чем с двумя контактными штырями и подложкой, содержащей по меньшей мере один лист с малым сопротивлением в дополнение к резистивному слою.
Фиг. 6 и 7 показывают схематическое представление элементов освещения, снабженных цепью для индуктивной или емкостной передачи мощности.
Фиг. 8 показывает элемент освещения, снабженный аккумулятором.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На Фиг. 1 RS является резистивным листом, находящимся в подложке. Резистивный лист RS является плоским и прямоугольным. В четырех углах упомянутого листа расположены электроды A, B, C и D. Электроды D и C располагаются вдоль оси X и электроды D и A вдоль оси Y. Элементы освещения LE1, LE2, LE3 и LE4 каждый содержит два контактных штыря, показанных как стрелки для электрического подсоединения к терминалам соединения (не показаны) находящимся в резистивном листе RS. Элементы освещения дополнительно содержат источник света, сформированный одним или более светодиодами LED, и электрическую цепь управления для управления световым выходом и/или цветом света, сгенерированным источником света в зависимости от напряжения между контактными штырями. Следует отметить, что контактные штыри показаны как будто они находятся на плоскости резистивного листа RS. Однако в случае, если контактные штыри подсоединяются к терминалам соединения, контактные штыри являются перпендикулярными резистивному слою RS. Также следует отметить, что в дополнение для служения в качестве электрического контакта терминалы соединения могут также служить в целях механического соединения. Альтернативно, однако, механическое соединение элемента освещения с подложкой может быть реализовано, например, посредством магнитной силы, клея, пайки, защелки и застегивания на петли, присоски и так далее. Как можно заметить на Фиг. 1, каждый из элементов освещения находится в различном положении и также имеет различную ориентацию. Генерирует ли элемент освещения свет и как много, зависит от напряжений, присутствующих в электродах. Это иллюстрировано в Таблице 1.
Пять различных ситуаций (состояний) рассматривается. В первой ситуации положительное напряжение присутствует в электродах A и D, и отрицательное напряжение присутствует в электродах B и C. В этой первой ситуации электрическое поле существует в резистивном листе RS в положительной ориентации x. Поскольку элементы освещения LE1 располагаются параллельно оси X, разность потенциалов между контактными штырями имеет максимально возможное значение, при заданных расстоянии контактными штырями и напряженности электрического поля. Как следствие, элемент освещения LE1 генерирует свой максимальный световой выход или, другими словами, элемент освещения "работает на полную мощность". Элементы освещения LE2 и LE3 оба ориентируются в диагональной ориентации под углом 45 градусов относительно электрического поля.
Таблица 1
Состояние
Мощность
LE1
LE2
LE3
LE4
1
+А,D
Работает на полную мощность
тусклый
тусклый
выключен
- B,C
2
+A
тусклый
выключен
Работает на полную мощность
выключен
-C
3
+ A,B-D,C
выключен
выключен
тусклый
тусклый
4
+D,C-A,B
выключен
тусклый
выключен
выключен
5
+B
выключен
выключен
выключен
Работает на полную мощность
-D
Напряжение между контактными штырями меньше, чем для элемента освещения LE1, потому что расстояние между контактными штырями, измеренное вдоль оси X, меньше. Как следствие, оба элемента LE2 и LE3 освещения генерируют меньше света (работают тускло), чем элемент LE1 освещения. Элемент LE4 освещения находится под углом 135 градусов относительно положительной ориентации x, таким образом, чтобы напряжение, присутствующее между контактными штырями, являлось отрицательным и элемент LE4 освещения не генерирует свет или, другими словами, LE4 "выключен".
Во второй ситуации электрод A соединяется с положительным напряжением, и электрод C соединяется с отрицательным напряжением. Таким образом, существует электрическое поле, которое распространяется от электрода А к электроду C. Поскольку элементы LE2 и LE4 освещения являются перпендикулярными этому электрическому полю, напряжение между этими контактными штырями является нулем, и таким образом эти элементы освещения выключены. Поскольку LE3 ориентируется в той же самой ориентации, что и электрическое поле, элемент LE3 освещения работает на полную мощность. Элемент LE1 освещения находится под углом 45 градусов относительно электрического поля и таким образом работает тускло, поскольку расстояние между контактными штырями, измеренное в направлении электрического поля, меньше, чем в случае элемента LE3 освещения, то напряжение между контактными штырями элемента LE1 освещения меньше, чем между контактными штырями элемента LE3 освещения. Таблица 1 показывает световой выход элементов освещения для еще трех ситуаций. Можно заметить в таблице, что светоотдача элементов освещения отличается в каждой ситуации, или, другими словами, для различных напряжений, присутствующих в электродах резистивного листа. Хотя элементы освещения не могут быть индивидуально адресованы, их световым выходом можно управлять посредством напряжений, присутствующих в электродах. Световой выход каждого из элементов освещения может таким образом быть изменен, приводя систему освещения в различные состояния, причем состояние (или ситуация) определяется напряжением, присутствующим на электродах. Как следствие, различные эффекты освещения могут быть созданы, приводя систему освещения в различные состояния в быстрой повторной или случайной последовательности для регулируемых фрагментов времени.
Элементы освещения, показанные на Фиг. 1, снабжаются только двумя контактными штырями и не содержат источник мощности, такой как батарея или схема для индуктивного или емкостного подсоединения к источнику мощности. Следовательно, мощность, потребляемая источником света, содержащимся в элементе освещения, подается от электродов, содержащихся в подложке через резистивный лист RS, терминалы соединения и контактные штыри. В случае, если источник света состоит из светодиодов LED одного цвета, такой источник света должен питаться источником тока. В таком элементе освещения цепь управления, содержащаяся в элементе освещения, снабжается схемой для генерирования выходного тока из напряжения, которое присутствует между контактными штырями. В то же самое время напряжение между контактными штырями функционирует в качестве сигнала, который определяет величину тока, сгенерированного источником тока. В случае, если источник света в элементе освещения формируется посредством светодиодов LED различных цветов, и напряжение между контактными штырями функционирует в качестве сигнала управления цветом, цепь управления содержит схему для генерирования различных токов для светодиодов LED различных цветов из напряжения между контактными штырями. В то же самое время напряжение между контактными штырями функционирует в качестве сигнала, который определяет величины этих токов. В случае, если и интенсивностью и цветом освещения, сгенерированного источником света в элементе освещения, необходимо управлять напряжением между контактными штырями, и полный ток, подаваемый на светодиоды LED и распределение этого полного тока на светодиоды LED различного цвета определяется напряжением между контактными штырями. В последних двух случаях возможно снабдить цепь управления элемента освещения процессором, содержащим память, причем соотношение между напряжением между контактными штырями и величинами токов, которые должны подаваться светодиодам LED различного цвета, сохранено. Однако, альтернативно, желаемое соотношение между напряжением между контактными штырями и величинами токов, подаваемых на светодиоды LED различного цвета, может быть реализовано посредством цепи управления, которая формируется специфичной конфигурацией аппаратного обеспечения элемента освещения.
Фиг. 2 показывает элемент освещения, имеющий регулируемое расстояние между контактными штырями. В этом элементе освещения напряжение между контактными штырями может быть отрегулировано таким образом, чтобы напряжение между контактными штырями является не только зависимым от положения и ориентации элемента освещения, но также и относительно регулируемого расстояния. В результате гибкость в применении системы увеличивается.
Фиг. 3 показывает элемент освещения, имеющий регулируемое расстояние между контактными штырями и содержащий две ветви. В первой ветви имеется два светодиода LED, расположенных последовательно с резистором для одного направления тока, и во второй ветви имеется единственный LED, смещенный посредством диода Зенера для второго направления тока. В случае, если светодиоды LED в различных ветвях являются например, светодиодами LED, генерирующими свет различного цвета, цвет света, сгенерированный этим элементом освещения, зависит от ориентации. Электрическая цепь управления в этом элементе освещения формируется посредством диода Зенера и резистора.
Фиг. 4 показывает элемент освещения с тремя контактными штырями и тремя светодиодами LED различного цвета. Каждый из светодиодов LED подсоединяется между двумя контактными штырями. Цвет света, генерируемого элементом освещения, зависит от напряжений, присутствующих на электродах резистивного листа. В случае, если распределение напряжения в резистивном листе вращается в быстрой последовательности, человеческий глаз будет воспринимать "смешанный цвет". Таким образом, любой цвет в цветовой гамме светодиодов LED может быть сгенерирован посредством выполнения смешивания быстрым вращением распределения напряжения.
До настоящего времени только системы освещения были описаны, в которых элементы освещения во время работы принимают мощность от электродов, содержащихся в резистивном листе RS и через резистивный лист и терминалы соединения и контактные штыри. Неудобство этих систем освещения состоит в сравнительно высоком рассеивании мощности в резистивном листе, что оказывает негативное влияние на эффективность системы освещения. Несколько путей существуют для преодоления этой проблемы, как показано на Фиг. 5-8.
Фиг. 5a показывает вариант осуществления системы освещения, в которой элемент освещения содержит четыре контактных штыря CP1-CP4. Контактные штыри СР1 и CP2 подсоединяются к входному терминалу электрической цепи CC управления. Выход электрической цепи СС управления подсоединяется к нагрузке LL LED. Дополнительный вход электрической цепи СС управления подсоединяется к выходу части PP цепи. Соответствующие входные терминалы части цепи PP подсоединяются к контактному штырю CP3 и контактному штырю CP4, соответственно.
Подложка, содержащаяся в системе освещения, содержит резистивный лист RS. Контактные штыри CP1 и CP2 подсоединяются к соответствующим терминалам соединения, содержащимся в резистивном листе RS. Подложка дополнительно содержит два листа с малым сопротивлением LRS1 и LRS2.
Контактный штырь CP3 подсоединяется к терминалу соединения, содержащемуся в листе с малым сопротивлением LRS1 и контактный штырь CP4 подсоединяется к терминалу соединения, содержащемуся в листе с малым сопротивлением LRS2.
К каждому из упомянутых листов с малым сопротивлением LRS1 и LRS2 подсоединяется по меньшей мере один электрод EL1 и EL2, соответственно. Электроды ELI и EL2 подсоединяются к соответствующим выходным терминалам подачи мощности.
К резистивному слою RS подсоединяются несколько электродов, которые, в свою очередь, подсоединяются к различным источникам напряжения для гарантии, что электрическое поле существует в резистивном листе, таким образом, чтобы напряжение между контактными штырями CP1 и CP2 зависело от положения и ориентации элемента освещения на подложке.
Во время работы часть PP цепи преобразовывает напряжение, присутствующее между контактным штырем CP3 и контактным штырем CP4 в напряжении мощности DC подходящей величины. Это напряжение питания DC подается на цепь СС управления. Цепь СС управления генерирует один или более выходных токов возбуждения из напряжения питания DC, и подает эти токи частям нагрузки LL LED. Эти части формируются, например, соответственно красными светодиодами LED, зеленым светодиодами LED и синими светодиодами LED. Величины одного или более токов DC определяются напряжением, присутствующим между контактным штырем CP1 и контактным штырем CP2. Поскольку мощность, потребляемая системой освещения, подается через листы с малым сопротивлением, рассеивание мощности в этих листах является сравнительно низким таким образом, система освещения работает эффективным способом.
Система освещения, показанная на Фиг. 5b, отличается от той, что показана на Фиг. 5a, тем, что обходится без второго листа LRS2 с малым сопротивлением и контактного штыря CP4. В этом варианте осуществления RS формирует объединенный лист мощности данных. Его сопротивление так низко, что напряжение, присутствующее между контактными штырями CP1 и CP2, недостаточно, чтобы подавать ток нагрузке LL LED через резистивный лист RS. Однако это напряжение измеряется и усиливается, используя мощность, принятую с помощью всех трех контактных штырей, таким образом, чтобы результирующее напряжение было достаточно высоко для питания нагрузки LED. Следует отметить, что все еще имеется напряжение между контактным штырем CP1 и CP2, которое определяет мощность, подаваемую к нагрузке LL LED.
Системы освещения, показанные на Фиг. 6 и 7, отличаются от системы освещения, показанной на Фиг. 5A, тем что вход части PP цепи не подсоединяется к листам с малым сопротивлением с помощью контактных штырей для приема мощности, а подсоединяются к индуктивной катушке L2 (на Фиг. 6) и к схеме CCC с емкостной связью (на Фиг. 7), соответственно. В случае системы освещения, показанной на Фиг. 6, индуктивная катушка L2 нуждается в индуктивной связи с индуктивной катушкой LI, которая присутствует в или на подложке. Индуктивная катушка L1,в свою очередь,нуждается в подключении к источнику мощности АС. С помощью индуктивной связи между индуктивными катушками L1 и L2, мощность от источника мощности АС подсоединяется к входу части РР цепи. Часть РР цепи впоследствии выпрямляет напряжение АС, присутствующее на ее входе, и преобразовывает выпрямленное напряжение в напряжение постоянного тока по существу постоянной величины, который подается на цепь СС управления, которая работает таким же образом, как описано выше относительно Фиг. 5A. Точно также, цепь емкостной связи предназначается для соединения входа части РР цепи с помощью емкостной структуры, частично подсоединенной к элементу освещения и частично присутствующую в или на подложке, к источнику мощности АС. Также в этом случае, часть PP цепи выпрямляет напряжение АС и преобразовывает выпрямленное напряжение АС в напряжение DC по существу постоянной величины, которая подается на цепь СС управления.
В системах освещения, показанных на Фиг. 6 и 7, нагрузка LL LED разделяется на две части, одна из которых излучает свой свет в каждом направлении, в то время как другая часть снабжена линзой для соединения всего или существенной части, сгенерированного света в одном конкретном направлении. Конечно, нагрузки LED в каждом варианте осуществления, показанном на Фиг. 1-8 могут быть разделены на подобные части, при желании.
В системах освещения, показанных на Фиг. 6 и 7, контактные штыри CP1 и CP2 соединяются посредством диода Z Зеннера, который функционирует в качестве фиксатора напряжения. В случае, если другой элемент освещения подсоединятся к подложке в непосредственной близости элемента, зафиксированного посредством Зеннера, напряжение между контактными штырями этого другого элемента освещения будет зафиксировано также. Диод Зеннера таким образом формирует дополнительное средство для влияния на интенсивность и/или цвет света, генерируемого системой освещения в соответствии с изобретением.
На Фиг. 8 частью ES схемы является устройство хранения энергии, такое как аккумулятор. Во время работы часть ES схемы подает напряжение DC батареи на цепь СС управления. Нормальная работа системы освещения иначе идентична таковой системе освещения на Фиг. 5 A. Часть ES схемы снабжается контактами E1 и E2 для заряда батареи. Зарядка может иметь место непосредственно через контакты E1 и E2 посредством зарядного устройства, отдельного от подложки. Контакты E1 и E2 могут также быть подсоединены к контактным штырям CP1 и CP2 посредством переключателей S1 и S2 таким образом, что зарядка батареи может затем иметь место с помощью контактных штырей CP1 и CP2. Такая зарядка может иметь место в некоторых областях подложки, куда энергия подается со сравнительно высокой эффективностью. Переключателями S1 и S2 можно управлять вручную или посредством сигнала. Переключатели могут быть предоставлены не проводящими,в случае, если низкий входной импеданс части ES схемы изменяет разность потенциалов между контактными штырями и таким образом вмешивается в сигнальную функцию контактных штырей CP1 и CP2.
В то время как изобретение было иллюстрировано и описано подробно на чертежах и последующем описании, такие иллюстрацию и описание нужно полагать иллюстративными или примерными и не ограниченными; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
Варианты описанных вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы на практике заявленного изобретения специалистами в данной области техники из исследования чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово "содержащее" не исключает другие элементы или этапы, и указания единственного числа не исключают множества. Единственный процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в пунктах формулы изобретения. Простой факт, что некоторые меры перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих измерений не может использоваться для преимущества.