Результат интеллектуальной деятельности: ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СВЕТИЛЬНИК

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к осветительному устройству и светильнику, содержащему такое осветительное устройство.

Уровень техники

В связи с постоянно растущим населением, становится все труднее удовлетворять мировым энергетическим потребностям, также как и управлять углеродсодержащими выбросами, чтобы сократить выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, которые считаются ответственными за явление глобального потепления. Эти проблемы послужили поводом стремиться к более эффективному энергопотреблению при попытке сократить энергопотребление.

Одной такой проблемной областью являются область применения освещения как в бытовых, так и в промышленных помещениях. Существует ясная тенденция заменять энергетически неэффективные лампы накаливания энергосберегающими. В самом деле, во многих государствах производство ламп накаливания и розничная торговля ими объявлены вне закона, тем самым вынуждая потребителей покупать энергосберегающие альтернативные лампы, например, при замене ламп накаливания. Например, правительство США выдвинуло свою программу, Energy Star^®, которая включает в себя перечень одобренных замен для ламп накаливания, таких как компактные флуоресцентные лампы и твердотельные осветительные (ТТО) устройства, например лампы на основе светоизлучающих диодов (СИДов).

В целом признано, что ТТО устройства обеспечивают конкретную многообещающую альтернативу благодаря своим экологическим характеристикам, таким как срок службы и энергопотребление. ТТО устройства могут производить единичную светоотдачу при энергозатратах, составляющих лишь долю энергозатрат ламп накаливания. Однако промышленная задача обеспечения осветительных устройств на основе твердотельных осветительных (ТТО) элементов, заключается в производстве осветительного устройства на уровне стоимостного ориентира, который сделает это устройство доступным для широких масс потребителей, что признано также в вышеупомянутой программе Energy Star^®. Это задача далеко не тривиальная. Типичное осветительное устройство на основе ТТО элементов, такое как лампа, содержит несколько дискретных компонентов, таких как подложка для одного или более ТТО элементов, подложка для одной или более схем возбуждения ТТО элементов, теплорассеиватель для обеспечения эффективного охлаждения электронных компонентов на различных подложках, отражатель, оптическую систему формирования луча и т.п., что делает осветительное устройство относительно сложным и поэтому дорогостоящим.

Хотя технически просто скомбинировать некоторые из этих компонентов, например подложку, такую как печатная плата, несущая и ТТО элементы, и схемы возбуждения, преодолеть непрактичность таких вариантов конструкции нелегко. Например, поток тепла от подложки, на которой ТТО элементы, и схемы возбуждения скомбинированы, таков, что это тепло не удается эффективно рассеивать теплорассеивателем, например, теплоотводом, что является причиной перегрева осветительного устройства. По этой причине обычно используют отдельные подложки, чтобы делокализовать генерирование тепла в осветительном устройстве, несмотря на то, что это увеличивает стоимость его изготовления.

Документ US 2012/0268936 A1 раскрывает осветительный элемент, содержащий множественные области теплоотвода на соответствующих областях гибкой монтажной платы и множественные излучатели света на соответствующих областях гибкой монтажной платы. Однако это сложное устройство, изготовление которого нельзя сделать малозатратным.

Сущность изобретения

Данное изобретение ориентировано на то, чтобы обеспечить осветительное устройство, которое можно изготовить малозатратным способом.

Данное изобретение также ориентировано на то, чтобы обеспечить светильник, включающий в себя такое осветительное устройство.

В соответствии с одним аспектом данного изобретения предусматривается осветительное устройство, содержащее: подложку, имеющую основное тело и первый и второй выступы, простирающиеся параллельно от упомянутого основного тела, при этом первый выступ содержит первую основную поверхность и противоположную вторую основную поверхность, второй выступ содержит третью основную поверхность и противоположную четвертую основную поверхность, причем первая основная поверхность и третья основная поверхность находятся на одной и той же стороне подложки, при этом упомянутая подложка несет по меньшей мере один твердотельный осветительный элемент на первой основной поверхности и по меньшей мере один твердотельный осветительный элемент на четвертой основной поверхности; и теплорассеиватель, имеющий первый участок, находящийся в тепловой связи со второй основной поверхностью, и имеющий второй участок, находящийся в тепловой связи с третьей основной поверхностью.

Такое осветительное устройство выгодно наличием одинарной подложки, на которую установлены один или более ТТО элементов, например, СИДов, вследствие чего стоимость осветительного устройства снижается при одновременном обеспечении эффективного рассеяния тепла, сгенерированного одним или более ТТО элементами, в связи с тем, что теплорассеиватель находится в тепловой связи с множественными поверхностями подложки, которые не несут никакие компоненты или, по меньшей мере, не несут ТТО элементы. На подложке предпочтительно установлена также по меньшей мере одна схема возбуждения, вследствие чего также снижаются сложность и стоимость осветительного устройства.

В одном варианте осуществления упомянутый первый участок связан со второй основной поверхностью, а упомянутый второй участок находится в тепловой связи с третьей основной поверхностью посредством соответствующих скрепляющих элементов. Такие скрепляющие элементы, например скрепляющие элементы из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или силиконового геля, надежно скрепляют подложку с теплорассеивателем, одновременно обеспечивая электрическую изоляцию между подложкой и теплорассеивателем.

Заявляемое осветительное устройство может также содержать корпус и выходное окно, посаженное на упомянутый корпус, причем упомянутые первый и второй выступы простираются в направлении, параллельном основной оси осветительного устройства, при этом упомянутая основная ось простирается сквозь корпус и выходное окно.

Иными словами, в этом предпочтительном варианте осуществления подложка, например - печатная плата, установлена вертикально в осветительном устройстве, что является пространственно-эффективным способом интегрирования подложки в осветительном устройстве.

В одном варианте осуществления теплорассеиватель содержит первый теплорассеивающий участок; второй теплорассеивающий участок, противоположный первому теплорассеивающему участку; элемент-перемычку, содержащий, по меньшей мере, часть первого участка и второго участка, причем упомянутый элемент-перемычка соединяет первый теплорассеивающий участок со вторым теплорассеивающим участком. В этом варианте осуществления элемент-перемычка осуществляет тепловую связь первого и второго теплорассеивающих участков с соответствующими выступами подложки, так что обеспечивается теплорассеиватель большой площади, который может эффективно рассеивать тепло, одним или более ТТО элементами и схемами возбуждения.

Форма первого и второго теплорассеивающих участков может совпадать с формой корпуса, гарантируя хорошую посадку теплорассеивателя в корпусе.

В одном варианте осуществления первый участок также содержит первый дополнительный выступ, простирающийся от элемента-перемычки и находящийся в тепловой связи со второй основной поверхностью, а второй участок дополнительно содержит второй дополнительный выступ, простирающийся от элемента-перемычки и находящийся в тепловой связи с третьей основной поверхностью. Это гарантирует очень хорошую теплопередачу от подложки к теплорассеивателю.

Осветительное устройство предпочтительно содержит множество твердотельных осветительных элементов по меньшей мере на одной из первой основной поверхности и четвертой основной поверхности. Твердотельные осветительные элементы предпочтительно распределены и по первой основной поверхности и по четвертой основной поверхности, чтобы увеличить распределение светоотдачи осветительного устройства. Было обнаружено, что в этом варианте осуществления можно изготовить осветительное устройство, которое соответствует требованиям Energy Star^®, особенно когда осветительное устройство также содержит отражатель для дополнительного увеличения распространения света, т.е. для того, чтобы сделать распространение света менее направленным. Такой отражатель можно установить, например, на подложке.

Теплорассеиватель предпочтительно формируется из одного листа металла, чтобы обеспечить дешевый теплорассеиватель. Особенно предпочтительным металлом является алюминий, потому что он дешев и пластичен.

Осветительное устройство может быть лампой.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предусматривается светильник, содержащий осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. Такой светильник может быть, например, держателем осветительного устройства или приспособлением, в которое интегрируется осветительное устройство.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления изобретения описаны более детально и в виде неограничивающих примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:

фиг. 1 схематически иллюстрирует один аспект осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;

фиг. 2 схематически иллюстрирует другой аспект осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;

фиг. 3 схематически иллюстрирует еще один аспект осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;

фиг. 4 схематически иллюстрирует еще один аспект осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;

фиг. 5 схематически иллюстрирует способ сборки части осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения; и

фиг. 6 схематически иллюстрирует осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Следует понимать, что чертежи являются лишь схематическими и начерчены не в масштабе. Следует также понимать, что на всех чертежах одни и те же позиционные обозначения используются для обозначения одних и тех же или подобных частей.

Фиг. 1 и 2 соответственно схематически иллюстрируют вид сбоку и вид сверху подложки 10, которая образует часть осветительного устройства данного изобретения. Подложка 10, которая может быть печатной платой, содержит основное тело 12. От тела 12 параллельно простираются первый выступ 14 и второй выступ 16, тем самым образуя выемку 18, которая ограничена основным телом 12, первым выступом 14 и вторым выступом 16. Иными словами, первый выступ 14 и второй выступ 16 простираются от основного тела 12 в плоскости основного тела 12. Во избежание сомнений отметим, что пунктирные прямоугольники на фиг. 1 просто обозначают различные участки подложки 10, и их не следует считать каким-либо образом разграничивающими подложку 10.

Первый выступ 14 имеет первую основную поверхность 142, на которую любым подходящим методом, например - посредством пайки мягким припоем, можно установить один или более ТТО элементов 20. На фиг. 1 лишь в качестве неограничительного примера показаны три элемента 20 ТТО; следует понимать, что первая основная поверхность 142 может нести любое подходящее количество ТТО элементов 20, например, один или более ТТО элементов 20. Первый выступ 14 также имеет вторую основную поверхность 144, противоположную первой основной поверхности 142, для тепловой связи подложки 10 с первым участком теплорассеивателя 30, как будет подробнее пояснено ниже. Отметим, что теплорассеиватель 30 не показан на фиг. 1 лишь для полной ясности.

Второй выступ 16 имеет четвертую основную поверхность 164, на которую можно установить один или более ТТО элементов 20. Следует понимать, что четвертая основная поверхность 164 может нести любое подходящее количество ТТО элементов 20, например один или более ТТО элементов 20, или вообще не нести ТТО элементы 20, хотя последнее не является предпочтительным. Второй выступ 16 также имеет третью основную поверхность 162, противоположную четвертой основной поверхности 164, для тепловой связи подложки 10 со вторым участком теплорассеивателя 30, как будет подробнее пояснено ниже. Первая и третья основные поверхности 142 и 162 находятся на одной и той же стороне подложки 10. Вторая и четвертая основные поверхности 144 и 164 находятся на противоположной стороне подложки 10.

Осветительное устройство может также содержать первый скрепляющий элемент 40 между второй основной поверхностью 144 и теплорассеивателем 30 и второй скрепляющий элемент 40 между третьей основной поверхностью 162 и теплорассеивателем 30 для крепления теплорассеивателя 30 к подложке 10. Скрепляющие элементы 40 предпочтительно выполнены из электроизолирующего материала, чтобы электрически изолировать теплорассеиватель 30 от подложки 10. Скрепляющие элементы 40 должны обладать свойствами хорошей теплопроводности для установления удовлетворительной тепловой связи между теплорассеивателем 30 и подложкой 10. Неограничивающие примеры подходящих электроизолирующих материалов включают в себя политетрафторэтилен (ПТФЭ) и силиконовый гель.

В одном варианте осуществления подложка 10 также содержит по меньшей мере одну схему 22 возбуждения для возбуждения ТТО элементов 20. Упомянутая по меньшей мере одна схема 22 возбуждения может находиться на любой подходящей части подложки 10. На фиг. 1 схема 22 возбуждения показана на основном теле 12 подложки 10 лишь в качестве неограничивающего примера. Альтернативно, схема 22 возбуждения может находиться на первой основной поверхности 142 или на четвертой основной поверхности 164. На подложке 10 возможно присутствие более одной схемы 22 возбуждения. Например, на другой стороне основного тела 12 может находиться дополнительная схема возбуждения. Вместе с тем, следует понимать, что установка упомянутой по меньшей мере одной схемы возбуждения 22 на подложке 10 не является существенно важной. Вместо этого, упомянутая по меньшей мере одна схема 22 возбуждения может быть предусмотрена на отдельной подложке (не показано), и в этом случае подложка 10 будет содержать электропроводку и вывод для подключения по меньшей мере одной схемы 22 возбуждения с ТТО элементами 20.

Как можно увидеть на фиг. 2, теплорассеиватель 30 имеет витую структуру, так что первый участок теплорассеивателя 30 находится в тепловой связи со второй основной поверхностью 144 первого выступа 14, а второй участок теплорассеивателя 30 находится в тепловой связи с третьей основной поверхностью 162 второго выступа 16. В контексте данного изобретения термин «находится в тепловой связи» следует интерпретировать как означающий, что два тела находятся в прямом или косвенном физическом контакте друг с другом, например, связаны друг с другом посредством теплопроводящего тела, или, по меньшей мере, находятся достаточно близко друг к другу, чтобы позволить эффективную передачу тепла от подложки 10 к теплорассеивателю 30.

На фиг. 3 схематически показан вид в перспективе, а на фиг. 4 схематически показан вид сверху неограничивающего примера теплорассеивателя 30 для использования в осветительном устройстве согласно данному изобретению. Теплорассеиватель 30 содержит элемент-перемычку 300, включающий в себя, по меньшей мере, часть первого участка 32 и второго участка 33, который смещен в осевом направлении относительно первого участка 32. Иными словами, элемент-перемычка 300 имеет ступенчатую форму, в которой промежуточный участок 31 взаимосвязывает, по меньшей мере, часть первого участка 32, по меньшей мере, с частью второго участка 33 и смещает в осевом направлении первый участок 32 относительно второго участка 33 для получения ступенчатой формы. Промежуточный участок 31 типично находится в выемке 18 подложки 10 и опирается на верхний участок основного тела 12 подложки 10. На фиг. 3 и 4 промежуточный участок 31 показан имеющим изогнутую форму лишь в качестве неограничивающего примера. Промежуточный участок 31 может иметь любую подходящую форму, которая может обеспечить ступенчатый профиль элемента-перемычки 300; например - зигзагообразную или аналогичную.

Первый участок 32 находится в тепловой связи со второй основной поверхностью 144 первого выступа 14 и действует как теплоотвод для этой части подложки 10. Второй участок 33 находится в тепловой связи с третьей основной поверхностью 162 второго выступа 16 и действует как теплоотвод для этой части подложки 10. Иными словами, тепло, генерируемое ТТО элементами 20 на первой основной поверхности 142 первого выступа 14, будет передаваться посредством второй основной поверхности 144 на первый участок 32, а тепло, генерируемое ТТО элементами 20 на второй основной поверхности 164 второго выступа 16, будет передаваться посредством первой основной поверхности 162 на второй участок 33.

Теплорассеиватель 30 также содержит первый теплорассеивающий участок 34, соединенный с первым участком 32 элемента-перемычки 300, для первичного рассеивания тепла, собранного первым участком 32, и второй теплорассеивающий участок 36, соединенный со вторым участком 33 элемента-перемычки 300, для первичного рассеивания тепла, собранного вторым участком 33. Хотя первый теплорассеивающий участок 34 и второй теплорассеивающий участок 36 могут иметь любой подходящий по форме вид, предпочтительно, чтобы первый теплорассеивающий участок 34 и второй теплорассеивающий участок 36 совпадали с формой корпуса осветительного устройства, что будет подробнее пояснено ниже. Как будет ясно специалисту, соответствующие площади первого теплорассеивающего участка 34 и второго теплорассеивающего участка 36 предпочтительно сделаны как можно большими, чтобы максимизировать рассеивание тепла первым теплорассеивающим участком 34 и вторым теплорассеивающим участком 36.

В одном варианте осуществления первый участок 32 также содержит первый дополнительный выступ 320, простирающийся от элемента-перемычки 300 и находящийся в тепловой связи со второй основной поверхностью 144 первого выступа 14, а второй участок 33 дополнительно содержит второй дополнительный выступ 330, простирающийся от элемента-перемычки 300 и находящийся в тепловой связи с третьей основной поверхностью 162 второго выступа 16.

Дополнительные выступы 320 и 330 могут быть использованы для усиления или даже максимизации тепловой связи между теплорассеивателем 30 и подложкой 10, тем самым гарантируя эффективное охлаждение подложки 10 посредством теплорассеивателя 30. По этой причине, предпочтительно, что одна или более схем 22 возбуждения находятся на, или в окрестности одной из первой основной поверхности 142 и четвертой основной поверхности 164, гарантируя эффективную передачу тепла, генерируемого одним или более схемами 22 возбуждения, теплорассеивателю 30 посредством тепловой связи между второй основной поверхностью 144 и первым участком 32, и третьей основной поверхностью 162 и третьим участком 33 соответственно, причем первый участок 32 может включать в себя первый дополнительный выступ 320 и при этом второй участок 33 может включать в себя второй дополнительный выступ 330.

Теплорассеиватель 30 может быть изготовлен любым подходящим методом, но предпочтительно изготовлен из одного листа металла, например, посредством резки, фальцевания, изгибанием или иной деформацией листа металла с приданием ему желаемой формы. Можно использовать любой подходящий лист металла, хотя особенно подходящим является алюминий ввиду его дешевизны и пластичности.

Сборку подложки 10 и теплорассеивателя 30 можно проводить так, как показано на фиг. 5. На этапе (a), промежуточный участок 31 элемента-перемычки 300 вставляют в выемку 18 таким образом, что первый участок 32 и второй участок 33 элемента-перемычки 300 оказываются ориентированными более или менее перпендикулярно первому выступу 14 и второму выступу 16 подложки 10.

После завершения процесса вставки, как показано на этапе (b), когда промежуточный участок 31 элемента-перемычки 300 упирается в основное тело 12 подложки 10, теплорассеиватель 30 закручивают относительно подложки 10, получая сборочный узел, показанный на этапе (c), в котором первый участок 32 элемента-перемычки 300 обращен ко второй основной поверхности 144 первого выступа 14 и находится в тепловой связи с ней, и в котором второй участок 33 элемента-перемычки 300 обращен к третьей основной поверхности 162 второго выступа 16 и находится в тепловой связи с ней.

На фиг. 6 схематически показана разобранная модель осветительного устройства 100 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Осветительное устройство 100 содержит корпус 50, в который посажена подложка 10 таким образом, что одна или более схем 22 возбуждения электрически связаны с проводящими выводами (не показаны) корпуса 50. Теплорассеиватель 30 сцеплен с подложкой 10, как пояснялось ранее. Иными словами, подложка 10 выровнена с главной осью симметрии осветительного устройства 100, например - ориентирована вертикально в осветительном устройстве 100, когда его главная ось находится вертикальной ориентации, так что первый выступ 14 и второй выступ 16 простираются в направлении, параллельном этой главной оси.

Осветительное устройство 100 также содержит выходное окно 60, которое может быть прозрачным или полупрозрачным и может быть сделано из любого подходящего материала, например стекла или пластмассы. Выходное окно 60, как правило, сцеплено с корпусом 50 таким образом, что внутренний объем осветительного устройства 100 ограничен внутренними поверхностями корпуса 50 и выходного окна 60 соответственно.

Осветительное устройство 100 может также содержать отражатель 70 для придания формы светоотдаче одного или более ТТО элементов 20, например – СИДов на подложке 10. На фиг. 6 ТТО элементы 20 видны лишь на первой основной поверхности 142 первого выступа 14, но следует понимать, что осветительное устройство 100 может также содержать еще один или более ТТО элемент 20, например, СИДы на четвертой основной поверхности 164 второго выступа 16, которая не видна на фиг. 6. Отражатель 70 может быть установлен в осветительном устройстве 100 любым подходящим образом. Например, отражатель 70 может быть установлен на выступах 14, 16 подложки 10. В одном варианте осуществления отражателю 70 придана такая форма, что он создает распространение светоотдачи осветительного устройства 100, которое соответствует требованиям Energy Star^®, хотя следует понимать, альтернативные варианты осуществления, в которых такое соответствие не достигается, также возможны.

Осветительное устройство 100 может содержать ТТО элементы одинакового цвета или разных цветов. В этом контексте ТТО элементы белого света, имеющие разные цветовые температуры, тоже считаются ТТО элементами 20 разных цветов. Например, цвета ТТО элементов 20 на первой основной поверхности 142 могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга. Цвета ТТО элементов 20 на четвертой основной поверхности 164 могут одинаковыми или отличающимися друг от друга. Цвета ТТО элементов 20 на первой основной поверхности 142 могут быть такими же, как цвета ТТО элементов 20 на четвертой основной поверхности 164 или отличающимися.

Чтобы получить хорошую посадку сборочного узла, образованного подложкой 10 и теплорассеивателем 30 в корпусе 50, первый теплорассеивающий участок 34 и второй теплорассеивающий участок 36 совпадают с формой корпуса осветительного устройства, как показано на фиг. 6. В особенно преимущественном варианте осуществления пластмассовый корпус 50 сформован так, что теплорассеиватель 30 вформован в корпус 50. Первый теплорассеивающий участок 34 и второй теплорассеивающий участок 36 теплорассеивателя 30 находятся в тепловой связи с корпусом 50 таким образом, что тепло, генерируемое в частности ТТО элементами 20, может быть эффективно передано корпусу 50, обеспечивая также рассеивание этого тепла воздухом, окружающим корпус 50. Первый теплорассеивающий участок 34 и второй теплорассеивающий участок 36 теплорассеивателя 30 предпочтительно находятся в физическом контакте с внутренней поверхностью корпуса 50.

Осветительное устройство 100 в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения может предпочтительно быть включено в состав светильника, такого как держатель осветительного устройства, например, в потолочный светильник, или приспособление, в которое интегрируется осветительное устройство, например в кухонную вытяжку или аналогичное приспособление.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления скорее иллюстрируют, нежели ограничивают это изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут сконструировать многие альтернативные варианты осуществления без отступа от объема и содержания прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, заключенные в скобки, не следует считать ограничивающими пункт формулы. Слово «содержащий (-ая, -ее, -ие)» не исключает присутствие элементов или этапов, отличающихся от перечисленных в пункте формулы изобретения. Признак единственного числа элемента не исключает присутствие множества таких элементов. Изобретение может быть осуществлено с помощью аппаратных средств, содержащих несколько отличающихся друг от друга элементов. В пункте устройства, где перечисляются несколько средств, некоторые из этих средств могут быть воплощены посредством одного и того же компонента аппаратных средств. Простой факт, что определенные меры изложены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что нельзя с выгодой использовать комбинацию этих мер.