ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ ИЛИ ЭКСПОНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С КОНФОРМНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2018 года по МПК F21V7/00 F21V19/00 F21Y101/00 F21Y105/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству и к способу изготовления такого осветительного устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Люминесцентное освещение и освещение лампами накаливания являются повсеместно используемыми технологиями освещения для различных осветительных применений, таких как, например, подсветка офисных помещений или торгового центра. Однако освещение лампами накаливания не конкурентоспособно по энергоэффективности, а лампы для люминесцентного освещения обычно содержат вредные для окружающей среды элементы, которые не так легко утилизировать. В последние годы на рынке в качестве сильного конкурента для осветительных применений появились светоизлучающие диоды (СИДы), в основном благодаря своей превосходной энергоэффективности по сравнению с другими существующими технологиями.

В последние годы проявляется растущий интерес к персонифицированным светоизлучающим устройствам, имеющим, например, неправильные или необычные формы. Для таких персонифицированных светоизлучающих устройств, которые, как правило, не производятся в больших количествах, проблемой является сохранение низкой стоимости за изготовленную единицу при удовлетворении потребительского спроса. Обычная практика осуществления такого осветительного устройства использует ряд светодиодов, которые могут быть выполнены относительно небольшими, и направляющие элементы для распределения испущенного светодиодами света по требуемой форме светоизлучающего устройства.

Документ US 20090114928 раскрывает осветительную конструкцию, содержащую матрицу светодиодов. В этой осветительной конструкции матрица светодиодов расположена между слоями электропроводящего материала, образующего электроды для светодиодов, и между листами стекла, через которые проходит свет. Каждый из светодиодов расположен в проеме в промежуточном слое конструкции.

Документ US 2013/056749 A1 раскрывает подсвечивающую систему, образованную посредством совмещения светоизлучающих элементов с оптическими элементами и/или посредством размещения на светоизлучающих элементах светопреобразующих материалов, а также при обеспечении электрического соединения со светоизлучающими элементами.

Однако в предшествующем уровне техники, включая документ US 20090114928, все еще отсутствуют знания для полного удовлетворения спроса на персонифицированные светоизлучающие устройства. Например, раскрытая осветительная конструкция по US 20090114928 является неудовлетворительной для изготовления осветительных устройств неправильной формы, например, из-за относительно сложной конфигурации контактов и соединений и относительно сложной процедура сборки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

учетом вышеупомянутых и других недостатков предшествующего уровня техники, общей задачей настоящего изобретения является обеспечить улучшенный способ изготовления осветительных устройств, которые могут иметь неправильную форму, и обеспечить такое осветительное устройство.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечено осветительное устройство, содержащее:

шаблон, содержащий множество полостей, распределенных по этому шаблону, при этом каждая полость имеет проем в верхней поверхности этого шаблона;

множество модулей источника света, каждый из которых содержит источник света, расположенных во множестве полостей, при этом каждый из модулей источника света имеет форму, совпадающую с формой соответствующей полости, и при этом каждый из модулей источника света имеет первый электрод и второй электрод, расположенные на верхней поверхности модулей источника света и открытые в проеме полости, будучи электрически соединенными с источником света; и

электрические проводники, нанесенные на верхнюю поверхность шаблона, контактирующие с первым и вторым электродами модулей источника света для электрического подсоединения модулей источника света,

при этом модули источника света или множество полостей содержат нижний отражательный слой, и при этом светоизлучающая поверхность источников света обращена к нижнему отражательному слою.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ изготовления осветительного устройства, включающий этапы:

обеспечение шаблона, содержащего множество полостей, распределенных по этому шаблону, при этом каждая полость имеет проем в верхней поверхности этого шаблона;

расположение множества модулей источника света, каждый из которых содержит источник света, в полостях, при этом каждый из модулей источника света имеет форму, совпадающую с формой соответствующей полости, при этом каждый из модулей источника света имеет первый электрод и второй электрод, электрически соединенные с источником света, причем первый и второй электроды расположены на первой поверхности модуля источника света и открыты в проеме полости, когда это множество модулей источника света расположено в полостях; и

после расположения множества модулей источников света в полостях нанесение электрических проводников на верхнюю поверхность шаблона, контактирующих с первым и вторым электродами модулей источника света для электрического подсоединения модулей источников света,

при этом модули источника света или множество полостей содержат нижний отражающий слой, и при этом светоизлучающая поверхность источника света обращена к этому нижнему отражающему слою.

Эффекты и признаки обоих аспектов настоящего изобретения во многом аналогичны.

Шаблон (подложка, матрица) с полостями определяет схему размещения модулей источника света осветительного устройства. Таким образом, полости в шаблоне указывают положения в шаблоне, где расположены модули источника света. В вариантах осуществления один модуль источника света расположен в одной полости, и в каждой полости расположен один модуль источника света. Кроме того, верхняя поверхность шаблона содержит проем для каждой полости. При расположении модулей источника света в полостях эти модули источника света вставляют в полость через этот проем. Первая поверхность модулей источника света может выступать наружу из проема полости и, таким образом, над верхней поверхностью шаблона, или же модуль источника света может находиться полностью внутри полости, при этом первая поверхность модуля источника света расположена ниже верхней поверхности шаблона.

Электроды каждого модуля источника света расположены таким образом, что они открыты в проем полости, и, таким образом, на верхней поверхности шаблона, означая тем самым, что с этими электродами на первой поверхности модуля источника света можно контактировать со стороны верхней поверхности шаблона. Гальванические электрические соединения с электродами модуля источника света обеспечиваются электрическими проводниками.

В соответствии с изобретением электрические проводники располагают на верхней поверхности шаблона после того, как модули источника света были расположены в полостях. Это означает, что электроды модулей источника света открыты на верхней поверхности таким образом, что электрические проводники, нанесенные после того, как модули источника света находятся на месте в полостях, смогут электрически контактировать с первым и вторым электродами модулей источника света.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что осветительное устройство почти произвольной формы может быть изготовлено способом, содержащим формирование электрических соединений после того, как будут размещены содержащие источники света модули источника света. Кроме того, авторы изобретения поняли, что усовершенствованные и простые способ производства и осветительное устройство возможны при использовании шаблона, содержащего такие полости, чтобы были подготовлены заданные положения для модулей источника света. Более того, при совпадении формы модулей источника света с формой полостей реализуется улучшенный, подобный самосборочному процесс для правильной установки модулей источника света в этих полостях. Тем самым реализуется экономически эффективный способ изготовления персонифицированных осветительных устройств.

Нижний отражательный слой означает, что этот нижний слой отражает большую часть света, который падает на этот слой. В этом случае источник света во время работы испускает свет главным образом в направлении этого нижнего слоя. Кроме того, этот нижний слой выполнен в качестве нижнего слоя модуля источника света таким образом, что, когда модуль источника света расположен в этой полости, этот нижний слой становится смежным с внутренней поверхностью соответствующей полости. Другими словами, нижний слой источника света выполнен таким образом, что, когда модуль источника света расположен в полости, нижний слой расположен между внутренней поверхностью полости и источником света. Нижнему слою может быть придана форма, подобная контуру модуля источника света. Альтернативно, нижний слой выполнен в качестве нижнего слоя полостей. Более того, светоизлучающая поверхность источника света обращена к нижнему отражательному слою. Таким образом, источник света может быть выполнен под первым или вторым электродом таким образом, что этот источник света может быть спрятан за первым или вторым электродом модуля источника света и не является видимым с противоположной стороны электрода, если смотреть под углом, перпендикулярным верхней поверхности. В том случае, в котором источник света может быть расположен под первым или под вторым электродом, спрятанный источник света делает выводимый свет более равномерным и эстетично более привлекательным, поскольку нет никаких темных пятен, обусловленных установочными положениями источников света. В этой конфигурации источники света испускают свет в направлении нижнего отражательного слоя, который отражает испущенный свет назад, в направлении верхней поверхности шаблона и из полости.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения шаблон может быть частью несущей конструкции. Несущая конструкция может быть конструкцией, механически поддерживающей осветительное устройство. Например, несущая конструкция может быть основным корпусом осветительного устройства. То, что шаблон является частью несущей конструкции, означает, что полости, в которых расположены модули источника света, обеспечены в несущей конструкции. Таким образом, верхняя поверхность в этом случае является верхней поверхностью несущей конструкции. Преимущество расположения полостей непосредственно в несущей конструкции заключается в том, что осветительное устройство, имеющее криволинейную или иную неплоскую конструкцию, может быть изготовлено упрощенным способом. Например, несущая конструкция может частично определять общую форму осветительного устройства. Несущая конструкция может быть изготовлена на первом этапе. Общая форма осветительного устройства может быть выбрана, например, пользователем, желающим иметь осветительное устройство определенной конструкции. Затем в несущей конструкции (действующей таким образом в качестве шаблона), имеющей неплоскую форму, могут быть выполнены полости. Такая форма может содержать изогнутый участок, сферический участок или другие почти произвольные формы при условии, что в полостях можно было располагать модули источника света. Естественно, возможны также и плоские формы.

Несущая конструкция может быть изготовлена посредством использования дополнительного производственного процесса, включающего процесс печати, причем геометрия несущей конструкции и полостей спроектирована цифровым методом. Процесс печати может быть, например, способом 3D (трехмерной) печати.

Кроме того, нижний отражающий слой может иметь V-образное или U-образное поперечное сечение. Поперечное сечение может быть определено в плоскости, перпендикулярной к шаблону, когда в полости расположен модуль источника света, содержащий нижний слой. U-образное или V-образное поперечное сечение облегчает правильное размещение модуля источника света в полости, имеющей форму, совпадающую с формой модуля источника света. В этом случае форма полости по существу совпадает с формой нижнего слоя. В одном варианте осуществления каждому из модулей источника света придана форма в виде удлиненного полуцилиндра.

В дополнительном варианте осуществления изобретения верхняя часть модуля источника света является асимметричной по отношению к нижней части модуля источника света, при этом форма каждого из модулей источника света является вращательно-симметричной относительно оси сверху-вниз. Верхняя часть может содержать, например, электроды и участок, смежный с электродами. Нижняя часть может содержать оставшуюся часть модуля источника света, за исключением верхней части. Например, верхняя часть может быть верхней половиной модуля источника света, а нижняя часть может быть нижней половиной модуля источника света. Кроме того, вращательная симметрия относительно оси сверху-вниз делает возможной легкую установку и выравнивание модуля источника света в полости, имеющей совпадающую форму. Вращательная симметрия может допускать, например, 2, 3, 4, 5 или более различных конфигураций в зависимости от уровня симметрии, и все еще способна обеспечивать возможность сборки осветительного устройства должным образом. Это благоприятно улучшает, например, эффективность захвата для процесса самосборки. Примером вращательной симметрии является, например, симметрия с вращениями на 180° или с вращениями на 90°, но возможны и другие.

В вариантах осуществления изобретения модуль источника света может содержать два или более источников света.

В одном варианте осуществления изобретения каждый модуль источника света содержит два источника света, при этом каждый источник света соединен с двумя электродами.

В другом варианте осуществления изобретения каждый модуль источника света содержит два твердотельных источника света, например, светодиоды, подключенные антипараллельно и соединенные с двумя электродами для обеспечения возбуждения модулей источника света источником питания переменным током.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения первый и второй электроды модулей источника света заходят на верхнюю поверхность шаблона. Соответственно, заходящие на верхнюю поверхность электроды означают, что существует перекрытие между верхней поверхностью и электродами модуля источника света. Таким образом облегчено контактирование источников света с электрическими проводниками, поскольку, например, может быть увеличена контактная поверхность между электрическими проводниками и электродами модуля источника света. Кроме того, при обеспечении возможности электродам модулей источника света заходить на верхнюю поверхность шаблона возможны более свободные геометрические допуски при нанесении электрических проводников.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения шаблон представляет собой отдельный слой-шаблон, который расположен на несущей конструкции. Другими словами, в этом случае шаблон является отдельной частью, которая расположена на несущей конструкции. В этом случае несущая конструкция может быть искривленной или неплоской, но возможна также плоская несущая конструкция. При использовании отдельного слоя-шаблона полости формируют в слое-шаблоне, а не в несущей конструкции. Слой-шаблон при нанесении в виде отдельного слоя может быть выполнен, например, из силикона, эпоксидной смолы или полиуретана, или он может быть материалом типа термопластика для обеспечения оплавления материала шаблона, чтобы закрывать зазоры между этим материалом и модулями источника света. Наличие отдельного слоя-шаблона позволяет изготавливать особые персонифицированные осветительные изделия в небольших объемах (то есть небольшие количества изготовленных единиц), которые основаны на небольшом числе различных исходных несущих конструкций, слое-шаблоне и модулях источника света. Несущая конструкция может дать механическую конструкцию, но может также обеспечивать и другие функции, такие как, например, теплоотвод. Слой-шаблон может предложить (в пределах набора правил конструирования и возможных комбинаций электрических схем) реализацию персонифицированной геометрии изделия и световой конструкции. Модуль источника света может включать в себя стандартизованные части, содержащие светоизлучающие диоды. Комбинация несущей конструкции, слоя-шаблона и модуля источника света обеспечивает персонифицированную конструкции (свободу конструкции), и на основе небольшого числа строительных блоков становятся возможными многочисленные конечные изделия (удовлетворяющие предпочтения пользователя).

В одном варианте осуществления изобретения источник света каждого модуля источника света содержит верхний источник света, электрически соединенный с первым и вторым верхними электродами, и нижний источник света, электрически соединенный с первым и вторым нижними электродами, при этом первый и второй нижние электроды расположены на поверхности модуля источника света, которая противоположна той поверхности, на которой расположены первый и второй верхние электроды. Таким образом при расположении модулей источника света в полостях обеспечена улучшенная самосборка, поскольку модули источника света могут быть расположены в полости вверх или вниз любой своей стороной, но при этом имеют электроды источника света, расположенные в направлении проема полости. Таким образом, при условии, что модуль источника света расположен в полости таким образом, что форма модуля источника света совпадает с формой полости, электроды источника света будут располагаться обращенными вверх, в сторону проема полости. Тем самым обеспечен облегченный способ расположения модулей источника света в полостях.

В вариантах осуществления в полостях обеспечен адгезионный элемент для того, чтобы крепить в полостях модули источника света. Этот адгезионный элемент обеспечивают в полостях прежде, чем каждый из модулей источника света будет расположен в соответствующей полости. Адгезионный элемент предназначен для крепления каждого из модулей источника света в полости. Адгезионный элемент может быть, например, в виде капли или слоя. В случае капли эту каплю помещают в полость перед расположением в полостях модулей источника света. В случае слоя этот слой располагают на нижней части полости. Адгезионный элемент, например, в виде клея сразу после нанесения может быть сначала нелипким с тем, чтобы модули источника света можно было правильно позиционировать в полостях до того, как адгезионный элемент отвердеет. Другими словами, адгезионный элемент схватывает и фиксирует только правильно ориентированные и позиционированные модули источника света. В одном варианте осуществления адгезионный элемент может быть выполнен таким образом, что адгезионный элемент и модуль источника света соприкасаются только если модуль источника света установлен в полость правильно. Например, полость может содержать дополнительное расширение полости, а модуль источника света может содержать дополнительное расширение модуля. Адгезионный элемент может быть расположен в дополнительном расширении полости таким образом, чтобы модуль источника света и адгезионный элемент лишь касались друг друга, если модуль источника света расположен в полости правильно, а дополнительное расширение модуля источника света продолжается в дополнительное расширение полости. В этом случае адгезионный элемент может быть клейким адгезионным элементом. В случае адгезионного элемента в виде слоя этот адгезионный элемент может быть нанесен с использованием, например, основанной на зрительном восприятии объемной инъекции с промежуточным отверждением на уровне полимеризации на В-стадии, предварительного нанесенного клея на стадии В, например, перед нанесением слоя-шаблона, если это приемлемо, на модули источника света предварительно наносили клей на В-стадии, или с использованием материала слоя-шаблона.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения модуль источника света содержит магнитный элемент. В одном варианте осуществления модуль источника света может быть правильно установлен и надежно закреплен в полости посредством (постоянной) магнитной силы. В одном варианте осуществления при расположении модуля источника света в полости прикладывают магнитное поле, так что модуль источника света притягивается к полостям в шаблоне. Магнитный элемент, например, может быть выполнен в виде части нижнего слоя модуля источника света, в виде части рамки с выводами или в виде дополнительного магнитного элемента, расположенного внутри модуля источника света. В случае, когда магнитный элемент является частью нижнего слоя, этот нижний слой может быть, например, выполнен из магнитного (ферромагнитного) отражающего материала. Кроме того, рамка с выводами может быть выполнена частично из магнитного материала, такого, как, например, Fe или Ni. Более того, перед приложением магнитного поля шаблон и модули источника света предпочтительно помещают в текучую среду. Другими словами, когда к модулям источника света и шаблону приложено магнитное поле, эти модули источника света и шаблон расположены в текучей среде. Это позволяет осуществлять более управляемое перемещение модулей источника света, когда прилагаемое магнитное поле включено. Текучая среда может представлять собой жидкость, однако, естественно, эта жидкость не должна повреждать модули источника света.

В других вариантах осуществления при расположении модулей источника света в полостях может прилагаться циклическое магнитное поле. В этом случае модули источника света, которые на первой стадии были установлены в соответствующую полость неправильно, с помощью циклического магнитного поля могут быть удалены из полости и установлены повторно. Циклическое магнитное поле может быть выполнено с возможностью работы в режиме включено-выключено или таким образом, чтобы направление магнитного поля повторяющимся образом изменялось на обратное.

Кроме того, в одном варианте осуществления возможно механическое средство для сборки модулей источника света. В этом варианте осуществления для повторной установки модулей источника света в полости используют приглаживающий инструмент, такой, как, например, резиновый скребок. Например, плохо установленный модуль источника света будет выступать из полости. При скольжении, например, резиновым скребком по верхней поверхности этот резиновый скребок толкает плохо установленный модуль источника света на место. Правильно расположенные и установленные модули источника света находятся почти заподлицо с верхней поверхностью шаблона, и, таким образом, не выступают из полости над верхней поверхностью и, таким образом, будут оставаться в этой полости.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения форма каждого из модулей источника света является вращательно-асимметричный относительно оси сверху-вниз. Ось сверху-вниз определена в виде перпендикуляра к верхней поверхности шаблона. При поворотно-асимметричной форме модулей источника света возможно только одно их вращательное положение установки в совпадающих полостях. Это улучшает процесс самосборки и самовыравнивания при расположении модулей источника света в полостях. Более того, это позволяет иметь предсказуемые положения электродов модулей источника света, облегчая процесс нанесения электрических проводников за счет знания заранее мест расположения электродов.

Этап нанесения электрических проводников может включать в себя формирование электропроводящих дорожек с использованием процесса печати. Электропроводящие дорожки соединяют модули источника света друг с другом и/или модули источника света с входными/выходными электрическими выводами, выполненными с возможностью подачи электропитания от источника питания на модули источника света.

Например, первый электрод первого модуля источника света из модулей источника света может быть электрически соединен со вторым электродом второго модуля источника света из модулей источника света посредством электрического проводника. В вышеприведенном примере электрические соединения являются гальваническими электрическими соединениями.

В соответствии с различными вариантами осуществления полости могут быть полостями первого и второго типа, имеющими первую и вторую форму, при этом первый модуль источника света, имеющий форму, совпадающую с первой полостью, может быть расположен в одной из первых полостей, при этом второй модуль источника света, имеющий форму, совпадающую со второй полостью, может быть расположен в одной из вторых полостей. Первые и вторые формы являются различными формами. Таким образом может быть изготовлено более сложное осветительное устройство, которое может содержать модули источника света с разными свойствами, при этом каждая форма модуля источника света соответствует другому свойству. Например, первый модуль источника света может содержать первый источник света, испускающий свет первого цвета (например, в диапазоне красного цвета), а второй модуль источника света может содержать второй источник света, испускающий свет второго цвета (например, в диапазоне синего цвета). Естественно, возможно наличие полостей более двух различных типов, обеспечивающих более двух различных типов модулей источника света. Различные модули источника света могут контактировать за счет электрических проводников, обеспечивающих контактирование только одного типа модулей источника света (например, первого типа) или более одного типа (например, первого и второго типа), или же их комбинации (например, некоторые из модулей источника света первого типа и некоторые из модулей источника света второго типа).

В соответствии с различными вариантами осуществления в одной или более полостей дополнительно расположен(ы) один или более модулей электрического компонента, содержащих электрический компонент. Электрический компонент может быть, например, активным или пассивным электрическим компонентом. Примерами электрических компонентов являются резистор, резистор нулевого сопротивления, конденсатор, переключатель, разветвитель, фотодиод и т.д. Таким образом обусловлена дополнительная модификация общей схемы, содержащей модуль источника света с заданным исходным шаблоном. В одном примерном варианте осуществления модуль электрического компонента может содержать активный переключатель. Этот активный переключатель может быть выполнен так, что источники света части модулей источника света могут быть управляемыми таким образом, чтобы испускать свет независимо от источников света второй части модулей источника света. Тем самым оптический рисунок, созданный светом, испускаемым, например, первой частью модулей источника света и/или второй частью модулей источника света, может активным образом изменяться. В вариантах осуществления формы модулей источника света и формы модулей электрического компонента являются различными и расположены в полостях соответственно различной формы. Таким образом, форма полости определяет тип модуля, который располагается в этой полости.

В одном варианте осуществления печатные электрические проводники выполнены из заполненных серебром полимерных дорожек.

В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения модули источника света являются электрически соединенными последовательно.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения шаблон и электрические проводники покрывает верхний слой. Этот верхний слой может быть оптически пропускающим, что позволяет по меньшей мере части света, испущенного светоизлучающим устройством, проходить через материал верхнего слоя. Оптически пропускающий слой может быть, например, прозрачным, полупрозрачным, просвечивающим или их комбинациями. Верхний слой может обеспечить защиту для расположенных под ним структур, например, верхний слой может обеспечить защиту от царапин, барьер против влажности. Кроме того, верхний слой может обеспечить фиксацию для модулей источника света. Кроме того, верхний слой может обеспечивать оптическую функциональность, например, для создания рассеянного света, для преобразования цвета света (например, синего в белый), для смешения цветов и т.д. Верхний слой может быть изготовлен с использованием способа 3D (трехмерной) печати.

Одной из возможных функций для верхнего слоя является формирование пучка или манипулирование пучком. Например, проем в верхнем слое в месте нахождения модуля источника света может быть использован для формирования пучка света, испущенного из модуля источника света. Другой функцией верхнего слоя может быть волноводная функция. Например, верхний слой может содержать дополнительную структуру (в данном случае в основном с оптической функциональностью), включая локальные (трехмерные) изменения в составе (например, показатель преломления, рассеяние, введенные люминофоры для преобразования цвета и т.д.) и конструкции (например, микролинзы, микроструктуры для вывода света, оптика Френеля, мезооптика и т.д.).

Источник света в соответствии с изобретением может быть преимущественно твердотельным светоизлучающим устройством, в котором свет генерируется в результате рекомбинации электронов и дырок. Примеры твердотельных источников света включают светоизлучающие диоды (СИДы) и полупроводниковые лазеры.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении приложенной формулы изобретения и нижеследующего описания. Специалист в данной области техники понимает, что различные признаки настоящего изобретения могут быть скомбинированы для создания вариантов осуществления, отличных от описанных далее без отступления за рамки объема настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут теперь описаны более подробно со ссылками на приложенные чертежи, показывающие примерные варианты осуществления изобретения, на которых:

Фиг. 1a, 1b схематично показывает примерное осветительное устройство и этапы изготовления осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2a-d иллюстрируют примерный вариант осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует примерный вариант осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4a-d схематично показывают примерное осветительное устройство и этапы изготовления осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 схематично иллюстрирует примерный способ расположения модулей источника света в полостях в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 6 иллюстрирует примерный вариант осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 7 иллюстрирует примерный вариант осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Теперь настоящее изобретение будет далее описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Однако данное изобретение может быть реализовано во многих иных формах и не должно рассматриваться как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления; скорее, эти варианты осуществления представлены для широты и законченности, и специалисту в данной области техники полностью передают объем изобретения. Одинаковые ссылочные позиции по всему описанию относятся к подобным элементам по всему описанию.

Фиг. 1a-b иллюстрируют процесс изготовления осветительного устройства 100. На фиг. 1b показано конечное осветительное устройство 100. Фиг. 1a показывает шаблон 102, имеющий множество распределенных по шаблону полостей 104. Каждая из этих полостей 104 в верхней поверхности 108 шаблона 102 имеет проем 106. Кроме того, на фиг. 1a показано множество модулей 110 источника света, при этом на увеличенном виде показано поперечное сечение одного модуля 110 источника света. Модуль 110 источника света содержит источник 112 света и первый электрод 116 и второй электрод 118, электрически соединенные с источником света. В этом примерном варианте осуществления второй электрод 118 соединен с источником света посредством соединительного провода 120. Кроме того, форма модуля 110 источника света совпадает с формой полости 104, в этом случае с формой пирамиды. Обратимся теперь к фиг. 1b, на которой модули 110 источника света расположены в полостях 104. Первый 116 и второй 118 электроды открыты в проеме 106 полости 104. После того, как модули 110 источника света расположены в полостях 104, на верхнюю поверхность 108 шаблона 102 наносят электрические проводники 122. Эти электрические проводники 122 контактируют с первым электродом 116 и вторым электродом 118. Кроме того, эти электрические проводники контактируют с концевыми выводами 124 для подвода питания. Более того, электрические проводники 122 обеспечивают гальванические контакты. Шаблон может иметь любую форму, например, искривленную или неплоскую форму других типов.

В одном варианте осуществления шаблон 102 является частью несущей конструкции 130. Несущая конструкция 130 может быть, например, основным механическим носителем для конечного изделия в виде осветительного устройства. Полости 104 в этом примере выполнены непосредственно в несущей конструкции 130. Несущая конструкция 130 с полостями 104 может быть изготовлена с использованием 3D (трехмерной) печати, основанной, например, на печати полимера или материала ABS.

Кроме того, в одном примерном варианте осуществления в каждый модуль 110 источника света включен нижний отражающий слой 132. Как показано на фиг. 1а, 1b, источник света расположен в полости "в перевернутом положении", при этом светоизлучающая поверхность источника 112 света обращена к нижнему отражающему слою и внутренней поверхности полости 104. Таким образом, нижний отражающий слой 132 используется для отражения света, испущенного источником света 112, назад в направлении проема 106 полости 104. Кроме того, источник света 112 расположен под первым электродом 116. Естественно, что источник света 112 может быть с тем же успехом расположен под вторым электродом 118. Таким образом, источник 112 света спрятан за первым электродом 116 таким образом, что этот источник 112 света находится "вне пределов видимости" испущенного света. В вариантах осуществления первый и/или второй электроды модуля источника света являются по меньшей мере частично прозрачным.

Фиг. 2а показывает вид поперечного сечения модуля 110 источника света, а фигуры 2b-2d показывают виды модуля 110 источника света сверху в разных вращательных положениях. На фиг. 2b показаны два источника 112 света, оба из которых соединены с первым электродом 116 и вторым электродом 118. Аналогично фиг. 1a, 1b, здесь показаны соединительные провода 120. На фиг. 2a можно видеть, что верхняя часть 140 и нижняя часть 142 модуля 110 источника света разделены воображаемой линией 136. Верхняя часть 140 и нижняя часть 142 модуля 110 источника света асимметричны по отношению друг к другу. Таким образом во время расположения модулей 110 источника света в полостях 104 обеспечивается, чтобы модули 110 источника света правильно позиционировались в полостях, так, чтобы модули 110 источника света не были позиционированы в перевернутом положении, а располагались в полостях в требуемой ориентации. Заметим, что линия 136 может быть проведена в любом месте при условии, что она определяет верхнюю 140 и нижнюю 142 часть, и все еще выполняется условие асимметрии. Кроме того, как показано на последовательных фигурах 2b-2d, модуль источника света является вращательно симметричным относительно оси 144 сверху-вниз, причем эта ось 144 тоже показана на фиг. 2а. Фиг. 2с показывает модуль источника света после поворота на 90° вокруг оси 144 сверху-вниз относительно модуля источника света, показанного на фиг. 2b, а фиг. 2d показывает модуль источника света после поворота на 180° оси 144 сверху-вниз относительно модуля источника света, показанного на фиг. 2b. Симметрия относительно оси 144 сверху-вниз обеспечивает, что модули 110 источника света могут быть расположены в любом из вращательных положений по фигурам 2b-2d и, тем не менее, модули 110 источника света будут позиционироваться в должном положении, так что электрические проводники 122 при этом будут выравнены с электродами 116, 118. Таким образом, для контактирования модулей источника света с электрическими проводниками 122 подходящим является любое из положений по фигурам 2b-2d. Действительно, с функциональной точки зрения нет никакой разницы между различными положениями вращения, показанными на фигурах 2b-2d. Кроме того, хотя фиг. 2b-2d показывают модули источника света, содержащие два источника 112 света, модуль 110 источника света может с тем же успехом иметь только один источник 112 света.

Более того, в изображенном на фиг. 1-2 варианте осуществления первый и второй электроды 116 и 118 модулей 110 источника света заходят на верхнюю поверхность 108 шаблона 106. Таким образом, источник 112 света легко контактирует за счет электрических проводников 122 без необходимости проведения процесса "траншейного пересечения". Эти расширенные первый и второй электроды 116, 118 могут также называться площадками с расширенными рамками с выводами.

Как показано в вариантах осуществления, изображенных на фиг. 1, 2, модуль 110 источника света имеет поперечное сечение V-образной формы. Например, как показано на фиг. 1, модуль 110 источника света имеет пирамидальную форму. Естественно, возможны другие формы. Например, как показано на фиг. 3, U-образная форма придает модулю 300 источника света форму полуцилиндра. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, с электродами 302 и 304 света соединен один источник 306 света модуля 300 источника. Посредством этой полуцилиндрической формы и расположения электродов 302 и 304 обусловлена вращательная симметрия на 180° относительно оси 309 сверху-вниз. Кроме того, воображаемой линией 308 определены верхняя часть 310 и нижняя часть 312. Эти верхняя часть 310 и нижняя часть 312 асимметричны по отношению друг к другу. Таким образом, в процессе расположения модуля 300 источника света в соответствующей полости, имеющей форму, совпадающую с формой модуля 300 источника света, гарантировано, что модуль 300 источника света располагается в полости правильно, таким образом, что модули 300 источника света располагаются в соответствии с требуемой и желательной правильной ориентацией, а не располагаются перевернутыми. Заметим, что линия 308 может быть проведена в любом месте при условии, что она определяет верхнюю 310 и нижнюю 312 часть, и все еще выполняется условие асимметрии.

Фиг. 4a показывает поперечное сечение варианта осуществления осветительного устройства 200, показанного на фиг. 4d, а фиг 4b-4d иллюстрируют схематичный этап изготовления осветительного устройства 200. В этом варианте осуществления шаблон 202 обеспечен в виде отдельного слоя-шаблона 202. Этот слой-шаблон 202 расположен на несущей конструкции 204. Слой-шаблон 202 содержит полости 206, имеющие проем 207 в верхней поверхности 209 слоя-шаблона 202. Модуль 208 источника света расположен в каждой полости 206, как показано, например, на фиг. 4а или на фиг. 4c-4d. Модуль 208 источника света содержит источник 210 света, имеющий первый верхний электрод 212 и второй верхний электрод 214. После того, как модули 208 источника света расположены в полости 206, на верхнюю поверхность 209 слоя-шаблона 202 наносят электрические проводники 216. Эти электрические проводники 216 контактируют с верхними электродами 212, 214 модулей 208 источника света. Кроме того, электрические проводники 216 контактируют с площадками 217 ввода питания. Гальванические соединения обеспечивают электрические проводники.

Слой-шаблон 202 может быть нанесен с помощью, например, процесса смачивания/выпотевания или процессов формирования рисунка. Кроме того, слой-шаблон 202 может быть выполнен из, например, силикона, эпоксидной смолы, полиуретана или может представлять собой материал типа термопластика, который обеспечивает оплавление материала, чтобы закрывать зазоры между слоем-шаблоном 202 и модулями 208 источника света, и т.д.

В дополнение, форма полостей 206 совпадает с формой модулей 208 источника света. В одном варианте осуществления форма каждого модуля 208 источника света является вращательно-асимметричной относительно оси 222 сверху-вниз. Таким образом, модуль 208 источника света устанавливается в полость только в одном определенном поворотном положении. Кроме того, за счет асимметрии относительно оси 222 сверху-вниз облегчен подход к установке модулей 208 источника света, основанный на их самосборке и самовыравнивании в полостях, поскольку эти модули источника света могут быть установлены только одним определенным образом и в одной ориентации. Модули 208 источника света могут, например, иметь форму равнобедренного треугольника. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления модуль 208 источника света содержит два источника света, расположенные таким образом, что первый источник света является верхним источником света, а второй источник света является нижним источником света. Например, нижний источник света имеет нижние электроды 226 и 228, а верхний источник света имеет верхние электроды 212 и 214, при этом нижние электроды 226, 228 расположены на поверхности модуля 208 источника света, которая находится напротив поверхности модуля источника света, на которой расположены верхние электроды 212, 214. При наличии двух источников света ориентацию модуля источника света по отношению к направлению вверх-вниз можно игнорировать, поскольку, независимо от его ориентации в направлении вверх-вниз, всегда есть источник света с электродами, обращенными правильным образом (открытыми в проем полости), при этом электроды могут контактировать с электрическими проводниками 216. Таким образом, модуль 208 источника света может быть расположен в полости с открытыми в проеме полости нижними электродами 226, 228 или открытыми в проеме полости верхними электродами 212, 214.

В полостях 206 есть дополнительно адгезионный элемент 224, расположенный для крепления в этой полости модуля 208 источника света. Адгезионный элемент 224 выполнен с возможностью обеспечения возможности удаления или отвода модуля источника света из полости, если он не расположен правильно. Например, для окончательного приклеивания модуля 208 источника света в полости 206 адгезионный элемент 224 может быть повторно расплавлен или активирован с использованием давления.

Более того, в полостях имеется нижний отражающий слой 220, расположенный под слоем-шаблоном 202, то есть между слоем-шаблоном 202 и несущей конструкцией 204 в полостях. Этот нижний отражающий слой 220 был нанесен перед расположением слоя-шаблона 202 на несущей конструкции 204.

В дополнение, в этом варианте осуществления на последующем этапе наносят верхний слой 236. Функция этого верхнего слоя будет описана со ссылкой на фиг. 6-7.

Фиг. 5 схематично иллюстрирует расположение модуля 110 источника света в полости 104. Хотя модуль 110 источника света показан как модуль источника света на фиг. 1, 2, проиллюстрированный способ в равной степени применим к модулю 208 источника света, к полости 206 и к слою-шаблону 202, показанным на фиг. 4a-4d. На рис. 5 генератор 500 магнитного поля предназначен для приложения магнитного поля таким образом, чтобы модуль 110 источника света притягивался в направлении полости 104. Магнитное поле приложено между противоположными частями 502 генератора 500 магнитного поля. Для того чтобы приложенное магнитное поле притягивало модуль 110 источника света в направлении полости 104, модуль 110 источника света содержит магнитный элемент. В первом примерном варианте осуществления электроды 116 и 118 модуля источника света содержат магнитный элемент. Например, электроды 116, 118 могут иметь магнитное покрытие поверхности или могут быть полностью выполнены из магнитного материала, такого как, например, Fe или Ni. В другом примерном варианте осуществления нижний отражающий слой 132 дополнительно содержит ферромагнитный слой. В еще одном варианте осуществления в модуле 110 источника света расположен отдельный магнитный элемент 510. В других вариантах осуществления может присутствовать постоянное магнитное поле, созданное одним или более постоянными магнитами в шаблоне и/или в несущей конструкции.

По мере того, как создается магнитное поле, модуль 110 источника света втягивается в полость 104. Кроме того, на предыдущем этапе в эту полость помещается адгезионный элемент 512. Адгезионный элемент 512 выполнен с возможностью крепления модуля 110 источника света в полости 104, если модуль 110 источника света установлен в полости 104 правильно. Например, для окончательного приклеивания модуля 110 источника света в полости 104 адгезионный элемент 512 может быть повторно расплавлен или активирован с использованием давления. В одном варианте осуществления прикладывается циклическое магнитное поле. При циклическом магнитном поле неправильно ориентированные модули источника света и/или модули, которые не установлены в полости, могут быть удалены из шаблона 102 или 202, а в следующем цикле могут быть установлены повторно. В одном варианте осуществления модуль 110 источника света и шаблон при приложении магнитного поля расположены в текучей среде. Это позволяет осуществлять более управляемое перемещение модуля источника света, когда прилагаемое магнитное поле включено. Текучая среда может представлять собой жидкость; однако, естественно, эта жидкость не должна повреждать модули источника света.

Фиг. 6-7 показывают виды в поперечном сечении части осветительного устройства, аналогично тому, что показано на фиг. 1-2. Однако на фиг. 6 и 7 соответствующие верхние слои 602 и 702 нанесены после того, как модуль 110 источника света был расположен в полости. На рис. 6 верхний слой 602 в месте нахождения модуля 110 источника света имеет сквозное отверстие 604. Это сквозное отверстие 604 выполнено с возможностью формирования пучка или манипулирования этим пучком. Другими словами, верхний слой 602 скрывает все части (электрические проводники 122, электроды 116, 118, несущую конструкцию 130) за исключением той части, где свет, испущенный источником 112, испускается из модуля 110 источника света наружу.

На фиг. 7 оптическую функциональность обеспечивают дополнительные структуры 704 в верхнем слое 702, включая локальные (трехмерные) изменения в составе (например, показатель преломления, рассеяние, введенные люминофоры для преобразования цвета и т.д.) и конструкции (например, микролинзы, микроструктуры вывода света, оптика Френеля, мезооптика и т.д.). Описанная функциональность верхнего слоя по фиг. 6-7 также применима к верхнему слою 236 на фиг. 4а.

В каждом из описанных выше примерных вариантов осуществления настоящего изобретения источник света модулей источника света может преимущественно быть светоизлучающим диодом (СИДом). Кроме того, модуль источника света может содержать более одного источника света, например, два источника света, электрически подключенные антипараллельным образом, или массив источников света, соединенных последовательно или параллельно. Кроме того, нанесение электрических проводников включает в себя использование процесса печати. Электрические проводники 216, 122 могут быть выполнены, например, из металлической пасты. Металл может быть, например, серебром (Ag).

В дополнение, специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения могут быть поняты и осуществлены изменения к раскрытым вариантам осуществления. Например, настоящее изобретение в равной степени применимо к плоским поверхностям.

В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а признаки единственного числа не исключают множества. Тот простой факт, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является упрощение конструкции и способа сборки. Осветительное устройство (100, 200, 300) содержит шаблон (102) с полостями (104), распределенными по этому шаблону (102). Полости (104) определяют установочные положения для множества модулей (110) источника света, каждый из которых содержит источник (112) света. Форма полостей совпадает с формой модулей (110) источника света таким образом, что модули (110) источника света имеют в этих полостях (104) ограниченное число возможных установочных конфигураций. Затем на верхнюю поверхность шаблона (102) наносят электрические проводники (122) для контактирования с электродами модулей (110) источника света. Модули (110, 208, 300) источника света или множество полостей содержат нижний отражающий слой (132, 220), и при этом светоизлучающая поверхность источника света (112, 210) обращена к этому нижнему отражающему слою (132, 220). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Осветительное устройство (100, 200, 300), содержащее:

шаблон (102, 202), содержащий множество полостей (104, 206), распределенных по этому шаблону (102, 202), при этом каждая полость (104, 206) имеет проем (106, 207) в верхней поверхности (108, 209) этого шаблона (102, 202);

множество модулей (110, 208, 300) источника света, каждый из которых содержит источник (112, 210) света, расположенных во множестве полостей (104, 206), при этом каждый из модулей (110, 208, 300) источника света имеет форму, совпадающую с формой соответствующей полости (104, 206), и при этом каждый из модулей (110, 208, 300) источника света имеет первый электрод (116, 212, 302) и второй электрод (118, 216, 304), расположенные на верхней поверхности модуля (110, 208, 300) источника света, причем эти первый и второй электроды открыты в проеме (106, 207) полости (104, 206) и электрически соединены с источником (112, 210) света; и

электрические проводники (122, 216), нанесенные на верхнюю поверхность (108, 209) шаблона (102, 202), контактирующие с первым и вторым электродами (116, 212, 302, 118, 216, 304) модулей (110, 208, 300) источника света для электрического подсоединения модулей (110, 208, 300) источника света,

при этом модули (110, 208, 300) источника света или множество полостей содержат нижний отражательный слой (132, 220), и при этом светоизлучающая поверхность источника (112, 210) света обращена к нижнему отражательному слою (132, 220).

2. Осветительное устройство по п. 1, в котором шаблон (102, 202) является частью несущей конструкции (130).

3. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором модули (110, 208, 300) источника света содержат магнитный элемент.

4. Осветительное устройство по любому из пп. 1-3, в котором первый и второй электроды модулей (110, 208, 300) источника света заходят на верхнюю поверхность (108, 209) шаблона (102, 202).

5. Осветительное устройство по любому из пп. 1-4, в котором верхняя часть (140) модулей (110, 208, 300) источника света является асимметричной по отношению к нижней части (142) модулей (110, 208, 300) источника света, и при этом форма каждого из модулей (110, 208, 300) источника света является вращательно-симметричной относительно оси (144) сверху-вниз.

6. Осветительное устройство по любому из пп. 1-5, в котором первые и вторые электроды (116, 212, 302, 118, 216, 304) модулей (110, 208, 300) источника света заходят на верхнюю поверхность (108, 209) шаблона (102, 202).

7. Осветительное устройство по любому из пп. 1-6, в котором шаблон (102, 202) представляет собой отдельный слой-шаблон (202), который расположен на несущей конструкции (204).

8. Осветительное устройство по любому из пп. 1-7, в котором каждый модуль (110, 208, 300) источника света содержит верхний источник света, электрически соединенный с первым верхним электродом (212) и вторым верхним электродом (214), и нижний источник света, электрически соединенный с первым нижним электродом (226) и вторым нижним электродом (228), при этом первый и второй верхние электроды (212, 214) расположены на поверхности модуля (110, 208, 300) источника света, которая противоположна той поверхности, на которой расположены первый и второй нижние электроды (226, 228).

9. Осветительное устройство по любому из пп. 1-8, в котором форма модуля (110, 208, 300) источника света является вращательно-асимметричной относительно оси (144) сверху-вниз.

10. Осветительное устройство по любому из пп. 1-9, в котором первый электрод (116) первого модуля источника света из модулей (110, 208, 300) источника света электрически соединен со вторым электродом (118) второго модуля источника света из модулей (110, 208, 300) источника света посредством по меньшей мере одного электрического проводника (122, 216).

11. Осветительное устройство по любому из пп. 1-10, при этом осветительное устройство имеет неплоскостную протяженность, а шаблон (102, 202) является неплоским.

12. Способ изготовления осветительного устройства (100, 200), включающий этапы:

обеспечение шаблона (102, 202), содержащего множество полостей (104, 206), распределенных по этому шаблону (102, 202), при этом каждая полость (104, 206) имеет проем (106, 207) в верхней поверхности (108, 209) этого шаблона;

расположение множества модулей (110, 208, 300) источника света, каждый из которых содержит источник (112, 210) света, в полостях (104, 206), при этом каждый из модулей (110, 208, 300) источника света имеет форму, совпадающую с формой соответствующей полости (104, 206), при этом каждый из модулей (110, 208, 300) источника света имеет первый электрод (116, 212, 302) и второй электрод (118, 216, 304), электрически соединенные с источником (112, 210) света, при этом первый и второй электроды (116, 212, 302, 118, 216, 304) расположены на первой поверхности модуля (110, 208, 300) источника света и открыты в проеме (106) полости, когда это множество модулей (110, 208, 300) источника света расположено в полостях (104); и

после расположения множества модулей (110, 208, 300) источника света в полостях (104, 206) нанесение электрических проводников (122, 216) на верхнюю поверхность (108, 209) шаблона (102, 202), контактирующих с первым и вторым электродами (116, 212, 302, 118, 216, 304) модулей (110, 208, 300) источника света для электрического подсоединения модулей (110, 208, 300) источника света,

при этом модули (110, 208, 300) источника света или множество полостей содержат нижний отражающий слой (132, 220), и при этом светоизлучающая поверхность источника света (112, 210) обращена к этому нижнему отражающему слою (132, 220).

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий этап

обеспечения в полостях (104, 206) адгезионного элемента (224, 512) прежде, чем каждый из модулей (110, 208, 300) источника света будет расположен в соответствующей полости (104, 206), при этом адгезионный элемент (224, 512) выполнен с возможностью крепления каждого из модулей (110, 208, 300) источника света в соответствующей полости (104, 206).

14. Способ по п. 12, в котором модуль источника света содержит магнитный элемент, при этом этап расположения модулей (110, 208, 300) источника света дополнительно включает:

приложение магнитного поля таким образом, чтобы модули (110, 208, 300) источника света притягивались в направлении полостей (104, 206) шаблона (102, 202).

15. Способ по п. 12, или 13, или 14, в котором этап нанесения электрических проводников (122, 216) включает формирование проводящих дорожек с использованием процесса печати.