ГИБКАЯ ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 2018 года по МПК F21S10/02 F21V23/00 H01L25/75 H05B33/08 

Область техники

Изобретение относится к гибкой многослойной осветительной конструкции.

Уровень техники

Известны осветительные конструкции пленочного типа, использующие в качестве источников оптического излучения светодиоды (СД). СД крепятся к подложкам из полимерного ламината, на медном слое которого посредством травления формируется соответствующий паттерн. Полимерный ламинат в типичном варианте изготавливается из полиимида, который имеет низкую прозрачность, особенно в видимой области. Кроме того, ламинат из полиимида является дорогостоящим по сравнению с дешевыми полимерами, такими как полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиэтиленнафталат (ПЭНФ) и поликарбонат (ПК).

Таким образом, существует потребность в совершенствовании осветительных конструкций пленочного типа.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на разработку улучшенной гибкой осветительной конструкции. Согласно одному аспекту изобретения предлагается многослойная осветительная конструкция, охарактеризованная в п. 1 прилагаемой формулы.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается осветительная система, охарактеризованная в п. 6.

Изобретение обеспечивает повышение качества освещения, осуществляемого многослойной осветительной конструкцией.

Краткое описание чертежей

Варианты изобретения будут описаны далее (только в качестве примеров) со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 иллюстрирует пример гибкой многослойной осветительной конструкции.

Фиг. 2 иллюстрирует пример осветительной системы.

Фиг. 3 иллюстрирует пример связи между процессором и памятью.

Осуществление изобретения

Описываемые варианты приводятся только как примеры. Хотя в различных местах описания упоминается термин "вариант", это не означает, что каждое такое упоминание относится к одному и тому же варианту или к одним и тем же вариантам или что определенный признак относится только к единственному варианту. Кроме того, признаки различных вариантов могут быть скомбинированы, чтобы получить другие варианты. При этом ассоциированное с признаками слово "содержащая" и слова, производные от него, следует интерпретировать как не ограничивающие описанные варианты наличием только упомянутых признаков. Другими словами, соответствующие варианты могут содержать также признаки/компоненты, которые не были конкретно упомянуты в описании.

Следует отметить, что, хотя чертежи иллюстрируют различные варианты, они представлены в упрощенном виде и иллюстрируют только некоторые конструкции и/или функциональные компоненты. Показанные на чертежах соединения могут быть электрическими и/или механическими. Специалисту в данной области будет понятно, что описанная конструкция может также выполнять другие функции и содержать другие компоненты, отличные от представленных на чертежах и в тексте. Необходимо учитывать, что какие-то детали некоторых функций, конструкции, питания и передачи сигналов нерелевантны для настоящего изобретения. Поэтому в их подробном описании нет необходимости.

На фиг. 1 представлен пример гибкой многослойной осветительной конструкции 10. Данная конструкция содержит по меньшей мере две гибкие пленки 100, 102, которые могут содержать, например, полимер или бумагу. Гибкая и/или растяжимая подложка, на которой сформирована многослойная конструкция, может содержать, например, полимер, в частности эластомер, бумагу или гибкий слой металла. Две пленки 100, 102 являются совместно ламинированными. Под ламинированием может пониматься наложение различных пленок и подложки одна на другую и их скрепление, например, клеем. У каждой пленки 100, 102 имеется слой в виде гибкого электропроводного паттерна 104. Кроме того, по каждой пленке 100, 102 распределено множество СД-элементов 106 (только некоторые из которых имеют на фиг. 1 это цифровое обозначение). Аббревиатура "СД" для обозначения светодиодов является широко распространенной. СД могут быть неорганическими или органическими. Любой СД-элемент излучает по меньшей мере в одном из следующих оптических диапазонов: ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном. Ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны позволяют реализовать функциональности, отличные от реализуемых только посредством видимого излучения (света).

СД-элементы 106 электрически связаны с электропроводным паттерном 104 и являются управляемыми одинаковым образом по меньшей мере в пределах одной пленки. Это означает, что СД-элементы 106 одной пленки могут управляться независимо от СД-элементов 106 любой другой пленки. Электропроводный паттерн 104 может также обеспечивать возможность индивидуального электрического управления СД-элементами 106. Электропроводный слой 104 может быть сформирован распечатыванием (по меньшей мере с использованием одной электропроводной печатной краски) паттерна в виде контура, содержащего проводники и контактные зоны для СД-элементов.

Гибкая многослойная осветительная конструкция 10 может также содержать гибкую пленку 90, которая может рассматриваться как подложка многослойной конструкции 10. Полимерные пленки 90, 100, 102 могут содержать пластик, например полиимид, ПЭТФ, ПЭНФ, ПК или жидкокристаллический полимер.

Гибкая многослойная осветительная конструкция 10 содержит также гибкий электропроводный слой 104, на котором может быть образован паттерн для формирования проводников электрического контура, необходимого для функционирования многослойной осветительной конструкции 10.

СД-элементы 106 пленок 100, 102 многослойной конструкции 10 позиционированы между СД-элементами 106 другой пленки 102, 100 конструкции 10. Каждый СД-элемент 106 каждой пленки 100, 102 окружен свободным пространством, т.к. СД-элементы не находятся в физическом контакте друг с другом, т.е. между двумя любыми СД-элементами имеется определенное расстояние. Благодаря размещению СД-элемента одной пленки в зазоре между СД-элементами другой пленки СД-элементы 106 не накладываются друг на друга и не затеняют свет других СД-элементов.

По меньшей мере одна пленка 100, 102 многослойной конструкции 10, в направлении которой способен излучать свет по меньшей мере один из СД-элементов 106, выполнена прозрачной для света. В результате свет от СД-элементов 106 может проходить через слои многослойной конструкции 10 и обеспечивать освещение.

Яркости СД-элементов 106, находящихся на различных пленках 100, 102, контролируются по отдельности путем управления питанием, подаваемым на пленки 100, 102. Возможность раздельного управления СД-элементами 106, находящимися на различных пленках 100, 102, обеспечивается выполнением паттерна 104 контактов, позволяющего подавать питание по отдельности на пленки 100, 102.

В одном варианте обеспечивается возможность индивидуального управления яркостью каждого из СД-элементов 106. Возможность индивидуального управления СД-элементами 106 обеспечивается управлением паттерном 104 контактов, позволяющим подавать питание по отдельности на отдельные СД-элементы 106.

В одном варианте СД-элементы 106 по меньшей мере одной пленки 100, 102 излучают свет, имеющий иной цветовой тон или цвет, чем СД-элементы 106 по меньшей мере одной другой пленки 102, 100.

В одном варианте СД-элементы 106 могут содержать СД белого света, имеющего различные цветовые тона/оттенки для управления общим цветовым тоном/оттенком света, излучаемого многослойной конструкцией 10. В одном варианте СД могут обеспечивать цветовые тона, которые соответствуют цветовым температурам 2700 К, 3500 К и 6000 К. Использование таких СД-элементов позволяет настраивать цветовой тон так, чтобы он соответствовал цветовым температурам в пределах 2700-6000 К. Одна пленка может содержать СД-элементы, соответствующие цветовым температурам 2700 К, другая пленка - СД-элементы, соответствующие цветовым температурам 3500 К, а еще одна пленка - СД-элементы, соответствующие цветовым температурам 6000 К. Цветовая температура может быть и более высокой, например равной 6500 К. Соответственно, цветовой тон освещения может управляться путем выбора пленки или СД-элементов, используемых для освещения.

В другом варианте СД-элементы 106 одной пленки могут содержать только красные СД, СД-элементы другой пленки - только зеленые СД, а СД-элементы еще одной пленки - только синие СД. В таком варианте цветом освещения можно управлять, активируя СД-элементы одной пленки или разных пленок.

В одном из вариантов для управления яркостью и общим цветовым тоном света, излучаемого многослойной конструкцией 10, каждый СД-элемент 106 может содержать по меньшей мере один красный СД, по меньшей мере один зеленый СД и по меньшей мере один синий СД.

Согласно варианту изобретения СД-элементами 106 по меньшей мере одной пленки 100, 102 можно управлять таким образом, чтобы они излучали свет, отличающийся по цветовому тону или цвету от света, излучаемого СД-элементами 106 по меньшей мере одной другой пленки 102, 100. Например, если каждый СД-элемент 106 содержит по меньшей мере один красный СД, по меньшей мере один зеленый СД и по меньшей мере один синий СД, одну пленку можно сделать излучающей красный или красноватый свет, а другую пленку - излучающей синий или синеватый свет. Если используется более чем две пленки, третью пленку можно сделать излучающей зеленый или зеленоватый свет. Таким образом, цветом освещения можно управлять, выбирая используемые для освещения СД-элементы на пленке или на пленках.

Чтобы управлять пространственным распределением света, излучаемого многослойной конструкцией 10, свет по меньшей мере от первой части 108 СД-элементов 106 может посылаться в направлении, отличном от направления света от второй части 110 СД-элементов 106. В одном варианте первая часть 108 СД-элементов 106 может содержать СД-элементы первой пленки 100, а вторая часть 110 СД-элементов 106 может содержать все СД-элементы второй пленки 102. В более общем случае, N-ая часть 108 СД-элементов 106 может содержать СД-элементы N-ой пленки 100, где N - целое число, большее 0. Различные части могут содержать равные или неравные количества СД-элементов.

В одном варианте СД-элементы 106 могут содержать неорганические светодиоды, устанавливаемые по технологии "flip-chip" в полостях пленок 100, 102.

Фиг. 2 иллюстрирует пример осветительной системы, которая содержит по меньшей мере одну многослойную конструкцию 10. Система содержит также контроллер 202, который регулирует (настраивает) по меньшей мере один из следующих параметров: яркость, цветовой тон и распределение света по многослойной конструкции 10. Система может также содержать прибор 200 для измерения спектра света, излучаемого СД-элементами 106.

В одном варианте контроллер 202 может принимать результаты измерений спектра излучения СД-элементов 106, полученные указанным прибором 200, который может входить в состав осветительной системы. Это позволяет контроллеру 202 управлять, на базе полученной информации, излучением по меньшей мере одной многослойной конструкции таким образом, чтобы обеспечить желательное освещение. Контроллер 202 может сравнивать результат измерений с целевыми параметрами освещения и, основываясь на этом сравнении, осуществлять управляющее воздействие. Данный принцип генерирования управляющего воздействия по результатам проведенного сравнения сам по себе является хорошо известным.

Контроллер 202 раздельно управляет СД-элементами 106, расположенными на разных пленках 100, 102, несущих СД-элементы. Таким образом, различные пленки 100, 102 могут по-разному освещать окружающее пространство. Отличие света, излучаемого СД-элементами одной из пленок 100, 102, от света, излучаемого СД-элементами другой пленки 102, 100, может быть связано с интенсивностью, цветовым тоном, цветом или направлением. Альтернативно, все пленки 100, 102, несущие СД-элементы, могут создавать одинаковое освещение, если все СД-элементы способны функционировать одинаковым образом и получают команду на такое функционирование

Контроллер 202 осуществляет индивидуальное управление СД-элементами 106 на базе спектра, измеренного прибором 200 для измерения спектра. Данный прибор для измерения спектра может представлять собой спектрометр, причем этот прибор может быть интегрирован с многослойной конструкцией. Такая интеграция может означать, что прибор 200 для измерения спектра и многослойная конструкция 10 объединены как физически, так и функционально. Другими словами, прибор для измерения спектра может являться неотъемлемой частью осветительной системы.

В варианте по фиг. 3 контроллер 202 может содержать по меньшей мере один процессор 1000 и по меньшей мере одно запоминающее устройство (память) 1002, в котором (в которой) записан программный код для компьютера. Компьютерный программный продукт может храниться в распределенной среде, читаемой компьютером, и может содержать программный код, который, будучи введен по меньшей мере в память 1002 в составе контроллера 202, активирует контроллер 202 для выполнения по меньшей мере одной операции, требуемой для измерения или управления.

Информация о целевом спектре излучения, которое многослойная конструкция 10 должна испускать в окружающее пространство, может храниться в памяти 1002 или поступать в контроллер 202 из внешнего источника. Контроллер 202 может управлять операционным источником 204 питания, который обеспечивает электропитание СД-элементов 106. При получении соответствующей управляющей команды от контроллера 202 операционный источник 204 питания может подавать питание индивидуально на каждый СД-элемент 106.

При подаче на СД-элементы 106 максимальной операционной электрической мощности они обеспечат максимальную интенсивность освещения. Подавая операционную электрическую мощность, меньшую, чем максимальная, можно уменьшить интенсивность освещения, создаваемого многослойной конструкцией 10.

Если подавать определенную электрическую мощность на СД-элементы, характеризующиеся первым цветовым тоном, и меньшую электрическую мощность на СД-элементы, характеризующиеся по меньшей мере одним другим цветовым тоном, в суммарном цветовом тоне излучения многослойной конструкции 10 будет выделен первый цветовой тон. Таким методом можно управлять общим цветовым тоном излучения многослойной конструкции 10.

Если подавать определенную электрическую мощность на красные СД и не подавать никакой мощности на зеленые и синие СД, многослойная конструкция будет освещать окружающее пространство красным светом. Соответственно, управляя интенсивностью излучения СД-элементов различных цветов, становится возможным управлять цветом освещения, обеспечиваемого пленочной конструкцией 10.

В одном варианте система содержит пользовательский интерфейс (ПИ) 206, способный передавать контроллеру 202 данные, которые пользователь вводит или выбирает с целью отрегулировать яркость, цветовой тон или направление освещения, обеспечиваемого пленочной конструкцией 10.

В одном варианте у пользователя 210 может иметься удаленный пользовательский интерфейс 208, способный обеспечить беспроводную передачу данных, которые пользователь вводит или выбирает, в контроллер 202 с целью отрегулировать яркость, цветовой тон или направление освещения, обеспечиваемого пленочной конструкцией 10.

В одном варианте контроллер 202 может быть подключен к сети 212, например к Интернету. Терминал (ПИ) 214, также подключенный к сети 212, может передавать контроллеру 202 данные, которые пользователь вводит или выбирает с целью отрегулировать яркость, цветовой тон или направление освещения, обеспечиваемого пленочной конструкцией 10. Связь между терминалом 214 и сетью 212 и между контроллером 202 и сетью 212 может быть проводной или беспроводной.

Чтобы уменьшить толщину и повысить гибкость осветительной системы, желательно сделать многослойную конструкцию 10 по возможности тонкой.

Гибкая осветительная конструкция 10 является многослойной конструкцией, толщина которой может быть менее 1 мм, например составлять примерно 0,1 мм или даже менее. Однако, хотя обычно желательна тонкая многослойная конструкция, ее толщина может быть увеличена, например, до 2 мм.

Гибкая многослойная осветительная конструкция 10 может быть не только тонкой, но и иметь небольшой радиус кривизны, который может быть менее 10 мм, например составлять 1 мм. Поверхность, на которую установлена осветительная гибкая многослойная конструкция 10, может быть плоской, изогнутой или даже имеющей двойную кривизну.

При использовании неорганических светодиодных чипов яркость каждой осветительной пленки 100, 102 может превышать 1000 кд/м² или даже 5000 кд/м². В случае наличия трех осветительных пленок диапазон регулировки яркости может составлять утроенный интервал 0-3000 кд/м² или даже доходить до 15000 кд/м².

В одном варианте, путем ламинирования или прикрепления иным образом отражательного слоя на одной стороне многослойной конструкции 10, эта конструкция может обеспечивать освещение в пределах полусферы.

Гибкая многослойная осветительная конструкция 10 может быть изготовлена посредством рулонной технологии (roll-to-roll, R2R).

Таким образом, изобретение решает задачу разработки принципа и конструкции тонкой и гибкой осветительной системы, имеющей большую площадь и обеспечивающей настройку цвета и/или цветового оттенка. Большая площадь в этом контексте может соответствовать сотням квадратных сантиметров, например составлять 3600 см² или более. Предлагаемая система существенно отличается от известных ламп, способных изменять цвет свечения (hue lamps), которые обычно используют СД-модули, размещенные внутри жестких и громоздких ламповых конструкций. Эти конструкции похожи на точечные источники, и реализация с их помощью тонких, гибких осветительных систем с большой площадью невозможна.

Предлагаемые гибкие осветительные многослойные конструкции 10, имеющие большую площадь и содержащие одну пленку или более, могут применяться внутри зданий для реализации различных вариантов освещения, которые могут выбираться с учетом настроения, времени дня и времен года. Так, освещение может быть голубоватым утром, но красноватым вечером. В течение темных сезонов, т.е. осенью и зимой, человеку, страдающему сезонным аффективным расстройством, может нравиться очень яркое домашнее освещение. Фактически, яркостью освещения можно управлять в соответствии с лучшими рекомендациями профессионалов или согласно персональным предпочтениям или желаниям. Может использоваться подходящий известный алгоритм управления; альтернативно, может быть разработана и записана в память контроллера 202 специальная программа управления.

В одном варианте одна или более конструкций 10 могут быть установлены в парнике, теплице и т.д., что позволит обеспечить уникальное и эффективное освещение, соответствующее потребностям различных растений. При этом таким освещением можно будет управлять так, чтобы оно изменялось в соответствии со стадией развития освещаемых растений.

Конструкция 10 может также найти применение в дорожных знаках, при подсветке номерных знаков транспортных средств и освещении дорожных указателей и рекламных щитов.

В одном варианте изобретение может быть осуществлено с использованием программного обеспечения и компьютера или комплекта компьютеров процессорной системы или сетевой системы, подключенной к Интернету.

Компьютерные программы могут быть записаны в виде исходного кода, объектного кода или в какой-то промежуточной форме, причем они могут быть записаны на носителе, который может представлять собой любой физический объект или устройство, способный (способное) функционировать в качестве носителя программы. Таким носителем может быть, например, запоминающая среда, компьютерная память, постоянное запоминающее устройство и/или распределенный пакет программ. В зависимости от требуемой вычислительной мощности компьютерная программа может выполняться в единственном электронном цифровом контроллере или она может быть распределена между несколькими контроллерами.

Специалисту в данной области должно быть очевидно, что, по мере развития технологии, возможности осуществления изобретательского замысла будут расширяться. При этом изобретение и его варианты не ограничены вариантами, описанными выше в качестве примеров, а его объем задается прилагаемой формулой.

Изобретение относится к области светотехники. Гибкая многослойная осветительная конструкция содержит по меньшей мере две гибкие совместно ламинированные пленки (100, 102). На каждой пленке (100, 102) имеются слой (104) в виде гибкого электропроводного паттерна и множество СД-элементов (106), распределенных по соответствующей пленке (100, 102) и электрически связанных с контактным паттерном (104). СД-элементы (106), находящиеся на одной пленке, расположены между СД-элементами (106), находящимися на другой пленке. По меньшей мере одна пленка многослойной конструкции (10), в направлении которой способен излучать свет по меньшей мере один из СД-элементов (106), выполнена прозрачной. Индивидуальное электрическое управление яркостью каждого излучающего свет СД-элемента (106) обеспечивается через слой (104) в виде гибкого электропроводного паттерна. СД-элементы (106) по меньшей мере одной пленки (100, 102) имеют цветовой тон или цвет, отличный от цветового тона или цвета СД-элементов (106) по меньшей мере одной другой пленки (102, 100), или выполнены с возможностью управляемого задания их цветового тона или цвета, отличного от цветового тона или цвета СД-элементов (106) по меньшей мере одной другой пленки (102, 100). Технический результат - повышение качества освещения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гибкая многослойная осветительная конструкция (10), содержащая по меньшей мере две гибкие совместно ламинированные пленки (100, 102), на каждой из которых имеются слой (104) в виде гибкого электропроводного паттерна и множество светодиодных (СД) элементов (106), распределенных по соответствующей пленке (100, 102) и электрически связанных со слоем (104) в виде гибкого электропроводного паттерна, при этом:

СД-элементы (106), находящиеся на одной пленке (100, 102) многослойной конструкции (10), позиционированы между СД-элементами (106), находящимися на другой пленке (других пленках) многослойной конструкции (10);

по меньшей мере одна пленка многослойной конструкции (10), в направлении которой способен излучать свет по меньшей мере один из СД-элементов (106), выполнена прозрачной для света;

индивидуальное электрическое управление яркостью каждого излучающего свет СД-элемента (106) обеспечивается через слой (104) в виде гибкого электропроводного паттерна, причем различные пленки (100, 102) сконфигурированы с возможностью раздельного управления ими путем управления операционной электрической мощностью, подаваемой на каждую из них через слой (104) в виде гибкого электропроводного паттерна;

каждая из пленок (100, 102) сконфигурирована с возможностью раздельного управления направлением создаваемого ею освещения, а

СД-элементы (106) по меньшей мере одной пленки (100, 102) имеют цветовой тон или цвет, отличный от цветового тона или цвета СД-элементов (106) по меньшей мере одной другой пленки (102, 100), или выполнены с возможностью управляемого задания их цветового тона или цвета, отличного от цветового тона или цвета СД-элементов (106) по меньшей мере одной другой пленки (102, 100).

2. Многослойная конструкция по п. 1, которая сконфигурирована с возможностью индивидуального управления яркостью каждого из СД-элементов (106) через слой (104) в виде гибкого электропроводного паттерна.

3. Многослойная конструкция по п. 1, в которой для управления цветовым тоном излучения многослойной конструкции (10) СД-элементы (106) содержат СД белого света, имеющие различные цветовые тона.

4. Многослойная конструкция по п. 1, в которой для управления яркостью и цветовым тоном излучаемого ею света каждый из СД-элементов (106) содержит по меньшей мере один красный СД, по меньшей мере один зеленый СД и по меньшей мере один синий СД.

5. Многослойная конструкция по п. 1, в которой для управления пространственным распределением излучаемого ею света по меньшей мере первая часть (108) СД-элементов (106) выполнена с возможностью излучать свет в направлении, отличном от направления излучения света второй частью (110) СД-элементов (106).

6. Осветительная система, которая содержит по меньшей мере одну многослойную конструкцию, выполненную согласно п. 1, и контроллер (202), сконфигурированный с возможностью настройки по меньшей мере одного из следующих параметров: яркости, цветового тона и распределения излучения по многослойной конструкции (10) путем раздельного управления СД-элементами (106), находящимися на различных пленках (100, 102).

7. Система по п. 6, которая содержит операционный источник (204) питания, сконфигурированный для подачи операционной электрической мощности индивидуально на различные СД-элементы (106), и контроллер (202), сконфигурированный для управления операционным источником (204) питания для обеспечения возможности подачи операционной электрической мощности индивидуально на различные СД-элементы (106).

8. Система по п. 6, которая содержит прибор (200), сконфигурированный для измерения спектра света, излучаемого СД-элементами (106), при этом контроллер (202) сконфигурирован для приема результатов измерений и для выработки, на базе результатов измерений, сигналов управления по меньшей мере одной многослойной конструкцией.

9. Система по п. 6, в которой контроллер (202) содержит по меньшей мере один процессор (1000) и по меньшей мере одно запоминающее устройство (1002) с записанным в нем компьютерным программным кодом, при этом по меньшей мере одно запоминающее устройство, компьютерный программный код и по меньшей мере один процессор (1000) сконфигурированы для запуска контроллера по меньшей мере для настройки, путем управления СД-элементами (106), находящимися на различных пленках (100, 102), по меньшей мере одного из следующих параметров: яркости, цветового тона и распределения излучения по многослойной конструкции (10).