светодиодный осветитель и способ формирования освещенности поверхности

Формула изобретения

1. Светодиодный осветитель, содержащий панель, элементы крепления, источник электропитания, электропроводящие провода и источник света, состоящий из светодиодов, отличающийся тем, что панель выполнена в форме плоского диска с лепестками и напоминает эпициклоиду, в которой количество ветвей (лепестков) m находится в пределах m 3, светодиоды разделены на основные и вспомогательные, основные светодиоды крепятся на лицевой стороне панели так, что их световые потоки направлены преимущественно в сторону освещаемой поверхности, а вспомогательные светодиоды установлены на тыльной стороне панели, их световые потоки направлены преимущественно в сторону, противоположную световым потокам основных светодиодов, причем элементы крепления содержат и электропроводящие провода, а диск имеет внутреннее отверстие.

2. Светодиодный осветитель по п.1, отличающийся тем, что вспомогательные светодиоды имеют спектр излучения, отличный от основных светодиодов.

3. Светодиодный осветитель по п.1, отличающийся тем, что лепестки с основными светодиодами выполнены в виде отдельных деталей и сочленены с диском с тыльной стороны шарнирами, выполненными наподобие дверных петель, а прилегающие торцевые поверхности лепестков и диска имеют скосы, расходящиеся от лицевой поверхности.

4. Светодиодный осветитель по пп.1, 3, отличающийся тем, что каждый лепесток содержит механизм, позволяющий изменять положение плоскости лепестка, вращая его вокруг оси, проходящей через центр диска и ось симметрии лепестка, в котором каждый лепесток снабжен отдельной деталью, торцевая поверхность которой, с возможностью поворота, имеет резьбовое соединение со шпилькой, шпилька жестко сочленена со смежной торцевой поверхностью диска, с другой стороны деталь сочленена с лепестком шарниром, выполненным наподобие дверных петель.

5. Светодиодный осветитель по п.1, отличающийся тем, что лепестки выполнены из теплопроводящего материала, например из бронзы, а диск выполнен из прозрачного материала, причем со стороны внутреннего отверстия, по торцу, внутрь диска вставлены дополнительные светодиоды.

6. Светодиодный осветитель по любому из пп.1, 3, отличающийся тем, что основные светодиоды разделены на группы, каждая группа светодиодов расположена на том или ином лепестке, группы подключены к отдельному регулятору напряжения и каждый регулятор подключен к задающему программирующему устройству.

7. Светодиодный осветитель по п.1, отличающийся тем, что группы состоят из светодиодов с различным спектром излучения, группы подключены к регулятору напряжения и каждый регулятор подключен к задающему программирующему устройству.

8. Светодиодный осветитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника света применены однокорпусные трехцветные светодиоды с красным, зеленым и синим спектрами излучения.

9. Светодиодный осветитель по пп.1, 2, отличающийся тем, что светодиоды распределены на группы, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве, светодиоды размещены по соседству друг с другом так, чтобы оси симметрии их световых потоков были параллельны, каждая группа светодиодов подключена к регулятору напряжения и каждый регулятор подключен к задающему программирующему устройству.

10. Способ формирования освещенности поверхности, при котором каждый источник света изменяет направление светового потока, отличающийся тем, что изменение светового потока производится за счет того, что каждый источник света помещают на плоских лепестках и располагают эти лепестки с возможностью вращения в продольном и поперечном направлении вокруг неподвижного диска.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что светодиоды распределяют на группы, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве, светодиоды размещают на лепестках по соседству друг с другом так, чтобы оси симметрии их световых потоков были параллельны и каждую группу светодиодов включают в определенной последовательности.

Описание изобретения к патенту

Заявленное изобретение относится к осветительному оборудованию и может найти применение в качестве источника света для освещения различных поверхностей, а также для создания декоративных световых эффектов, например, при оформлении интерьеров помещений общего пользования. Кроме того, предлагаемый осветитель может быть использован в качестве дежурного или аварийного освещения.

Известен светодиодный осветитель, описанный в патенте РФ №2202731 "Световой прибор на светодиодах", МПК F 21 5/00, опубл. 20.04.2003 г. в БИ №11.

Известный светодиодный осветитель содержит источник света со светодиодами, собранными и подключенными между собой на плоской панели, соединительные провода и источник питания.

Недостаток известного светодиодного осветителя заключается в том, что он имеет сложную конструкцию, что удорожает производство и ведет к повышению стоимости изделия.

Более близким по технической сущности и принятым за прототип является светодиодный осветитель, описанный в патенте РФ №2178588, МПК G 12 B 11/00 "Световая панель", опубл. 12.12.2000 г. в БИ №12.

Известный светодиодный осветитель состоит из плоской панели, выполненной из прозрачного материала, светодиодов, установленных на панели, источника электропитания, подводящих проводов и элементов крепления.

Недостатком известного осветителя является то, что в нем световой поток светодиодов направлен вдоль светящейся поверхности панели. Это обстоятельство ведет к снижению светового потока, направленного перпендикулярно светящейся поверхности. Кроме того, изменять направление светового потока в нем невозможно.

Задачей данного изобретения является создание простого в изготовлении многофункционального светодиодного осветительного устройства с улучшенными потребительскими свойствами, обладающего повышенным световым потоком, направление которого можно корректировать. Дополнительно к этому предлагаемый осветитель способствует улучшению среды обитания.

Поставленная задача решается тем, что в известном светодиодном осветителе, содержащем панель, элементы крепления, источник электропитания, электропроводящие провода и источник света, состоящий из светодиодов, согласно изобретению панель, выполнена в форме плоского диска с лепестками и напоминает эпициклоиду, в которой количество ветвей (лепестков) m находится в пределах m 3. Светодиоды разделены на основные и вспомогательные, основные светодиоды крепятся на лицевой стороне панели так, что их световые потоки направлены преимущественно в сторону освещаемой поверхности, а вспомогательные светодиоды установлены на тыльной стороне панели, их световые потоки направлены преимущественно в сторону, противоположную световым потокам основных светодиодов, причем элементы крепления содержат и электропроводящие провода. Диск имеет внутреннее отверстие.

В варианте технического решения вспомогательные светодиоды имеют спектр излучения, отличный от основных светодиодов.

В варианте технического решения лепестки с основными светодиодами выполнены в виде отдельных деталей и сочленены с диском с тыльной стороны и шарнирами, выполненными наподобие дверных петель, а прилегающие торцевые поверхности лепестков и диска имеют скосы, расходящиеся от лицевой поверхности.

В варианте технического решения каждый лепесток содержит механизм, позволяющий изменять положение плоскости лепестка, вращая его вокруг оси, проходящей через центр диска и ось симметрии лепестка, в котором каждый лепесток снабжен отдельной деталью, торцевая поверхность которой, с возможностью поворота, имеет резьбовое соединение со шпилькой, шпилька жестко сочленена со смежной торцевой поверхностью диска. С другой стороны деталь сочленена с лепестком шарниром, выполненным наподобие дверных петель.

В варианте технического решения лепестки выполнены из теплопроводящего материала, например из бронзы, а диск выполнен из прозрачного материала, причем со стороны внутреннего отверстия по торцу внутрь диска вставлены дополнительные светодиоды.

В варианте технического решения основные светодиоды разделены на группы, различающиеся спектрами излучения, и каждая группа светодиодов подключена к своему регулятору напряжения с регулируемым напряжением и каждый регулятор подключен к задающему программирующему устройству.

В варианте технического решения группы состоят из светодиодов с различным спектром излучения.

В варианте технического решения в качестве источника света применены однокорпусные трехцветные светодиоды с красным, зеленым и синим спектрами излучения.

В варианте технического решения светодиоды снабжены устройством, формирующим бегущую волну света, в котором каждая группа светодиодов расположена на том или ином лепестке, группы подключены к отдельному регулятору и каждый отдельный регулятор подключен к задающему программирующему устройству.

В варианте технического решения осветитель снабжен механизмом, позволяющим изменять распределение потока излучения на освещаемой поверхности. Этот механизм устроен следующим образом. Светодиоды разделяют на группы, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве, и размещают их по соседству друг с другом. Оси симметрии световых потоков светодиодов должны быть параллельны. Каждую группу светодиодов включают в определенной последовательности. Светодиоды всех групп располагают на подвижных лепестках. Если направить плоскости этих лепестков так, что центры осей световых потоков спроектируются в одной точке, то варьируя включение групп светодиодов, можно получить световой эффект сходящихся и расходящихся световых кругов.

Использование каркаса в виде диска с лепестками, напоминающими эпициклоиду, придает осветителю хороший товарный вид и позволяет расположить большее число источников света на более развитой поверхности осветителя. Кроме того, в предложенной конструкции улучшается охлаждение источников света, так как процессы, связанные с естественной конвекцией, становятся более интенсивными.

Некоторый диапазон в выполнении числа лепестков позволяет создавать на основе данного предложения большой ассортимент изделий с различными потребительскими свойствами. Наличие основных и вспомогательных светодиодов дает возможность распределять световой поток в разные стороны по отношению к поверхности панели. Вспомогательные светодиоды подсвечивают верхнюю полусферу. При этом снижается контрастность между светлой освещаемой поверхностью и темным противоположным фоном, что уменьшает зрительную утомляемость. Наличие круглого отверстия в центре платы позволяет удобно разместить элементы подвеса и подвести электропроводящие провода. При этом улучшается внешний вид изделия и снижается его материалоемкость.

Если вспомогательные светодиоды имеют спектр излучения, отличный от основных светодиодов, то такой осветитель имеет повышенные экологические свойства. В частности, применение вспомогательных светодиодов с синим спектром излучения создает иллюзию естественного освещения, исходящего из голубого неба.

Подвижное соединение лепестков с диском дает возможность изменять направление светового потока каждого лепестка в различных направлениях.

Выполнение лепестков из теплопроводящего материала способствует решению двух задач. С одной стороны, улучшается внешний вид изделия, с другой стороны, теплопроводящий материал выполняет функции теплоотвода, что позволяет использовать более мощные светодиоды.

Если диск панели выполнен из прозрачного материала и в его тело со стороны периметра отверстия вставлены дополнительные светодиоды, то такая подсветка повышает декоративные свойства осветителя и в то же время снижает вредный для зрения контраст между освещенными поверхностями и поверхностью самого осветителя.

Разделение светодиодов на группы с различными спектрами излучения и подключение каждой группы светодиодов к своему регулятору напряжения дает возможность регулировать суммарный спектр излучения, что расширяет возможности применения осветителя, используя его, например, для лечебных целей. Декоративный эффект, при котором суммарный световой и цветовой поток изменяется по непредсказуемому закону, расширяет диапазон применения осветителя, позволяя использовать его в кафе, барах и т.д.

Применение однокорпусных трехцветных светодиодов с красным, зеленым и синим спектрами излучения упрощает монтаж элементов осветителя.

Бегущая волна света, с одной стороны, может быть использована для повышение декоративных свойств изделия, а с другой стороны, применена для аварийной сигнализации, при которой направление бегущей волны света может быть согласовано с указанием выхода из помещения.

В варианте технического решения, когда осветитель снабжен механизмом, позволяющим изменять распределение потока излучения на освещаемой поверхности, также расширен диапазон его применения. В частности, такой осветитель может быть применен в местах общего пользования для создания специфических зрительных эффектов

Предлагаемый осветитель благодаря многообразию вариантов исполнений и наличию световых эффектов может найти широкое применение для подсветки самых разных объектов, что расширяет область применения данного предложения.

На фиг.1 дан вид панели с лицевой стороны с тремя лепестками со светодиодами.

На фиг.2 изображен фрагмент панели со светодиодами.

На фиг.3 представлена лицевая сторона панели с шестью лепестками.

На фиг.4 показана лицевая сторона панели с 12 лепестками.

На фиг.5 показан вариант исполнения панели с лепестками, имеющими шарнирное соединение с диском (вид сбоку).

На фиг.6 показана конструкция панели, в которой лепестки могут поворачиваться в продольной и поперечной плоскости (вид сбоку).

На фиг.7 дан вид лепестка с двумя механизмами поворота (вид с тыльной стороны).

На фиг.8 имеется картинка расположения светодиодов, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве.

На фиг.9 имеется принципиальная электрическая схема включения светодиодов.

На фиг.10 нарисована принципиальная электрическая схема включения светодиодов с задающим программирующим устройством.

Общие для всех фигур элементы обозначены одинаково.

Светодиодный осветитель устроен следующим образом. Панель в плане представляет собой плоский диск 1 (фиг.1, 3, 4) с лепестками 2 и напоминает эпициклоиду (см.: Политехнический словарь / А.Ю.Ишлинский. - М.: Советская энциклопедия, 1989 г., стр.626), в которой количество ветвей m (лепестков) находится в пределах m 3. На лицевой поверхности панели установлены основные светодиоды 3 так, что их световые потоки направлены преимущественно в сторону освещаемой поверхности. На тыльной стороне панели расположены вспомогательные светодиоды 4 (фиг.2). Их световые потоки направлены преимущественно в сторону, противоположную световым потокам основных светодиодов. Спектры излучения вспомогательных светодиодов могут быть отличны от спектра излучения основных светодиодов. Например, основные светодиоды 3 излучают белый свет, а вспомогательные светодиоды 4 имеют голубой спектр излучения. Диск 1 имеет внутреннее отверстие 5. Элементы крепления (не показаны) соединены с диском в местах 6 по контуру внутреннего отверстия 5. Через элементы подводятся и электропроводящие провода 7, проходящие по тыльной стороне панели.

Число лепестков панели зависит от типа и мощности применяемых светодиодов. В частности, если применены светодиоды с прямоугольным корпусом, то лучше подходит панель с тремя лепестками (фиг.1). В случае, если применены относительно мощные светодиоды с круглым корпусом, то может быть использован вариант исполнения панели с шестью лепестками (фиг.3).

Часто, по желанию потребителя, используются относительно дешевые и маломощные светодиоды. Для создания достаточного по силе света светового потока необходимо установить большое число светодиодов. Для этого поверхность панели должна быть достаточно развитой. На фиг.4 показана такая панель, состоящая из 12 лепестков. Основные светодиоды 3 могут быть установлены на лицевой поверхности диска 1 и лепестков 2.

В варианте технического решения диск 1 выполнен из прозрачного материла. Со стороны внутреннего отверстия 5 по торцу внутрь диска 1 вставлены светящиеся элементы дополнительных светодиодов 4'.

В варианте технического решения лепестки 2 выполнены из теплопроводящего материала, например из бронзы.

В варианте технического решения лепестки 2 сочленены с диском 1 шарнирами 8 (фиг.5), выполненными наподобие дверных петель, а прилегающие торцевые поверхности лепестков 2 и диска 1 имеют скосы, расходящиеся от лицевых поверхностей диска и лепестков (не обозначены). При этом диск без лепестков приобретает форму многогранника. На фиг.5 также показаны элементы подвеса 9, соединяющиеся с элементами крепления 6.

В варианте технического решения каждый лепесток 2 содержит механизм, позволяющий изменять положение плоскости лепестка, вращая его вокруг оси, проходящей через центр диска и ось симметрии лепестка. Для этого каждый лепесток снабжен отдельной деталью 10 (фиг.6). Торцевая поверхность детали 10, с возможностью поворота, имеет резьбовое соединение со шпилькой 11. Шпилька 11, в свою очередь, жестко сочленена со смежной торцевой поверхностью диска. При этом лепестки 2 можно поворачивать на угол в пределах 90° в обе стороны по резьбе шпильки. С другой стороны детали 10 сочленены с лепестками 2 (фиг.7) описанными ранее шарнирами 8 согласно с фиг.5. При этом электроподводящие провода имеют некоторый запас по длине, допускающий изменение положения лепестков. Таким образом, лепестки представляют собой поворотную платформу, вращающуюся вокруг продольной и поперечной оси.

Все места подвижных сочленений должны обладать некоторым внутренним трением, достаточным для того, чтобы предотвратить самопроизвольное изменение положения лепестков, но допускающим, при небольшим усилии, изменять их положение.

В варианте технического решения осветитель снабжен механизмом, позволяющим изменять распределение потока излучения на освещаемой поверхности. Для этого основные светодиоды 3, расположенные на поверхности панели, распределяют на группы, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве. Светодиоды размещают по соседству друг с другом. Например, на каждом лепестке 2 (фиг.8) установлены четыре группы светодиодов, по три в каждой группе. Оси симметрии их световых потоков параллельны. И каждая группа отличается от другой изменением угла распределения потока излучения. Например, одна группа светодиодов имеет угол распределения 10°, вторая 20°, третья 30° и четвертая 40°. Групп светодиодов может быть и больше. Каждая группа светодиодов может различаться и по спектру излучения.

В упрощенном варианте электрической схемы (фиг.9) основные 3 и дополнительные 4' светодиоды подсоединены к преобразователю напряжения 12 через общий выключатель 13. Вспомогательные светодиоды 4 соединены с преобразователем напряжения 12 через выключатель 14 и регулятор напряжения 15.

В другим исполнении электрической схемы группы состоят из светодиодов 3 с различным спектром излучения, например с красным 3', зеленым 3'', синим 3''', желтым 3'''' и т.д. (фиг.10) спектрами излучения. Каждая группа светодиодов подключена к своему регулятору напряжения, соответственно 16, 17, 18, 19 и т.д., которые, в свою очередь, соединены с преобразователем 15. Регуляторы напряжения получают сигналы управления от задающего программирующего устройства 20. Вспомогательные светодиоды 4 и дополнительные светодиоды 4' включены аналогично фиг.9.

В варианте технического решения в качестве источников света применены однокорпусные трехцветные светодиоды с красным, зеленым и синим спектрами излучения. Схема соединения остается аналогичной фиг.10.

Регуляторы напряжения 16-19 по сигналам программирующего устройства 20 обеспечивают различные графики изменения напряжения. Они могут быть также запрограммированы на определенные циклы включения и выключения. Количество светодиодов в группе зависит от требуемой силы света и мощности применяемых приборов.

В варианте технического решения группы состоят из светодиодов с различным спектром излучения, например, в одной ветви соединены светодиоды 3', 3'' и 3''' и т.д.

Для получения эффекта изменения распределения потока излучения на освещаемой поверхности светодиоды разделены на группы, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве. Такие светодиоды включают аналогично светодиодам с различным спектром излучения (фиг.10). На принципиальной электрической схеме (фиг.10) они обозначаются так же, как и светодиоды, различающиеся только по спектру излучения.

Светодиодный осветитель действует следующим образом. Светодиоды 3 создают световые потоки, направленные в сторону от лицевой поверхности панели. При этом панель может быть применена как люстра или настенный светильник с функциями ночника, или как элемент дежурного, или аварийного освещения. Если используется принципиальная схема включения согласно с фиг.9, то при включении выключателя 13 одновременно начинают светить основные светодиоды 3 и дополнительные 4'. Основные светодиоды создают основной световой поток, а дополнительные мягко подсвечивают плафон изнутри. Таким образом, выполняются две функции: повышаются декоративные свойства осветителя и в то же время снижается вредный для зрения контраст между освещенными поверхностями и поверхностью самого осветителя. При включении выключателя 14 получают питание вспомогательные светодиоды 4, которые создают световой поток, направленный в сторону, противоположную световому потоку основных светодиодов. В этом случае снижается контраст между светлой освещаемой поверхностью и темным противоположным фоном, что уменьшает зрительную утомляемость. Вспомогательные светодиоды используются также в качестве ночника с регулируемой от регулятора 15 яркостью свечения. Особенно благоприятное освещение создается, если использованы вспомогательные светодиоды с голубым свечением. Голубой свет предпочтителен и для ночного освещения, и для формирования голубого фона верхней полусферы, создавая иллюзию наличия небосвода. Это обстоятельство создает обстановку в помещении более экологичной, т.е. соответствующей естественной.

Второй вариант электрической схемы (фиг.10) с использованием групп многоцветных светодиодов или светодиодов с различными углами распределения световых потоков более универсален. Более разнообразным получается световой поток, если группы светодиодов различной цветности подключены к отдельным и различным генераторам с изменяющейся диаграммой изменения напряжения, которая диктуется задающим программирующим устройством 20. В этом случае обеспечивается калейдоскопический эффект постоянного изменения света и цвета на лицевой поверхности панели. Такой светильник можно использовать в местах развлечений, барах, ресторанах и т.д.

Регуляторы напряжения 16-19 могут представлять собой устройство бегущей световой волны. Для этого каждая группа светодиодов расположена на том или ином лепестке, подключена к отдельному регулятору и каждый отдельный регулятор подключен к задающему программирующему устройству 20. Если регуляторы работают с некоторой очередностью, а светодиоды в группах расположены в определенной последовательности, то формируется бегущая световая волна, скорость движения которой задает задающее программирующее устройство. Бегущая световая волна может образовываться на основе светодиодов с различным спектром излучения.

Применение однокорпусных светодиодов с красным, зеленым и синим спектрами излучения упрощает монтаж источников света.

Разделение светодиодов на группы с различными спектрами излучения и подключение каждой группы светодиодов к своему регулятору напряжения дает возможность регулировать суммарный спектр излучения. Это расширяет возможности применения осветителя, используя его, например, для лечебных целей. Известно, например, что голубой цвет помогает при головных болях, при душевном истощении помогает фиолетовый цвет, при проблемах с желчным пузырем помогает оранжевый цвет и т.д. С помощью регуляторов 16-19 (фиг.10) можно формировать практически любой цвет излучения.

Выполнение лепестков из теплопроводящего материала способствует решению двух задач. С одной стороны, улучшается внешний вид изделия, а с другой стороны, теплопроводящий материал выполняет функции теплоотвода, что позволяет использовать более мощные светодиоды.

Режим дежурного освещения обеспечивается за счет того, что включается только часть светодиодов.

Каждый лепесток представляет собой поворотную платформу (фиг.5, 7), которая может быть повернута так, что световой поток от размещенного на нем источника света будет направлен в любую точку пространства. Таким образом, подвижное соединение лепестков с диском дает возможность перераспределять направление светового потока каждого осветителя и, при необходимости, концентрировать его в одном направлении или, наоборот, рассредоточивать на большом пространстве. Можно, например, распределить световые блики от светодиодов, расположенных на лепестках, по стенам или потолку, или полу. Для случая аварийной ситуации светодиоды можно включать в определенной последовательности так, чтобы образовалась бегущая волна света, показывающая направление движения к выходу из помещении.

В варианте, при котором светодиоды распределяют на группы, различающиеся углом распределения потока излучения в пространстве, для изменения распределения потока излучения на освещаемой поверхности применяется та же схема соединения (фиг.10), что для многоцветных светодиодов. Светодиоды всех групп располагают на подвижных лепестках. Если направить плоскости лепестков 2 так, что центры осей световых потоков от светодиодов каждого лепестка спроектируются в одной точке, то варьируя включение групп светодиодов можно получить световой эффект сходящихся и расходящихся световых кругов.

В настоящее время промышленностью изготавливается огромная номенклатура светодиодов, различающихся по потребляемой мощности, величине светового потока, диаграммам направленности света, габаритным размерам: форме корпуса, цвета излучения. Перед разработчиком стоит задача изготовления осветителя, наиболее приемлемого для потребителя по цене - качеству. Предложенная конструкция панели в этом отношении позволяет оптимально реализовать тот или иной тип светодиодов, гибко реагировать на разнообразные запросы, изменяя количество лепестков. К тому же различные формы исполнения панели (фиг.1, 2, 4) расширяют возможности дизайнера при проектировании осветителя. Наличие лепестков в предложенной конструкции улучшает охлаждение источников света, так как процессы, связанные с естественной конвекцией, становятся более интенсивными. Охлаждающий воздух свободно проходит в отверстие 5 диска 1 и между лепестками.

Основными достоинствами данного изобретения являются:

Получение больших световых потоков при оптимальном расположении источников света.

Возможность регулировать направление светового потока.

Широкая гамма изменения цвета.

Возможность изменять распределение светового потока по поверхности.

Большой диапазон возможных применений.