Светодиодный блок
Изобретение относится к технике отображения информации. Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение теплоотвода от светодиодов и обеспечение изоляции от атмосферной влаги. Светодиодный блок содержит корпус, выполненный в виде передней панели с боковыми стенками, образующими полость, в которой размещена первая плата из эластичного электроизоляционного материала, вторая плата со светодиодами, а также частично расположенный в ней опорный герметизирующий элемент в виде рамы из эластичного электроизоляционного материала. На поверхности первой платы, обращенной к передней панели корпуса, соосно каждому ее сквозному отверстию выполнены одинаковые выступы, имеющие ту же форму поперечного сечения, что и корпуса светодиодов, каждый из которых размещен с натягом по крайней мере в расположенном в соответствующем выступе участке сквозного отверстия, при этом каждый выступ первой платы размещен в выполненном соосно ему в передней панели корпуса сквозном отверстии и вплотную к его внутренней поверхности. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к технике отображения информации, а более конкретно к электролюминесцентным матричным экранам, предпочтительно для альтернативного телевидения.
Из уровня техники известен светодиодный блок, содержащий цилиндрический корпус, на который надета кольцевая бленда, печатную электромонтажную плату со светодиодами, расположенными со стороны ее передней поверхности, и кольцевой держатель со ступенчатой внутренней поверхностью и двумя уплотнительными кольцами, расположенными на его внешней цилиндрической поверхности, при этом электромонтажная плата размещена в кольцевом держателе вплотную к его внутренней ступеньке и залита с обеих сторон электроизоляционным герметиком, а держатель установлен с натягом в полости корпуса (см. патент US-А - №5086248, 1991). Известный светодиодный блок характеризуется низкими потерями света, так как отсутствуют оптические окна, хорошей защищенностью от атмосферной влаги, а также не подвержен влиянию боковых засветок.
Однако использование в качестве средства защиты от атмосферной влаги электроизоляционного герметика приводит к тому, что известный светодиодный блок является не ремонтопригодным при выходе из строя части установленных на электромонтажной плате светодиодов.
Известен также светодиодный блок, взятый в качестве прототипа и содержащий корпус, выполненный в виде передней панели с боковыми стенками, расположенными по всему ее периметру с образованием полости, первую плату с двумерной матрицей отражательных элементов, каждый из которых выполнен со сквозным осевым отверстием, вторую плату с двумерной матрицей светодиодов и электромонтажную плату, при этом первая плата расположена в полости корпуса вплотную к внутренним поверхностям его боковых стенок и к внутренней поверхности передней панели с двумерной матрицей (выполненных заодно с ней) оптических окон, расположенных соосно отражательная элементам первой платы, в полости которой установлена вторая плата, при этом корпус, каждого установленного на второй плате светодиода расположен в сквозном осевок отверстии соответствующего ему отражательного элемента, а выводы светодиодов электрически соединены с электромонтажной платой, расположенной в полости корпуса и вплотную ко второй плате (см. патент US-А - №4254453, 1981).
Основной недостаток известного светодиодного блока заключается в том, что он имеет сложную конструкцию, что, с одной стороны, повышает его стоимость, требует использования дорогостоящего оборудования для изготовления корпуса и первой платы, а с другой стороны, затрудняет процесс замены вышедших из строя светодиодов. Кроме того, в известном светодиодном блоке не обеспечивается герметичная установка его на вертикальное основание большого экрана, а также хороший теплоотвод от корпусов светодиодов. Следствием последнего обстоятельства является невозможность использования известного светодиодного блока в режиме максимальной светоотдачи.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по упрощению конструкции светодиодного блока при одновременном повышении теплоотвода от корпусов светодиодов и обеспечении всесторонней изоляции полости корпуса от атмосферной влаги.
Поставленная задача решена тем, что светодиодный блок, содержащий корпус, выполненный в вида передней панели с боковыми стенками, расположенными по всему ее периметру с образованием полости, в которой размещены первая плата, выполненная со сквозными отверстиями и установленная вплотную к внутренней поверхности передней панели, а также вторая плата со светодиодами, расположенными со стороны ее поверхности, обращенной к первой плате, при этом корпус каждого светодиода размещен в расположенном соосно ему сквозном отверстии, выполненном в первой плате, согласно изобретению, дополнительно содержит опорный герметизирующий элемент в виде рамы из эластичного электроизоляционного материала, расположенной частично в полости корпуса и вплотную к внутренним поверхностям его боковых стенок, при этом, с одной стороны, рама расположена вплотную ко второй плате, а с другой стороны, рама частично выступает за пределы полости корпуса, первая плата также выполнена из эластичного электроизоляционного материала, а на ее поверхности, обращенной к передней панели корпуса, соосно каждому ее сквозному отверстию выполнены одинаковые выступы, имеющие ту же форуму поперечного сечения, что и корпуса светодиодов, каждый из которых размещен с натягом, пев крайней мере, в расположенном в соответствующем выступе участке сквозного отверстия, при этом каждый выступ первой платы размещен в выполненном соосно ему в передней панели корпуса сквозном отверстии и вплотную к его внутренней поверхности.
Кроме того, поставленная задача решена тем, что:
- одинаковые выступы, выполненные на обращенной к передней панели корпуса поверхности первой платы, имеют цилиндрическую форму боковой поверхности;
- одинаковые выступы, выполненные на обращенной к передней панели корпуса поверхности первой платы, имеют форму боковой поверхности, соответствующую боковой поверхности усеченного конуса с большим основанием, лежащим в плоскости обращенной к передней панели поверхности первой платы;
- сквозные отверстия в первой плате имеют такую же форму их внутренней поверхности, что и боковая поверхность корпусов, установленных в них с натягом соответствующих светодиодов;
- на выступающей за пределы полости корпуса поверхности рамы опорного герметизирующего элемента выполнены ребра, при этом каждое ребро выполнено вдоль расположенного соосно корпусу светодиодного блока контура со сторонами, параллельными сторонам рамы опорного герметизирующего элемента;
- ребра расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и имеют одинаковую высоту и форму поперечного сечения;
- расстояние между ребрами равно ширине ребер;
- ребра имеют форму поперечного сечения в виде прямоугольного треугольника, гипотенуза которого обращена в противоположную сторону от оси корпуса светодиодного блока.
Преимущество предложенного светодиодного блока перед известным, взятым в качестве прототипа, заключается в том, что выполнение первой платы из эластичного электроизоляционного материала с одинаковыми выступами на обращенной к передней панели корпуса ее поверхности обеспечивает, во-первых, существенное упрощение конструкции, а во-вторых, при установке с натягом корпуса светодиода (по крайней мере, на участке соответствующего ему сквозного отверстия в первой плате, расположенном в пределах выполненного соосно этому сквозному отверстию упомянутому выше выступу, который, с одной стороны, имеет ту же форму поперечного сечения, что и корпуса светодиодов, а с другой стороны, размещен в выполненном соосно ему в передней панели корпуса сквозном отверстии, вплотную к его внутренней поверхности, в результате упругой радиальной деформации (сжатия) стенок выступов герметичность как мест контакта стенок сквозных отверстий в передней панели с боковой поверхностью соответствующих им выступов первой платы, так и мест контакта корпусов светодиодов с материалом первой платы. При этом светопрозрачная торцевая часть корпусов светодиодов (аналогично тому, как описано в патенте №5036246, взятом в качестве аналога) находится в контакте с окружающей средой, что позволяет избавиться от присущих прототипу светопотерь в оптических окнах, выполненных в первой плате, а за счет лучшего теплоотвода от корпусов светодиодов в окружающую среду - повысить светоотдачу светодиодов.
Выполнение же сквозных отверстий в первой плате с такай же формой их внутренней поверхности, что и боковая поверхность установленных в этих сквозных отверстиях корпусов светодиодов, позволяет обеспечить равномерную величину натяга по всей поверхности участка корпусов светодиодов, расположенного в пределах соответствующего выступа первой платы.
Кроме того, введение в светодиодный блок опорного герметизирующего элемента в виде рамы, расположенной частично в полости корпуса и выполненной из эластичного электроизоляционного материала, обеспечивает герметичную установку светодиодного блока на основание, например вертикальное, большого матричного экрана.
Наличие же на выступающей за пределы полости корпуса поверхности рамы опорного герметизирующего элемента ребер, расположенных вдоль соответствующих соосных корпусу светодиодного блока контуров со сторонами, параллельными сторонам рамы, позволяет обеспечить высокую герметичность и виброизоляцию при существенно меньших сжимающих усилиях, прикладываемых к раме.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата приведенной выше совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 изображен светодиодный блок, вид спереди;
на фиг.2 - фрагмент сечения А-А фиг.1, увеличено; на фиг.3 - то же, но с выступами, имеющими другую форму боковой поверхности; на фиг.4 - вид сзади.
Светодиодный блок 1 содержит корпус, выполненный из материала, поглощающего видимое излучение, и включающий переднюю панель 2 с боковыми стенками 8, расположенными по всему периметру передней панели 2 с образованием полости 4. В передней панели 2 выполнены сквозные отверстия 5, образующие прямоугольную, например квадратную (восемь на восемь отверстий фиг.1) двумерную матрицу. Сквозные отверстия в передней панели 2 могут быть расположены, в принципе, на любой, используемой в данной области техники схеме, например, оси сквозных отверстий в передней панели 2 могут пересекать ее в точках, соответствующих узлам плоской трансляционной ромбовидной решетки (см. патент US-А - №5410328, 1995). Оси 6 сквозных отверстий 5 параллельны оси 7 светодиодного блока 1. Кроме того, светодиодный блок 1 содержит первую плату 8, выполненную из эластичного электроизоляционного материала, например резины, с одинаковыми выступами 9, соосно которым в плате 8 выполнены сквозные отверстия 10. Выступы 9 выполнены с высотой от 0,9 до 1,1 толщины передней панели 2 и расположены на обращенной к передней панели 2 поверхности первой платы 8, при этом каждый выступ 9 размещен в соосном ему соответствующем сквозном отверстии 5 и вплотную к внутренней поверхности этого отверстия. Боковая поверхность выступов 9 выполнена либо цилиндрической формы (фиг.2), либо в форме боковой поверхности усеченного конуса с большим основанием, лежащим в плоскости первой платы 8, обращенной к передней панели 2 (фиг.3). Соответственно и расположенная вплотную к боковой поверхности выступов 9 внутренняя поверхность соответствующих сквозных отверстий 5 имеет или цилиндрическую форму (фиг.2) или форму боковой поверхности усеченного конуса (фиг.3). Первая плата 8 размещена вплотную к внутренней поверхности передней панели 2 и, предпочтительно, вплотную к внутренним поверхностям боковых стенок 3, при этом в предпочтительном варианте осуществления изобретения высота выступов 9 равна толщине передней панели.
В полости 4 корпуса светодиодного блока 1 размещена также вторая плата 11 (предпочтительно печатная электромонтажная) со светодиодами, корпуса 12 которых выполнены из светопрозрачного материала с эллиптическим или круглым поперечным сечением, а концы выводов светодиодов соединены (припаяны) с платой 11, при этом светодиоды расположены со стороны платы 11, обращенной к плате 8 с образованием двумерной матрицы светодиодов, идентичной двумерной матрице отверстий 5 в передней панели 2. Одинаковые выступы 9, а также сквозные отверстия 5, имеют ту же форму поперечного сечения, что и корпуса 12 светодиодов, каждый из которых размещен с натягом, по крайней мере, в расположенном в соответствующем выступе 9 участке сквозного отверстия 10. Форма поперечного сечения сквозных отверстий 5, выступов 9, сквозных отверстий 10, а также корпусов 12 светодиодов одинакова. В предпочтительном варианте осуществления изобретения сквозные отверстия 10 выполнены с той же формой своей внутренней поверхности, что и боковая поверхность корпусов 12 светодиодов, которые установлены с натягом, по крайней мере в расположенном в соответствующем выступе 9 участке соосного выступу 9 сквозного отверстия 10. На фиг.2 штриховой линией показано одно из отверстий 10 до установки в него с натягом корпуса 12 светодиода. Для экранирования внешней панели 2 от засветок естественными или искусственными источниками света, на передней панели выполнены горизонтально расположенные козырьки 13 и вертикальные выступы 14.
Кроме того, в полости 4 размещен опорный герметизирующий элемент в виде прямоугольной (в данном случае квадратной) рамы 15 из эластичного электроизоляционного материала, например резины. В принципе форма рамы 15 зависит от формы боковых стенок корпуса светодиодного блока 1 и может иметь, например, шестиугольную или треугольную форму. Рама 15 размещена вплотную к внутренним поверхностям боковых стенок 3 и к поверхности второй платы 11, расположенной со стороны, противоположной той, на которой размещены светодиоды. Рама 15 частично выступает за пределы полости 4. Иными словами, толщина рамы 15 больше расстояния между платой 11 и плоскостью торцов 16 боковых стенок 3. На выступающей за пределы полости 4 поверхности 17 рамы 15 выполнены ребра 18, при этом каждое ребро 18 расположено по соответствующему ему контуру, соосному оси 7, и сторонами, параллельными сторонам рамы 15.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения ребра 18 расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, имеют одинаковую высоту (от 0,8 до 1,0 выступающей за пределы полости 4 толщины рама 15) и форму поперечного сечения. Наиболее оптимальной является форма поперечного сечения ребер 18 в виде прямоугольного треугольника, гипотенуза 19 которого обращена в противоположную сторону от оси 7. Иными словами, наклонные поверхности каждого ребра 18 образуют либо боковую поверхность (грани) усеченной пирамиды с квадратным основанием, либо боковую поверхность (грани) прямой призмы трапециевидной формы (см. Карманный технический справочник, ч.1, М., МКТИ, 1936, с.103). Целесообразно, чтобы расстояние между ребрами было равно их ширине. В этом случае поверхность рамы 15 представляет собой периодическую в двух взаимно перпендикулярных направлениях совокупность ребер 18 с острыми кромками 20.
Сборка светодиодного блока 1 осуществляется в следующей последовательности. В полость 4 корпуса устанавливается первая плата 8, при этом одинаковые выступы 9, расположенные на обращенной к передней панели 2 поверхности первой платы 8, вставляются в соответствующие им сквозные отверстия 5, выполненные в передней панели 2 и имеющие ту же форму поперечного сечения, что и выступы 9. В результате боковые поверхности выступов 9 расположены вплотную к внутренней поверхности соответствующего каждому из них сквозного отверстия 5. Аналогично обращенная к передней панели 2 поверхность первой платы 8 расположена вплотную к ее внутренней поверхности. Целесообразно также, чтобы боковые поверхности первой платы 8 были расположены вплотную к внутренним поверхностям соответствующих им боковых стенок 3. Затем в полости 4 корпуса размещают вторую плату 11 со светодиодами и с усилием, соответствующим выбранному натягу, вставляют корпуса 12 светодиодов в сквозные отверстия 10, выполненные в первой плате 8 соосно соответствующим выступам 9. При размещении корпуса 12 каждого светодиода в участке соответствующего ему отверстия 10, расположенного в соответствующем ему выступе 9, происходит упругая радиальная деформация сжатия стенок выступа 9. В результате уплотнения мест контакта боковой поверхности выступа 9 с внутренней поверхностью отверстия 5, а также боковой поверхности корпуса 12 светодиодов с внутренней стенкой соответствующего ему сквозного отверстия 10, обеспечивается герметизация светодиодного блока 1 со стороны передней панели 2, при одновременном сохранении его ремонтопригодности, т.е. разборки с последующей после ремонта сборкой, как описано выше. Вследствие того, что форма поперечного сечения отверстий 5, выступов 9, отверстий 10 и корпусов 12 светодиодов одинакова, то при установке с натягом в расположенный в соответствующем выступе 9 участок отверстия 10 корпуса 12 светодиода обеспечивается в сечениях, перпендикулярных оси 6, одинаковая величина упругой деформации стенок выступов 9.
При выполнении сквозного отверстия 10 с той же формой внутренней поверхности, что и боковая поверхность корпусов 12, обеспечивается одинаковая величина натяга (предпочтительно в диапазоне от 5% да 30% в зависимости от деформационных параметров материала, используемого для изготовления платы 8). После этого в полость 4 корпуса вставляется рама 15, выполняющая функцию опорного герметизирующего элемента при установке светодиодного блока 1 на основание, показанное на фиг.3 штриховой линией. При установке на основание экрана каждого светодиодного блока 1 за счет прикладываемого к раме 15 сжимающего усилия в направлении оси 7, происходит (за счет упругой деформации сжатия) увеличение поперечных размеров той части рамы 15, которая расположена в полости 4. В результате обеспечивается уплотнение мест взаимного контакта рамы 15 с внутренними поверхностями боковых стенок 3 корпуса. Кроме того (фиг.3), происходит одновременное сминание ребер 18 в направлении к оси 7. В результате обеспечивается не только надежная герметизация по всему периметру светодиодного блока 1 и его виброизоляция, но и не происходит выдавливания материала рамы 15 за пределы боковых стенок 3. Иными словами, обеспечивается установка светодиодных блоков вплотную друг к другу на основании экрана, что приводит к повышению качества воспроизводимых изображений.
Работа светодиодного блока 1 ничем не отличается от прототипа, а именно: через светодиоды пропускают импульсы тока, вызывающие их свечение, при этом яркость свечения каждого светодиода соответствует яркости соответствующей ему точки в воспроизводимом изображении.
Установка светодиодных блоков 1 на основание экрана может осуществляться с использованием любых из числа известных в данной области техники средств, например крепежных резьбовых элементов. Выбор же тех или иных средств из числа известных определяется целиком конструкцией основания экрана и не является предметом настоящего изобретения.
Промышленная применимость изобретения подтверждается возможностью его реализации без использования дорогостоящих, дефицитных материалов или специального технологического оборудования.
1. Светодиодный блок, содержащий корпус, выполненный в виде передней панели с боковыми стенками, расположенными по всему ее периметру с образованием полости, в которой размещены первая плата, выполненная со сквозными отверстиями и установленная вплотную к внутренней поверхности передней панели, а также вторая плата со светодиодами, расположенными со стороны ее поверхности, обращенной к первой плате, при этом корпус каждого светодиода размещен в расположенном соосно ему сквозном отверстии, выполненном в первой плате, отличающийся тем, что он дополнительно содержит опорный герметизирующий элемент в виде рамы из эластичного электроизоляционного материала, расположенной частично в полости корпуса и вплотную к внутренним поверхностям его боковых стенок, при этом с одной стороны рама расположена вплотную ко второй плате, а с другой стороны рама частично выступает за пределы полости корпуса, первая плата также выполнена из эластичного электроизоляционного материала, а на ее поверхности, обращенной к передней панели корпуса, соосно каждому ее сквозному отверстию выполнены одинаковые выступы, имеющие ту же форму поперечного сечения, что и корпуса светодиодов, каждый из которых размещен с натягом, по крайней мере, в расположенном в соответствующем выступе участке сквозного отверстия, при этом каждый выступ первой платы размещен в выполненном соосно ему в передней панели корпуса сквозном отверстии и вплотную к его внутренней поверхности.
2. Светодиодный блок по п.1, отличающийся тем, что одинаковые выступы, выполненные на обращенной к передней панели корпуса поверхности первой платы, имеют цилиндрическую форму боковой поверхности.
3. Светодиодный блок по п.1, отличающийся тем, что одинаковые выступы, выполненные на обращенной к передней панели корпуса поверхности первой платы, имеют форму боковой поверхности, соответствующую боковой поверхности усеченного конуса с большим основанием, лежащим в плоскости, обращенной к передней панели поверхности первой платы.
4. Светодиодный блок по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в первой плате имеют такую же форму их внутренней поверхности, что и боковая поверхность корпусов, установленных в них с натягом, соответствующих светодиодов.
5. Светодиодный блок по п.1, отличающийся тем, что на выступающей за пределы полости корпуса поверхности рамы опорного герметизирующего элемента выполнены ребра, при этом каждое ребро выполнено вдоль расположенного соосно корпусу светодиодного блока контура со сторонами, параллельными сторонам рамы опорного герметизирующего элемента.
6. Светодиодный блок по п.5, отличающийся тем, что ребра расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и имеют одинаковую высоту и форму поперечного сечения.
7. Светодиодный блок по п.6, отличающийся тем, что расстояние между ребрами равно ширине ребер.
8. Светодиодный блок по п.5, отличающийся тем, что ребра имеют форму поперечного сечения в виде прямоугольного треугольника, гипотенуза которого обращена в противоположную сторону от оси корпуса светодиодного блока.
