RU152824U1

RU152824U1 - LINEAR LED LAMP

Info

Publication number: RU152824U1
Application number: RU2015100353/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-06-20

Abstract

Линейная светодиодная лампа, содержащая герметичную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом внутри, заполненную буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар, светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодных матриц, распределенных равномерно в направлении оси колбы и размещенных в плоскости, лежащей на оси колбы, и соединенных через драйвер с элементами внешнего токоподвода.A linear LED lamp containing a sealed bulb in the form of a tube made of optically transparent material with elements of an external current supply at the ends, with a driver and a light-emitting body inside, filled with a buffer chemically inert and optically transparent gaseous substance with a thermal conductivity at a temperature of 293 K of at least 0.023 W / (m · K), at a pressure of more than 0.5 bar, the light-emitting body consists of several LED matrices distributed uniformly in the direction of the axis of the bulb and placed in a plane lying to it on the axis of the bulb, and connected through the driver with elements of an external current supply.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных и универсальных конструкций полупроводниковых источников оптического излучения на основе светодиодных СОВ- и МСОВ-матриц, в том числе, предназначенных для прямой замены линейных люминесцентных (двухцокольных) газоразрядных ламп низкого давления, используемых для освещения и получения ультрафиолета. Полезная модель направлена на расширение области применения линейной светодиодной лампы.The utility model relates to lighting engineering and can be used in the design of new energy-efficient and universal designs of semiconductor optical radiation sources based on LED COB and MCB matrices, including those designed to directly replace linear low-pressure fluorescent (double-ended) discharge lamps used for lighting and ultraviolet light. The utility model is aimed at expanding the scope of linear LED lamps.

Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с элементами внешнего токоподвода на концах, со светоизлучающим телом внутри, состоящим из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных с элементами внешнего токоподвода (П. 103673 РФ, МКИ H01L 33\00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 15.11.2010, Опубл. 20.04.2011, Бюл. №11).A linear LED lamp is known that contains a bulb in the form of a tube of optically transparent material with elements of an external current supply at the ends, with a light-emitting body inside, consisting of several LEDs or LED arrays connected to elements of an external current supply (P. 103673 of the Russian Federation, MKI H01L 33 \ 00 Linear LED lamp \ EM Silkin - Announcement 11/15/2010, Pub. 04/20/2011, Bull. No. 11).

Недостатком линейной светодиодной лампы является узкая область применения, что обусловлено конструкцией, негерметичностью колбы, низкой световой эффективностью, работой кристаллов светодиодов в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии оптического излучения, малым сроком службы, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения, необходимостью использования дополнительного источника питания.A disadvantage of a linear LED lamp is its narrow scope, which is caused by the design, leakage of the bulb, low light efficiency, operation of LED crystals in high temperature modes, which leads to a decrease in the light flux and their accelerated non-uniform degradation, significant losses of optical radiation energy, short service life, the impossibility of efficient use in installations for ultraviolet radiation, the need to use an additional source ka power.

Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме полуцилиндрической трубки из оптически прозрачного материала, покрытой слоем лиминофора, с элементами внешнего токоподвода на концах, со светоизлучающим телом внутри, состоящим из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных с элементами внешнего токоподвода (П. 103671 РФ, МКИ H01L 33\00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 15.11.2010, Опубл. 20.04.2011, Бюл. №11).A known linear LED lamp containing a bulb in the form of a semicylindrical tube made of an optically transparent material coated with a layer of lymphophore, with elements of an external current supply at the ends, with a light-emitting body inside, consisting of several LEDs or LED arrays connected to elements of an external current supply (P. 103671 of the Russian Federation , MKI H01L 33 \ 00. Linear LED lamp \ Silkin EM - Announcement 11/15/2010, Publish. 04/20/2011, Bull. No. 11).

Недостатком линейной светодиодной лампы является узкая область применения, что обусловлено конструкцией, негерметичностью колбы, низкой световой эффективностью, работой кристаллов светодиодов в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии оптического излучения, малым сроком службы, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения, необходимостью использования дополнительного источника питания, высокой ценой.A disadvantage of a linear LED lamp is its narrow scope, which is caused by the design, leakage of the bulb, low light efficiency, operation of LED crystals in high temperature modes, which leads to a decrease in the light flux and their accelerated non-uniform degradation, significant losses of optical radiation energy, short service life, the impossibility of efficient use in installations for ultraviolet radiation, the need to use an additional source ka power, high price.

Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме полуцилиндрической трубки из оптически прозрачного материала, покрытой слоем лиминофора, с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом внутри, светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных через драйвер с элементами внешнего токоподвода (П. 108213 РФ, МКИ H01L 33\00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 06.04.2011, Опубл. 10.09.2011, Бюл. №25).A linear LED lamp is known, which contains a bulb in the form of a semicylindrical tube made of an optically transparent material coated with a layer of a phosphor, with elements of an external current supply at the ends, with a driver and a light-emitting body inside, a light-emitting body consists of several LEDs or LED arrays connected via elements to the driver external current supply (P. 108213 of the Russian Federation, MKI H01L 33 \ 00. Linear LED lamp \ Silkin EM - Application. April 6, 2011, Publish. September 10, 2011, Bull. No. 25).

Указанная линейная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.The specified linear LED lamp is the closest in technical essence to a utility model and is selected as a prototype.

Недостатком линейной светодиодной лампы является узкая область применения, что обусловлено конструкцией, негерметичностью колбы, низкой световой эффективностью, работой кристаллов светодиодов и люминофорного слоя в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии оптического излучения, малым сроком службы, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения, высокой ценой.A disadvantage of a linear LED lamp is its narrow scope, which is due to the design, leakage of the bulb, low light efficiency, operation of LED crystals and the phosphor layer in high-temperature modes, which leads to a decrease in the light flux and their accelerated non-uniform degradation, significant losses of optical radiation energy, and small service life, the inability to effectively use in installations for ultraviolet radiation, high price.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения линейной светодиодной лампы, что является целью полезной модели.The utility model is aimed at solving the problem of expanding the field of application of a linear LED lamp, which is the purpose of the utility model.

Указанная цель достигается тем, что в линейной светодиодной лампе, содержащей колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом внутри, колбу выполняют герметичной и заполняют буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар, светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодных матриц, распределенных равномерно в направлении оси колбы и размещенных в плоскости, лежащей на оси колбы, и соединенных через драйвер с элементами внешнего токоподвода.This goal is achieved by the fact that in a linear LED lamp containing a bulb in the form of a tube of optically transparent material with elements of an external current supply at the ends, with a driver and with a light-emitting body inside, the bulb is sealed and filled with a chemically inert and optically transparent gaseous substance containing the thermal conductivity at a temperature of 293 K is not less than 0.023 W / (m · K), at a pressure of more than 0.5 bar, the light-emitting body consists of several LED arrays distributed uniformly in n the direction of the axis of the bulb and placed in a plane lying on the axis of the bulb and connected through the driver to elements of an external current supply.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения светодиодной лампы, что обусловлено новым принципом устройства и новыми элементами в конструкции лампы, Герметичностью колбы, работой кристаллов светодиодов в светодиодных матрицах в режимах с более низкой предельной температурой, строго выровненной по длине лампы, обеспечивающей замедление и выравнивание процессов их деградации, использованием эффективного буферного газообразного вещества, повышением световой эффективности (светоотдачи), изоляцией светодиодных матриц и драйвера от воздействия окружающей среды, возможностью использования ламп в установках получения ультрафиолетового излучения без дополнительных изолирующих элементов конструкций.A significant difference characterizing the utility model is the expansion of the scope of the LED lamp, which is due to the new device principle and new elements in the lamp design, Tightness of the bulb, the operation of LED crystals in LED matrices in modes with a lower temperature limit, strictly aligned along the length of the lamp, providing slowing down and equalizing the processes of their degradation, using an effective buffer gaseous substance, increasing light efficiency (light output u) insulated LED arrays and driver from the environment, the ability to use lamps in plants producing ultraviolet radiation without additional insulating structural elements.

Расширение области применения линейной светодиодной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом устройства, герметичностью колбы, специальным заполнением буферным газообразным веществом, особенностями новой конструкции и новыми элементами светодиодной лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой линейной светодиодной лампы являются существенными.Expanding the scope of application of a linear LED lamp is a technical result due to the new device principle, the tightness of the bulb, special filling with a buffer gaseous substance, the features of the new design and new elements of the LED lamp, that is, the hallmarks of the utility model. Thus, the distinguishing features of the claimed linear LED lamp are significant.

На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой линейной светодиодной лампы.The figure shows a typical design of the inventive linear LED lamp.

Линейная светодиодная лампа содержит герметичную колбу 1 в форме трубки из оптически прозрачного материала с элементами внешнего токоподвода 2 на концах, с драйвером 3 и со светоизлучающим телом 4 внутри, заполненную буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар. Светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодных матриц, распределенных равномерно в направлении оси колбы и размещенных в плоскости, лежащей на оси колбы, и соединенных через драйвер с элементами внешнего токоподвода.The linear LED lamp contains a sealed bulb 1 in the form of a tube made of optically transparent material with elements of an external current supply 2 at the ends, with a driver 3 and with a light-emitting body 4 inside, filled with a buffer chemically inert and optically transparent gaseous substance having a thermal conductivity at 293 K not less than 0.023 W / (m · K), at a pressure of more than 0.5 bar. The light-emitting body consists of several LED arrays distributed uniformly in the direction of the axis of the bulb and placed in a plane lying on the axis of the bulb and connected through the driver to elements of an external current supply.

Линейная светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через элементы внешнего токоподвода 2 (цоколи) стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока напрямую. Драйвер 3 обеспечивает преобразование напряжения питающей сети переменного тока в напряжение, необходимое для питания светодиодных матриц светоизлучающего тела 4. Колба 1 лампы герметично закрыта и заполнена буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар. В качестве буферного вещества используется газ или смеси газов, например, инертных (гелий, неон, аргон) с азотом или чистый азот. Давление буферного вещества (более 0,5 бар) и его состав обеспечивают достаточный отвод тепла от элементов драйвера 3 и светодиодных матриц светоизлучающего тела 4, установленных внутри колбы 1. Тепловой режим работы элементов улучшается, что способствует повышению световой эффективности и снижению деградации характеристик, а, следовательно, увеличению срока службы лампы. При работе устройства, тем не менее, часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов, в том числе, электронного узла драйвера 3 и светодиодов матриц светоизлучающего тела 4 (и их люминофорных слоев, если используется люминофор). Наилучший отвод тепла осуществляется, в первую очередь, благодаря равномерности распределения светодиодных матриц (4) в направлении оси колбы 1 и размещения их в плоскости, лежащей на оси колбы 1. При работе устройства драйвер 3, в частности, обеспечивает низкие пульсации питающего напряжения и тока светодиодных матриц светоизлучающего тела 4, стабилизированный выходной ток. Светодиоды матриц светоизлучающего тела 4 излучают свет определенных длин волн, который преобразуется люминофорным слоем матриц, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения качественного «белого» света. Светодиоды могут иметь, в частности, голубой цвет свечения. При этом люминофорный слой матриц при воздействии исходного (первичного) излучения светодиодов излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиодов и люминофора люминофорного слоя образуется «белый» (или близкий к нему) свет с высоким качеством цветопередачи. Светодиоды матриц представляет собой полупроводниковые приборы с p-n- переходом, работающие при прямом включении и преобразующие энергию электрического тока непосредственно в световое излучение за счет явления электролюминесценции. Светодиоды матриц светоизлучающего тела 4 могут генерировать излучение и в ультрафиолетовом диапазоне. При этом излучение используется непосредственно (в ультрафиолетовых установках) или преобразуется в видимый свет с помощью смеси люминофоров.A linear LED lamp in steady state operates as follows. The lamp through elements of an external current supply 2 (socles) of a standard type is connected directly to a conventional AC mains supply. Driver 3 provides the conversion of the AC mains voltage to the voltage necessary to power the LED matrices of the light-emitting body 4. The bulb 1 of the lamp is hermetically sealed and filled with a chemically inert and optically transparent gaseous buffer substance with a thermal conductivity coefficient at a temperature of 293 K of at least 0.023 W / ( m · K), at a pressure of more than 0.5 bar. Gas or mixtures of gases, for example, inert ones (helium, neon, argon) with nitrogen or pure nitrogen, are used as a buffer substance. The pressure of the buffer substance (more than 0.5 bar) and its composition provide sufficient heat removal from the driver elements 3 and the LED matrices of the light-emitting body 4 installed inside the bulb 1. The thermal operating mode of the elements is improved, which contributes to an increase in light efficiency and a decrease in degradation of characteristics, and therefore increasing lamp life. During operation of the device, however, part of the energy is dissipated, which leads to heating of the elements, including the driver electronic unit 3 and the LEDs of the matrices of the light-emitting body 4 (and their phosphor layers, if a phosphor is used). The best heat dissipation is carried out, first of all, due to the uniform distribution of the LED matrices (4) in the direction of the axis of the bulb 1 and their placement in the plane lying on the axis of the bulb 1. When the device is operating, driver 3, in particular, provides low ripple voltage and current LED matrix light-emitting body 4, stabilized output current. The LEDs of the matrices of the light-emitting body 4 emit light of certain wavelengths, which is converted by a phosphor matrix layer, restoring the missing parts of the spectrum in order to obtain high-quality "white" light. LEDs can have, in particular, a blue glow. In this case, the phosphor matrix layer under the influence of the initial (primary) radiation of the LEDs emits energy in the missing spectral regions (yellow-green or green and red parts of the spectrum of visible light). When mixing the radiation of LEDs and the phosphor of the phosphor layer, “white” (or close to it) light is formed with high color rendering quality. Matrix LEDs are semiconductor devices with a p-n junction, operating with direct connection and converting the energy of an electric current directly into light radiation due to the phenomenon of electroluminescence. The LEDs of the matrices of the light-emitting body 4 can also generate radiation in the ultraviolet range. In this case, the radiation is used directly (in ultraviolet installations) or is converted into visible light using a mixture of phosphors.

В качестве матриц светоизлучающего тела 4 используются СОВ- или МСОВ-матрицы, например, нитевидные (филаменты). Их применение обеспечивает наибольшую световую эффективность линейной светодиодной лампы. Филаментные матрицы (МСОВ) имеют световую отдачу до 170 лм/Вт, работают при сравнительно малых рабочих токах и незначительно нагреваются.As matrices of the light-emitting body 4, COB or MSB matrices are used, for example, filiform (filaments). Their application provides the greatest luminous efficiency of a linear LED lamp. Filament matrices (MSWs) have a light output of up to 170 lm / W, operate at relatively low operating currents and slightly heat up.

Конструкция светодиодных матриц светоизлучающего тела 4 может быть любой стандартной. Возможно использование в качестве светоизлучающего тела 4 лампы и дискретных светодиодов, устанавливаемых на подложки, например, по технологии поверхностного монтажа. Принцип работы линейной светодиодной лампы при этом не изменяется. Однако эффективность ламп с дискретными светодиодами может быть ниже.The design of the LED matrices of the light-emitting body 4 can be any standard. It is possible to use 4 lamps and discrete LEDs installed on substrates as a light-emitting body, for example, using surface mounting technology. The principle of operation of a linear LED lamp does not change. However, the efficiency of lamps with discrete LEDs may be lower.

Герметизация колбы 1 лампы предохраняет светодиоды и люминофорный слой матриц светоизлучающего тела 4, а также элементы драйвера 3 от неблагоприятных воздействий (влага, излучение) внешней среды.The sealing of the bulb 1 of the lamp protects the LEDs and the phosphor layer of the matrices of the light-emitting body 4, as well as the driver elements 3 from the adverse effects (moisture, radiation) of the external environment.

Цоколи 2 могут иметь одно, двух или многоштырьковое (стандартное) исполнение.Sockets 2 can have one, two or multi-pin (standard) execution.

По сравнению с прототипом существенно повышается световая эффективность линейной светодиодной лампы. Это обеспечивается за счет работы кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с более низкими предельными температурами, выровненными по длине лампы. Действительно, за счет качественного заполнения колбы лампы буферным веществом оптимизированного состава и повышенного давления, связанного с этим улучшения условий отвода тепла от светодиодов, уменьшается нагрев как самих кристаллов, так и люминофорного слоя. Кристаллы светодиодов матриц и люминофорный слой (частицы люминофора или смеси люминофоров) в заявляемом устройстве работают при низкой температуре и надежно изолированы (за счет герметизации колбы) от неблагоприятных воздействий внешней среды. Поэтому повышенная световая эффективность лампы практически не падает в течение срока эксплуатации. Повышение световой эффективности и стабильности светового потока линейной светодиодной лампы значительно расширяет область ее применения. Световая эффективность новой линейной светодиодной лампы (по равнению с прототипом) может быть повышена на 30-35%.Compared with the prototype, the light efficiency of a linear LED lamp is significantly increased. This is ensured by the operation of LED and phosphor crystals in modes with lower limit temperatures aligned along the length of the lamp. Indeed, due to the qualitative filling of the lamp bulb with a buffer substance of an optimized composition and the increased pressure associated with this improvement in the conditions for heat removal from the LEDs, the heating of both the crystals themselves and the phosphor layer is reduced. The crystals of the matrix LEDs and the phosphor layer (phosphor particles or phosphor mixtures) in the inventive device operate at low temperature and are reliably isolated (due to the sealing of the bulb) from the adverse effects of the external environment. Therefore, the increased luminous efficiency of the lamp practically does not fall during the life of the lamp. Increasing the luminous efficiency and stability of the luminous flux of a linear LED lamp significantly expands its scope. The luminous efficiency of the new linear LED lamp (in comparison with the prototype) can be increased by 30-35%.

Кроме того, по вышеперечисленным причинам, ограничивается и выравнивается деградация кристаллов светодиодов отдельных матриц светоизлучающего тела и люминофорного слоя матриц, снижаются потери энергии излучения, выравнивается и поддерживается постоянной яркость по длине светодиодной лампы. Выравниванию яркости по длине лампы способствует устранению и слепящих эффектов, обусловленных использованием точечных источников света, что, в целом, обеспечивает снижение непроизводительных потерь энергии излучения матриц.In addition, for the above reasons, the degradation of LED crystals of individual matrices of the light-emitting body and the phosphor matrix layer is limited and evened out, radiation energy losses are reduced, and the brightness along the length of the LED lamp is leveled and maintained constant. Aligning the brightness along the length of the lamp helps to eliminate glare effects caused by the use of point light sources, which, in general, reduces the overhead losses of the radiation energy of the matrices.

Таким образом, дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по длине и исключения слепящих эффектов существенно расширяется область применения линейной светодиодной лампы.Thus, in addition, compared with the prototype, due to the alignment of brightness along the length and elimination of glare effects, the scope of application of a linear LED lamp is significantly expanded.

За счет экономии материалов и повышения технологичности, по сравнению с прототипом, цена лампы может быть снижена на 15-20%. Снижение цены расширяет область применения новой линейной светодиодной лампы.By saving materials and improving manufacturability, in comparison with the prototype, the price of the lamp can be reduced by 15-20%. The price reduction expands the scope of the new linear LED lamp.

Срок службы новой лампы увеличивается приблизительно на 35-40%. Это также расширяет ее область применения (по сравнению с прототипом).The life of a new lamp is increased by approximately 35-40%. It also expands its scope (compared with the prototype).

За счет преимуществ герметизации колбы новая линейная светодиодная лампа может быть эффективно применена в перспективных конструкциях ультрафиолетовых источников оптического излучения. В частности, в конструкциях установок для обработки воды ультрафиолетом возможно исключить дополнительные защитные чехлы для излучательных ламп. Устройство таких установок значительно упростится, а их цена может быть снижена. Упрощается и обслуживание установок для обработки воды ультрафиолетом, снижаются затраты электроэнергии, повышается надежность, качество и эффективность проведения технологических процессов. Время проведения технологического процесса обработки воды ультрафиолетом уменьшается в 1,5-2,0 раза. Лампу-прототип для указанных целей использовать нецелесообразно.Due to the advantages of sealing the bulb, the new linear LED lamp can be effectively used in promising designs of ultraviolet optical radiation sources. In particular, in the designs of ultraviolet water treatment plants it is possible to exclude additional protective covers for radiation lamps. The installation of such installations will be greatly simplified, and their price can be reduced. The maintenance of ultraviolet water treatment plants is also simplified, energy costs are reduced, and the reliability, quality and efficiency of technological processes are increased. The time of the technological process for treating water with ultraviolet light is reduced by 1.5-2.0 times. A prototype lamp for these purposes is inappropriate to use.

Заявляемая лампа может быть применена в качестве оптического генератора (замена эксимерных ламп) также и в установках фотокаталитического синтеза озона.The inventive lamp can be used as an optical generator (replacement of excimer lamps) also in photocatalytic synthesis of ozone.

Таким образом, новая линейная светодиодная лампа имеет более широкую область применения и может быть использована не только для освещения, но и для различных технологических целей.Thus, the new linear LED lamp has a wider scope and can be used not only for lighting, but also for various technological purposes.

Claims

A linear LED lamp containing a sealed bulb in the form of a tube made of optically transparent material with elements of an external current supply at the ends, with a driver and a light-emitting body inside, filled with a buffer chemically inert and optically transparent gaseous substance with a thermal conductivity at a temperature of 293 K of at least 0.023 W / (m · K), at a pressure of more than 0.5 bar, the light-emitting body consists of several LED matrices distributed uniformly in the direction of the axis of the bulb and placed in a plane lying to it on the axis of the bulb, and connected through the driver with elements of an external current supply.