RU179755U1 - Светодиодная лампа - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения с повышенным сроком службы и малым слепящим действием. Заявленная светодиодная лампа содержит, как минимум, одну подложку с установленным светодиодным узлом из, по меньшей мере, одного светодиода, излучающим в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, а также колпак из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, размещенный на подложке и охватывающий светодиодный узел так, что между внутренней поверхностью колпака и светодиодным узлом имеется расстояние. Отношение прямого напряжения светодиодного узла к максимальному напряжению питания лампы составляет от 0,21 до 0,95. Колпак содержит, как минимум, одну оболочку, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала. Подложка установлена в герметичную колбу из оптически прозрачного материала с цоколем в основании и опорной ножкой внутри, имеющей штенгель для откачки, штабик и электроды для электрического соединения элементов подложки и наружных частей, заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, обеспечивающим высокую теплопроводность, электрическую прочность и низкую вязкость. В вариантах выполнения светодиодная лампа снабжена источником питания светодиодного узла, размещенным на подложке, в цоколе или разделенным на две части, которые размещают, соответственно, на подложке и в цоколе. В качестве изолирующего газообразного вещества, в том числе, используют смесь гелия, водорода и азота. Технический результат - расширение области применения устройства за счет повышения светоотдачи, оптимизации кривой силы света и снижения слепящего действия, а также улучшения технологичности конструкции. 1н.п. ф-лы, 4 з.п. ф-лы, 1 илл.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения с повышенным сроком службы и малым слепящим действием. Полезная модель направлена на расширение области применения светодиодной лампы за счет увеличения светоотдачи, оптимизации кривой силы света, повышения надежности и срока службы, снижения слепящего действия и улучшения технологичности конструкции.

Известен световой прибор, содержащий светодиодный узел из, по меньшей мере, одного светодиода, излучающий в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, а также линзовую систему из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, устанавливаемую так, что между линзовой системой и светодиодным узлом имеется расстояние (З. 2012152704, РФ, Световой прибор/ Е.М. Силкин//3аявл. 06.12.2012, Опубл. 20.06.2014. - Бюл. №17).

Световой прибор относится к источникам света на основе неорганических светодиодов. К светодиодам, излучающим в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, можно отнести ультрафиолетовые, фиолетовые, синие, а также (условно) голубые и зеленые светодиоды. В известном устройстве использована технология вынесенного люминофора, обеспечивающая сравнительно малое слепящее действие. Оптический конвертер в световом приборе представляет собой частицы люминофора или смеси люминофоров, наносимых на поверхность или на часть поверхности в оптически прозрачном связующем материале, или вводимых непосредственно в объем, или в часть объема линз линзовой системы. В качестве источника питания известного светового прибора может использоваться внешний стабилизатор тока.

Недостатком светового прибора является сравнительно узкая область применения из-за низкой светоотдачи за счет значительных непроизводительных потерь энергии излучения светодиодов и ухудшения условий их охлаждения в среде окружающего воздуха, малого срока службы и низкой надежности работы в результате влияния окружающей среды на ответственные элементы и узлы конструкции.

Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее светодиодный узел, излучающий в синей части спектра оптического диапазона, а также колпак из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, охватывающий светодиодный узел так, что между внутренней поверхностью колпака и светодиодным узлом имеется расстояние, заполненное оптически прозрачным газообразным веществом, при этом колпак содержит одну светорассеивающую оболочку в виде единой литьевой детали с внесенными в ее обьем частицами люминофора, толщина стенки упомянутой оболочки пропорциональна величине светового потока, падающего на облучаемый участок ее поверхности, оболочка имеет поверхность, составленную комбинацией плавно сопряженных поверхностей первого и второго порядка, в частности, может включать плоскости, сферические или цилиндрические поверхности (П. 121344, РФ, Светодиодное осветительное устройство/ Ю.Б. Соколов// Заявл. 21.06.2012, Опубл. 20.10.2012. - Бюл. №29).

Конкретная реализация известного светодиодного осветительного устройства предполагает использование в качестве оптически прозрачного газообразного вещества воздушной среды при обычных условиях. Оптический конвертер в рассматриваемом источнике света, как отмечено, представляет собой частицы люминофора, введенные в материал оболочки. Устройство также реализует известную технологию вынесенного люминофора, обеспечивающую низкое слепящее действие. В качестве источника питания светодиодного осветительного устройства используется внешний стабилизатор тока.

Недостатком известного устройства является узкая область применения. Это обусловлено низкой светоотдачей из-за значительных непроизводительных потерь энергии излучения светодиодов и ухудшения условий их охлаждения в среде окружающего воздуха, малого срока службы и низкой надежности работы в результате неблагоприятного влияния окружающей среды при обычных условиях на ответственные элементы и узлы конструкции. Все ответственные элементы устройства находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды, агрессивные вещества в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль, а также сравнительно плохо отводит тепло. Наиболее отрицательным является то, что светоизлучающее тело не изолировано от внешней среды и подвержено ее влиянию. Необходимость использования отдельного специального источника питания делает эксплуатацию светодиодного осветительного устройства неудобной для потребителя.

Известна светодиодная лампа, содержащая, как минимум, одну подложку с установленным светодиодным узлом из, по меньшей мере, одного светодиода, излучающим в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, а также колпак из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, выполненный из двух оболочек, устанавливаемых каскадно, причем между первой оболочкой и второй оболочкой имеется расстояние, и слой преобразования излучения светодиодного узла располагается между первой оболочкой и второй оболочкой, размещенный на подложке и охватывающий светодиодный узел так, что между внутренней поверхностью колпака и светодиодным узлом имеется расстояние (З. 2011134605, РФ, Колпак лампы и светодиодная лампа с таким колпаком/ Т.Т. Нгуйен, Ю. Хе, Ф. Си//Заявл. 24.02.2010, Опубл. 20.04.2013.

- Бюл. №11).

Известная светодиодная лампа выполняется по технологии вынесенного люминофора и является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели. Рассматриваемый световой прибор выбран в качестве прототипа.

В качестве источника питания светодиодной лампы используется внешний стабилизатор тока.

Недостатком прототипа является узкая область применения. Это обусловлено низкой светоотдачей из-за значительных непроизводительных потерь потребляемой энергии и энергии излучения светодиодов, ухудшения условий их охлаждения в среде окружающего воздуха, малого срока службы и низкой надежности работы в результате неблагоприятного влияния окружающей среды при обычных условиях и повышенных температур на ответственные элементы и узлы конструкции. Все ответственные элементы устройства находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды, агрессивные вещества в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль, а также сравнительно плохо отводит тепло. Наиболее отрицательным является то, что светоизлучающее тело (светодиодный узел) не изолировано (не изолирован) от внешней среды и подвержено (подвержен) ее влиянию. Герметизация ухудшает условия охлаждения и снижает технологичность конструкции. Колпак из двух оболочек, с размещенным между ними оптическим конвертером, также недостаточно технологичен в серийном производстве. Кроме того, его невозможно выполнить с малыми потерями энергии излучения (большое число переходов между оптическими средами с различными свойствами, значительная толщина стенок). Необходимость использования отдельного специального источника питания делает эксплуатацию светодиодной лампы неудобной для потребителя.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения за счет увеличения светоотдачи, оптимизации кривой силы света, повышения надежности и срока службы, снижения слепящего действия и улучшения технологичности конструкции светодиодной лампы, что является целью полезной модели. Увеличение светоотдачи, оптимизация кривой силы света, повышение надежности и срока службы, снижение слепящего действия и улучшение технологичности конструкции светодиодной лампы является техническим результатом

Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в светодиодной лампе:

1. Содержащей, как минимум, одну подложку с установленным светодиодным узлом из, по меньшей мере, одного светодиода, излучающим в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, а также колпак из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, размещенный на подложке и охватывающий светодиодный узел так, что между внутренней поверхностью колпака и светодиодным узлом имеется расстояние, отличающийся тем, что отношение прямого напряжения светодиодного узла к максимальному напряжению питания лампы составляет от 0,21 до 0,95, колпак содержит, как минимум, одну оболочку, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала, подложка установлена в герметичную колбу из оптически прозрачного материала с цоколем в основании и опорной ножкой внутри, имеющей штенгель для откачки, штабик и электроды для электрического соединения элементов подложки и наружных частей, заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, обеспечивающим высокую теплопроводность, электрическую прочность и низкую вязкость;

2. По п. 1, светодиодная лампа снабжена источником питания светодиодного узла, размещенным на подложке;

3. По п. 1, светодиодная лампа снабжена источником питания светодиодного узла, установленным в цоколе;

4. По п. 1, светодиодная лампа снабжена источником питания светодиодного узла, разделенным на две части, которые размещают, соответственно, на подложке и в цоколе;

5. По п.п. 1-4, в качестве изолирующего газообразного вещества используют смесь гелия, водорода и азота.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения светодиодной лампы за счет увеличения светоотдачи, возможной оптимизации кривой силы света, повышения надежности и срока службы, возможного дальнейшего снижения слепящего действия и улучшения технологичности конструкции. Повышение светоотдачи обеспечивается в результате снижения электрических потерь при оптимизации отношения прямого напряжения на светодиодном узле к максимальному напряжению питания (передача энергии на повышенном напряжении является более выгодной и приводит к снижению суммарных электрических потерь). С ростом напряжений отношение прямого напряжения на светодиодном узле к максимальному напряжению питания должно увеличиваться, что повышает энергетическую эффективность светодиодной лампы. Увеличение светоотдачи, надежности и срока службы светодиодной лампы достигается также и за счет снижения потерь энергии излучения и температуры элементов (светодиодный узел, колпак) при эксплуатации. Герметизация элементов в колбе, возможное улучшение теплоотвода при существенной интенсификации теплообмена в условиях естественной конвекции, обеспечение эффекта качественного изолирования ответственных элементов и узлов лампы от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды (влаги, пыли, агрессивных веществ, температуры и прочее), улучшение условий работы элементов (светодиоды, оптический конвертер), улучшение условий охлаждения всех элементов и узлов светодиодной лампы, возможность использования изолирующего оптически прозрачного и химически инертного газообразного вещества с высокой теплопроводностью и низкой вязкостью, качественная электрическая изоляция, выполнение с более высокими техническими характеристиками, новые конструкции светодиодной лампы, новые элементы и связи элементов, варианты питания, возможность коррекции и оптимизации кривой силы света, получение близкого к лампам накаливания светораспределения, низкое слепящее действие, повышение надежности и технологичности (колпак) изделия, удобство эксплуатации обеспечиваются за счет отличительных признаков полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой светодиодной лампы являются существенными.

На рисунке приведена типовая конструкция новой светодиодной лампы со стандартным элементом внешнего токоподвода (сетевым цоколем класса Е12, Е14, Е26, Е27 или Е40).

Светодиодная лампа содержит, как минимум, одну подложку 1 с установленным светодиодным узлом 2 из, по меньшей мере, одного светодиода, излучающим в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, а также колпак 3 из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером 4, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, размещенный на подложке и охватывающий светодиодный узел так, что между внутренней поверхностью колпака и светодиодным узлом имеется расстояние, отношение прямого напряжения светодиодного узла к максимальному напряжению питания лампы составляет от 0,21 до 0,95, колпак содержит, как минимум, одну оболочку, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала, подложка установлена в герметичную колбу 5 из оптически прозрачного материала с цоколем 6 в основании и опорной ножкой 7 внутри, имеющей штенгель 8 для откачки, штабик 9 и электроды 10 для электрического соединения элементов подложки и наружных частей, заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, обеспечивающим высокую теплопроводность, электрическую прочность и низкую вязкость. В вариантах выполнения, светодиодная лампа снабжена источником питания 11 светодиодного узла, размещенным на подложке, в цоколе или разделенным на две части, которые размещают, соответственно, на подложке и в цоколе. В качестве изолирующего газообразного вещества используют, в том числе, смесь гелия, водорода и азота.

Светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь 6 стандартного вида (Е12, Е14, Е26, Е27, В15, В22 или Е40, или иной стандартный) электрическая светодиодная лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока (внешнему источнику питания) непосредственно (при наличии собственного источника питания) или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Колба 5 из оптически прозрачного материала является основной частью конструкции светодиодной лампы, выполняющей несущую, защитную, светорассеивающую функции и функцию герметизации рабочего пространства. Колба 5 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 6. Контакты цоколя 6 через электроды 10, впаянные в опорную ножку 7, соединены с входными выводами подложки 1 с установленным светодиодным узлом 2. Светодиод светодиодного узла 2 (или несколько светодиодов, матрица или несколько матриц, или светодиодная линейка, или несколько светодиодных линеек) светоизлучающего тела (электрической схемы) электрически соединен с выходными выводами платы (узла) источника питания 11. Вся конструкция (опорная ножка 7, светоизлучающее тело (светодиодный узел) 2, подложка 1, источник питания 11, колпак 3 с оптическим конвертером 4) размещается внутри герметичной колбы 5 и изолирована от окружающей среды. Колба 5 заполняется изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, обеспечивающим высокую теплопроводность, электрическую прочность и низкую вязкость (например, смесью газов на основе гелия, водорода и азота). За счет высокой теплопроводности наполнения осуществляется отвод тепловой энергии от элементов и узлов лампы (2, 4, 1, 11, 10). Источник питания 11 может быть размещен как на подложке 1 внутри колбы 5, так и в объеме цоколя 6, или быть разделенным на две части, которые устанавливают, соответственно, на подложке 1 и в цоколе 6. Принцип работы светодиодной лампы при этом не изменяется. Использование внутреннего источника питания 11 (светодиодная лампа с внутренним устройством управления) и цоколя 6 обеспечивает качественную, надежную и удобную эксплуатацию светодиодной лампы. Светодиодная лампа в общем случае может выполняться и без источника питания 11 (лампа без внутреннего устройства управления). В этом варианте используется внешний отдельный стабилизатор тока. Принципиальное значение имеет величина отношения прямого напряжения светодиодного узла 2 к максимальному значению напряжения питания, которое должна быть равной от 0,21 до 0,95. Светодиоды (матрицы, линейки) светодиодного узла 2, являющиеся нагрузкой (потребителем), могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно и параллельно. Принцип работы светодиодной лампы при этом не изменяется. Питание светодиодного узла 2 на повышенном напряжении является энергетически эффективным. С увеличением прямого напряжения светодиодного узла 2 величина отношения прямого напряжения светодиодного узла 2 к максимальному значению напряжения питания возрастает. Более низкие (0,25) или более высокие (0,95) значения отношения энергетически невыгодны или технически нереализуемы. Источник питания 11 преобразует напряжение (энергию) внешнего источника питания (например, сети) в напряжение (ток) заданного уровня и частоты, необходимое для электропитания светодиодов (2). Питание светодиодов 2 (матриц, линеек) может осуществляться от источника питания 11 как на постоянном, так и на переменном токе. При питании на переменном токе электрическая схема соединения светодиодов 2 (матриц, линеек) несколько отличается от схемы на постоянном токе (необходимо встречно-параллельное соединение). Питание на переменном токе энергетически выгоднее. Число ступеней преобразования энергии уменьшается, что, в целом, повышает надежность работы источника питания 11. Увеличивается средний срок службы светодиодной лампы за счет снижения электрических потерь и работы элементов конструкции при более низких температурах. Колба 5 заполнена изолирующим (буферным) оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, обеспечивающим высокую теплопроводность, электрическую прочность и низкую вязкость (например, легкий инертный газ или смесь газов). Откачка и заполнение внутреннего объема колбы 5 осуществляется через откачной штенгель 8 опорной ножки 7. После заполнения колбы 5 изолирующим (буферным) газом штенгель 8 отпаивается. В качестве буферного газа можно применить, например, смесь, содержащую более 90% азота и менее 10% аргона или азот, или технически чистый воздух, или неон, или (возможно для определенных условий) гелий и водород, или смеси указанных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар. Целесообразно, вероятно, использовать газы (смеси газов), имеющих более высокий коэффициент теплопроводности, чем у азота, воздуха и технического аргона. Состав изолирующего газа и его давление должны обеспечивать наилучший теплоотвод от элементов и узлов (1-3) светодиодной лампы, установленных внутри колбы 5, в том числе, от элементов источника питания 11, и достаточную электрическую прочность. Для лучшего теплоотвода в условиях естественной конвекции необходимо использовать изолирующий газ, обладающий, как отмечено, повышенной теплопроводностью, и увеличивать его давление в колбе 5. Поэтому устанавливать в колбе 5 давление изолирующего газа ниже 0,4 бар неэффективно. Практически же, абсолютное давление для большинства модификаций (исполнений) светодиодных ламп заявляемой конструкции должно находится в пределах от 0,5 до 2,5 бар (что наиболее технологично). Обьем колбы 5 и ее форма должны быть также оптимизированы с целью улучшения теплоотвода. Близкими к оптимальным являются стандартные формы и размеры колб (5), применяемых для серийных ламп накаливания (в том числе декоративные, например, «витые»). При этом светодиоды и (или) матрицы (линейки) светодиодного узла 2 должны размещаться (по возможности) на минимальном расстоянии от стенок колбы (5). При прохождении электрического тока через светодиоды (2) они излучают световые волны, в частности, видимый свет. Возможно также, например, излучение в ультрафиолетовой области спектра, что обеспечивается типом применяемых в лампах светодиодов (2). Оптический конвертер 4 (колпак 3) преобразуют излучение светодиодного узла 2 в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона (белый свет) или требуемых длин волн. Колпак 3 с оптическим конвертером 4, светодиодный узел 2, а также возможно и элементы источника питания 11 размещаются на подложке 1. Подложка 1 может представлять собой, в частности, печатную плату. Оптический конвертер 4 (например, частицы люминофора или смеси люминофоров) может быть встроен (введен) в оболочку колпака 3 или нанесен на поверхность оболочки, либо размещаться между двумя оболочками колпака 3 (аналогично прототипу). Размещение колпака 3 внутри герметичной колбы 5 снижает требования к механическим характеристикам и его защите от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды. Колпак 3, при этом, может быть выполнен из одной оболочки, имеющей меньшую толщину, а слой оптического конвертора 4 и светодиоды светодиодного узла 2, например, не изолироваться от внутреннего обьема колбы 5. Снижаются потери энергии излучения, температура элементов, спад светового потока во время длительной эксплуатации, слепящее действие, расход дорогостоящих материалов и цена, возрастают надежность работы и средний срок службы.

В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности изолирующих (буферных) газов при температуре близкой к нулю градусов (273 К) по Цельсию (кроме элегаза), которые могут быть применены в новых светодиодных лампах.

Из таблицы следует, что из инертных газов лучшей теплопроводностью обладает гелий. Однако в качестве оптически прозрачного материала колб (5), обеспечивающего требуемую их герметичность (а также из-за технических, технологических и экономических ограничений), в светодиодных лампах следует использовать технические стекла, аналогичные применяемым для ламп накаливания. Для таких стекол значение имеет их проницаемость по водороду и гелию (проницаемость других газов ничтожно мала и ей обычно пренебрегают). Возможны также утечки через вакуумплотные впаи электродов (10). Проницаемость гелия через технические стекла (и, соответственно, через вакуумплотные впаи (10) примерно в 10 раз больше, чем водорода, несмотря на то, что атомный радиус гелия практически в 1,5 раза больше молекулярного радиуса водорода. Это объясняется тем, что при проникновении химически активного водорода через стекла могут образовываться гидроксильные группы, препятствующие потоку водорода. Наибольшей газопроницаемостью по водороду и гелию обладает, в частности, кварцевое стекло, а наименьшей- алюмосиликатное. Следует отметить, что не существует силикатных стекол непроницаемых для водорода и гелия.

Использовать чистый гелий в качестве изолирующего газа для новых светодиодных ламп затруднительно. Однако можно достаточно эффективно применять смеси гелия с другими газами (например, азотом, неоном, водородом и другими газами), в том числе, двух- и трехкомпонентные.

Водород - горючий (пожароопасный), взрывоопасный газ. Его применение (по сравнению с гелием) не дает заметного выигрыша (на 15…20%) и по теплопроводности теплообмен улучшается на меньшую величину из-за различий в водороде и гелии конвекционных механизмов). Поэтому заполнять им (чистым водородом) колбы (5) в светодиодных лампах предлагаемой конструкции также не рекомендуется. Однако смеси водорода с гелием, другими (инертными) газами и азотом могут быть достаточно эффективными, и применяться в качестве изолирующего (буферного) наполнения колб (5) светодиодных ламп заявляемой конструкции.

Элегаз является наиболее «тяжелым» из всех известных газов (приблизительно в 5 раз тяжелее воздуха). А значение коэффициента теплопроводности элегаза в таблице соответствует высокой температуре (около 1000 градусов по Цельсию, 1273 К). При рабочих температурах новой светодиодной лампы (температуры элементов светящегося тела 2 и источника питания 11 около 400 К) теплопроводность элегаза (20,3 Вт/(м _* К) значительно ниже теплопроводности воздуха и азота. То есть, он менее эффективен (и очень дорог). Однако этот газ обладает хорошими электроизоляционными свойствами (и может использоваться в качестве добавок к применяемым газовым смесям).

Криптон и ксенон имеют сравнительно малую теплопроводность. Кроме того, криптон и, в еще большей степени, ксенон являются «дорогими» газами. В отличие от ламп накаливания, применение указанных газов в новых светодиодных лампах в чистом виде не оправдано (не эффективно и не рентабельно).

Необходимость в применении смесей газов продиктована требованиями по электрической прочности изолирующего наполнения, а также, в ряде случаев, экономическими причинами. Электрическая прочность возрастает с ростом давления. Цена используемых газов и газовых смесей имеет исключительно важное значение, так как влияет на конечную цену изделия при производстве. В этой связи перспективным является применение в заявляемой светодиодной лампе водорода (в смесях) и неона. Неон обеспечивает относительно хороший отвод тепла в условиях естественной конвекции от элементов конструкции и достаточную надежность работы светодиодной лампы.

Технически чистый воздух (осушенный, без механических примесей и пыли) также возможно применить в качестве изолирующего газа в светодиодных лампах (как и азот). Теплопроводность воздуха, приблизительно, в 2,6 раза выше теплопроводности криптона, что также позволяет снизить температуру внутри колбы. Теплопроводность азота близка к теплопроводности воздуха.

Большое значение имеет и конструкция применяемых в лампах светодиодов 2 (светодиодных матриц, линеек).

На надежность и срок службы светодиодной лампы оказывают значительное влияние предельные температуры (при производстве изделия и рабочие) элементов источника питания 11. Источник питания 11 в светодиодной лампе, преимущественно, изготавливается в виде печатных узлов на печатных платах с использованием технологий пайки и, реже, склеивания. Для улучшения теплоотвода и снижения предельной рабочей температуры элементов источника питания 11 рекомендуется устанавливать его внутри колбы 5. Предельные температуры элементов источника питания 11 в заявляемой конструкции светодиодной лампы при оптимальной реализации (материал, форма) обеспечивающей улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции в среде изолирующего газа (или смеси) с высокой теплопроводностью, могут быть снижены, как минимум, на 5…10%.

Штабик 9 опорной ножки служит для центрирования и фиксации подложки 1, а также (при необходимости) и светящегося тела (2), и колпака 3 лампы. В некоторых вариантах исполнения светодиодной лампы штабик 9 может отсутствовать. Принцип действия устройства при этом не изменяется.

В вариантах реализации светодиодной лампы, колпак 3, например, содержит первую оболочку (в частности, из оптически прозрачного материала), имеющую изогнутую поверхность, вторую оболочку (в том числе, из оптически прозрачного материала), имеющую изогнутую поверхность и соединенную с первой оболочкой лампы так, что между первой оболочкой лампы и второй оболочкой лампы имеется расстояние, и слой преобразования длины волны (оптический конвертор 4), размещенный между первой оболочкой лампы и второй оболочкой колпака 3 лампы. В частности, первая оболочка и вторая оболочка колпака 3 лампы имеют соответственно вогнутую внутреннюю поверхность и выпуклую наружную поверхность (например, полусферической формы), а слой преобразования длины волны (оптический конвертер 4) размещен между вогнутой внутренней поверхностью первой оболочки лампы и выпуклой наружной поверхностью второй оболочки колпака 3 лампы. В общем случае, светорассеивающие оболочки колпака 3 имеют поверхности, составленные комбинацией плавно сопряженных поверхностей первого и второго порядка, в частности, включают плоскости, сферические или цилиндрические поверхности. Расстояние между первой оболочкой и второй оболочкой колпака 3 лампы может быть постоянно, так что слой преобразования длины волны (оптический конвертер 4) имеет равномерную толщину. Толщина стенки упомянутых оболочек выполняется, как вариант, и пропорциональной величине светового потока, падающего на облучаемый участок ее поверхности. Величина удельной нагрузки люминофора (4), содержащегося в материале светорассеивающей оболочки колпака 3 (вариант реализации с введенным в обьем люминофором), может быть выбрана из выражения: 0,5<ρ<80, где ρ - удельная нагрузка люминофора в материале светорассеивающей оболочки (3), мг/см². Оптически прозрачный материал оболочек колпака 3 содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей стекло, полиметилметакрилат, поликарбонат и силиконовую смолу. Оптически прозрачные оболочки (3) выполняются как в виде единой литьевой детали, так и могут состоять из нескольких деталей, в том числе, и из оптически непрозрачного материала, например, металла (по крайней мере, часть оболочки колпака 3 выполнена из оптически прозрачного материала). Непрозрачные части колпака 3, при этом, могут выполнять функцию элементов крепления, а также, например, функции радиатора или локальной отражающей поверхности (коррекция или оптимизация кривой силы света). Оболочки колпака 3 в вариантах реализации изготавливаются с внутренними поверхностями, содержащими, в частности, множество граней, имеющих множество различных изгибов, или множество плоскостей с различными нормальными векторами так, что свет, отраженный от точки, расположенной на внутренней поверхности оболочки, падает на другую точку внутренней поверхности оболочки, или текстурированными поверхностями, снижающими коэффициенты отражения (например, обработанными с помощью электрических разрядов). Оболочки колпака 3, как правило, выполняются с элементами соединения (упоры, соединение оболочек) и крепления к подложке 1. Оптический конвертер 4 может содержать, в частности, силиконовую смолу, смешанную с люминесцентным материалом, отверждаемую путем нагревания или воздействием излучения, например, ультрафиолетового. В вариантах реализации может быть, в частности, отношение площади внутренней поверхности колпака 3 к площади поверхности светодиодного узла 2 больше, чем 2, расстояние между светодиодным узлом 2 и внутренней поверхностью колпака 3 больше, чем 2 мм, а площадь наружной поверхности колпака 3 может составлять, по меньшей мере, 250 мм² на 1 Вт установленной мощности светодиодного узла, колпак 3 может устанавливаться с зазором относительно подложки 1 (для улучшения условий охлаждения элементов).

Возможны и другие, в том числе, варианты реализации, отражающие принцип устройства и функционирования заявляемой светодиодной лампы, использующие технологию вынесенного люминофора. Указанные варианты также будут относиться к устройствам, защищаемым заявляемой полезной моделью.

По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения светодиодной лампы, увеличивается светоотдача, надежность, срок службы, улучшается технологичность конструкции, может быть дополнительно снижен слепящий эффект, оптимизирована кривая силы света.

Новая светодиодная лампа имеет светоотдачу до 150…180 лм/Вт и качественную кривую силы света, близкую к лампе накаливания.

По сравнению со светодиодной лампой, выбранной за прототип (если рассматривать заявляемую лампу как электротехническое изделие) новая лампа также будет иметь высокую степень (класс) защиты от внешних воздействий окружающей среды. Заявляемая светодиодная лампа может характеризоваться наивысшей степенью защиты (IP68). Изоляция ответственных элементов и узлов светодиодной лампы от воздействия окружающей среды обеспечивает стабильную и надежную работу всего устройства в любых, в том числе, и в жестких условиях эксплуатации (замкнутый обьем, повышенная температура, влажность и запыленность окружающего воздуха).

Новая светодиодная лампа может эффективно использоваться как для внутреннего, так и для наружного освещения.

Новая конструкция светодиодной лампы позволяет разработать и применить источники питания постоянного (или переменного) тока с высокими техническими характеристиками, по сравнению с лампой, выбранной за прототип, и, при этом, обеспечить значительно более качественную электрическую изоляцию и улучшить условия функционирования самого источника питания. Последнее также повышает надежность работы и увеличивает средний срок службы светодиодной лампы.

Дополнительно, новая светодиодная лампа более технологична (по сравнению с лампой, выбранной за прототип) при изготовлении, конструкция позволяет экономить дорогостоящие материалы при серийном производстве, что снижает, в частности, ее цену. Могут быть существенно увеличены допустимые скорости технологических манипуляций с конструкцией в процессе изготовления новой светодиодной лампы, что повышает производительность труда (и также снижает цену).

Экономия материалов, снижение цены и увеличение надежности и срока службы расширяют области применения заявляемой светодиодной лампы.

Срок службы новой светодиодной лампы (согласно экспертной оценки и испытаний опытных образцов) превышает срок службы лампы, выбранной за прототип, в 2…2,5 раза за счет комплексного улучшения условий работы (в том числе, снижения предельных температур) светодиодов (матриц, светодиодных линеек), а также и элементов источника питания.

Claims (5)

1. Светодиодная лампа, содержащая, как минимум, одну подложку с установленным светодиодным узлом из, по меньшей мере, одного светодиода, излучающим в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона, а также колпак из оптически прозрачного материала с оптическим конвертером, обеспечивающим преобразование излучения светодиодного узла в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн, размещенный на подложке и охватывающий светодиодный узел так, что между внутренней поверхностью колпака и светодиодным узлом имеется расстояние, отличающаяся тем, что отношение прямого напряжения светодиодного узла к максимальному напряжению питания лампы составляет от 0,21 до 0,95, колпак содержит, как минимум, одну оболочку, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала, подложка установлена в герметичную колбу из оптически прозрачного материала с цоколем в основании и опорной ножкой внутри, имеющей штенгель для откачки, штабик и электроды для электрического соединения элементов подложки и наружных частей, заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, обеспечивающим высокую теплопроводность, электрическую прочность и низкую вязкость.

2. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена источником питания светодиодного узла, размещенным на подложке.

3. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена источником питания светодиодного узла, установленным в цоколе.

4. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена источником питания светодиодного узла, разделенным на две части, которые размещают, соответственно, на подложке и в цоколе.

5. Светодиодная лампа по пп. 1-4, отличающаяся тем, что в качестве изолирующего газообразного вещества используют смесь гелия, водорода и азота.

Images