RU79717U1

RU79717U1 - LED LIGHT SOURCE

Info

Publication number: RU79717U1
Application number: RU2008134872/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Вольнов
Original assignee: Ооо "Нпп "Волсон"
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2009-01-10

Abstract

Полезная модель относится к светотехническим устройствам и может быть использована при конструировании светодиодных осветительных приборов с использованием сверхярких светодиодов для работы в разных климатических условиях. Техническим результатом полезной модели является обеспечение высокой надежности и долговременности работы светодиодного источника света за счет повышения эффективности отвода в окружающую среду тепловой энергии, выделяемой светодиодами при пропускании через них предельно допустимого рабочего тока. Заявленный источник света содержит теплопроводящий корпус с окном из светопрозрачного материала. На внутренней поверхности корпуса напротив окна из светопрозрачного материала выполнено посадочное место в виде ровной площадки. Используемые единичные светодиоды своими плоскими основаниями, имеющими теплоотводящие и контактные площадки для подключения к источнику питания, поджаты к поверхности посадочного места на корпусе источника через теплопроводящую электроизоляционную прокладку. В случае необходимости дальнейшего повышения эффективности отвода тепла в окружающую среду, наружную поверхность корпуса источника света или часть этой поверхности выполняют ребристой. Дальнейшему увеличению эффективности отвода тепла в окружающую среду, также будет способствовать выполнение на поверхности прокладки, прилегающей к плоским основаниям светодиодов, теплопроводящих металлических площадок, совпадающих по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками и контактными площадками светодиодов. Наряду с этим, увеличению эффективности отвода тепла также способствует вариант выполнения прокладки, согласно которого на одной ее рабочей поверхности будут выполнены площадки из листового теплоотводящего материала, совпадающие по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками и контактными площадками на плоском основании прилегающих к ним светодиодов, а на противоположной ее рабочей поверхности - жестко скрепленное с ней, основание в виде пластины из теплопроводящего материала.The utility model relates to lighting devices and can be used in the design of LED lighting devices using ultra-bright LEDs for use in different climatic conditions. The technical result of the utility model is to ensure high reliability and durability of the LED light source by increasing the efficiency of removal into the environment of the thermal energy released by the LEDs when passing the maximum permissible operating current through them. The claimed light source contains a heat-conducting body with a window of translucent material. On the inner surface of the housing opposite the window of translucent material, a seat is made in the form of a flat area. The single LEDs used, with their flat bases, having heat sinks and contact pads for connecting to a power source, are pressed to the surface of the seat on the source body through a heat-conducting electrical insulation strip. If it is necessary to further increase the efficiency of heat removal to the environment, the outer surface of the body of the light source or part of this surface is ribbed. A further increase in the efficiency of heat removal to the environment will also be facilitated by the implementation on the surface of the gasket adjacent to the flat bases of the LEDs, heat-conducting metal pads, matching in shape and size with the corresponding heat-removing pads and contact pads of the LEDs. Along with this, the option of laying is also contributing to an increase in the efficiency of heat removal, according to which on one of its working surfaces there will be pads made of sheet heat-releasing material matching in shape and size with the corresponding heat-removing pads and contact pads on the flat base of the adjacent LEDs, and on the opposite working surface there is a base rigidly bonded to it in the form of a plate of heat-conducting material.

Description

Полезная модель относится к светотехническим устройствам и может быть использована при конструировании осветительных приборов с использованием сверхярких светодиодов для работы в разных климатических условиях.The utility model relates to lighting devices and can be used in the design of lighting devices using ultra-bright LEDs for use in different climatic conditions.

Известна светодиодная лампа (см. патент JP 11163420 А, 18.06.1999 г.) содержащая цоколь, включающий в себя металлическую и диэлектрическую части, электрод, монтажную плату, отверстие в монтажной плате, светодиод и балластный резистор с электрическими выводами, полупроводниковый диод с выводами и линзу. Под линзой, расположенной над цоколем, размещена монтажная плата с отверстием и встроенным в это отверстие светодиодом с электрическими выводами. Один из выводов светодиода соединен с выводом балластного резистора, а другой вывод последнего проходит через центральное отверстие диэлектрической части цоколя и формирует торцевой электрод светодиодной лампы. Полупроводниковый диод одним своим выводом соединен с выводом светодиода, а другим - с металлической частью цоколя, образуя при этом другой электрод светодиодной лампы. Другой вывод светодиода соединен с выводом выпрямительного полупроводникового диода, а другой вывод последнего соединен с металлической частью цоколя, образуя при этом другой электрод светодиодной лампы. Недостатком конструкции известной светодиодной лампы является то, что в ней отвод тепла в окружающее пространство крайне затруднен. Поэтому в случае использования светодиодов с повышенной яркостью свечения будет происходить их чрезмерный нагрев теплом, выделяемым электролюминисцирующим полупроводниковым кристаллом до температуры, превышающей допустимое рабочее значение, что, по меньшей мере, существенно снижает ее надежность и сокращает гарантированный срок службы светодиодной лампы.Known LED lamp (see patent JP 11163420 A, 06/18/1999) containing a base including metal and dielectric parts, an electrode, a mounting plate, a hole in the mounting plate, an LED and a ballast resistor with electrical leads, a semiconductor diode with leads and a lens. Under the lens, located above the cap, there is a circuit board with a hole and an LED built into this hole with electrical leads. One of the terminals of the LED is connected to the terminal of the ballast resistor, and the other terminal of the latter passes through the central hole of the dielectric part of the base and forms the end electrode of the LED lamp. A semiconductor diode is connected with one terminal of the LED and the other with the metal part of the cap, forming another electrode of the LED lamp. The other terminal of the LED is connected to the terminal of the rectifier semiconductor diode, and the other terminal of the latter is connected to the metal part of the base, forming another electrode of the LED lamp. A disadvantage of the design of the known LED lamp is that it removes heat into the surrounding space is extremely difficult. Therefore, in the case of using LEDs with increased luminance, they will overheat with heat generated by the electroluminescent semiconductor crystal to a temperature exceeding the permissible operating value, which at least significantly reduces its reliability and shortens the guaranteed life of the LED lamp.

Известна также светодиодная лампа (см. патент RU 2231170 С2, 20.06.2004 г.) включающая светодиод, один из электрических контактов которого связан с металлическим цоколем, образующим один ее электрод, а другой - с ее торцевым электродом цоколя, диэлектрическую втулку, закрепленную на торце цоколя, балластный резистор. При этом светодиод и его электрические выводы входят в цоколь до плоскости крепления полупроводникового излучающего элемента. Кроме этого, электрическая связь одного из электрических выводов светодиода с электродом лампы осуществляется по внутренней металлической поверхности цоколя, а его свободный объем заполнен теплопроводной цокольной мастикой. Конструкция известной Also known is a LED lamp (see patent RU 2231170 C2, 06/20/2004) including an LED, one of the electrical contacts of which is connected to a metal base that forms one of its electrodes, and the other to its end electrode of the base, a dielectric sleeve mounted on end of the base, ballast resistor. In this case, the LED and its electrical terminals enter the base to the plane of attachment of the semiconductor emitting element. In addition, the electrical connection of one of the electrical terminals of the LED with the electrode of the lamp is carried out on the inner metal surface of the cap, and its free volume is filled with heat-conducting socle mastic. Famous design

светодиодной лампы также не обеспечивает возможность эффективного отвода тепла в окружающую среду, что не позволяет использовать в ней современные сверхяркие светодиоды с улучшенными характеристиками.The LED lamp also does not provide the ability to efficiently remove heat into the environment, which does not allow the use of modern ultra-bright LEDs with improved characteristics.

В качестве прототипа выбрана известная конструкция светодиодной лампы (см. патент США №4,727,289; 23.02.1988 г.), содержащая стеклянный баллон, внутри которого имеется цепь из последовательно соединенных единичных светодиодов, используемых в качестве источников света, и балластного резистора.As a prototype, the well-known design of an LED lamp (see US patent No. 4.727.289; 02.23.1988) containing a glass bottle inside which there is a chain of single-connected LEDs used as light sources and a ballast resistor is selected as a prototype.

В известной конструкции светодиодной лампы также отсутствует возможность эффективного отвода тепла в окружающую среду, поэтому возможность использования в ней сверхярких светодиодов крайне ограничена из-за возможного нарушения их теплового режима, а это отрицательно влияет на надежность и работоспособность известной светодиодной лампы.In the known design of the LED lamp there is also no possibility of efficient heat removal to the environment, therefore the possibility of using superbright LEDs in it is extremely limited due to the possible violation of their thermal regime, and this negatively affects the reliability and performance of the known LED lamp.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устранение недостатков, отмеченных как у прототипа, так и у аналога, т.е. обеспечение высокой надежности и долговременности работы светодиодного источника света за счет повышения эффективности отвода в окружающую среду тепловой энергии, выделяемой светодиодами при пропускании через них предельно допустимого рабочего тока. Указанный выше технический результат достигается за счет нового конструктивного выполнения светодиодного источника света, позволяющего существенно повысить эффективность отвода выделяемого светодиодами тепла напрямую в окружающее светодиодный источник света пространство.The technical result of the proposed utility model is to eliminate the disadvantages noted both in the prototype and in the analogue, i.e. ensuring high reliability and long-term operation of the LED light source by increasing the efficiency of the removal of the thermal energy emitted by the LEDs into the environment when the maximum permissible operating current is passed through them. The above technical result is achieved due to the new design of the LED light source, which can significantly increase the efficiency of removal of heat generated by the LEDs directly into the space surrounding the LED light source.

Заявленный источник света содержит теплопроводящий корпус с окном из светопрозрачного материала. На внутренней поверхности корпуса напротив окна из светопрозрачного материала выполнено посадочное место в виде ровной площадки. Используемые единичные светодиоды своими плоскими основаниями, имеющими теплоотводящие площадки и контактные площадки для подключения к источнику питания, поджаты к поверхности посадочного места на корпусе источника света через теплопроводящую электроизоляционную прокладку.The claimed light source contains a heat-conducting body with a window of translucent material. On the inner surface of the housing opposite the window of translucent material, a seat is made in the form of a flat area. The single LEDs used, with their flat bases, having heat sink pads and contact pads for connecting to a power source, are pressed to the surface of the seat on the light source body through a heat-conducting electrical insulation strip.

В случае необходимости дальнейшего повышения эффективности отвода тепла в окружающую среду, наружную поверхность корпуса источника света или часть этой поверхности выполняют ребристой.If it is necessary to further increase the efficiency of heat removal to the environment, the outer surface of the body of the light source or part of this surface is ribbed.

Дальнейшему увеличению эффективности отвода тепла в окружающую среду, также будет способствовать выполнение на поверхности прокладки, прилегающей к A further increase in the efficiency of heat removal to the environment will also be facilitated by the implementation on the surface of the gasket adjacent to

плоским основаниям светодиодов, теплопроводящих металлических площадок, совпадающих по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками и контактными площадками светодиодов.flat bases of LEDs, heat-conducting metal pads, matching in shape and size with the corresponding heat-removing pads and contact pads of LEDs.

Наряду с этим, увеличению эффективности отвода тепла также способствует вариант выполнения прокладки, согласно которого на одной ее рабочей поверхности будут выполнены площадки из листового теплоотводящего материала, совпадающие по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками и контактными площадками на плоском основании прилегающих к ним светодиодов, а на противоположной ее рабочей поверхности - жестко скрепленное с ней, основание в виде пластины из теплопроводящего материала.Along with this, the option of laying is also contributing to an increase in the efficiency of heat removal, according to which on one of its working surfaces there will be pads made of sheet heat-releasing material matching in shape and size with the corresponding heat-removing pads and contact pads on the flat base of the adjacent LEDs, and on the opposite working surface there is a base rigidly bonded to it in the form of a plate of heat-conducting material.

На фиг.1 изображен один из возможных вариантов выполнения светодиодного источника света, в котором теплопроводящая электроизолирующая прокладка 11 непосредственно контактирует одной своей рабочей поверхностью с посадочным местом 12 на внутренней поверхности корпуса 1 источника света, а другой - с плоскими основаниями единичных светодиодов 3, 4.Figure 1 shows one of the possible embodiments of the LED light source, in which the heat-conducting electrically insulating strip 11 directly contacts one of its working surface with a seat 12 on the inner surface of the housing 1 of the light source, and the other with the flat bases of single LEDs 3, 4.

На фиг.2 изображен вариант источника света, у которого прокладка 11 содержит на своей рабочей поверхности, прилегающей к основаниям светодиодов 3, 4, площадки 14 из листового теплопроводящего материала, совпадающие по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками 5, 6 и контактными 7, 8, 9, 10 площадками на основаниях светодиодов 3, 4.Figure 2 shows a variant of the light source, in which the gasket 11 contains on its working surface adjacent to the bases of the LEDs 3, 4, pads 14 of sheet heat-conducting material, matching in shape and size with the corresponding heat-removing pads 5, 6 and contact 7, 8, 9, 10 pads on the bases of LEDs 3, 4.

На фиг.3 изображен возможный вариант источника света, у которого прокладка 11 содержит, закрепленные на одной из ее рабочих поверхностей, площадки 14 из листового теплопроводящего материала, а на противоположной - основание 15 в виде пластины из теплопроводящего материала.Figure 3 shows a possible version of the light source, in which the gasket 11 contains, mounted on one of its working surfaces, a platform 14 of sheet heat-conducting material, and on the opposite - the base 15 in the form of a plate of heat-conducting material.

Изображенные на фиг.1, 2 и 3 конструктивные варианты светодиодного источника света, содержат корпус 1 с окном из светопрозрачного материала 2. На внутренней поверхности корпуса 1 напротив окна 2 выполнено в виде ровной площадки посадочное место 12. К посадочному месту 12 через прокладку 11 поджаты единичные светодиоды 3, 4 с плоскими основаниями, на которых размещены теплоотводящие площадки 5, 6 и контактные площадки 7, 8, 9, 10 для подключения к источнику питания. Часть наружной поверхности корпуса 1 имеет ребра 13.Design variants of an LED light source shown in FIGS. 1, 2, and 3 comprise a housing 1 with a window of translucent material 2. On the inner surface of the housing 1 opposite the window 2, a seat 12 is made in the form of a flat platform. single LEDs 3, 4 with flat bases, on which heat-removing pads 5, 6 and contact pads 7, 8, 9, 10 are placed for connection to a power source. Part of the outer surface of the housing 1 has ribs 13.

На фиг.2 прокладка 11 содержит, закрепленные на ее поверхности, прилегающей к основаниям светодиодов 3, 4, площадки 14 из листового теплопроводящего материала.In figure 2, the gasket 11 contains, mounted on its surface adjacent to the bases of the LEDs 3, 4, the platform 14 of sheet heat-conducting material.

Площадки 14 по форме и размерам совпадают и плотно контактируют с соответствующими теплоотводящими 5, 6 и контактными 7, 8, 9, 10 площадками на основании светодиодов 3, 4.The pads 14 are identical in shape and size and tightly contact with the corresponding heat sinks 5, 6 and contact 7, 8, 9, 10 pads based on the LEDs 3, 4.

На фиг.3 прокладка 11 имеет на одной из рабочих поверхностей площадки 14 из листового теплопроводящего материала, прилегающие к соответствующим площадкам 5, 6, 7, 8, 9, 10 на основаниях светодиодов 3, 4, а на противоположной рабочей поверхности прокладки 11 - жестко закрепленное на ней основание 15 в виде пластины из теплопроводящего материала. Как один из возможных вариантов выполнения прокладки 11 на фиг.3 она может быть выполнена в виде алюминиевой пластины 15, на одну из поверхностей которой нанесен тонкий слой изоляции в виде пленки 11, а на свободной поверхности этого слоя изоляции в виде пленки 11 закреплены площадки 14 из листового теплопроводящего материала, соответствующие по форме и размерам площадкам 5, 6, 7, 8, 9, 10, расположенных на основаниях светодиодов 3, 4.In figure 3, the gasket 11 has on one of the working surfaces of the platform 14 of sheet heat-conducting material adjacent to the corresponding platforms 5, 6, 7, 8, 9, 10 on the bases of the LEDs 3, 4, and on the opposite working surface of the gasket 11 is rigidly fixed on it base 15 in the form of a plate of heat-conducting material. As one of the possible embodiments of the gasket 11 in figure 3, it can be made in the form of an aluminum plate 15, on one of the surfaces of which a thin layer of insulation is applied in the form of a film 11, and pads 14 are fixed on the free surface of this insulation layer in the form of a film 11 from sheet heat-conducting material, corresponding in shape and size to pads 5, 6, 7, 8, 9, 10 located on the bases of LEDs 3, 4.

Основное функциональное назначение прокладки 11 является создание условий, при которых выделяемая светодиодами 3, 4 тепловая энергия перераспределяется в пользу той части тепла, которая излучается за пределы корпуса 1 источника света и соответственно в меньшей степени в пользу той части тепла, которая поглощается внутри корпуса 1 источника света. Уменьшение доли тепловой энергии, поглощаемой внутри самого источника света и соответственно увеличение на такую же величину тепла, выделяемого за его пределы, положительно влияет как на надежность, так и на долговременность работы светодиодного источника света.The main functional purpose of the strip 11 is to create conditions under which the thermal energy released by LEDs 3, 4 is redistributed in favor of that part of the heat that is radiated outside the body 1 of the light source and, accordingly, to a lesser extent in favor of that part of the heat that is absorbed inside the body of the source 1 Sveta. A decrease in the fraction of thermal energy absorbed inside the light source itself and, accordingly, an increase by the same amount of heat released outside it, positively affects both the reliability and the long-term operation of the LED light source.

При пропускании рабочего тока через светодиоды 3, 4, выделяемое ими тепло в большей степени поглощается их основаниями и преимущественно через теплоотводящие площадки 5, 6, а также контактные площадки 7, 8, 9, 10 передается на соответствующие площадки 14, закрепленные на поверхности прокладки 11 и плотно поджатые к основаниям светодиодов 3, 4. Далее тепловая энергия передается через прокладку 11 к основанию 15 в виде пластины, а затем корпусу 1 с ребрами 13 на внешней его поверхности. В свою очередь корпус 1 с ребрами 13 передает тепловую энергию в окружающее пространство.When the working current is passed through the LEDs 3, 4, the heat generated by them is absorbed to a greater extent by their bases and mainly through the heat-removing pads 5, 6, as well as the contact pads 7, 8, 9, 10 are transferred to the corresponding pads 14, mounted on the surface of the strip 11 and tightly pressed to the bases of the LEDs 3, 4. Next, thermal energy is transmitted through the gasket 11 to the base 15 in the form of a plate, and then to the housing 1 with ribs 13 on its outer surface. In turn, the housing 1 with the ribs 13 transfers thermal energy to the surrounding space.

Наличие теплопроводящего основания 15 позволяет существенно уменьшить толщину прокладки 11 до минимально допустимых значений и тем самым существенно уменьшить тепловое сопротивление основного канала передачи тепла на участке от теплопроводящих площадок 14 к основанию 15 в виде теплопроводящей пластины.The presence of a heat-conducting base 15 can significantly reduce the thickness of the strip 11 to the minimum acceptable values and thereby significantly reduce the thermal resistance of the main heat transfer channel in the area from the heat-conducting pads 14 to the base 15 in the form of a heat-conducting plate.

Площадки 14 из листового теплопроводящего материала также позволяют существенно уменьшить тепловое сопротивление при передаче тепла от оснований светодиодов 3, 4 через теплоотводящие площадки 5, 6 и контактные площадки 7, 8, 9, 10 к прокладке 11.The pads 14 of sheet heat-conducting material can also significantly reduce thermal resistance when transferring heat from the bases of the LEDs 3, 4 through the heat sink pads 5, 6 and the contact pads 7, 8, 9, 10 to the gasket 11.

Кроме этого в предлагаемой конструкции элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14, 15 технологически возможно и целесообразно выполнить в виде единого узла, что позволит уменьшить затраты как на изготовление, так и эксплуатацию светодиодного источника света.In addition, in the proposed design, elements 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14, 15 are technologically feasible and advisable to perform as a single unit, which will reduce the cost of both manufacturing and operation of the LED source Sveta.

Claims

1. An LED light source comprising a housing with a window of translucent material and single LEDs placed therein having a flat base with heat sinks and contact pads for connecting to a power source, wherein the light source housing is made of heat-conducting material, and on its inner surface opposite the window of translucent material, a seat is made in the form of a flat platform, to which they are pressed with their flat bases through a heat-conducting electrical insulation laying LEDs.

2. The LED light source according to claim 1, characterized in that on the surface of the heat-conducting electrical insulating strip adjacent to the flat bases of the LEDs, pads of heat-conducting sheet material are fixed, matching in shape and size with the corresponding heat-removing pads and contact pads on the basis of the LEDs and tightly in contact with them.

3. The LED light source according to claims 1 and 2, characterized in that the heat-conducting electrical insulation strip with pads fixed from one of its sides from heat-conducting sheet material contains a base in the form of a plate of heat-conducting material fixed to its other side.

4. The LED light source according to claim 1, characterized in that the outer surface of the housing of the light source or part of this surface is ribbed.