ЛАМПА НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ Российский патент 2000 года по МПК F21S8/10 F21W101/06 F21W101/12 F21W111/06 F21W131/103 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к источникам света - лампам на светоизлучающих полупроводниковых диодах, генерирующим оптическое излучение красного, зеленого, желтого, синего цвета или смешанных цветов, предназначенным для применения в светосигнальных огнях кругового или направленного действия и световых приборах прожекторного типа.

Лампы на светоизлучающих диодах могут быть использованы в светосигнальных приборах в комбинации с элементами отражательной и преломляющей оптики, например в прожекторах, светофорах, заградительных огнях кругового обзора, светосигнальных устройствах для маркировки посадочных и рулежных дорожек вертодромов, аэродромов и т.п.

Известна лампа на светоизлучающих диодах [1], содержащая расположенные вдоль трубчатой колбы одну, две группы светоизлучающих диодов, установленных на протяженных панелях и подключенных к токоведующим элементам стандартного цоколя.

Недостатки лампы обусловлены линейной конфигурацией светящего тела, формируемого группой светоизлучающих диодов, что затрудняет использование ее в оптических системах с круглосимметричной отражательной и преломляющей оптикой, например в прожекторах, а также в светосигнальных огнях кругового обзора.

Известна лампа на светоизлучающих диодах [2], содержащая равноудаленные от ее продольной оси группы светоизлучающих диодов, установленных на периферии выполняющих функции держателя одинаковых дисков с осевыми отверстиями, образующими цилиндрическую конфигурацию светящего тела и подключенных к токоведущим элементам стандартного цоколя.

Недостатки прототипа вызваны неудовлетворительной конфигурацией светящего тела лампы, что не обеспечивает перераспределение светового потока вдоль оси и исключает возможность получения равномерного светораспределения в полусфере. Это делает невозможным эффективное согласование лампы с элементами отражательной и преломляющей оптики.

Целью предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков прототипа, расширение функциональных возможностей и улучшение светотехнических и тепловых параметров, в том числе повышение равномерности светораспределения лампы.

Поставленная цель достигается тем, что в лампе на светоизлучающих диодах, содержащей равноудаленные от продольной оси лампы группы светоизлучающих диодов, установленных на держателе и подключенных к токоведущим элементам цоколя, указанный держатель светоизлучающих диодов выполнен в виде полого выпуклого многогранника, вписанного в кривую поверхность по меньшей мере части шара, таким образом, что его грани перпендикулярны прямым, исходящим из единого светового центра, совпадающего с центром шара, причем на каждой грани многогранника установлен один или большее количество светоизлучающих диодов с оптическими осями, перпендикулярными этой грани, оптическая ось одного из светоизлучающих диодов проходит через указанный световой центр.

Поставленная цель достигается и тем, что полый выпуклый многогранник выполнен в виде совокупности сопряженных между собой основаниями полых правильно усеченных пирамид, вписанных в кривую поверхность шарового пояса.

Поставленная задача достигается также тем, что одно из оснований вписанной в шаровой пояс верхней правильно усеченной пирамиды выполнено в виде плоской платы с установленными на ней светоизлучающими диодами, оптические оси которых перпендикулярны указанной плате, а противоположное основание нижней правильно усеченной пирамиды, совпадающее с соответствующим ему основанием шарового пояса, механически закреплено на ножке с токоведущими элементами цоколя лампы.

Достижению результата способствует также то, что полый выпуклый многогранник выполнен разъемным, состоящим из совокупности коаксиально установленных полых многогранных колец, снабженных на каждой грани по меньшей мере одним сквозным прямоугольным пазом, сопрягаемым с основанием прилегающего к нему смежного многогранного кольца, причем стенки паза выполнены под углом, равным углу наклона установленных в них электрических выводов светоизлучающих диодов, оптические оси которых перпендикулярны соответствующим граням многогранных колец.

Достижению поставленной задачи способствует и то, что концы электрических выводов группы светоизлучающих диодов распаяны на параллельно установленных внутри полого выпуклого многогранника плоских кольцах различного диаметра, подключенных к токоведущим элементам цоколя лампы.

Поставленная цель достигается и тем, что держатель светоизлучающих диодов выполнен в виде усеченного плоскостью, перпендикулярной продольной оси лампы, полого правильного многогранника из группы додекаэдра или икосаэдра, вписанного в часть шара, с установленными на их гранях светоизлучающими диодами, причем усеченное плоскостью основание указанного икосаэдра или додекаэдра механически закреплено на ножке с токоведущими элементами цоколя лампы.

В одном из вариантов исполнения технический результат достигается также тем, что концы электрических выводов группы светоизлучающих диодов распаяны методом печатного монтажа на коаксиально установленных внутри полого выпуклого многогранника изогнутых в цилиндры обечайках из фольгированного диэлектрика различного диаметра, подключенных к токоведущим элементам цоколя лампы.

Наиболее предпочтительные варианты исполнения устройств согласно предлагаемому изобретению показаны на чертежах.

Фиг. 1. Лампа на светоизлучающих диодах с разъемным держателем в виде полого выпуклого многогранника с плоской платой, вписанного в шаровой пояс, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг. 2. То же, что и на фиг. 1, сечение А-А.

Фиг. 3. Съемное кольцо с распаянными концами электрических выводов группы светоизлучающих диодов.

Фиг. 4. Лампа на светоизлучающих диодах с держателем в форме полого икосаэдра, вид сбоку, частично разрезан.

Фиг. 5. То же, что и на фиг. 4, сечение А-А.

Фиг. 6. Съемная цилиндрическая обечайка с распаянными концами электрических выводов светоизлучающих диодов.

Фиг.7. Оптическая схема лампы с несколькими светодиодами на каждой грани выпуклого многогранника (ход лучей показан стрелками для каждого светоизлучающего диода).

Фиг. 8. Лампа на светоизлучающих диодах с держателем в форме полого додекаэдра, вид сбоку.

Показанный на фиг. 1, 2 и 3 первый вариант лампы на светоизлучающих диодах содержит равноудаленные от продольной оси лампы zz' группы светоизлучающих диодов 1 и 2, установленные на составном держателе, выполненном в виде полого выпуклого многогранника 3, вписанного в кривую поверхность по меньшей мере части шара 4 (показан пунктиром на фиг. 1), в частности в кривую поверхность шарового пояса, ограниченного верхним основанием, с которым совмещена верхняя грань - плоская плата 5, и нижним основанием, совпадающим с линией разъема 6 указанного многогранника с бортиком ножки 7 лампы.

Боковые грани 8 и верхняя грань 5 (плоская плата) полого выпуклого многогранника 3 перпендикулярны прямым, исходящим из единого светового центра О лампы, совпадающего с центром шара 4. При этом на каждой боковой грани 8 и грани 5 полого многогранника 3 установлены в тепловом контакте с гранями один и большее количество светоизлучающих диодов 1 и 2 соответственно с оптическими осями, например, OO₁, O₂F₂, O₃F₃ (см. фиг. 7), перпендикулярными соответствующим граням, причем оптическая ось одного из светоизлучающих диодов, в частности ось OO₁ или OO'₁ проходит через единый световой центр O лампы.

Полый выпуклый многогранник 3 выполнен в виде совокупности сопряженных между собой основаниями 9 полых правильно усеченных пирамид 10, 11, 12 и 13, вписанных в кривую поверхность вышеуказанного шарового пояса.

На верхнем основании правильно усеченной пирамиды 13, совмещенном с основанием шарового пояса, представляющем собой плоскую плату 5, светоизлучающие диоды 2 установлены равноудаленными от продольной оси zz' по концентрическим окружностям с оптическими осями, перпендикулярными указанной плате. При этом в центре платы 5 установлен светоизлучающий диод, оптическая ось которого проходит через световой центр O лампы.

Нижнее основание правильно усеченной пирамиды 10, совпадающее с основанием шарового пояса, механически закреплено на бортике ножки 7 с цоколем 14 лампы, в частности с международным цоколем типа Gy 9,5.

Представляющий собой совокупность правильно усеченных пирамид 10-13 полый выпуклый многогранник 3 выполнен разъемным по линиям 15, проходящим через центры граней 8, т.е. состоящим из совокупности коаксиально установленных полых многогранных колец (два кольца формируют одну крайнюю пирамиду 10 или 13 или две пирамиды 11 и 12, как это показано в сечении линиями разъема 16 на фиг. 1).

На каждой грани полых правильно усеченных пирамид по линии 15 разъема многогранных колец выполнен сквозной прямоугольный паз 17, сопрягаемый с основанием прилегающего к нему смежного многогранного кольца.

Стенки паза 17 изготовлены под углом, равным углу наклона установленных в них электрических выводов 18 (см. фиг. 2) светоизлучающих диодов, оптические оси которых перпендикулярны соответствующим граням многогранных колец и совпадают с указанным углом наклона выводов.

Концы электрических выводов 18 группы светоизлучающих диодов, располагаемых на гранях 8 каждой из усеченных пирамид 10-13 распаяны на параллельно установленных внутри полого выпуклого многогранника 3 плоских кольцах 19 (см. фиг. 2 и 3) различного диаметра в зависимости от размеров полых усеченных пирамид по линиям 15 разъема их составных частей.

Кольца 19 снабжены выступами 20 (см. фиг. 3) для крепления в пазах, выполненных в стенках усеченных пирамид (не показаны) по линиям 15 разъема их составных частей.

На кольцах 19 изготовлены токоведущие дорожки 21, подключающие выводы каждой группы светоизлучающих диодов между собой и с токоведущими элементами 22 плоской панели 23. Последняя смонтирована на боковой стенке ножки 7 и подключена к цоколю 14 лампы.

Центральным отверстием 24 кольца 19 установлены (нанизаны) на ножку 7 лампы таким образом, что токоведущие дорожки 21 каждого кольца 19 для соответствующей группы светоизлучающих диодов находятся в скользящем прижимном контакте с токоведущими элементами 22 плоской панели 23. На кольцах 19 могут быть смонтированы также балластные сопротивления и другие элементы схемы преобразователя (не показано), который может быть использован для питания лампы от промышленной сети.

Составные части пирамид 10-13, кольца 19 и плоская плата 5, совместно установленные на бортике ножки 7 лампы, стягиваются и механически закреплены на ней винтами 24a.

На фиг. 4, 5 и 6 показан второй вариант лампы на светоизлучающих диодах, у которой держатель выполнен в виде полого правильного многогранника, представляющего собой икосаэдр 25, вписанный в часть шара 26 (показан пунктиром), усеченное плоскостью основание 27 которого механически закреплено на трубчатой ножке 28.

В центре каждой грани 29 икосаэдра выполнены круглые отверстия, в которые плотной посадкой в тепловом контакте с гранями установлены светоизлучающие диоды 30 с изолированными электрическими выводами 31 (см. фиг. 5), например четырехкристальные мощные диоды фирмы ООО НПЦ "ОПТЕЛ" (Россия) типа У-266, у которых теплоотвод осуществляется преимущественно от боковых стенок корпуса.

Держатель в форме усеченного икосаэдра 25 изготавливают составным, например, по жирным линиям 32 из теплопроводного материала, например из алюминия или его сплавов, выполняющим одновременно функции радиатора, обеспечивающего эффективный теплоотвод от светоизлучающих диодов 30.

Каждая грань 29 икосаэдра перпендикулярна прямым, исходящим из единого светового центра лампы, совпадающего с центром шара 26, а оптические оси всех светоизлучающих диодов 30 перпендикулярны этим граням и совпадают с указанными прямыми.

Концы электрических выводов 31 группы светоизлучающих диодов 30 распаяны методом печатного монтажа на коаксиально установленных внутри полого выпуклого многогранника, в частности внутри икосаэдра 25, изогнутых в цилиндры обечайках 33 (см. фиг. 5 и 6) различного диаметра. Токоведущие дорожки на обечайках 33 подключены с токоведущими элементами, установленными внутри трубчатого держателя 28 (не показано) к стандартному цоколю 34 лампы, например к цоколю типа E14 или E27.

Еще один вариант исполнения лампы на светоизлучающих диодах (см. фиг. 8) предусматривает изготовление держателя в виде полого правильного многогранника, представляющего собой вписанный в часть шара додекаэдр 35, усеченное плоскостью основание 36 которого механически закреплено на ножке 37 лампы с международным цоколем 38 типа Pk 30 d, применяемым преимущественно в лампах для аэродромных светосигнальных огней.

На каждой пятиугольной грани 39 додекаэдра установлены в тепловом контакте с ней шесть светоизлучающих диодов 40, оптические оси которых перпендикулярны указанным граням 39. При этом оптическая ось каждого располагаемого в центре грани светоизлучающего диода 41 проходит через световой центр лампы (не показано).

Электрические выводы светоизлучающих диодов 40 и 41 подключены к цоколю 38 лампы аналогично тому, как это показано для первого (см. фиг. 2 и 3) или второго (см. фиг. 5 и 6) вариантов исполнения лампы.

Держатель в форме додекаэдра 35 изготавливают разъемным по жирной линии 42.

Описанные варианты исполнения ламп на светоизлучающих диодах функционируют как при последовательном подключении диодов, так и при параллельно-последовательном подключении цепочек диодов с балластными сопротивлениями (сопротивления могут быть распаяны внутри держателя) непосредственно к источнику постоянного тока либо к преобразователю промышленной сети (не показано).

При этом диоды 1, 2, 30, 40 и 41 генерируют световой поток красного, зеленого, желтого, синего или смешанных цветов в окружающее пространство с относительно ровным распределением силы света. Равномерность светораспределения определяется углом рассеяния выбранных светоизлучающих диодов, плотностью их размещения на держателе и типом выбранного держателя.

Первый вариант лампы, показанный на фиг. 1, предназначенный преимущественно для использования в оптических системах прожекторного типа, предусматривает применение светоизлучающих диодов с относительно малым углом рассеяния (2 θ_0,5 = 4 - 30^o).

Второй и третий варианты ламп на светоизлучающих диодах (фиг. 4 и 8) предусматривают использование светоизлучающих диодов с увеличенными углами рассеяния (2 θ_0,5 = 40 - 120^o).

Расположение на одной грани 5 (фиг. 1) или 39 (фиг. 8) увеличенного количества светоизлучающих диодов позволяет существенно увеличить силу света лампы по направлению оптической оси центрального диода, проходящей через световой центр лампы (см. фиг. 7), что становится важным при использовании светоизлучающих диодов с широкими углами рассеяния.

На оптической схеме (фиг. 7) показаны стрелками углы рассеяния светоизлучающих диодов 40 и 41 (2 θ_0,5 = 80^o), установленных на двух смежных гранях 39 додекаэдра 35. Пересечение стрелок иллюстрирует пересечение крайних лучей в угле рассеяния, т.е. наложения кривых светораспределения как диодов, располагаемых на одной грани, так и диодов, располагаемых на смежных гранях. Оптические оси F₁O₁, F₂O₂, F₃O₃ одной грани и аналогичные оси F'₁O'₁, F'₂O'₂, F'₃O'₃ смежной грани додекаэдра перпендикулярны указанным граням, а оптические оси центральных светоизлучающих диодов O₁F₁ и O'₁F'₁ проходят через световой центр лампы O.

Предложенные варианты конструкции ламп на светоизлучающих диодах существенно расширяют их функциональные возможности для получения почти кругового светораспределения.

Светотехнические параметры ламп улучшены за счет точной ориентации оптических осей диодов в пространстве и повышения при этом равномерности светораспределения, а также за счет полученной возможности увеличения силы света в требуемых направлениях.

Тепловые параметры ламп улучшены за счет обеспечения теплового контакта каждого корпуса светодиода с держателем по плоскости или по боковой поверхности при одновременном использовании держателей в качестве радиаторов охлаждения.

Литература
1. Патент США N 5463280, кл. H 05 В 37/02 (нац. кл. 315/187). Публ. 31.10.95 г.

2. Пат. Франции N 2714956, кл. F 21 Q 3/02. Публ. 13.07.95 г.

Изобретение предназначено для применения в светосигнальных огнях кругового или направленного действия, световых приборах прожекторного типа. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей излучения светотехнических и тепловых параметров и в том числе повышении равномерности светораспределения лампы. Лампа содержит равноудаленные от продольной оси группы светоизлучающих диодов, установленных на держателе, выполненном в виде полого выпуклого многогранника, вписанного в кривую поверхность части шара таким образом, что его боковые грани перпендикулярны прямым, исходящим из единого светового центра, совпадающего с центром шара. На каждой грани многогранника установлены один или большее количество светодиодов с оптическими осями, перпендикулярными этой грани, причем оптическая ось одного из светодиодов проходит через упомянутый световой центр. Выпуклый многогранник может быть выполнен в виде совокупности сопряженных между собой основаниями полых правильно усеченных пирамид, вписанных в кривую поверхность шарового пояса. При этом верхнее основание верхней усеченной пирамиды выполнено в виде плоской платы с установленными на ней светодиодами, а противоположное основание нижней пирамиды механически закреплено на ножке с токоведущими элементами цоколя лампы. Держатель светодиодов может быть выполнен также в форме полого икосаэдра или додекаэдра, вписанных в часть шара, с установленными на гранях светодиодами. Электрические выводы светодиодов распаивают на плоских кольцах различного диаметра или на свернутых в цилиндр обечайках, которые устанавливают внутри полого выпуклого многогранника - держателя светодиодов. 6 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Лампа на светоизлучающих диодах, содержащая равноудаленные от продольной оси лампы группы светоизлучающих диодов, установленные на держателе и подключенные к токоведущим элементам цоколя, отличающаяся тем, что держатель светоизлучающих диодов выполнен в виде полого выпуклого многогранника, вписанного в кривую поверхность по меньшей мере части шара таким образом, что его грани перпендикулярны прямым, исходящим из единого светового центра, совпадающего с центром шара, причем на каждой грани многогранника установлен один или большее количество светоизлучающих диодов с оптическими осями, перпендикулярными этой грани, и оптическая ось одного из светоизлучающих диодов проходит через указанный световой центр. 2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что полый выпуклый многогранник выполнен в виде совокупности сопряженных между собой основаниями полых правильно усеченных пирамид, вписанных в кривую поверхность шарового пояса. 3. Лампа по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что одно из оснований вписанной в шаровой пояс верхней правильно усеченной пирамиды выполнено в виде плоской платы с установленными на ней светоизлучающими диодами, оптически оси которых перпендикулярны указанной плате, а противоположное основание нижней правильно усеченной пирамиды, совпадающее с соответствующим ему основанием шарового пояса, механически закреплено на ножке с токоведущими элементами цоколя лампы. 4. Лампа по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что полый выпуклый многогранник выполнен разъемным, состоящим из совокупности коаксиально установленных полых многогранных колец, снабженных на каждой грани, по меньшей мере, одним сквозным прямоугольным пазом, сопрягаемым с основанием прилегающего к нему смежного многогранного кольца, причем стенки паза выполнены под углом, равным углу наклона установленных в них выводов светоизлучающих диодов, оптические оси которых перпендикулярны соответствующим граням многогранных колец. 5. Лампа по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что концы электрических выводов группы светоизлучающих диодов распаяны на параллельно установленных внутри полого выпуклого многогранника плоских кольцах различного диаметра, подключенных к токоведущим элементам цоколя лампы. 6. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что держатель светоизлучающих диодов выполнен в виде усеченного плоскостью, перпендикулярной продольной оси лампы, полого правильного многогранника из группы икосаэдра или додекаэдра, вписанного в часть шара, с установленными на их гранях светоизлучающими диодами, причем усеченное плоскостью основание указанного икосаэдра или додекаэдра механически закреплено на ножке с токоведущими элементами цоколя лампы. 7. Лампа по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что концы электрических выводов группы светоизлучающих диодов распаяны методом печатного монтажа на коаксиально установленных внутри полого выпуклого многогранника изогнутых в цилиндры обечайках различного диаметра, подключенных к токоведущим элементам цоколя лампы.