ЛАМПА НА МОЩНЫХ СВЕТОДИОДАХ Российский патент 2009 года по МПК F21S8/00 

Предлагаемое изобретение относится к светотехнике, в частности к источникам оптического излучения - лампам на полупроводниковых излучающих светодиодах, генерирующих излучение красного, желтого, зеленого, синего, белого цвета, ближнего ИК-излучения или смешанных цветов.

Лампы предназначены для применения в светосигнальных приборах, например в заградительных огнях, во взрывозащищенных и осветительных приборах, светомаяках, в огнях световой маркировки аэродромов и вертолетных площадок, в огнях скрытой сигнализации.

Известна лампа /1/ на светоизлучающих диодах, содержащая равноудаленные от ее продольной оси группы светодиодов, установленных на гранях полого выпуклого многогранника с ориентацией оптических осей светодиодов в пространстве большей части сфер. Многогранник не только ориентирует оптические оси светодиодов в пространстве, но выполняет также функции радиатора для кондуктивного отвода тепла от светодиодов в окружающее пространство.

Недостатки аналога вызваны сложностью конструкции и технологии изготовления многогранника лампы, требующей дорогостоящей оснастки, неудобством монтажа средств токоподвода в производстве.

Известна компактная лампа на светодиодах /2/, содержащая плоские электроизоляционные платы различного диаметра круглой или многоугольной формы с распаянными на них группами светодиодов с токоведущими выводами, центральный стержень, удерживающий эти платы параллельно между собой, преобразователь питающей сети и средства токоподвода. Светодиоды установлены с механически фиксированными выводами на платах с заданной пространственной ориентацией.

Недостатки прототипа обусловлены неудовлетворительными условиями теплоотвода от каждого светодиода, что затрудняет применение в лампах светодиодов увеличенной мощности, требующих компоновки с радиаторами охлаждения, а для получения увеличенного светового потока и заданного светораспределения требуется большое количество светодиодов.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение тепловых и светотехнических параметров лампы на мощных светодиодах при одновременном упрощении конструкции и повышении ее компактности.

Поставленная цель достигается тем, что в лампе на мощных светодиодах, содержащей одну, две или большее количество плоских пластин круглой или многоугольной формы, по меньшей мере один стягивающий элемент, удерживающий эти пластины на удалении и параллельно между собой, группы светодиодов с токоведущими выводами, установленные на пластинах с выбранной ориентацией оптических осей в пространстве, электронный преобразователь питающей сети, а также средства токоподвода и крепления лампы на объекте, по крайней мере часть светодиодов смонтирована на индивидуальных радиаторах, выполненных в виде изогнутых под выбранными углами плоских лепестков из теплопроводного материала, располагаемых с зазором между собой и с заданной ориентацией в пространстве, механически удерживаемых на плоских пластинах и находящихся в тепловом контакте с ними, причем каждый светодиод установлен в тепловом контакте на соответствующем лепестке - индивидуальном радиаторе или на пластине с оптической осью, перпендикулярной плоскости его монтажа.

Цель достигается также тем, что по крайней мере одна верхняя, две или большее количество последующих нижних плоских пластин изготовлены из теплопроводного материала, например из алюминиевого сплава, и имеют на периферии радиальные прорези, образующие лепестки-радиаторы преимущественно трапециевидной или прямоугольной формы, изогнутые под выбранным углом к продольной оси лампы.

Поставленная задача решается и тем, что одна, две или большее количество плоских пластин изготовлены из электроизоляционного материала, например из стеклотекстолита, и на них по периметру установлены и закреплены лепестки-радиаторы из теплопроводного материала, изогнутые под выбранными углами к продольной оси лампы, на которых смонтированы в тепловом контакте мощные светодиоды.

Достижению результата способствует и то, что лепестки-радиаторы с установленными на них светодиодами в выбранных направлениях, например в диаметрально противоположных направлениях, в горизонтальной плоскости изогнуты под углами к продольной оси лампы, отличающимися от ориентации подобных лепестков со светодиодами по другим направлениям.

Результат достигается и тем, что верхняя плоская пластина и лепестки-радиаторы выполнены в виде печатных плат на алюминиевой основе с собранными на них кластерам из последовательно подключенных светодиодов.

Цель достигается и тем, что по крайней мере одна, преимущественно нижняя, плоская пластина выполнена в виде электроизоляционной печатной платы, на которой распаяны токоведущие выводы светодиодов.

Решению поставленной задачи способствует также то, что плоская пластина в виде печатной платы с распаянными на ней выводами светодиодов сопряжена с камерой, в которой собран электронный преобразователь со средствами токоподвода, а на наружной части камеры установлены средства крепления лампы на объекте.

Еще одним средством достижения поставленной задачи является то, что арматура лампы с плоскими платами с лепестками-радиаторами и светодиодами заключена в оптически прозрачную колбу, заполненную теплопроводным газом, например ксеноном, с атмосферным давлением при нормальной температуре.

Достижению цели способствует и то, что камера с электронным преобразователем сопряжена и подключена к стандартному цоколю, например, типа Е27 или Gy9,5.

Предпочтительные варианты исполнения устройства согласно изобретению показаны на чертежах.

Фиг.1. Лампа на мощных светодиодах, установленных на лепестках-радиаторах и на верхней пластине, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.2. Лампа на мощных светодиодах, установленных на лепестках-радиаторах с токоведущими выводами, распаянными на печатных платах, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.3. То же, что и на фиг.2, вид сверху.

Фиг.4. Лампа на мощных светодиодах со стандартным цоколем и с асимметричным светораспределением, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.5. То же, что и на фиг.4, вид сверху.

Показанная на фиг.1 лампа на мощных светодиодах содержит параллельно установленные верхнюю плоскую пластину 1 и последующие плоские пластины 2 и 3, изготовленные из теплопроводного материала, например из алюминиевого сплава, круглой или многоугольной формы, в частности в форме шестиугольников с выполненными на периферии радиальными прорезями, образующими плоские лепестки 4, изогнутые по линиям изгиба под выбранными углами, преимущественно от 10° до 80° к продольной оси ZZ лампы. Для улучшения конвективного теплообмена в лампе плоские лепестки 4 после изгиба на пластине располагают с зазором 5 между собой и с заданной ориентацией в пространстве, т.е. с выбранным углом наклона к продольной оси ZZ лампы в зависимости от утла рассеяний 2θ_0,5 силы света монтируемого на лепестке светодиода 6. Таким образом, лепестки 4, являясь единым целым с плоскими пластинами 1, 2 и 3, за счет упругих свойств механически удерживаются и находятся в тепловом контакте с ними.

Каждый плоский лепесток 4 имеет форму трапеции или прямоугольника /может иметь и другую форму, например в виде сегмента круга/ и выполняет функцию индивидуального радиатора охлаждения и несущего элемента для установленного на нем в тепловом контакте мощного светодиода 6 /преимущественно мощностью 0,6÷4,0 Вт/ с углом рассеяния на уровне 0,5 от амплитудного значения силы света, составляющим 2θ_0,5=60°÷120° в вертикальной и 360° в горизонтальной плоскостях.

На верхней плоской пластине 1 аналогично смонтированы один или большее количество мощных светодиодов 7. В последнем случае пластина 1 выполняет функцию группового радиатора охлаждения светодиодов.

Оптические оси ОО каждого светодиода 6 и 7 перпендикулярны плоскости монтажа, т.е. плоскости каждого лепестка-радиатора 4 или плоскости пластины 1 соответственно.

Пластины 1, 2, 3 с лепестками-радиаторами 4 и светодиодами 6 и 7 образуют три каскада лампы /возможно выполнение лампы с одним, например, верхним каскадом/. Каскады лампы сопрягаются между собой и с дополнительной нижней плоской пластиной 8 через электроизоляционные проставки /трубки/ 9 и механически соединяются по меньшей мере при помощи одного стягивающего элемента 10 в виде шпильки или болта.

Верхняя плоская пластина 1 и лепестки-радиаторы 4 могут быть выполнены в виде печатных плат на алюминиевой основе с собранными на них кластерами из последовательно подключенных между собой светодиодов 7 /или светодиодов 32 и 33 на фиг.5/.

Нижняя плоская пластина 8 выполнена в виде электроизоляционной, например из стеклотекстолита, преимущественно печатной платы.

Светодиоды 6 и 7 подключены между собой последовательно или параллельно-последовательными цепочкам при помощи жгутов - многожильных токоведущих кабелей 11, проходящих через отверстия в пластинах 2 и 3. Концы кабелей распаяны на нижней пластине - печатной плате 8.

На тыльной стороне платы 8 распаяны также стабилитроны 12, шунтирующие светодиоды 6 и 7 /или группы светодиодов/, обеспечивающие функционирование лампы при выходе из строя одного или нескольких светодиодов при ее эксплуатации.

Печатная плата 8 с распаянными на ней жгутами кабелей 11 или выводами светодиодов /см. фиг.2 и 4/ и стабилитронами 12 сопряжена с камерой 13, в которой собран электронный преобразователь 14 питающей сети со средствами токоподвода 15 или драйвер. Преобразователь 14 может быть изготовлен с электронными элементами, залитыми электроизоляционным теплопроводящим компаундом в виде моноблока /см. фит.1/.

На наружной части /на донышке/ камеры 13 установлены средства крепления 16 лампы на объекте, например в световом приборе.

В варианте исполнения, показанном на фиг.2 и 3, лампа на мощных светодиодах содержит одну плоскую пластину 17 из теплопроводного материала в форме квадрата и две плоские пластины 18 и 19 из электроизоляционного материала в виде восьмиугольных печатных плат. Пластины 17, 18 и 19 стянуты между собой через цилиндрические проставки центральным элементом 20.

В пластине 17 на периферии выполнены радиальные прорези-зазоры 21 /см. фиг.3 /, формирующие по линиям изгиба 22 /сторонам квадрата/ лепестки - индивидуальные радиаторы 23 охлаждения мощных светодиодов 24, которые установлены на них в тепловом контакте и с оптическими осями О'О', перпендикулярными плоскости монтажа.

Указанные лепестки-радиаторы со светодиодами образуют верхний каскад лампы.

Нижний каскад лампы образован лепестками-радиаторами 25 со светодиодами, причем каждый лепесток-радиатор подвешен с образованием зазоров 26 между ними на плоской электроизоляционной плате 18 по периметру, механически закреплен на ней заклепкой 27 /или приклеен/ и упирается свободным концом в поверхность плоской пластины - печатной платы 19.

Токоведущие выводы 28 светодиодов 24 распаяны на печатных платах 18 и 19 с подключением к электронному преобразователю, собранному совместно с шунтирующими светодиоды стабилитронами в цокольной камере 29.

Еще один вариант исполнения лампы на мощных светодиодах /фиг.4 и 5/ предусматривает выполнение верхнего и/или нижнего каскада лампы с лепестками - индивидуальными радиаторами 30 и 31 с установленными на них светодиодами 32 и 33 таким образом, что упомянутые лепестки-радиаторы в выбранных направлениях, например в диаметрально противоположных направлениях, в горизонтальной плоскости ориентированы к продольной оси лампы Z'Z' и центрального стягивающего элемента под вертикальными углами, отличающимися от ориентации подобных лепестков 30' и 31' со светодиодами по другим направлениям.

Кроме того, по выбранным направлениям, например, на лепестки-радиаторы 30 и 31 могут быть установлены по два или большее количество последовательно подключенных между собой светодиодов 32 и 33 в виде кластеров с параллельными оптическими осями, обеспечивая увеличение силы света лампы в этих направлениях.

Посколько оптические оси светодиодов ОО и О'О' перпендикулярны плоскости лепестков-радиаторов, установленных на любом каскаде лампы, то изменение положения в пространстве какой-то части этих лепестков в вертикальной плоскости приводит к изменению светораспределения лампы в этих направлениях, т.е. формируется асимметричное светораспределение.

Углы наклона лепестков-радиаторов, их количество, так же, как и количество установленных на них светодиодов, и их светотехнические параметры /сила света, двойной угол рассеяния силы света/ определяют светораспределение лампы.

Светодиоды механически крепят на пластины и лепестки-радиаторы подходящими компаундами, клеями, накидными хомутами или винтами /не показано/. Предусмотрено также использование кембриков для изоляции токоведущих выводов в зоне металлических держателей светодиодов - радиаторов охлаждения.

В лампах согласно изобретению предусмотрена возможность заключения ее арматуры с плоскими платами, с лепестками-радиаторами и светодиодами в оптически прозрачную колбу 34 /см. фиг.4/, которую целесообразно заполнить теплопроводным газом, выбранным преимущественно из группы инертных газов, например ксеноном или аргоном, с атмосферным давлением при нормальной температуре /300 K/.

Колба 34 при этом герметизирована компаундом или подходящей мастикой на дополнительном фланце 35. В камере 36 установлен электронный преобразователь лампы.

Кроме того, возможно сопряжение указанной камеры 36 со стандартным цоколем 37, например, типа Е27 или Gу9,5 и подключение его к электронному преобразователю.

Цоколь Gу9,5 применяется преимущественно в лампах аэродромных светосигнальных приборов.

Лампа последнего варианта исполнения /фиг.4 и 5/ рекомендована преимущественно для применения в огнях маркировки взлетно-посадочных полос аэродромов или вертолетных площадок и палубных систем взлета и посадки летательных аппаратов, где необходимо формирование максимума светораспределения в диаметрально противоположных направлениях без применения сложной отражательной или преломляющей оптики.

В разработанных лампах могут быть использованы отечественные мощные светодиоды НПЦ "ОПТЭЛ" /г.Москва/ либо мощные зарубежные светодиоды, например, типа LXK2-РЕ14ТОО, LХK2-РЕ14-ООО фирмы "PHILIPSP LUMILEDS LIGHTING Co." или ХР-Е7090 фирмы "GREE LIGHTING" и др.

Все варианты исполнения мощных ламп на светодиодах имеют существенно улучшенные теплофизические и светотехнические параметры, а также высокую компактность светящего тела.

Улучшение тепловых параметров достигается за счет повышения кондуктивного и конвективного теплообмена в лампе, использования индивидуальных разделенных зазорами радиаторов охлаждения светодиодов и комбинации их с групповыми радиаторами. Наличие вентиляционных зазоров между лепестками-радиаторами способствует улучшению конвективного теплообмена.

К преимуществам лампы следует добавить также более простое конструктивное исполнение ее арматуры и технологии производства.

1. Середа Н.И., Сысун В.В. Лампа на светоизлучающих диодах. Пат. РФ №2158876, кл. F21S 8/10. Публ.10.11.2000 г. Бюл. №21.

2. Сысун В.В. Компактная лампа на светодиодах. Пат. РФ №2245489. Публ. 27.01.2005 г. Бюл. №3. Кл. F21S 8/00.

Предложенная лампа относится к светотехнике, в частности к источникам оптического излучения - лампам на полупроводниковых излучающих светодиодах, генерирующих излучение красного, зеленого, желтого, синего, белого, ближнего ИК-излучения или смешанных цветов. Целью изобретения является улучшение тепловых и светотехнических параметров лампы на мощных светодиодах при одновременном упрощении конструкции и повышении ее компактности. Лампа содержит одну, две или большее количество плоских пластин круглой или многоугольной формы, установленных на стягивающем элементе на удалении и параллельно между собой, и группы светодиодов, смонтированных по одному или более в тепловом контакте на индивидуальных радиаторах, выполненных в виде изогнутых под выбранными углами плоских лепестков из теплопроводного материала, располагаемых с зазором между собой и с заданной ориентацией в пространстве. Лепестки-радиаторы изготовлены непосредственно на пластинах либо механически закреплены на них, а смонтированные на них светодиоды имеют оптические оси, перпендикулярные плоскости монтажа. Плоские пластины выполняют из теплопроводного металла или из электроизоляционного материала, в том числе в виде печатной платы с распаянными на ней токоведущими выводами светодиодов. Нижняя плоская пластина в виде печатной платы с распаянными на ней выводами светодиодов сопряжена с камерой для электронного преобразователя питающей сети, которая может быть подключена к стандартному цоколю, а арматура лампы со светодиодами заключена в оптически прозрачную колбу, заполненную теплопроводным газом. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Лампа на мощных светодиодах, содержащая одну, две или большее количество плоских пластин круглой или многоугольной формы, по меньшей мере один стягивающий элемент, удерживающий эти пластины на удалении и параллельно между собой, группы светодиодов с токоведущими выводами, установленные на пластинах с выбранной ориентацией оптических осей в пространстве, электронный преобразователь питающей сети, а также средства токоподвода и крепления лампы на объекте, отличающаяся тем, что по крайней мере часть светодиодов смонтирована на индивидуальных радиаторах, выполненных в виде изогнутых под выбранными углами плоских лепестков из теплопроводного материала, располагаемых с зазором между собой и с заданной ориентацией в пространстве, механически удерживаемых на плоских пластинах и находящихся в тепловом контакте с ними, причем каждый светодиод установлен в тепловом контакте на соответствующем лепестке - индивидуальном радиаторе или на пластине с оптической осью, перпендикулярной плоскости его монтажа.2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере одна верхняя, две или большее количество последующих нижних плоских пластин изготовлены из теплопроводного материала, например из алюминиевого сплава, и имеют на периферии радиальные прорези, образующие лепестки-радиаторы преимущественно трапециевидной или прямоугольной формы, изогнутые под выбранным углом к продольной оси лампы.3. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что одна, две или большее количество плоских пластин изготовлены из электроизоляционного материала, например из стеклотекстолита, и на них по периметру установлены лепестки-радиаторы из теплопроводного материала, изогнутые под выбранными углами к продольной оси лампы, на которых смонтированы в тепловом контакте мощные светодиоды.4. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что лепестки-радиаторы с установленными на них светодиодами в выбранных направлениях, например в диаметрально противоположных направлениях в горизонтальной плоскости, изогнуты под углами к продольной оси лампы, отличающимися от ориентации подобных лепестков со светодиодами по другим направлениям.5. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что на по крайней мере части лепестков-радиаторов устанавливают два или большее количество мощных светодиодов с параллельными оптическими осями.6. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что по крайней, мере одна, преимущественно нижняя плоская пластина, выполнена в виде электроизоляционной печатной платы, на которой распаяны токоведущие выводы светодиодов.7. Лампа по п.6, отличающаяся тем, что плоская пластина в виде печатной платы с распаянными на ней выводами светодиодов сопряжена с камерой, в которой собран электронный преобразователь со средствами токоподвода, а на наружной части камеры установлены средства крепления лампы на объекте.8. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что арматура лампы с плоскими платами, с лепестками-радиаторами и светодиодами заключена в оптически прозрачную колбу, заполненную теплопроводным газом, например ксеноном, с атмосферным давлением при нормальной температуре.9. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что камера с электронным преобразователем сопряжена и подключена к стандартному цоколю, например, типа Е27 или GY9,5.