СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И УЗЕЛ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2012 года по МПК F21S15/00 

Область техники

Изобретение относится к светотехнике, а именно к осветительным устройствам для внутреннего и наружного общего освещения.

Уровень техники

Известен светоизлучающий прибор, содержащий печатную плату и размещенный на ней источник светового излучения, снабженный рефлектором, который заполнен средой с заданными оптическими свойствами. Источник света и рефлектор образуют световой модуль. Упорядоченное размещение световых модулей на печатной плате создает протяженную светоизлучающую поверхность, предназначенную для подсветки ЖК-экранов (патент № US 6443597, МКИ G09F 9/33, опубликован 03.09.2002, заявитель SONY CORP.).

Известное устройство не предназначено для общего освещения, поэтому включает в свою конструкцию маломощные источники светового излучения. Использование известного решения для целей общего освещения потребует применения мощных источников света, выделяющих в процессе работы значительное количество тепловой энергии, отвод которой является самостоятельной технической проблемой, не решаемой в рамках указанного патента. Наличие оптической среды, затрудняющей рассеяние тепла, выделяемого источником излучения, с одной стороны, и отсутствие дополнительных средств отвода тепла со стороны печатной платы делает известное решение не пригодным для целей изобретения. Кроме того, назначение известного решения предопределяет отсутствие в его конструкции средств, повышающих устойчивость к различным воздействиям, таким как вибрация, удары, перепады температуры окружающей среды.

Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее металлическое основание; множество светодиодных модулей, размещенных на указанном основании; теплопроводный диэлектрический слой, расположенный между металлическим основанием и светодиодным модулем, частично выполняющий также функцию уменьшения влияния сил, вызванных несогласованностью теплового расширения материалов указанных модуля и основания; и средства соединения светодиодных модулей с источником питания. В случае значительного отличия коэффициентов теплового расширения материалов, один из вариантов известного устройства предусматривает размещение между светодиодным модулем и металлическим основанием дополнительной детали, предназначенной для уменьшения влияния сил линейного теплового расширения (патент ЕР 1965128, МКИ F21S 19/00, опубликован 03.09.2008, заявитель MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD).

Для обеспечения согласования электрических, термических и световых характеристик в известное устройство введены элементы, которые существенно усложняют его конструкцию и технологичность изготовления. Кроме того, жесткая связь светодиодов с металлическим основанием осветительного устройства способствует передаче на источники света механических нагрузок, возникающих при вибрациях или ударах, а наличие термоциклических нагрузок, источником которых являются светодиоды, способно значительно ослабить всю конструкцию.

Известна светодиодная осветительная система, содержащая жесткий корпус из теплопроводного материала; печатную плату, с размещенным на ней множеством светодиодов, каждый из которых закреплен компаундом на указанной печатной плате; средства коммутации светодиодов с источником электрического питания и средства фиксации печатной платы на указанном корпусе (патент ЕР 1987699, МКИ Н05В 33/00, опубликован 05.11.2008, заявитель LED SMART INC.).

Недостатком известного решения является размещение множества светодиодов на общей печатной плате, что предопределяет область применения данной конструкции. Данная конструкция является специальной и требует для новых областей применения изготовления печатной платы нового типоразмера. Другим недостатком известного решения является винтовое соединение печатной платы и корпуса. При использовании достаточно мощных светодиодов, выделяющих значительное количество тепла, циклическое термическое воздействие приведет к ослаблению крепления печатной платы. Кроме того, жесткая связь печатной платы с корпусом подвергает источники света резким механическим нагрузкам, возникающим при вибрациях и ударах.

Последний из описанных аналогов имеет наибольшее количество сходных признаков с изобретением и принят в качестве прототипа.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей изобретения является создание светодиодного осветительного устройства, снабженного модульным узлом источников излучения, способного к соединению с поверхностью панели светодиодного осветительного устройства различной конфигурации и приспособленного для работы в условиях значительных термических и механических нагрузок.

Техническим результатом изобретения является повышение технологичности конструкции, повышение устойчивости к механическим воздействиям, снижение трудоемкости изготовления, обеспечение эффективности охлаждения источника света.

Светодиодное осветительное устройство характеризуется следующей совокупностью признаков:

светодиодное осветительное устройство, содержащее панель, выполненную с возможностью закрепления на ней множества узлов источников излучения, каждый из которых содержит N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число, причем каждый узел источников излучения расположен на отдельной плате, снабженной средствами коммутации с источником электрического тока и средствами закрепления платы на панели, при этом каждая плата имеет, по меньшей мере, одно отверстие для размещения средства неразъемного закрепления платы, выполненного с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, с одной поверхностью платы.

В качестве дополнительных признаков, уточняющих и развивающих изобретение, необходимо указать следующее:

светоизлучающие элементы могут быть выполнены в виде светодиодов или кристаллов полупроводника с прямым электронным переходом;

средство соединения платы с панелью выполнено в виде неразъемного соединения, изготовленного из термореактивной пластмассы или эластомерного компаунда;

средство неразъемного соединения выполнено в виде единой детали, объединяющей панель и плату;

средство неразъемного соединения выполнено в виде эластичной единой детали, расположенной между панелью и платой и частично покрывающей вторую поверхность платы;

средство неразъемного соединения выполнено из диэлектрического теплопроводящего эластомерного компаунда;

панель светодиодного осветительного устройства выполнена из теплопроводящего материала, например из меди, алюминия или бронзы;

панель светодиодного осветительного устройства может иметь как плоскую поверхность, так и поверхность второго порядка;

панель светодиодного осветительного устройства имеет светоотражающую поверхность;

панель светодиодного осветительного устройства снабжена развитой теплообменной поверхностью, например может быть перфорированной или снабженной радиатором.

Узел источников излучения характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

узел источников излучения для светодиодного осветительного устройства, содержащий плату, на которой расположены N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число; средства коммутации для соединения с источником электрического тока и средства закрепления платы, выполненные с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, с одной поверхностью упомянутой платы и размещенные, по меньшей мере, в одном сквозном отверстии, выполненном в плате.

В качестве дополнительных признаков, уточняющих и развивающих второй из объектов изобретения, необходимо указать следующее:

центр масс платы может быть расположен внутри отверстия в пластине;

плата может содержать несколько отверстий для размещения средств коммутации и средств ее соединения с панелью;

светоизлучающие элементы могут быть выполнены в виде светодиодов или в виде кристаллов полупроводника с прямым электронным переходом;

средства коммутации светоизлучающих элементов могут быть выполнены на плате навесным монтажом и/или средствами сетевой топологии микросхем.

Перечень графических материалов

Изобретение характеризуется следующими графическими материалами:

на фиг.1 показано в плане изображение фрагмента панели светодиодного осветительного устройства с узлом источников излучения, содержащим два светоизлучающих элемента;

на фиг.2 показан фрагмент панели светодиодного осветительного устройства с узлом источников излучения, который содержит четыре светоизлучающих элемента;

на фиг.3 показано осевое сечение первого варианта соединения узла источников излучения с панелью светодиодного осветительного устройства, изображенного на фиг.2, включающего единую деталь из эластомерного компаунда;

на фиг.4 показано осевое сечение второго варианта соединения узла источников излучения с панелью светодиодного осветительного устройства, изображенного на фиг.2, включающего единую деталь из терморективного материала;

на фиг.5 показано осевое сечение третьего варианта соединения узла источников излучения с панелью светодиодного осветительного устройства, изображенного на фиг.2, включающего слой из эластомерного компаунда и единую деталь из термореактивного материала;

на фиг.6 показано изометрическое изображение фрагмента варианта соединения панели и узла источников света с одним светодиодом, включающего средство соединения из эластомерного компаунда;

на фиг.7 показано изометрическое изображение фрагмента варианта соединения панели и узла источников света с одним светодиодом, включающего средство соединения из термореактивного материала;

на фиг.8 показано изометрическое изображение фрагмента варианта соединения панели и узла источников света с одним светодиодом, включающего комбинированное средство соединения из термореактивного материала и эластомерного компаунда;

на фиг.9 показан вид круглой панели светодиодного осветительного устройства с множеством узлов источников излучения;

на фиг.10 показан вид сбоку светодиодного осветительного устройства, имеющего панель, снабженную радиатором охлаждения и множеством узлов источников излучения, соединенных с панелью посредством детали из термопластичного материала;

на фиг.11 показан в изометрии вид оптимального варианта выполнения прямоугольной панели для потолочного светильника.

Светодиодное осветительное устройство содержит панель 1, узел 2 источников излучения, включающий плату 3, по крайней мере, с одним отверстием 4, источники 5 излучения, средство 6 крепления платы 3 к панели 1.

Средство 6 выполнено из эластомерного компаунда в виде детали 6а (см. фиг.3), закрепленной силами адгезии на прилегающих поверхностях 1а панели 1, 3а и частично со стороны 3b пластины 3. Использование в качестве средства 6 материала, обладающего заданными эластичностью, высокой адгезией, диэлектрическими и теплопроводными свойствами, обеспечивает получение функционального, нежесткого, неразъемного соединения. Это позволяет существенно упростить конструкцию соединения узла 2 источников 5 излучения с панелью 1, снизить требования к степени согласования коэффициентов теплового линейного расширения, уменьшить влияние термических напряжений на соединяемые части конструкции. При этом существенно расширяются возможности выбора форм поверхности панели 1 как плоских, так и обладающих некоторой кривизной или их комбинации. Высокая степень прилегания детали 6а к смежным поверхностям 1а, 3а и 3b обеспечивает надежное отведение тепла от узла 2 источников 5 излучения практически независимо от перепада толщины слоя эластичного материала детали 6а между панелью 1 и пластиной 3. В то же время эластомерный материал представляет собой компаунд, включающий необходимые добавки, обеспечивающие высокую адгезию, диэлектрические и теплопроводящие свойства детали 6а.

В случае использования маломощных источников 5 излучения может быть использован более простой вариант соединения панели 1 и платы 3 узла 2, показанный на фиг.4. Данный вариант требует достаточно тщательной подготовки соединяемых поверхностей по условию параллельности и шероховатости. Однако простота соединения термореактивным материалом делает привлекательным описанный вариант соединения панели 1 и платы 3.

На фиг.5 показан комбинированный вариант соединения панели 1 и платы 3, при котором деталь 6 выполняется из двух частей: в виде слоя 6а из эластомерного материала, обеспечивающего достаточный отвод тепла, и дополнительной фиксирующей части 6b из термореактивного материала.

Для большей наглядности на фиг.6, фиг.7 и фиг.8 фрагменты вариантов светодиодного устройства с узлом источников света изображены в изометрической проекции. Особенности их конструкции достаточно подробно раскрыты при описании фиг.3, фиг.4 и фиг.5. В дополнение следует указать, что плата 3 может быть выполнена из стеклопластика (фиг.4) или из металла, например алюминия, меди (фиг.5 и 6).

Для интенсификации рассеяния тепловой энергии, выделяемой светоизлучающими элементами 5 и переносимой деталью 6а к панели 1, последняя снабжена развитой поверхностью, например, как на фиг.10, в виде радиатора, количество и размеры ребер которого выбираются в зависимости от суммарной охлаждающей поверхности, необходимой для рассеяния выделяемого светодиодами количества тепла.

Размещение отверстия 4 в центре масс платы 3 важно в случаях необходимости точного позиционирования платы 3 без перекосов на панели 1. Вообще, количество и местонахождение отверстий в плате 3 зависит от величины платы 3, которая в свою очередь является производной от количества источников излучения. Но во всех случаях отверстие 4 в центральной части платы 3 является необходимым. Кроме того, отверстие 4 служит для коммутации светоизлучающих элементов 5 с источником электропитания (не показано). При этом проводники средств коммутации размещены, например, в отверстии 4 в массе детали 6а, обеспечивающей дополнительную электрическую изоляцию конструкции.

Оптимальный вариант устройства

В качестве оптимального варианта выполнения изобретения применительно к потолочному общему освещению на фиг.11 изображена панель светодиодного потолочного осветительного устройства с габаритами установочной части 595×595 мм, соответствующими размерам распространенного потолочного светильника с люминесцентными лампами.

Не менее привлекательным является вариант выполнения изобретения с круглой панелью, подобный осветительному устройству, изображенному на фиг.9.

Возможность промышленного применения

Изобретение может быть реализовано известными средствами и не должно вызывать затруднений. Конструкция составных частей осветительного устройства, в том числе и узла источников излучения, легко поддается автоматическому производству.

Изобретение относится к области светотехники, а именно к осветительным устройствам для общего освещения. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности конструкции, повышение устойчивости к механическим воздействиям, снижение трудоемкости изготовления, обеспечение эффективности охлаждения источника света. Устройство содержит панель, выполненную с возможностью закрепления на ней множества узлов источников излучения, каждый из которых содержит N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число. Каждый узел источников излучения расположен на отдельной плате, снабженной средствами коммутации с источником электрического тока и средствами закрепления платы на панели, при этом каждая плата имеет, по меньшей мере, одно отверстие для размещения средства закрепления платы, выполненного в виде неразъемного соединения, изготовленного из эластомерного компаунда и закрепленного силами адгезии на поверхности панели. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Светодиодное осветительное устройство, содержащее панель, выполненную с возможностью закрепления на ней множества узлов источников излучения, каждый из которых содержит N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число, причем каждый узел источников излучения расположен на отдельной плате, снабженной средствами коммутации с источником электрического тока и средствами закрепления платы на панели, отличающееся тем, что средство закрепления платы на панели выполнено в виде единой детали, изготовленной из эластомерного компаунда и закрепленной силами адгезии на поверхности платы и панели с образованием неразъемного соединения.

2. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что узлы источников излучения размещены произвольно по поверхности панели.

3. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что узлы источников излучения размещены регулярно по поверхности панели.

4. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что светоизлучающие элементы выполнены в виде светодиодов и/или кристаллов полупроводника с прямым электронным переходом.

5. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что средство неразъемного соединения выполнено из диэлектрического теплопроводящего компаунда.

6. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что панель имеет плоскую поверхность и/или поверхность второго порядка.

7. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что панель снабжена развитой теплообменной поверхностью.

8. Светодиодное осветительное устройство по п.7, отличающееся тем, что теплообменная поверхность панели выполнена в виде радиатора.

9. Узел источников излучения для светодиодного осветительного устройства, содержащий плату, на которой расположены N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число, средства коммутации для соединения с источником электрического тока, и средства закрепления платы, выполненные с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, с одной поверхностью упомянутой платы и размещенные, по крайней мере, в одном сквозном отверстии, выполненном в плате, отличающийся тем, что центр масс платы расположен внутри отверстия в плате.

10. Узел источников света по п.9, отличающийся тем, что плата выполнена из металла, например алюминия или меди.

11. Узел источников света по п.9, отличающийся тем, что плата выполнена из металлизированного стеклопластика.