ИСТОЧНИК СВЕТА, ЛАМПА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА СВЕТА Российский патент 2017 года по МПК F21V3/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к источнику света, содержащему множество светоизлучающих диодов. Кроме того, изобретение относится к лампе и/или световому блоку, включающему в себя такой источник света. Наконец, изобретение относится к способу изготовления источника света, содержащему множество светоизлучающих диодов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычные накальные источники света, как правило, обеспечивают радиальное распределение света, который используется для освещения помещения и пр. Однако накальные источники света потребляют много энергии. Замена накальных источников света источниками света со светоизлучающим диодом (СИД) значительно повышает энергетическую эффективность. К сожалению, большая часть светодиодов излучает свет в полусферу, в то время как накальные источники света способны обеспечить, по существу, однородное световое излучение в целую сферу. В результате простая замена накальных источников света светодиодными источниками света часто приводит к неудовлетворительному и/или недостаточному освещению пространства, например помещения.

Кроме того, обычные накальные источники света генерируют широкий спектр, который воспринимается как теплый белый свет. Сами по себе светодиоды не производят белый свет. Белый свет может быть получен использованием светодиодов, излучающих короткую длину волны, например длину волны между приблизительно 420-470 нм, покрытых фосфорным материалом, который преобразует часть излучаемого света в свет с большей длиной волны. Белый свет, таким образом, часто воспринимается как "холодный".

В качестве альтернативного варианта, белый свет может быть получен путем использования различных типов светодиодов, при этом каждый тип пригоден для излучения длины волны в другом диапазоне длин волн. Например, светодиоды, приспособленные для излучения синего света, могут быть объединены с одним или несколькими светодиодами, приспособленными для излучения зеленого света и красного света. Путем применения специальных компоновок и использования оптических элементов для получения смешения цветов может быть получен белый свет. Тем не менее, очень трудно получить достаточно равномерное излучение белого света на большой телесный угол.

Обычно различия между накальными источниками света и описанными источниками света с использованием светодиодов становятся более заметными при использовании множества светодиодов в светодиодных источниках света. Очень трудно реализовать источник света с использованием множества светодиодов, которые могут действовать как точечный источник, особенно если такое функционирование должно совпадать с достаточным смешением цветов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание источника света с использованием светодиодов, которые обеспечивают улучшенное освещение на большой телесный угол достаточно равномерным образом. С этой целью вариант осуществления изобретения обеспечивает источник света, содержащий: световой модуль, содержащий множество светоизлучающих диодов, распределенных в виде пространственной компоновки, имеющей центральное положение, причем множество светоизлучающих диодов включает в себя, по меньшей мере, два различных типа диодов, при этом каждый тип диодов выполнен с возможностью испускания излучения в другом диапазоне длин волн, а также полый изогнутый колпачок, закрывающий световой модуль, причем колпачок, по существу, прозрачен для излучения, испускаемого световым модулем, и снабжен аксиально-симметричным углублением, образующим выступ во внутренней части колпачка, при этом ось симметрии углубления, по существу, совпадает с центральным положением пространственной компоновки множества светодиодов. Использование этого источника света обеспечивает достаточно равномерное излучение света на большой телесный угол, обеспечивая при этом энергетическую эффективность светодиодов.

Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно относятся к лампе, содержащей: источник света, как указано выше, а также полый корпус, по меньшей мере, частично вмещающий в себя оптический элемент, в котором, по меньшей мере, участок корпуса является прозрачным для излучения, испускаемого оптическим элементом.

Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно относятся к световому блоку, содержащему: вышеупомянутый источник света, а также светильник для размещения в нем источника света; при этом радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, по меньшей мере, в 10 раз меньше, чем радиус виртуальной полусферы, касательной к светильнику. Такой световой блок способен не только обеспечить улучшенное освещение на большой телесный угол достаточно равномерным образом, но может также обеспечить использование источника света в качестве точечного источника. Это может происходить даже в случае с источником света, в котором использовано множество светодиодов.

Наконец, варианты осуществления изобретения относятся к способу изготовления источника света, содержащему: образование светового модуля путем распределения множества светоизлучающих диодов в виде пространственной компоновки, имеющей центральное положение, при этом множество светоизлучающих диодов включает в себя, по меньшей мере, два различных типа диодов, причем каждый тип диода выполнен с возможностью испускания излучения в другом диапазоне длин волн; формование полого изогнутого колпачка, по существу, прозрачного для излучения, испускаемого световым модулем, при этом колпачок снабжен аксиально-симметричным углублением, образующим выступ во внутренней части колпачка, а также размещение колпачка на световом модуле так, чтобы покрыть его, при этом размещение выполняют таким образом, чтобы ось симметрии углубления, по существу, совпадала с центральным положением пространственной компоновки множества светодиодов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные объекты изобретения будут далее объяснены со ссылкой на варианты осуществления, показанные на чертежах, на которых:

на фиг.1 схематически показан общий вид источника света в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.2а схематично показан вид сверху пространственной компоновки светодиодов, которая может быть использована в вариантах осуществления изобретения;

на фиг.2b схематично показан вид сверху другой пространственной компоновки светодиодов, которая может быть использована в вариантах осуществления изобретения;

на фиг.3а схематически показан общий вид колпачка, который может быть использован в вариантах осуществления настоящего изобретения;

на фиг.3b схематически показано поперечное сечение колпачка с фиг.3а;

на фиг.3c схематично показан вид сверху колпачка с фиг.3а;

на фиг.4 схематично показана лампа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и

на фиг.5 представлена фотография, показывающая световой блок согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже представлено описание различных вариантов осуществления изобретения, приведенных только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 схематически показан общий вид источника 1 света в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Источник 1 света содержит световой модуль 10 и колпачок 20. Световой модуль 10 содержит множество светоизлучающих диодов 3 (СИД), включающее в себя, по меньшей мере, два различных типа светодиодов. Каждый тип светодиодов приспособлен для испускания излучения в другом диапазоне длин волн.

Светодиоды 3 распределены в виде пространственной компоновки. Выбор конкретной компоновки может быть основан на нужной цели. Два примера пространственной компоновки приведены на фиг.2a и фиг.2b.

Колпачок 20 представляет собой полый изогнутый колпачок и покрывает световой модуль 10. Колпачок 20, по существу, является прозрачным для излучения, испускаемого световым модулем 10. Колпачок снабжен аксиально-симметричным выступом 22 во внутренней части колпачка 20. Выступ образует углубление 21 в наружной части колпачка 20. Ось симметрии выступа 21, по существу, совпадает с центральным положением пространственной компоновки множества светодиодов 3. Выравнивание выступа 22 со светодиодами 3 позволяет усилить смешение света, испускаемого различными типами светодиодов 3. В результате может быть достигнуто улучшенное смешение цветов.

Кроме того, использование полого колпачка 20 с выступом 22 и результирующим углублением 21 обеспечивает излучение света источником 1 света, по существу, равномерным образом на телесный угол, превышающий телесный угол светодиодов. За счет выравнивания оси симметрии выступа 22 с центральным положением пространственной компоновки множества светоизлучающих диодов 3 телесный угол источника 1 света может приближаться к телесному углу точечного источника.

На фиг.2a и фиг.2b схематично показан вид сверху двух различных пространственных компоновок светодиодов, которые могут быть использованы в вариантах осуществления настоящего изобретения. Обе показанные компоновки содержат два различных типа светодиодов. Следует понимать, что варианты осуществления изобретения не ограничены использованием только двух различных типов светодиодов. Светодиоды первого типа на фиг.2a и фиг.2b показаны пунктирными кругами и будут именоваться светодиодами 3a. Светодиоды второго типа представлены белыми кругами и будут именоваться светодиодами 3b.

На фиг.2a один светодиод 3a использован в сочетании с двумя светодиодами 3b. Один светодиод 3а расположен в центральном положении пространственной компоновки светодиодов, а два светодиода 3b эквидистантно размещены на противоположных сторонах одного светодиода 3a.

На фиг.2b четыре светодиода 3а расположены квадратом, а два светодиода 3b расположены на виртуальной линии, разделяющей квадрат на две части. В результате центральное положение пространственной компоновки соответствует и центральному положению квадрата, и центральному положению линии. Кроме того, все светодиоды 3а и 3b расположены в круговой компоновке с началом координат, совпадающим с центральным положением пространственной компоновки различных типов светодиодов 3а и 3b. Эта высокосимметричная компоновка светодиодов 3а и 3b имеет улучшенные характеристики в отношении излучения света, по существу, с однородные свойствами, например, относящимися к цвету и интенсивности, на большой телесный угол.

Некоторые варианты осуществления изобретения являются особенно полезными для генерации белого света путем смешивания спектров двух или более различных типов светодиодов. Например, один из используемых светодиодов типа 3а и 3b может соответствовать светодиоду, снабженному слоем, содержащим фосфорное соединение. Фосфорное соединение выполнено с возможностью преобразования, по меньшей мере, части излучения, испускаемого светодиодом, в излучение с другой, как правило, большей, длиной волны. В таком случае этот тип диода может представлять собой так называемый «белый светодиод», то есть светодиод, который вырабатывает белый свет путем смешивания света, излучаемого светодиодом, со светом, преобразуемым фосфорным слоем. Обычно в белом светодиоде используют светодиод, выполненный с возможностью излучения длин волн в диапазоне приблизительно 420-470 нм. Свет, излучаемый «белым светодиодом», как правило, имеет низкий индекс цветопередачи, т.е. излучаемый свет воспринимается как «холодный» свет. Использование диодов, излучающих длины волн в диапазоне приблизительно 590-670 нм, т.е. красных светодиодов, может улучшить восприятие света, излучаемого источником света.

На фиг.3а схематически показан общий вид колпачка 20, который может использоваться в вариантах осуществления изобретения. На фиг.3b и фиг.3с схематически показано поперечное сечение и вид сверху колпачка 20 с фиг.3а соответственно. Пригодные для колпачка 20 материалы включают в себя, но не ограничиваются этим, прозрачные пластики, например прозрачные термопласты, такие как полиметилметакрилат (ПММА) или поликарбонат (ПК).

Выступ 22 предпочтительно является конусообразным. Использование конусообразного выступа 22 улучшает равномерную передачу на большой телесный угол. Свет, излучаемый из светодиодов, будет с большей вероятностью преломляться на внутренней поверхности колпачка, что обеспечивает лучшую угловую дисперсию света. Кроме того, улучшение дисперсии света приводит к улучшению смешения цветов, что повышает однородность света, излучаемого источником света. Дальнейшее улучшение рассеяния света и смешения цветов может быть достигнуто путем придания такой формы выступу 22, что верхний участок выступа будет иметь выпуклую форму поверхности, если смотреть с направления светового модуля 10. Другими словами, в этом варианте осуществления верхний участок выступа 22 имеет выпуклую наружную форму поверхности.

По меньшей мере, участок внутренней поверхности колпачка 20 может быть сглажен так, чтобы он имел коэффициент блеска выше 80. Использование сглаженной внутренней поверхности дополнительно увеличивает зеркальное отражение от внутренней поверхности колпачка 20, что увеличивает дисперсию и смешивание цветов в источнике света. В качестве альтернативного или дополнительного варианта, по меньшей мере, участок внутренней поверхности колпачка может быть покрыт частично отражающим слоем. Предпочтительно, чтобы такой участок с покрытием включал в себя выступающую поверхность. Подходящим материалом, который может быть частью такого частично отражающего слоя, является хром.

Дополнительное улучшение смешения цветов может быть достигнуто путем придания шероховатости, по меньшей мере, участку наружной поверхности колпачка 20, при этом наружной поверхности придают текстуру. Благодаря текстурированной наружной поверхности свет преломляется под почти произвольными углами при выходе из материала колпачка, что значительно улучшает смешивание цветов.

Выступ 22, по желанию, имеет центральное отверстие 23 (обозначенное пунктирными линиями). Использование отверстия 23 улучшает охлаждающую способность источника света. Кроме того, если колпачок 20 выполнен с помощью техники формования, сохранение центральной области выступа 22 свободной от материала исключает наличие избытка материала в данной точке, что могло бы оказать отрицательное влияние на эффективность источника света с точки зрения равномерности светового излучения во всех направлениях.

Предпочтительно, чтобы колпачок 20 с отверстием 23 использовался в сочетании с пространственной компоновкой светодиодов 3, центральное положение которой свободно от светодиодов 3. Пример такой пространственной компоновки показан на фиг.2b. Приведенная в качестве примера пространственная компоновка на фиг.2а была бы менее пригодной, так как эта компоновка включает в себя светодиод в центральном положении. Светодиод 3, который находится в центральном положении, будет излучать свет непосредственно через отверстие 23, что является нежелательным.

Предпочтительно, чтобы расстояние D между верхней частью выступа 22 и центральной точкой пространственной компоновки светодиодов 3 составляло, по меньшей мере, 2 мм. Использование этого минимального расстояния обеспечивает то, что большая часть света, испускаемого светодиодами 3, не излучается непосредственно на верхний участок выступа 22. Предпочтительно, чтобы расстояние D не было слишком большим для смешивания на большом участке пространства, покрытого колпачком 20. Пространственную компоновку светодиодов 3 часто размещают на плате 25. Предпочтительно, чтобы расстояние D было меньше, чем половина характеристического размера платы 25. Характеристический размер может варьироваться в зависимости от формы платы. Например, характеристическим размером прямоугольной конструкции является ее диагональ, в то время как характеристическим размером кольцевой конструкции является диаметр круга. Таким образом, если светодиоды 3 смонтированы на прямоугольной плате, имеющей диагональ около 16 мм, предпочтительное максимальное расстояние D будет составлять около 8 мм.

Вышеописанный источник света может быть изготовлен следующим образом. Сначала световой модуль и колпачок изготавливают отдельно. Световой модуль образуют путем распределения множества светодиодов в виде пространственной компоновки, имеющей центральное положение. Множество светодиодов включает в себя, по меньшей мере, два различных типа светодиодов. Каждый тип светодиодов выполнен с возможностью испускания излучения в другом диапазоне длин волн.

Полый изогнутый колпачок изготавливают путем формовки материала, который, по существу, прозрачен для излучения, испускаемого световым модулем, например термопласта, такого как ПММА или ПК. Колпачок снабжен аксиально-симметричным выступом, образующим углубление во внешней части колпачка. Как описано выше, в некоторых вариантах осуществления выступ содержит сквозное отверстие в центре. Это может быть достигнуто путем установки колпачка таким образом, чтобы центр выступа, а следовательно, и центр углубления остался свободным от формовочного материала.

Когда световой модуль и колпачок готовы, колпачок размещают над световым модулем так, чтобы закрыть его. Размещение таково, чтобы ось симметрии выступа, по существу, совпадала с центральным положением пространственной компоновки множества светодиодов.

На фиг.4 схематично показана лампа 40 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Лампа 40 содержит источник 1 света, как описано выше. Лампа 40 дополнительно включает в себя полый корпус 41, который, по меньшей мере, частично, вмещает в себя источник 1 света. По меньшей мере, участок корпуса 41 прозрачен для излучения, испускаемого источником 1 света. Лампа 40 может дополнительно содержать основание 42 для размещения в ней источника света. Основание 42 может дополнительно содержать охлаждающее тело 43 для обеспечения возможности быстрого отвода тепла от светодиодов. Основание 42 может быть снабжено соединительной конструкцией 44 для электрического соединения. Соединительная конструкция 44 может быть пригодной для переоборудования в светильник, приспособленный для использования накального источника света. Такая модернизация позволяет использовать энергоэффективный светодиодный источник света вместо накального источника света без необходимости замены светильника, ранее использованного для размещения в нем накального источника света.

Фиг.5 представляет собой фотографию, показывающую световой блок 50 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Представленный световой блок содержит вариант осуществления вышеописанного источника света, который размещен в светильнике 51. Радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, гораздо меньше, чем радиус виртуальной полусферы, касательной к светильнику. В результате светодиодный источник света действует как точечный источник, излучающий свет на большой телесный угол.

Светильник, показанный на фиг.5, содержит фигуральные участки, образующие тени 52 на стенке камеры, в которой установлен светильник. Контраст между освещенными участками на стене и тенями, по существу, равномерен, что свидетельствует о том, что вышеописанный светодиодный источник света может функционировать в качестве точечного источника при размещении в достаточно большом светильнике.

Было обнаружено, что функционирование точечного источника особенно полезно, когда радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, по меньшей мере, в 10 раз меньше, чем радиус виртуальной полусферы, касательной к светильнику, который вмещает в себя источник света. Предпочтительно, чтобы радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, был меньше 50 мм и еще более предпочтительно меньше 25 мм. Виртуальная полусфера, касательная к источнику света относительно малого размера, позволяет использовать светильники относительно небольших размеров, при этом источник света будет функционировать в качестве точечного источника света.

Изобретение было описано со ссылкой на определенные варианты осуществления, описанные выше. Следует понимать, что эти варианты осуществления приспособлены к различным модификациям и альтернативным формам, хорошо известным специалистам в данной области техники в пределах сущности и объема изобретения. Соответственно, хотя были описаны конкретные варианты осуществления, они представляют собой только примеры и не являются ограничительными по объему изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к светодиодному источнику света, содержащему световой модуль и полый изогнутый колпачок (20), покрывающий световой модуль. Световой модуль содержит множество светоизлучающих диодов (СИД) (3), распределенных в виде пространственной компоновки, имеющей центральное положение. Множество светодиодов включает в себя, по меньшей мере, два различных типа светодиодов. Каждый тип светодиодов выполнен с возможностью испускания излучения в другом диапазоне длин волн. Колпачок, по существу, прозрачен для излучения, испускаемого световым модулем. Колпачок дополнительно снабжен аксиально-симметричным выступом (22), образующим углубление (21) во внешней части колпачка. Ось симметрии выступа, по существу, совпадает с центральным положением пространственной компоновки множества светодиодов. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Источник (1) света, содержащий:

- световой модуль (10), содержащий множество светоизлучающих диодов (3), распределенных в виде пространственной компоновки, имеющей центральное положение, причем множество светоизлучающих диодов включает в себя, по меньшей мере, два различных типа диодов, при этом каждый тип диода выполнен с возможностью испускания излучения в другом диапазоне длин волн, а также

- полый изогнутый колпачок (20), закрывающий световой модуль, причем колпачок, по существу, прозрачен для излучения, испускаемого световым модулем, и снабжен аксиально-симметричным выступом (22), образующим углубление (21) во внешней части колпачка, при этом ось симметрии выступа, по существу, совпадает с центральным положением пространственной компоновки множества светодиодов,

причем упомянутый источник света отличается тем, что полый колпачок с выступом позволяет источнику света излучать свет по существу равномерным образом в пределах телесного угла, который превышает телесный угол светоизлучающих диодов.

2. Источник света по п. 1, в котором выступ, по существу, является конусообразным.

3. Источник света по п. 2, в котором верхний участок выступа имеет выпуклую форму поверхности, если смотреть с направления светового модуля.

4. Источник света по любому из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, участок внутренней поверхности колпачка имеет коэффициент блеска выше 80.

5. Источник света по любому одному из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, участок внутренней поверхности колпачка покрыт частично отражающим слоем.

6. Источник света по п. 5, в котором частично отражающий слой содержит хром.

7. Источник света по любому одному из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, участок наружной поверхности колпачка является текстурированным.

8. Источник света по одному из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, один тип диода представляет собой диод, снабженный слоем, содержащим фосфорное соединение для преобразования, по меньшей мере, части излучения, испускаемого диодом, в излучение с другой длиной волны.

9. Источник света по п. 8, в котором диод со слоем фосфорного соединения представляет собой светоизлучающий диод, выполненный с возможностью излучения длин волн в диапазоне приблизительно 420-470 нм.

10. Источник света по любому из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, один тип диода выполнен с возможностью излучения длин волн в диапазоне приблизительно 590-670 нм.

11. Источник света по любому из пп. 1-3, в котором расстояние D между вершиной выступа и центральной точкой пространственной компоновки светодиодов составляет, по меньшей мере, 2 мм.

12. Источник света по п. 11, в котором пространственная компоновка светодиодов размещена на плате с характеристическим размером и в котором расстояние D меньше, чем примерно половина характеристического размера платы.

13. Источник света по любому из пп. 1-3, в котором выступ содержит в своем центре сквозное отверстие (23).

14. Источник света по любому из пп. 1-3, в котором пространственная компоновка множества светоизлучающих диодов представляет собой круговую компоновку.

15. Источник света по любому из пп. 1-3, в котором центральное положение пространственной компоновки множества светоизлучающих диодов свободно от диодов.

16. Лампа (40), содержащая:

- источник (1) света по любому из предшествующих пунктов;

- полый корпус (41), по меньшей мере, частично вмещающий в себя источник света, причем, по меньшей мере, участок корпуса является прозрачным для излучения, испускаемого источником света.

17. Лампа по п. 16, дополнительно содержащая основание (42) для размещения источника света, при этом основание снабжено соединительной конструкцией (44) для электрического соединения.

18. Лампа по п. 17, в которой соединительная конструкция приспособлена для переоборудования в светильник, выполненный с возможностью использования накального источника света.

19. Световой блок (50), содержащий:

- источник света по любому из пп. 1-15; и

- светильник (51) для размещения в нем источника света;

при этом радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, по меньшей мере, в 10 раз меньше, чем радиус виртуальной полусферы, касательной к светильнику.

20. Световой блок по п. 19, в котором радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, меньше 50 мм.

21. Световой блок по п. 20, в котором радиус виртуальной полусферы, касательной к источнику света, меньше 25 мм.

22. Способ изготовления источника (1) света, содержащий:

- образование светового модуля (10) путем распределения множества светоизлучающих диодов (3) в виде пространственной компоновки, имеющей центральное положение, при этом множество светоизлучающих диодов включает в себя, по меньшей мере, два различных типа диодов, причем каждый тип диода выполнен с возможностью испускания излучения в другом диапазоне длин волн;

- формование полого изогнутого колпачка (20), по существу, прозрачного для излучения, испускаемого световым модулем, при этом колпачок снабжен аксиально-симметричным выступом (22), образующим углубление (21) во внешней части колпачка, а также

- размещение колпачка на световом модуле так, чтобы покрыть его, при этом размещение выполняют таким образом, чтобы ось симметрии выступа, по существу, совпадала с центральным положением пространственной компоновки множества светоизлучающих диодов,

причем упомянутый способ отличается тем, что полый колпачок с выступом позволяет источнику света излучать свет по существу равномерным образом в пределах телесного угла, который превышает телесный угол светоизлучающих диодов.

23. Способ по п. 22, в котором формование включает в себя установку колпачка таким образом, чтобы выступ содержал центральное отверстие (23).