Светодиодная лампа Российский патент 2017 года по МПК F21S4/00 

Область техники

Изобретение относится к области техники освещения, конкретно к светодиодным лампам.

Уровень техники

Наиболее близким техническим решением (прототип) является светодиодная лампа (патент РФ №158205, опубл. 27.12.2015). Светодиодная лампа содержит колбу, выполненную светопроницаемой, цоколь, держатель, блок питания, по крайней мере две сборки, каждая из которых состоит из одного или нескольких светодиодов. Сборки могут быть расположены, например, по трем боковым ребрам воображаемой треугольной пирамиды. Цоколь лампы используется для электрического соединения с внешним источником питания, чтобы подать питание на светодиодные сборки. Сборки соединены электрически параллельно. Колба заполнена газом, давление которого может быть в пределах 8-200 кПа.

Недостатком известного технического решения является неравномерная диаграмма направленности распространения светового излучения. Это обусловлено тем, что свет от одной светодиодной сборки распространяется в некотором пространственном угле, ось которого направленна перпендикулярно светодиодной сборке. Расположение нескольких светодиодных сборок в известном изделии не позволяет создать равномерную диаграмму направленности.

Техническим результатом изобретения является повышение равномерности диаграммы направленности светового излучения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в светодиодной лампе, содержащей колбу, выполненную светопроницаемой, цоколь, ножку, держатель, крепление, блок питания, первый контакт, второй контакт и четыре светодиодные линейные сборки, колба соединена с цоколем герметично и заполнена газовым составом, включающим по крайней мере гелий, блок питания размещен в цоколе, ножка закреплена в цоколе со стороны колбы, держатель закреплен на ножке внутри колбы, в средней части держателя размещено крепление, причем каждая светодиодная линейная сборка содержит один светодиод, размещенный на диэлектрической подложке, часть светодиодных линейных сборок размещена с противоположной цоколю стороны крепления, а другая часть светодиодных линейных сборок размещена между ножкой и креплением, при этом светодиодные линейные сборки одним концом закреплены на креплении удаленно от держателя, а другим концом светодиодные линейные сборки закреплены на держателе, внутри колбы размещены электрически изолированно друг от друга первый контакт и второй контакт, первый контакт и второй контакт соединены с соответствующим каждому из них выходом блока питания, входы которого соединены с соответствующим каждому из них контактом цоколя, а светодиодные линейные сборки соединены соответственно с первым контактом и вторым контактом с обеспечением возможности излучения ими света видимого диапазона, в первом частном случае каждая светодиодная линейная сборка содержит дополнительные светодиоды, размещенные на общей диэлектрической подложке вдоль нее, во втором частном случае вокруг каждого светодиода и противоположной по отношению каждому из них стороны подложки размещена смесь компаунда и люминофора, в третьем частном случае колба выполнена с давлением газа в пределах 8-200 кПа, в четвертом частном случае светодиоды выполнены излучающими свет по крайней мере из сине-фиолетовой зоны видимого спектра, в пятом частном случае колба соединена с цоколем через кольцо из пластмассы, в шестом частном случае каждый светодиод выполнен в виде светодиодного чипа, причем каждый светодиодный чип содержит несколько последовательно соединенных p-n-переходов, у каждого светодиодного чипа прямое напряжение 5,5В и выше, в седьмом частном случае светодиодные линейные сборки соединены между собой последовательно-параллельно, в восьмом частном случае светодиодные чипы соединены между собой параллельно, в девятом частном случае светодиодные чипы соединены между собой последовательно-параллельно, в десятом частном случае подложки выполнены прозрачными, в одиннадцатом частном случае подложки выполнены из стекла, в двенадцатом частном случае подложки выполнены из лейкосапфира, в тринадцатом частном случае подложки выполнены непрозрачными, в четырнадцатом частном случае подложки выполнены из металла, в пятнадцатом частном случае подложки выполнены из керамики, в шестнадцатом частном случае подложки выполнены из пластмассы, в семнадцатом частном случае в подложке выполнены отверстия, в восемнадцатом частном случае в состав газовой смеси входит азот, в девятнадцатом частном случае в состав газовой смеси входит любой инертный газ, в двадцатом частном случае на стеклянную колбу снаружи нанесено светопропускающее покрытие, улучшающее теплоотдачу между стеклом и окружающим воздухом, в двадцать первом частном случае на стеклянную колбу снаружи нанесено матовое покрытие, улучшающее теплоотдачу между стеклом и окружающим воздухом, в двадцать втором частном случае светодиодные линейные сборки расположены в пространстве по граням многогранника, в двадцать третьем частном случае светодиодные линейные сборки расположены в пространстве по рёбрам многогранника.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1, 2), где на фиг.1 показано взаимное расположение элементов устройства; на фиг.2 показано расположение элементов светодиодной линейной сборки.

Раскрытие изобретения

На чеотежах обозначены: колба 1, первый контакт 2, контактная площадка 3, второй контакт 4, цоколь 5, третий контакт 6, четвертый контакт 7, блок питания 8, ножка 9, светодиодная линейная сборка 10, крепление 11, держатель 12, светодиод 13, отверстие 14, подложка 15, токопроводящая нить 16.

Основными элементами устройства являются светодиодная линейная сборка 10, колба 1 и цоколь 5.

Светодиодная линейная сборка 10 (далее – сборка) представляет собой подложку 15 с расположенными на ней светодиодами 13 (или светодиодными чипами, где чип - один кристалл с выполненными на нем несколько или одним р-n-переходом).

Подложка 15 обычно выполнена из диэлектрического материала, например лейкосапфира. Также материалом подложки 15 может служить стекло, керамика, пластмасса или металл. В случае использования токопроводящего материала подложки 15 установка светодиодов 13 на подложку 15 предусматривает дополнительный диэлектрический слой между ними. Подложка 15 может быть выполнена, например, в форме прямоугольной пластины, в частном случае перфорированной. Подложка 15 может быть выполнена из прозрачного материала, а также из непрозрачного. Перфорация подложки 15 обычно выполняется в случае использования непрозрачного материала. В таком случае свет, излучаемый светодиодами 13, также распространяется через перфорированные отверстия.

Светодиод 13 представляет собой полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции, происходящей в полупроводниковом кристалле с электронно-дырочным переходом. Светодиод 13 содержит один светоизлучающий кристалл с высокой степенью яркости, излучающий свет по всем направлениям. Наиболее эффективные светодиоды 13 излучают свет в сине-фиолетовой зоне видимого спектра. Возможно использование светодиодов 13, излучающих красный, или зеленый, или голубой свет. Если светодиодов 13 несколько, то они гальванически соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно, причем само соединение выполнено токопроводящими нитями 16. Светодиоды 13 (или светодиодные чипы) расположены на одной из больших по площади сторон подложки 15. Расположение светодиодов 13 (или светодиодных чипов) может быть различным, в частности светодиоды 13 (или светодиодные чипы) могут быть расположены по одной линии. В подложке 15 могут быть выполнены сквозные отверстия 14. В этом случае светодиоды 13 (или светодиодные чипы) располагают между отверстиями 14 на подложке 15. Со стороны меньших краев пластины расположены контактные площадки 3. Ближайший к меньшему краю подложки 15 светодиод 13 (или светодиодный чип) гальванически соединен с ближайшей контактной площадкой 3 посредством токопроводящей нити 16. Для приклеивания светодиодов 13 (или светодиодных чипов) используют клей с высокой теплопроводностью. Вокруг каждого светодиода 13 (или светодиодного чипа) и с противоположной по отношению каждому из них стороны подложки 15 нанесен слой компаунда с люминофором (или смеси люминофоров).

Общий контур светодиодной лампы образуют цоколь 5 и колба 1.

Колба 1 представляет собой герметичную оболочку, по форме выполненную, например, сферической, переходящей в цилиндрическую. Колба 1 имеет горло в частном случае на конце цилиндрической части. Колба 1 в сборе с цоколем 5 имеет закрытую полость. Полость заполнена газовым составом под давлением в пределах 8-200 кПа. В газовый состав входит по крайней мере гелий или любой инертный газ, или азот, при этом исключается вариант включения в состав водорода. На наружную поверхность колбы 1 может быть нанесен слой специального прозрачного вещества, которое обеспечивает лучшую теплоотдачу между колбой 1 и окружающей средой. В частном случае слой может образовывать матовое покрытие колбы 1.

Цоколь 5 представляет собой конструктивную часть светодиодной лампы и служит для ее установки и обеспечения гальванической связи ее внутренних элементов с внешним электрическим источником. Цоколь 5 выполнен, например, цилиндрической формы с внутренней полостью, закрытой с одной стороны. Цоколь 5 соединен с колбой 1. Соединение выполнено таким образом, что горло колбы 1 герметично скреплено в частном случае через кольцо из пластмассы с открытой частью внутренней полости цоколя 5.

В цоколе 5 размещен блок питания 8. Блок питания 8 предназначен для преобразования переменного напряжения внешнего электрического источника в постоянное стабилизированное напряжение в зависимости от количества установленных светодиодов 13. Таким образом, блок питания 8 выполнен с обеспечением возможности подачи светодиодам 13 напряжения в диапазоне 0,25-1,00 от напряжения внешней электрической сети. На внешнюю поверхность цоколя 5 выведены третий контакт 6 и четвертый контакт 7. В частном случае третий контакт 6 расположен на цилиндрической части цоколя 5, а четвертый контакт 7 – на торцевой стороне. Третий контакт 6 и четвертый контакт 7 электрически изолированы друг от друга. Третий контакт 6 и четвертый контакт 7 представляют собой электропроводящие площадки, имеющие контактные участки со стороны внешней и внутренней сторон цоколя 5. Третий контакт 6 и четвертый контакт 7 выполнены с возможностью гальванического соединения каждого с соответствующим ему входом блока питания 8 (соединение условно показано на фиг. 1 пунктирной линией). Третий контакт 6 и четвертый контакт 7 выполнены с возможностью гальванического соединения с соответствующим каждому из них контактом внешнего электрического источника (например, посредством ответной цоколю 5 части - патрона).

Внутри колбы 1 размещены следующие элементы устройства: ножка 9, держатель 12, первый контакт 2, второй контакт 4, крепление 11 и несколько сборок 10.

Ножка 9 представляет собой, например, цилиндрический элемент, расположенный соосно цоколю 5 и колбе 1 и присоединенный к цоколю 5 с его внутренней стороны. Обычно размер ножки 9 такой, что она немного выступает из цоколя 5 в отверстие колбы 1. К ножке 9 со стороны, противоположной цоколю 5, присоединен держатель 12, который представляет собой стержень, расположенный соосно колбе 1 и имеющий диаметр меньший, чем диаметр ножки 9.

На конце держателя 12, противолежащем ножке 9, размещен первый контакт 2. На другом конце держателя 12 с небольшим отступом от ножки 9 расположен второй контакт 4. Первый контакт 2 и второй контакт 4 в частном случае выполнены в виде цилиндрического элемента, диаметр которого немного превышает диаметр держателя 12.

В плоскости, перпендикулярной держателю 12 и расположенной между первым контактом 2 и вторым контактом 4 (например, посередине), расположено крепление 11. Крепление 11 соединено с держателем 12 и представляет собой элемент, удаленный от держателя 12 на расстояние большее, чем радиусы первого контакта 2 и второго контакта 4. В частном случае крепление 11 может быть выполнено в форме кольца с радиусом большим, чем радиус первого контакта 2 или второго контакта 4, и присоединенное к держателю 12 посредством радиальных элементов так, чтобы крепление 11 занимало положение соосное держателю 12.

В таком случае устройство может содержать несколько сборок, расположенных между первым контактом 2 и креплением 11, а также несколько сборок, расположенных между вторым контактом 4 и креплением 11. Одной контактной площадкой 3 сборка 10 присоединяется к креплению 11, а второй контактной площадкой 3 – к первому контакту 2 или второму контакту 4. Таким образом сборки 10 наклонены относительно держателя 12. Если таким образом установить, например, восемь сборок 10 (четыре между первым контактом 2 и креплением 11 и четыре между вторым контактом 4 и креплением 11), то сборки 10 будут занимать положения ребер воображаемого октаэдра. Также возможны варианты, когда сборки 10 занимают положения ребер воображаемого шестигранника, образованного двумя правильными тетраэдрами, или какого-либо еще многогранника.

Первый контакт 2 электрически соединен с соответствующим ему выходом блока питания 8 посредством проводника, пропущенного через материал держателя 12 и ножки 9 к блоку питания 8. Аналогичным образом второй контакт 2 электрически соединен с соответствующим ему выходом блока питания 8 посредством проводника, пропущенного через материал держателя 12 и ножки 9 к блоку питания 8 (данные соединения показаны на фиг. 1 пунктирной линией). Каждая пара сборок 10, состоящая из сборки 10, расположенной между первым контактом 2 и креплением 11, и сборки 10, расположенной между вторым контактом 4 и креплением 11, соединена между собой токопроводящим элементом. Таким образом, каждая пара подобных сборок 10 формирует одну из ветвей параллельной электрической цепи, узлами которой являются первый контакт 2 и второй контакт 4. Причем каждая из ветвей, образованная такой парой сборок 10, представляет собой последовательно соединенный участок электрической цепи. В совокупности сборки 10 (последовательно соединенные сборки 10 одной ветви и ветви в целом соединенный между собой параллельно) образуют последовательно-параллельную электрическую цепь.

Осуществление изобретения

В случае использования указанных выше элементов и средств изобретение реализуется следующим образом.

Изготавливают колбу 1, например, сферической формы, переходящей в цилиндрическую, цоколь 5 с блоком питания 8, ножку 9, держатель 12, крепление 11, необходимое количество сборок 10, а также первый контакт 2 и второй контакт 4.

Элементы соединяются согласно описанной выше конструкции изделия. Перед окончательной сборкой изделия производят откачку воздуха из колбы 1 и заполнение полости колбы 1 необходимой газовой смесью.

Третий контакт 6 и четвертый контакт 7 вводят во взаимодействие с ответными контактами внешней электрической цепи, например, посредством вкручивания цоколя 5 в ответный патрон. Блок питания 8 преобразует напряжение внешнего электрического источника в рабочее напряжение, необходимое для корректной работы сборки 10. Один или несколько светодиодов 13, размещенных на подложке 15, при течении через них тока, подведенного через токопроводящую нить 16, создают оптическое излучение. Люминофорный слой преобразует это излучение светодиодов 13 в оптическое излучение с измененным спектром, более благоприятным для глаз человека.

Различный наклон сборок 10 относительно оси колбы 1, а также их относительное расположение позволяет в зависимости от конструкции изделия располагать оси пространственных углов освещения от каждой отдельной сборки 10 так, чтобы общая диаграмма направленности светового излучения была наиболее близка по форме к сферической (или другой необходимой форме).

Таким образом, выполнение изделия описанным выше образом обеспечивает создание равномерной диаграммы направленности светового излучения.

Изобретение относится к области техники освещения, конкретно к светодиодным лампам. Техническим результатом изобретения является повышение равномерности диаграммы направленности светового излучения. Третий контакт 6 и четвертый контакт 7 вводят во взаимодействие с ответными контактами внешней электрической цепи, например, посредством вкручивания цоколя 5 в ответный патрон. Блок питания 8 преобразует напряжение внешнего электрического источника в рабочее напряжение, необходимое для корректной работы сборки 10. Один или несколько светодиодов 13, размещенных на подложке 15, при течении через них тока, подведенного через токопроводящую нить 16, создают оптическое излучение. Люминофорный слой преобразует это излучение светодиодов 13 в оптическое излучение с измененным спектром, более благоприятным для глаз человека. Различный наклон сборок 10 относительно оси колбы 1, а также их относительное расположение позволяет в зависимости от конструкции изделия располагать оси пространственных углов освещения от каждой отдельной сборки 10 так, чтобы общая диаграмма направленности светового излучения была наиболее близка по форме к сферической. 23 з.п. ф-лы, 2 ил.

1.     Светодиодная лампа, содержащая колбу, выполненную светопроницаемой, цоколь, ножку, держатель, крепление, блок питания, первый контакт, второй контакт и четыре светодиодные линейные сборки, колба соединена с цоколем герметично и заполнена газовым составом, включающим по крайней мере гелий, блок питания размещен в цоколе, ножка закреплена в цоколе со стороны колбы, держатель закреплен на ножке внутри колбы, в средней части держателя размещено крепление, причем каждая светодиодная линейная сборка содержит один светодиод, размещенный на диэлектрической подложке, часть светодиодных линейных сборок размещена с противоположной цоколю стороны крепления, а другая часть светодиодных линейных сборок размещена между ножкой и креплением, при этом светодиодные линейные сборки одним концом закреплены на креплении удаленно от держателя, а другим концом светодиодные линейные сборки закреплены на держателе, внутри колбы размещены электрически изолированно друг от друга первый контакт и второй контакт, первый контакт и второй контакт соединены с соответствующим каждому из них выходом блока питания, входы которого соединены с соответствующим каждому из них контактом цоколя, а светодиодные линейные сборки соединены соответственно с первым контактом и вторым контактом с обеспечением возможности излучения ими света видимого диапазона.

2.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая светодиодная линейная сборка содержит дополнительные светодиоды, размещенные на общей диэлектрической подложке вдоль нее.

3.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вокруг каждого светодиода и противоположной по отношению каждому из них стороны подложки размещена смесь компаунда и люминофора.

4.    Устройство по п. 1, отличающееся тем, что колба выполнена с давлением газа в пределах 8-200 кПа.

5.  Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светодиоды выполнены излучающими свет по крайней мере из сине-фиолетовой зоны видимого спектра.

6.    Устройство по п. 1, отличающееся тем, что колба соединена с цоколем через кольцо из пластмассы.

7.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый светодиод выполнен в виде светодиодного чипа, причем каждый светодиодный чип содержит несколько последовательно соединенных p-n-переходов, у каждого светодиодного чипа прямое напряжение 5,5 В и выше.

8.    Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светодиодные линейные сборки соединены между собой последовательно-параллельно.

9.     Устройство по п. 7, отличающееся тем, что светодиодные чипы соединены между собой параллельно.

10.     Устройство по п. 8, отличающееся тем, что светодиодные чипы соединены между собой последовательно-параллельно.

11.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложки выполнены прозрачными.

12.     Устройство по п. 11, отличающееся тем, что подложки выполнены из стекла.

13.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложки выполнены из лейкосапфира.

14.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложки выполнены непрозрачными.

15.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложки выполнены из металла.

16.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложки выполнены из керамики.

17.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложки выполнены из пластмассы.

18.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в подложке выполнены отверстия.

19.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в состав газовой смеси входит азот.

20.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в состав газовой смеси входит любой инертный газ.

21.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на стеклянную колбу снаружи нанесено светопропускающее покрытие, улучшающее теплоотдачу между стеклом и окружающим воздухом.

22.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на стеклянную колбу снаружи нанесено матовое покрытие, улучшающее теплоотдачу между стеклом и окружающим воздухом.

23.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светодиодные линейные сборки расположены в пространстве по граням многогранника.

24.     Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светодиодные линейные сборки расположены в пространстве по ребрам многогранника.