Потужна лампа з об’ємним світлодіодним модулем

Реферат: Світлодіодна лампа має встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальній колбі світлодіодний випромінювач, виконаний на об'ємному утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує дзеркалізовані радіатори-відбивачі, на яких змонтовані гнучкі плати з групами напівпровідникових світловипромінюючих приладів і встановлений на радіатор корпусу лампи з цоколем, електронний перетворювач напруги, електрично з'єднаний із світлодіодним випромінювачем і засоби струмопроводу. Відбивачі-радіатори розташовані на опорах на основі круглого тримача-тепловідвода з діаметром не менше 80 мм. на відстані, що забезпечує збіг оптичних центрів світлодіодного випромінювача і сфери розсіювальної колби. На фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачів-радіаторів, розташованих навпроти поверхні світлорозсіювальної колби сформовані тепловипромінюючі покриття з ступенем чорноти не менше 0,8-0,9. UA 121797 U (12) UA 121797 U UA 121797 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області напівпровідникової світлотехніки і призначена для використання в освітлювальних пристроях, у тому числі освітлювальних системах як побутового, так і загальнопромислового освітлення. Відома світлодіодна лампа за патентом Російської Федерації на винахід №2408816 "Светодиодная лампа белого свечения" [1]. Згідно з описом цього винаходу, світлодіодна лампа білого світіння містить колбу з оптично прозорими стінками із змонтованими в ній світлодіодами, з оптичними осями, орієнтованими переважно в просторі півсфери перпендикулярно стінкам колби, з тілами, що світять, віддаленими від них. Також заявлений пристрій містить перетворювач мережі живлення, підключений до світлодіодів і засобів струмопроводу. При цьому стінки вказаної колби покриті одним або сумішшю декількох люмінофорів, що перетворюють у біле світіння більшу частину випромінювання світлодіодів. Також світло діоди вибрані з групи світлодіодів, що генерують випромінювання в ультрафіолетовій, фіолетовій, блакитній або синій області оптичного спектру. Ця світлодіодна лампа-аналог має наступні недоліки: низька ефективність перетворення випромінювання синього кольору від світлодіодних приладів за допомогою віддаленого від джерел випромінювання люмінофору, що зменшує світловидатність лампи. Крім того, у даної лампи-аналога низька ефективність тепловідведення від світлодіодів через велику складність конструкції підтримувального елементу світлодіодів, що ускладнює можливість істотного підвищення потужності лампи. Крім того, відома світлодіодна лампа за патентом Російської Федерації на винахід №2347975 "Лампа на мощных светодиодах" [2]. Згідно з описом цього винаходу, світлодіодна лампа містить одну, дві або більшу кількість плоских пластин круглої або багатокутної форми, встановлених на стягуючому елементі на відстані і паралельно між собою, і групи світлодіодів, змонтованих по одному або більше в тепловому контакті на індивідуальних радіаторах, виконаних у вигляді зігнутих під вибраними кутами пласких пелюсток з теплопровідного матеріалу, що розташовуються в проміжками між ними та з заданою орієнтацією у просторі. Пелюстки-радіатори виготовлені безпосередньо на пластинах або механічно закріплені на них, а змонтовані на них світлодіоди мають оптичні осі, перпендикулярні площині монтажу. Пласкі пластини виконані з теплопровідного металу або з електроізоляційного матеріалу, у тому числі, у вигляді друкованої плати з розпаяними на ній струмопровідними виводами світлодіодів. Нижня пласка пластина у вигляді друкованої плати з розпаяними на ній виводами світлодіодів з'єднана з камерою для електронного перетворювача мережі живлення, яка може бути підключена до стандартного цоколя. Недоліки аналогу обумовлені порівняно низьким коефіцієнтом ефективності тепловідводу від світлодіодів внаслідок суттєвої складності конструкції підтримувального елементу світлодіодів, що ускладнює можливість істотного підвищення потужності лампи. Найбільш близьким за технічною суттю пропонованому технічному рішенню, прийнятому за прототип, є "Лампа з об'ємним світлодіодним модулем" за патентом України на корисну модель № 108776 [3]. Згідно з описом цієї корисної моделі, світлодіодна лампа містить світлодіодний випромінювач, виконаний на утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує радіатори охолодження, на яких змонтовані групи напівпровідникових світловипромінюючих приладів і встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальнійколбі на радіатор корпусу лампи з цоколем, електронний перетворювач напруги, електрично з'єднаний зі світлодіодним випромінювачем і засоби струмопроводу, який відрізняється тим, що відрізняється тим, що утримувач-тепловідвід виконаний у формі єдиного формоутворюючого об'ємного теплопровідного світловідбиваючого дзеркалізованого елемента, на якому механічно закріплені з проміжками між ними виконані у формі багатогранників теплопровідні відбивачі-радіатори, тильні сторони граней яких звернені на проміжки між іншими теплопровідними відбивачамирадіаторами, при цьому на фронтальних поверхнях граней теплопровідних відбивачіврадіаторів нанесені дзеркальні покриття із загальним коефіцієнтом віддзеркалення до 98 %, а на їх тильних поверхнях сформовані тепловипромінюючі покриття зі ступенем чорноти 0,8-0,9, а світловипромінюючі напівпровідникові прилади малої потужності розташовані рівномірно у тепловому контакті на фронтальних поверхнях граней відбивачів-радіаторів і з'єднані в електричну схему за допомогою гнучкої комутуючої плати із загальним коефіцієнтом віддзеркалення її поверхні не менше 80 %. Зазначений прототип також має певні недоліки, обумовлені відносно низькою ефективністю відведення тепла від світлодіодного модуля тепловим випромінюванням, а також конструкцією утримувача світлодіодного випромінювача в лампі, яка не забезпечує кут розсіювання світлового потоку більше 270 градусів. 1 UA 121797 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу корисної моделі поставлена технічна задача створення технологічної світлодіодної лампи із підвищеними характеристиками тепловідведення та випромінювання світла. Основним технічним результатом запропонованої корисної моделі є підвищення технологічності лампи, покращення її характеристик тепловідведення та випромінювання світла, а також підвищення кута розсіювання світлового потоку. Додатковим технічним результатом є підвищення строку служби лампи. Поставлена задача досягається тим, що світлодіодна лампа, яка містить встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальній колбі світлодіодний випромінювач, виконаний на об'ємному утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує дзеркалізовані радіаторивідбивачі, на яких змонтовані гнучкі плати з групами напівпровідникових світловипромінюючих приладів і встановлений на радіатор корпусу лампи з цоколем, електронний перетворювач напруги, електрично з'єднаний із світло діод ним випромінювачем і засоби струмопроводу, згідно корисної моделі, відбивачі-радіатори розташовані на опорах на основі круглого тримачатепловідвода з діаметром не менше 80 мм на відстані, що забезпечує збіг оптичних центрів світлодіодного випромінювача і сфери розсіювальної колби, а на фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачів-радіаторів, розташованих навпроти поверхні світлорозсіювальної колби сформовані тепловипромінюючі покриття з ступенем чорноти не менше 0,8-0,9. Крім того, як тепловипромінююче покриття з ступенем чорноти не менше 0,8-0,9 на фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачів-радіаторів використовуються емалеві, силіконові або епоксидні покриття. При цьому світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді змонтованої на утримувачітепловідводі групи МСОВ-світлодіодів. Причому світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді складеної на утримувачітепловідводі групи SMD-світлодіодів. Причинно-наслідковий зв'язок між істотними відмітними ознаками і технічним результатом полягає в наступному. Досягнення основного технічного результату забезпечується за рахунок оптимального компонування об'ємних світлодіодних модулів в колбі розсіювачу світла лампи, що дозволяє збільшити значення подвійного кута половинної яскравості світлового випромінювання лампи до 270 градусів і більше, а більша площа утримувача-тепловідвода забезпечує ефективний відвід тепла від об'ємного світлодіодного модуля. Крім того, за рахунок збігу оптичного центру об'ємного світлодіодного модуля з центром сфери світлорозсіювальної колби, забезпечується осьова симетрія світлового потоку. Оптимальне розташування відбивачів-радіаторів на опорах на основі круглого утримувачатепловідвода з діаметром не менше 80мм дозволяє забезпечити також збільшення світлової ефективності світлодіодного випромінювача у складі світлодіодної лампи за рахунок додаткового перевідбивання світлового випромінювання в колбі розсіювачу світла. Формування на фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачів-радіаторів розташованих навпроти поверхні світлорозсіювальної колби тепловипромінюючих покриттів з мірою чорноти не менше ніж 0,8-0,9 забезпечує додаткове відведення тепла випромінюванням від світлодіодних приладів. Крім того, основний технічний результат забезпечується тим, що запропоноване технічне рішення дозволяє додатково використати для охолодження модуля радіаційною теплопередачею в довкілля за рахунок збільшеної площі круглого утримувача-тепловідвода та опор відбивачів-радіаторів і коефіцієнту випромінювання їх поверхні. При цьому ефективно здійснюється скидання тепла фронтальною поверхнею опор відбивачів-радіаторів на внутрішню поверхню розсіювальної колби лампи. В свою чергу, додатковий технічний результат забезпечується завдяки розташуванню відбивачів-радіаторів на опорах на основі утримувача-тепловідводу на відстані, що забезпечує збіг оптичних центрів світлодіодного випромінювача і сфери розсіювальної колби, що дозволяє отримати покращені діаграми спрямованості і заявлені кути розсіювання світлового потоку лампи. Сутність запропонованої корисної моделі детальніше пояснюється конкретними прикладами її виконання з посиланнями на графічні позначення, що додаються. На фіг. 1 схематично зображено загальний вигляд світлодіодної лампи з об'ємним світлодіодним модулем; вигляд збоку, частково в розрізі. На фіг. 2 схематично зображений загальний вигляд утримувача-тепловідводу світлодіодного випромінювача; вигляд в аксонометрії. На фіг. 3 схематично зображений об'ємний світлодіодний модуль - світлодіодний випромінювач; вигляд в аксонометрії. 2 UA 121797 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 4 наведено фотографію виготовленого екземпляру потужного об'ємного світлодіодного модулю без світлорозсіювальної колби. Позиціями позначено: 1 - світлодіодний випромінювач; 2 - розсіювальна колба лампи; 3 - утримувач-тепловідвід (єдиний формоутворюючий об'ємний теплопровідний елемент) без світловипромінюючих напівпровідникових приладів та гнучких комутуючих плат; 4 - основа круглого утримувача-тепловідводу; 5 - відбивач-радіатор; 6 - дзеркальне покриття; 7 - опори теплопровідних відбивачів-радіаторів; 8 - тепловипромінююче покриття; 9 - світловипромінюючі напівпровідникові прилади; 10 - гнучка комутуюча плата; 11 - корпус лампи з електронним перетворювачем; 12 - цоколь лампи. Можливість одержання заявленого технічного результату при здійсненні корисної моделі може бути підтверджена наступним. Зображений варіант виконання світлодіодної лампи (Фіг. 1, 2, 3) містить утримувачтепловідвід світлодіодного випромінювача (1) виконаний у вигляді єдиного формоутворюючого об'ємного теплопровідного світловідбиваючого дзеркалізованого елементу (3). Відбивачірадіатори (5) розташовані на опорах (7) на основі круглого утримувачу-тепловідводу (4) на відстані, що забезпечує збіг оптичних центрів світлодіодного випромінювача і сфери розсіювальної колби (2). На фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачів-радіаторів (7), розташованих навпроти поверхні світлорозсіювальної колби (2), сформовані тепловипромінюючі покриття (8) з мірою чорноти не менше ніж 0,8-0,9. Зокрема, єдиний формоутворюючий об'ємний теплопровідний світловідбиваючий елемент (3) може бути, наприклад, виконаний з матеріалу MIRO-SILVER 4270AG різної товщини. При цьому забезпечується збільшення площі утримувачу-тепловідводу світлодіодного модуля в 6-7 разів у порівнянні з модулями плаского типу. Світловипромінюючі напівпровідникові прилади малої потужності (9) розташовані рівномірно в тепловому контакті на фронтальній дзеркальній стороні (6) кожного відбивача-радіатора (5) і з'єднані в електричну схему за допомогою гнучкої комутуючої плати (10). Варіант корисної моделі за п. 2 передбачає використання терморегулюючого покриття, наприклад, емалі типу АК-573 з коефіцієнтом випромінювання не менш, ніж 0,85. Варіант корисної моделі за п. 3 передбачає використання високоефективних МСОВсвітлодіодів, наприклад, типу МСОВ MHBAWT-0000-000C0D440E виробництва компанії CREE Inc. (США) у корпусі типорозміром 5ммх5мм потужністю до 4,0 Вт при корельованій колірній температурі Т=4000К і світловою ефективністю до 140 лм/Вт при Tj=85 °C. В свою чергу, варіант корисної моделі за п. 4 передбачає використання в якості джерел світла високоефективних SMD-світлодіодів, наприклад, типу E2-TW8Q14D (U7E21Y1) виробництва компанії SEOUL SEMICONDUCTOR (Корея) у пластмасовому SMD корпусі типорозміру 5630 потужністю до 0,5 Вт при корельованій колірній температурі Т=4000К і світловою ефективністю до 180 лм/Вт при температурі р-n переходу Тj=25 °C, які встановлюються на комутуючу плату метод паяння. Плата зі світлодіодами може приклеюватися до фронтальної поверхні відбивачів-радіаторів за допомогою теплопровідного клею, наприклад, типу TCOR виробництва компанії Electrolube (Великобританія) з теплопровідність до 1,8 Вт/мК. Така конструкція світлодіодного випромінювача (1) дозволяє не лише забезпечити ефективне тепловідведення від світлодіодів (9) за рахунок кондукції, але й додатково здійснювати скидання тепла на внутрішню поверхню розсіювальної колби (2) лампи в області цоколю (12). Крім того, при цьому забезпечується деяке збільшення світлової ефективності світлодіодного випромінювача у складі світлодіодної лампи за рахунок додаткового перевідбиття світлового випромінювання усередині колби розсіювача світла (2). Лампа містить також теплопровідний корпус (11), в якому встановлений електронний перетворювач (на зображеннях не наведено) мережі живлення з вихідними контактами, підключеними, наприклад, пайкою до гнучкої плати (10) зі світлодіодами (9) засобами струмопроводу. Перетворювач вхідними контактами приєднаний до стандартного цоколю (12), наприклад, типу Е27 для підключення лампи до мережі живлення. 3 UA 121797 U 5 10 15 20 Можливість здійснення запропонованого технічного рішення підтверджена на тестових зразках, які піддавалися прискореним випробуванням в умовах дії форсованих навантажень. Дослідні зразки випробування витримали. При цьому зміна зовнішнього вигляду зразків і ознак критерію відмови не відмічена. Запропоноване технічне рішення дозволило забезпечити можливість підвищення потужності світлодіодних ламп-ретрофітів з типорозмірами А95-А105 від 15 Вт до 20-40 Вт. Реалізація корисної моделі на існуючій елементній базі і технологічному устаткуванні істотних технічних труднощів не представляє, що дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого рішення умові патентоздатності "промислова придатність". На фотографії (фіг. 4) показано зразок об'ємного світлодіодного модулю потужністю 15 Вт, який на радіаторі лампи без розсіювачу має світлову ефективність за годину безперервної роботи не менше 163 лм/Вт при світловому потоці не менше 2340 лм. Разом з розсіювачем лампа має світлову ефективність за годину безперервної роботи не менше 146 лм/Вт при світловому потоці не менше 2100 лм. При цьому середній кут розсіювання (на рівні I/I max=0,5) має значення не менше 290-300 градусів в колбі типу А95. Джерела інформації: 1. Патент Российской Федерации "Светодиодная лампа белого свечения" RU 2408816 // Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам "Изобретения. Полезные модели", 2011, № 1. 2. Патент Российской Федерации "Лампа на мощных светодиодах" RU 2347975 // Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам "Изобретения. Полезные модели", 2009, № 6. 3. Патент України UA 108776 "Лампа з об'ємним світлодіодним модулем" // "Бюлетень промислової власності", 2016, № 14. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 1. Світлодіодна лампа, яка містить встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальній колбі світлодіодний випромінювач, виконаний на об'ємному утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує дзеркалізовані радіатори-відбивачі, на яких змонтовані гнучкі плати з групами напівпровідникових світловипромінюючих приладів і встановлений на радіатор корпусу лампи з цоколем, електронний перетворювач напруги, електрично з'єднаний із світлодіодним випромінювачем і засоби струмопроводу, яка відрізняється тим, що відбивачі-радіатори розташовані на опорах на основі круглого тримача-тепловідвода з діаметром не менше 80 мм на відстані, що забезпечує збіг оптичних центрів світлодіодного випромінювача і сфери розсіювальної колби, а на фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачів-радіаторів, розташованих навпроти поверхні світлорозсіювальної колби сформовані тепловипромінюючі покриття з ступенем чорноти не менше 0,8-0,9. 2. Світлодіодна лампа за п. 1, яка відрізняється тим, що як тепловипромінююче покриття з ступенем чорноти не менше 0,8-0,9 на фронтальних поверхнях опор теплопровідних відбивачіврадіаторів використовуються емалеві, силіконові або епоксидні покриття. 3. Світлодіодна лампа за п. 1, яка відрізняється тим, що світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді змонтованої на утримувачі-тепловідводі групи МСОВ-світлодіодів. 4. Світлодіодна лампа за п. 1, яка відрізняється тим, що світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді складеної на утримувачі-тепловідводі групи SMD-світлодіодів. 4 UA 121797 U 5 UA 121797U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6