Лампа з об’ємним світлодіодним модулем

Реферат: Світлодіодна лампа містить встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальній колбі світлодіодний випромінювач, розміщений на утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує радіатори охолодження, на яких складені групи світлодіодів, який електрично з'єднаний з електронним перетворювачем напруги. Крім цього, 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 відбивачами-радіаторами, при цьому на фронтальних поверхнях граней теплопровідних відбивачів-радіаторів 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 %. UA 108776 U (12) UA 108776 U UA 108776 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі напівпровідникової світлотехніки і призначена для використання в освітлювальних пристроях, у тому числі освітлювальних системах як побутового, так і загальнопромислового освітлення. Відома світлодіодна лампа, яка виконана за патентом Російської Федерації № 2464488 "Светодиодная лампа" [1]. Згідно з описом цього винаходу, лампа містить світлодіодний випромінювач з потужними світлодіодами, змонтованими на складеному радіаторі охолодження і корпус зі встановленим у ньому електронним перетворювачем мережі живлення і стандартним цоколем, що розділені повітряним проміжком або перехідником з матеріалу з низькою теплопровідністю. Вказані радіатор випромінювача і корпус можуть бути розділені один від одного повітряним проміжком з електричним і механічним з'єднанням між собою за допомогою ніпеля зі встановленими усередині засобами подачі струму. Перехідник може бути виконаний у вигляді електромеханічного роз'єму, підключеного засобами підводу струму до радіатора і корпусу. В цьому випадку лампа стає роз'ємною на дві частини з можливістю індивідуальної взаємозамінюваності випромінювача зі світлодіодами або перетворювача. Радіатор охолодження світлодіодів виконаний складеним на основі усіченого ікосаедру або піраміди зі встановленими на гранях світлодіодами і ребристого утримувача, причому частина радіатора може бути поміщена в заповнену теплопровідним газом, наприклад аргоном, колбу, таким чином, що інша його частина - ребристий утримувач виступає з колби, забезпечуючи охолодження світлодіодів. Ця світлодіодна лампа-аналог має недоліки: складність конструкції і використання великої кількості матеріалів і деталей, низька технологічність і низька можливість автоматизації технологічних процесів її виробництва. Це призводить до підвищених витрат трудових і матеріальних ресурсів, часу на їх виготовлення, а в результаті - до високої вартості ламп і їх ваги. Крім того, відома світлодіодна лампа за патентом Російської Федерації № 2408816 "Светодиодная лампа белого свечения" [2]. Згідно з описом цього винаходу, вказана світлодіодна лампа містить колбу з оптично прозорими стінками із складеними в ній світлодіодами, з оптичними осями, орієнтованими переважно в просторі півсфери перпендикулярно стінкам колби, з тілами, що світять, віддаленими від них. Також вказана лампа містить перетворювач мережі живлення, підключений до світлодіодів і засобів підводу струму. При цьому стінки вказаної колби покриті одним або сумішшю декількох люмінофорів, що перетворюють у біле світіння більшу частину випромінювання світлодіодів. Також світлодіоди вибрані з групи світлодіодів, що генерують випромінювання в ультрафіолетовій, фіолетовій, блакитній або синій області оптичного спектру. Вказана світлодіодна лампа-аналог також має певні 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 низька ефективність тепловідводу від світлодіодів через велику складність конструкції підтримувального елементу світлодіодів, що ускладнює можливість істотного підвищення потужності лампи. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого технічного рішення, є прийнята за прототип світлодіодна лампа, яка виконана за патентом Російської Федерації № 2347975 "Лампа на мощных светодиодах" [3]. Згідно з описом цього винаходу, вказана світлодіодна лампа містить одну, дві або більшу кількість плоских пластин круглої або багатокутної форми, встановлених на стягуючому елементі на віддаленні і паралельно між собою, і групи світлодіодів, змонтованих по одному або більше в тепловому контакті на індивідуальних радіаторах, виконаних у вигляді зігнутої під обраними кутами пласкими пелюстками з теплопровідного матеріалу, що розташовуються з проміжками між собою та із 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. Плоскі пластини виконують 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 зв'язана з камерою для електронного перетворювача мережі живлення, яка може бути підключена до стандартного цоколю. Недоліки прототипу обумовлені також порівняно низьким коефіцієнтом ефективності тепловідводу від світлодіодів через велику складність конструкції підтримувального елементу світлодіодів, що зменшує можливість істотного підвищення потужності лампи. 1 UA 108776 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу корисної моделі поставлено технічне завдання 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. Додатковим технічним результатом є збільшення світлового потоку з лампи і зниження блисковистності випромінювача. Суть запропонованої корисної моделі виражається наступною сукупністю суттєвих ознак, достатніх для досягнення заявленого технічного результату: 1. Світлодіодна лампа, яка містить встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальній колбі світлодіодний випромінювач, розміщений на утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує радіатори охолодження, на яких складені групи світлодіодів, який електрично з'єднаний з електронним перетворювачем напруги, 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 %. Запропоноване технічне рішення має наступний розвиток щодо окремих варіантів його виконання: 2. Світлодіодна лампа за п. 1, що відрізняється тим, що світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді складеної на утримувачі-тепловідводі групи СОВ-світлодіодів. 3. Світлодіодна лампа за п. 1, що відрізняється тим, що світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді складеної на утримувачі-тепловідводі групи SMD-світлодіодів. 4. Світлодіодна лампа за п. 1, що відрізняється тим, що гнучка комутуюча плата виконана з алюмінієвої фольги із загальним коефіцієнтом віддзеркалення не менше 80 %. Причинно-наслідковий зв'язок між істотними відмітними ознаками і технічним результатом полягає в наступному. Виконання утримувача-тепловідводу світлодіодного випромінювача у вигляді єдиного формоутворюючого об'ємного теплопровідного світловідбиваючого дзеркалізованого елементу, основа якого механічно утримує три або більшу кількість відбивачів-радіаторів заданої форми, розташованих на заданій відстані один від одного і зігнутих під необхідним кутом до подовжньої осі розсіювальної колби лампи, формування на фронтальних поверхнях теплопровідних відбивачів-радіаторів дзеркальних покриттів із загальним коефіцієнт відбиття до 98 % забезпечує ефективне тепловідведення від світлодіодів за рахунок кондукції, а також збільшення світлової ефективності світлодіодного випромінювачу у складі світлодіодної лампа. Досягнення основного технічного результату забезпечується за рахунок збільшення розмірів тепловідводів для відведення тепла кондукцією від світлодіодів більше ніж в два рази в порівнянні із світлодіодним модулем плаского типу, а також за рахунок збільшення світлової ефективності світлового випромінювача у складі світлодіодної лампи більше ніж на 10 % в порівнянні з прототипом через додаткове перевідбиття високоефективними дзеркалізованими відбивачами-радіаторами світлового випромінювання в колбі розсіювача світла за рахунок різноспрямованої орієнтації в просторі оптичних осей світлодіодів, що забезпечує поліпшення розподілення світла та зниження блисковистності випромінювача. Формування на тильних поверхнях граней теплопровідних відбивачів-радіаторів тепловипромінюючих покриттів з мірою чорноти 0,8-0,9, а також запропоноване просторове розміщення граней забезпечує додаткове ефективне відведення тепла випромінюванням від світлодіодних приладів. Крім того, основний технічний результат забезпечується за рахунок того, що запропоноване технічне рішення передбачає використання для охолодження модуля радіаційної теплопередачі в довкілля за рахунок збільшеної його поверхні і коефіцієнту випромінювання поверхні утримувачів світлодіодів. При цьому ефективно здійснюється скидання тепла в проміжки між відбивачами-радіаторами за рахунок теплового випромінювання тильними сторонами 2 UA 108776 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відбивачів-радіаторів на внутрішню поверхню розсіювальної колби лампи (ефект покращення теплопередачі від покриттів з коефіцієнтом чорноти 0,8-0,9 може досягати 15-20 % в порівнянні з прототипом). В свою чергу, додатковий технічний результат забезпечується завдяки рівномірному розташуванню світловипромінюючих напівпровідникових приладів малої потужності в тепловому контакті на фронтальній дзеркальній стороні кожного відбивача-радіатора і з'єднання їх в електричну схему за допомогою гнучкої комутуючої плати із загальним коефіцієнтом відбиття її поверхні не менше 80 %, що забезпечує можливість додаткового збільшення світлового потоку з лампи і зниження блисковистності випромінювача. Крім того, додатковий технічний результат забезпечується за рахунок того, що запропоноване технічне рішення дозволяє використання менш потужних світлодіодів за рахунок збільшення їх кількості в об'ємних модулях і за рахунок перевідбиття платою світлодіодного випромінювача відбитого світла від внутрішньої поверхні розсіювальної колби лампи. Сутність запропонованої корисної моделі детальніше пояснюється конкретними прикладами її виконання з посиланнями на графічні позначення, що додаються. На фіг. 1 схематично зображений загальний вигляд збоку, частково в розрізі, запропонованої світлодіодної лампи з об'ємним світлодіодним модулем. На фіг. 2 схематично зображений загальний вигляд в аксонометричній проекції утримувачатепловідводу світлодіодного випромінювача. На фіг. 3 схематично зображений в аксонометричній проекції об'ємний світлодіодний модуль - світлодіодний випромінювач. На фіг. 4 наведена фотографія прототипу лампи з об'ємним світлодіодним модулем потужністю 10 Вт без світлорозсіювальної колби. Позиціями позначено: 1 - світлодіодний випромінювач; 2 - розсіювальна колба лампи; 3 - утримувач-тепловідвід (єдиний формоутворюючий об'ємний теплопровідний елемент); 4 - основа утримувачу-тепловідводу; 5 - відбивач-радіатор; 6 - дзеркальне покриття; 7 - тепловипромінююче покриття; 8 - світловипромінюючі напівпровідникові прилади малої потужності; 9 - гнучка комутуюча плата; 10 - корпус лампи з електронним перетворювачем; 11 - цоколь лампи. Можливість одержання заявленого технічного результату при здійсненні корисної моделі може бути підтверджена наступним. Світлодіодна лампа (Фіг. 1, 2, 3) містить утримувач-тепловідвід світлодіодного випромінювача (1), виконаний у вигляді єдиного формоутворюючого об'ємного теплопровідного світловідбиваючого дзеркалізованого елемента (3), основа якого (4) механічно утримує три або більшу кількість відбивачів-радіаторів (5) заданої форми, розташованих на заданій відстані один від одного і зігнутих під необхідним кутом до подовжньої осі розсіювальної колби лампи (2). На фронтальних поверхнях теплопровідних відбивачів-радіаторів (5) сформовані дзеркальні покриття (6) із загальним коефіцієнтом відбиття до 98 %. На тильних поверхнях граней теплопровідних відбивачів-радіаторів (5) сформовані тепловипромінюючі покриття (7) з мірою чорноти 0,8-0,9. Зокрема, єдиний формоутворюючий об'ємний теплопровідний світловідбиваючий елемент може бути, наприклад, виконаний з матеріалу MIRO-SILVER 4270AG різної товщини. Теплопровідні відбивачі-радіатори (5) зігнуті в горизонтальній площині на дві грані кожний таким чином, щоб нормалі центрів тильних сторін граней були звернені на проміжки між іншими гранями і не були перпендикулярними тильним поверхням інших граней відбивачів-радіаторів (5). Світловипромінюючі напівпровідникові прилади малої потужності (8) розташовані рівномірно в тепловому контакті на фронтальній дзеркальній грані (6) кожного відбивача-радіатора (5) і з'єднані в електричну схему за допомогою гнучкої комутуючої плати (9) із загальним коефіцієнтом відбиття не менше 80 %. Сама плата зі світлодіодами може приклеюватися до фронтальної поверхні відбивачів-радіаторів за допомогою теплопровідного клею. Варіант корисної моделі за п. 2 передбачає використання як джерел світла малопотужних СОВ-світлодіодів. В свою чергу, варіант корисної моделі за п. 3 передбачає використання високоефективних SMD-світлодіодів, наприклад, типу LEMWS59R80HZ2B00 виробництва компанії LG Innotek Co 3 UA 108776 U 5 10 15 20 25 30 35 LTD в пластмасовому SMD-корпусі типорозміру 5630 потужністю до 0,5 Вт і світловою ефективністю до 160 лм/Вт при Т=5000К, які встановлюються на комутуючу плату методом пайки. Варіант корисної моделі за п. 4 передбачає використання у комутуючій платі катаної алюмінієвої фольги. Така конструкція світлодіодного випромінювача (1) дозволяє не лише забезпечити ефективне тепловідведення від світлодіодів (8) за рахунок кондукції, але і ефективно здійснювати скидання тепла в проміжки між відбивачами-радіаторами (5) за рахунок тепловипромінюючого покриття на тильних сторонах відбивачів-радіаторів (7) відбивачіврадіаторів (5) на внутрішню поверхню розсіювальної колби (2) лампи. Крім того при цьому забезпечується збільшення світлової ефективності світлодіодних випромінювачів у складі світлодіодної лампи за рахунок додаткового перевідбиття світлового випромінювання усередині колби розсіювача світла (2). Лампа містить також теплопровідний корпус (10), в якому встановлений електронний перетворювач (на графічних позначеннях не зображено) мережі живлення з вихідними контактами, підключеними, наприклад, пайкою до плати (9) зі світлодіодами (8) засобами струмопроводу. Перетворювач вхідними контактами приєднаний до стандартного цоколю (11), наприклад, типу Е27 для підключення лампи до мережі живлення. 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 відмічено. Реалізація корисної моделі на існуючій елементній базі і технологічному устаткуванні істотних технічних труднощів не представляє, що дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого рішення вимозі патентоздатності "промислова придатність". На фіг. 4 наведена фотографія виготовленого зразку запропонованої лампи з об'ємним світлодіодним модулем потужністю 10 Вт без світлорозсіювальної колби. Перелік використаних джерел: 1. Патент Российской Федерации "Светодиодная лампа" № 2464488 // Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам "Изобретения. Полезные модели", 2012, № 29. 2. Патент Российской Федерации "Светодиодная лампа белого свечения" № 2408816 // Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам "Изобретения. Полезные модели", 2011, № 1. 3. Патент Российской Федерации "Лампа на мощных светодиодах" № 2347975 // Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам "Изобретения. Полезные модели", 2009, № 6. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Світлодіодна лампа, яка містить встановлений в оптично прозорій світлорозсіювальній колбі світлодіодний випромінювач, розміщений на утримувачі-тепловідводі, основа якого механічно утримує радіатори охолодження, на яких складені групи світлодіодів, який електрично з'єднаний з електронним перетворювачем напруги, яка 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 відбивачами-радіаторами, при цьому на фронтальних поверхнях граней теплопровідних відбивачів-радіаторів 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 %. 2. Світлодіодна лампа за п. 1, яка відрізняється тим, що світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді складеної на утримувачі-тепловідводі групи СОВ-світлодіодів. 3. Світлодіодна лампа за п. 1, яка відрізняється тим, що світлодіодний випромінювач виконаний у вигляді складеної на утримувачі-тепловідводі групи SMD-світлодіодів. 4 UA 108776 U 4. Світлодіодна лампа за п. 1, яка відрізняється тим, що гнучка комутуюча плата виконана з алюмінієвої фольги із загальним коефіцієнтом віддзеркалення не менше 80 %. 5 UA 108776 U 6 UA 108776 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7