СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

Техническое решение относится к осветительной технике, а именно к светильникам и фонарям, в которых в качестве источников света использованы светоизлучающие диоды.
Из уровня техники известно осветительное устройство, состоящее из зеркального параболического отражателя, защитного стекла и элементов электросхемы, причем источники света выполнены в виде диодов и расположены на внешней поверхности конического отражателя (UA 7318 U, F21S 8/10, 15.06.2005).
Также из уровня техники известно осветительное средство на основе светодиодов, содержащее многослойный узел, образованный, по меньшей мере, из одного листа органического или минерального стекла, соединенного, по меньшей мере, с одним термопластичным листом, в которое встроены диоды, причем индивидуальные мощностные характеристики каждого диода, условия их работы и распределение диодов по поверхности листов таковы, что создаваемый световой поток составляет, по меньшей мере 300 лм. (EA 012477 B1, F21S 8/00, 30.12.2008).
Также из уровня техники известен светильник, содержащий светодиодные группы, соединенные последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, каждая из которых соединена с импульсным блоком питания с возможностью плавного ограничения температуры нагрева светодиодов, входящих в состав каждой из указанных светодиодных групп, отличающийся тем, что светодиоды установлены на печатной плате с подложкой из стеклотекстолита или алюминия, которая закреплена на корпусе светильника путем вальцевания или прижатия ее к полукруглой поверхности корпуса с загибом краев корпуса, при этом корпус светильника выполнен из металла, выполняющего также роль радиатора, импульсный блок питания установлен на печатной плате и содержит электронный самовосстанавливающийся токовый предохранитель, двухполупериодный выпрямитель, импульсный преобразователь напряжения в стабилизированный ток для питания светодиодных групп, в состав которого входит датчик температуры на основе терморезистора, который нагревается за счет конвекционных потоков воздуха внутри корпуса, датчик автоматического включения-выключения светильника при наступлении темноты-света, и датчик движения, реагирующий на движение субъектов, находящихся в зоне освещения светильника, выполненный на основе КМОП матриц, ПЗС матриц или инфракрасных лучей и подключенный к питающей сети переменного или постоянного тока, причем датчик движения электрически соединен с датчиком автоматического включения-выключения светильника, с возможностью управления работой последнего (RU 2366120 C1, Н05В 33/02, 27.08.2009).
Задача, на решение которой направлено техническое решение заключается в обеспечении модульности универсальности и технологичности выполнения влагопылезащищенности и экономичности устройства.
Указанная задача достигается за счет того, что светодиодный светильник, согласно техническому решению, включает металлическое основание и закрепленный на нем один или несколько светодиодных модулей, каждый из которых представляет собой, тонкостенную композитную подложку, имеющую основу в виде металлической пластины, с размещенными на ней световыми диодами, причем составляющие каждого светового диода, в том числе анод, катод и кристалл светового диода защищены, предпочтительно, полимерной массой и/или оболочкой, соединенными с подложкой и/или кристаллом с обеспечением полной герметичности составляющих светового диода и изоляции их от внешней среды, при этом толщина подложки каждого модульного элемента не превосходит толщину основания.
Полимерная масса может быть соединена с подложкой и/или с составляющими каждого диода и/или с оболочкой каждого диода с обеспечением герметичности каждого диода за счет химической и/или механической адгезии.
Полимерная масса может быть выполнена светопрозрачной.
Полимерная масса и/или оболочка соединены в месте расположения диода с подложкой таким образом, что образуют оптическую линзу с заданными оптическими характеристиками.
Светопрозрачная полимерная масса может быть дискретно и/или точечно и дозировано нанесена и, по крайней мере, частично отверждена непосредственно на подложке в местах расположения диодов с образованием оптических линз, накрывающих кристаллы диодов.
Основание может быть дополнительно снабжено, по меньшей мере, одной, а, предпочтительно, двумя боковинами, монолитно или разъемно соединенными с основанием с образованием поперечного сечения ломанного и/или, криволинейного профиля, например, Н-образного или П-образного профиля или сложного профиля, имеющего криволинейные и прямолинейные участки, причем боковины могут быть выполнены, в том числе в виде замкнутых оболочек.
Полимерная масса может быть выполнена светопрозрачной и, предпочтительно, представляет собой светопрозрачный компаунд и/или люминофор и/или полимеризованную светопрозрачную смолу и/или их смеси.
Светопрозрачная масса может быть отверждена внутри оболочки, выполняющей роль несъемной опалубки, и вместе с упомянутой отвержденной массой образующей оптическую линзу диода.
Светопрозрачная масса после ее нанесения на подложку и/или составляющие диода может находиться в твердом, полутвердом и/или гелеобразном состоянии во время эксплуатации.
Оболочки могут быть выполнены светопрозрачными.
Оболочки могут быть выполнены непрозрачными и/или с, по крайней мере, частично зеркальной поверхностью.
Кристалл диода и/или анод и/или катод каждого диода, по крайней мере, частично могут быть омоноличены полимерной массой.
Оболочки, по крайней мере, частично могут быть выполнены из полимерного, предпочтительно, светопрозрачного материала, предпочтительно, обладающего высокой механической прочностью, например, поликарбонатной пластмассы.
Оболочки, по крайней мере, частично могут быть выполнены из металлического материала.
Оболочки могут быть расположены над кристаллом светового диода и/или вокруг кристалла светового диода.
Оболочка может иметь ножки, предпочтительно, снабженные замковыми элементами на их концах, при этом в композитной подложке в зоне расположения диодов выполнены сквозные отверстия для пропуска в них ножек и фиксации оболочки посредством замковых элементов.
Оболочка может иметь ножки, предпочтительно, снабженные замковыми элементами, преимущественно, гарпунного типа, а в композитной подложке должны быть выполнены углубления для размещения в них ножек и фиксации их в углублениях с помощью замковых элементов.
Каждый световой диод может быть накрыт, по крайней мере, частично светопрозрачной оболочкой, которая герметизирована с внешней стороны полимерной массой, адгезионно соединенной с оболочкой и подложкой, расположенной в пространстве между оболочками, по большей части с внешней их стороны с обеспечением полной герметизации зазоров между краями оболочек и подложкой.
Композитная подложка, по меньшей мере, одного светодиодного модуля может быть выполнена многослойной и включать, по крайней мере, два слоя, один из которых выполнен токопроводящим, а другой обладает диэлектрическими свойствами.
Основа композитной подложки может быть выполнена, предпочтительно, из алюминия или его сплава и может иметь, преимущественно, прямоугольную в плане форму.
Композитная подложка может дополнительно содержать, по меньшей мере, один слой изоляции и, по меньшей мере, один токопроводящий слой, выполненный в виде, по крайней мере, одной металлической или металлизированной дорожки или слоя содержащего в себе указанные дорожки, причем изоляция может быть выполнена в виде диэлектрика образованного на подложке и/или нанесенного на подложку и/или соединенного с подложкой, а токопроводящий слой расположен на слое изоляции и предпочтительно, соединен с ним, например, с помощью клея.
При этом металлическая пластина подложки может быть изолирована от, по меньшей мере, одной металлизированной дорожки слоем диэлектрика, например, оксида металла, предпочтительно, оксида алюминия расположенным, по крайней мере, на одной стороне пластины или нанесенным на, по крайней мере, одну сторону пластины.
Основание может быть выполнено сборным или монолитным из металла, обладающего высокой теплопроводностью, предпочтительно, алюминия или его сплавов.
Материал, из которого изготовлено основание, может иметь теплопроводность не меньше, а, предпочтительно, больше, чем у металлической пластины подложки.
Основание может быть выполнено плоским, по меньшей мере, с одной стороны. Основание может быть выполнено симметричным.
При выполнении светильника с несколькими светодиодными модулями, основание может быть выполнено имеющим форму, обеспечивающую возможность размещения модулей в разных плоскостях.
Основание может быть выполнено рельефным, по меньшей мере, с одной стороны.
Основание, по меньшей мере, с одной стороны может иметь каналы и/или бороздки и/или выемки и/или выступы.
При этом, по крайней мере, один канал может быть выполнен с отбортовками для возможности заведения в него с натягом, по крайней мере, одного штифта, выполненного с головкой, сечение которой соответствует сечению канала, предпочтительно, Т-образной формы, а противоположный конец снабжен резьбой для притягивания посредством гаек к основанию таких дополнительных элементов светильника, как крепление, распаечная коробка, трансформатор или блок питания.
Основание может иметь, по меньшей мере, одно ребро жесткости, примыкающее, предпочтительно, к краю основания и соединенное с ним разъемно или монолитно.
Основание может быть выполнено в виде экструдированного профиля.
При этом экструдированный профиль основания может содержать каналы для размещения электропроводки светодиодных модулей.
Подложка каждого модуля может быть закреплена на основании с помощью соединительных элементов, предпочтительно, типа саморезов закрученных непосредственно в тело основания и/или отверстия, выполненные в основании пластине и/или в каналы, выполненные в основании.
Между основанием и закрепленной на ней подложкой, по меньшей мере, одного модуля может иметься слой термопасты и/или термоклея, которым подложка закреплена на основании, причем термопаста и/или термоклей выполнены, предпочтительно, на диэлектрической основе, обеспечивающей хорошую теплопроводность, например, на кремнийорганической основе.
Основание может быть выполнено в виде, предпочтительно, прямоугольной в плане пластины, преимущественно из алюминия или его сплава.
По меньшей мере, одна сторона основания может содержать закрепленный на ней защитно-декоративный экран, ограждающий, по крайней мере, частично основание и/или, светодиодные модули светильника.
Светодиодный светильник может включать, по меньшей мере, один элемент крепления к опоре и/или поверхности и может быть соединен с основанием, предпочтительно, посредством соединительных элементов типа саморезов, размещенных в отверстиях и/или каналах, выполненных в основании.
Светодиодный светильник может включать, по меньшей мере, одну распаечную коробку для размещения проводов и/или электрооборудования, которая соединена с основанием, предпочтительно, посредством соединительных элементов типа саморезов, размещенных в отверстиях и/или каналах, выполненных в основании.
Светодиодный светильник может дополнительно включать электротехническое оборудование и закрывающую его защитно-декоративную крышку.
Светодиодный светильник может включать защитно-декоративные накладки на торцах основания, причем защитно-декоративные накладки могут быть выполнены либо съемными, либо монолитными, заодно с основанием.
Светодиодный светильник может содержать защитно-декоративную пластину, по крайней мере, частично закрывающую светодиодные модули и/или их электропроводку, причем в местах расположения диодов в пластине могут быть выполнены отверстия.
При этом как минимум одна защитно-декоративная пластина светодиодного светильника может быть выполнена с возможностью размещения в ней таких дополнительных элементов светильника как крепление к опоре, распаечная коробка, трансформатор или блок питания.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в оптимизации мощности и пятна освещенности светового потока за счет модульности устройства, минимизации световых потерь за счет выполнения каждого светодиодного модуля в виде подложки с размещенными на ней световыми диодами, обеспечении повышенной пыле-влагозащищенности за счет полной герметичности составляющих светового диода и изоляции их от внешней среды, улучшении отвода выделяемого диодами тепла и исключении их перегрева за счет выполнения подложки каждого модульного элемента тонкостенной композитной с основой в виде металлической пластины и имеющей толщину, не превышающую толщину основания, что увеличивает срок службы устройства.
Техническое решение поясняется чертежами, которые являются иллюстрациями частных случаев выполнения устройства и схем его функционирования, никак не ограничивающими другие возможные формы выполнения.
На фиг.1-5 показаны изометрические виды различных возможных профилей светильника.
На фиг.6 показан план расположения токоподводящих дорожек па подложке одного модуля.
На фиг.7 показан способ образования линзы и герметизации диода посредством непосредственного нанесения и отверждения полимерной массы.
На фиг.8 показан способ образования линзы и герметизации диода посредством цилиндрической оболочки и залитой в нее полимерной массы.
На фиг.9 показан способ образования линзы и герметизации диода посредством куполообразной оболочки и инъецированной в нее полимерной массой.
На фиг.10 показан способ образования линзы и герметизации диода посредством куполообразной оболочки и герметизирующего слоя полимерной массы
На фиг.11-14 показаны схемы возможные схемы герметизации и формирования линз диодов.
На фиг.15 показан изометрический вид светильника с основанием снабженным каналами с отбортовками.
На фиг.16 узел А на фиг.15.
На фиг.17 показан канал с отбортовками с заведенным в него штифтом с Т-образной головкой.
Светодиодный светильник 1 включает металлическое основание 2 и закрепленный на нем один, а предпочтительно несколько светодиодных модулей 3, каждый из которых представляет собой, тонкостенную композитную подложку 4, имеющую основу в виде металлической пластины. На композитной подложке 4 размещены световые диоды 5. Составляющие каждого светового диода 5, в том числе анод 6, катод 7 и кристалл 8 светового диода защищены полимерной массой 9 (фиг.7). В другом варианте исполнения светового диода составляющие каждого светового диода 5 защищены оболочкой 10 (фиг.12, 13). Также составляющие каждого светового диода 5 могут быть защищены полимерной массой 9 и оболочкой 10 (фиг.8-10). Полимерная масса 9 и оболочка 10 соединены с композитной подложкой 4 (фиг.10) или кристаллом 8 (фиг.11), или с композитной подложкой 4 и кристаллом 8 с обеспечением полной герметичности составляющих светового диода и изоляции их от внешней среды. Толщина h композитной подложки 4 каждого модульного элемента 3 не превосходит толщину Н основания 2.
Полная герметичность и изоляция от внешней среды составляющих каждого светового диода достигается за счет химической и/или механической адгезии полимерной массы 9 к подложке и/или к составляющим диода и/или к оболочке 10.
Отвержденная полимерная масса, оболочка или полимерная масса совместно с оболочкой каждого диода, соединенные с подложкой определенным образом в месте расположения диода образуют оптическую линзу 11 с заранее заданными оптическими характеристиками, такими как угол рассеивания, коэффициент светопрозрачности и др.
Полимерная масса 9 для обеспечения пропуска светового излучения диода в случаях, когда она расположена на пути распространения светового потока, предпочтительно, выполнена светопрозрачной с хорошими оптическими характеристиками
Светопрозрачная полимерная масса 9 дискретно и/или точечно и дозировано нанесена и, по крайней мере, частично отверждена непосредственно на подложке в местах расположения диодов с образованием оптических линз 11, накрывающих кристаллы 8 диодов, причем оптические линзы 11 могут быть образованы как собственно отвержденной массой, так и отвержденной массой совместно с оболочками, ограждающими диоды.
Основание 2 светильника дополнительно снабжено, по меньшей мере, одной, а, предпочтительно, двумя боковинами 12, монолитно или разъемно соединенными с основанием 2 с образованием поперечного сечения ломанного профиля (фиг.4), криволинейного профиля, например, Н-образного или П-образного профилей (фиг.2, 3) или комбинированного сложного профиля имеющего криволинейные и прямолинейные участки (фиг.5), причем боковины 12, могут быть выполнены, в том числе в виде замкнутых оболочек 13.
Чем более развитый профиль будет иметь основание, тем более эффективен будут происходить теплообменные процессы между подложками модулей и внешней средой, что особенно важно в случае использования мощных диодов с повышенной теплоотдачей. Для интенсификации теплообмена боковины могут быть выполнены в виде замкнутых оболочек 13, образующих каналы внутри которых проходят воздушные потоки.
Полимерная масса 9 в предпочтительных случаях выполнена светопрозрачной и, предпочтительно, представляет собой светопрозрачный компаунд, люминофор, полимеризованную отвержденную светопрозрачную смолу или их смеси. Все перечисленные вещества должны обладать достаточной степенью адгезии к материалам подложки, а люминофор также должен стабилизировать световой поток в нужном волновом спектре.
Далее описаны возможные варианты формирования линз диодов с помощью перечисленных материалов и оболочек разной формы.
Светопрозрачная полимерная масса 9, может быть отверждена внутри оболочки 10, выполняющей роль несъемной опалубки и вместе с упомянутой отвержденной массой образующих оптическую линзу 11 диода, причем полимерная масса после ее нанесения на подложку и/или составляющие диода может в течение всего процесса эксплуатации находится в твердом, полутвердом или гелеобразном состояниях.
Оболочки 10 в предпочтительных случаях выполнены светопрозрачными из полимерного, предпочтительно, светопрозрачного материала, предпочтительно, обладающего высокой механической прочностью, например, поликарбонатной пластмассы.
Однако они также могут быть непрозрачными и/или с, по крайней мере, частично зеркальной поверхностью. Например, оболочка каждого диода может быть выполнена в форме цилиндра из металлического материала, расположена вокруг кристалла светового диода, а сверху в оболочку залита полимерная масса 9 (фиг.8).
Для обеспечения необходимой герметичности, предпочтительно, чтобы кристалл 8 анод и катод каждого диода, по крайней мере, частично были омоноличены полимерной массой 9.
Однако возможен вариант, когда перечисленные составляющие диода не герметизированы непосредственно полимерной массой, а накрыты оболочкой.
В этом варианте оболочки расположены над кристаллом светового диода, а зазоры между ними и подложкой герметизированной упомянутой массой адгезионно соединенной с оболочкой и подложкой, расположенной в пространстве между оболочками с внешней их стороны с обеспечением полной герметизации зазоров (условно не показаны) между краями оболочек и подложкой (фиг.10).
Для центрирования и фиксации на подложке оболочки могут иметь ножки 14, предпочтительно, снабженные замковыми элементами 15 на их концах.
В композитной подложке вблизи расположения диодов выполнены сквозные отверстия 16 или углубления 17 для пропуска в них ножек 14 и фиксации оболочки 10 посредством замковых элементов 15 (фиг.9). Для фиксации в углублениях замковые элементы могут быть выполнены, например, гарпунного типа.
Композитная подложка, по меньшей мере, одного светодиодного модуля 3 выполнена многослойной и включает, по крайней мере, два слоя, причем, по меньшей мере, один слой подложки выполнен токопроводящим а, по меньшей мере, один слой обладает диэлектрическими свойствами.
На металлическую пластину нанесен, по меньшей мере, один слой изоляции 18 и, по меньшей мере, один токопроводящий слой, выполненный в виде, по крайней мере, одной металлической или металлизированной дорожки 19 или слоя содержащего в себе указанные дорожки (условно не показан).
Изоляция выполнена в виде диэлектрика образованного на подложке и/или нанесенного на подложку и соединенного с ней любым известным способом, а токопроводящий слой расположен на слое изоляции и соединен с ним, например, с помощью клея.
2
3
Металлическая пластина подложки может быть изолирована от металлических дорожек тонким слоем такого диэлектрика, как оксид металла, например, слоем оксида алюминия AlO, расположенным, по крайней мере, на одной стороне пластины или нанесенным на, по крайней мере, одну сторону пластины.
В случае выполнения пластины из алюминия она уже будет содержать указанный слой за счет естественного окисления этого металла в воздушной среде. Сами дорожки могут быть выполнены из тонкой фольги или токопроводящего напыления.
В предпочтительном варианте основание выполнено монолитным, экструдированным из массы металла, обладающего высокой теплопроводностью, предпочтительно, из алюминиевой массы или сплава на основе алюминия. Для обеспечения универсальности и модульности основание может выполнено сборным.
Самой простой и технологичной формой выполнения основания является его выполнение в виде прямоугольной в плане пластины, преимущественно из алюминия или его сплава.
Для обеспечения лучшего теплообмена материал, из которого изготовлено основание, имеет теплопроводность не меньше, а, предпочтительно, больше, чем у металлической пластины подложки.
Основание, может быть выполнено плоским, по меньшей мере, с одной стороны, предпочтительно, со стороны, прилегающей к подложкам модулей.
Основание также может быть выполнено рельефным, по меньшей мере, с одной стороны для обеспечения теплообмена и/или фиксации модулей или элекрооборудования. Для этих же целей, основание, по меньшей мере, с одной стороны имеет каналы 20 и/или бороздки и/или выемки и/или выступы.
Основание, например, в случае выполнения его тонкостенным может иметь, по меньшей мере, одно ребро жесткости (условно не показано), примыкающее, предпочтительно, к краю основания и соединенное с ним разъемно или монолитно.
Подложка каждого модуля, предпочтительно, закреплена на основании с помощью соединительных элементов, предпочтительно, типа саморезов, закрученных в тело пластины и/или отверстия в и/или в каналы, выполненные в основании (условно не показано).
Для обеспечения дополнительного отвода тепла, например, когда поверхности подложки или основания достаточно шероховаты, между основанием и закрепленной на ней подложкой модуля может быть нанесен слой термопасты и/или термоклея (условно не показано). При этом термопаста и/или термоклей выполнены предпочтительно, на кремнийорганической основе, обеспечивающей хорошую теплопроводность и электрическую изоляцию, в том числе от статического электричества. Термоклей помимо термопередающей функции может также быть использован в качестве основного или дополнительного средства закрепления подложек модулей к основанию.
Для дополнительной защиты от различных воздействий по, крайне мере одна сторона основания может содержать закрепленный на ней защитно-декоративный экран (условно не показан), ограждающий, по крайней мере, частично основание и светодиодные модули светильника. Упомянутый экран может быть выполнен из светопрозрачного пластика, предпочтительно, обладающего стойкостью к ударам и другим воздействиям.
Также защита модулей может быть обеспечена непрозрачной защитно-декоративной пластиной, закрывающей светодиодные модули и/или их электропроводку, причем в местах расположения диодов в пластине выполнены отверстия для прохождения излучения диодов.
Светильник включает, по меньшей мере, один элемент крепления к опоре или поверхности, который соединен с основанием, предпочтительно, посредством соединительных элементов типа саморезов, размещенных в отверстиях и/или каналах выполненных в основании.
Светодиодный светильник снабжен, по меньшей мере, одной распаянной коробкой, предназначенной для размещения проводов и/или электрооборудования, которая соединена с основанием, предпочтительно, посредством соединительных элементов типа саморезов, размещенных в отверстиях и/или каналах выполненных в основании.
Для крепления элементов, как крепление, распаечная коробка, трасформатор или блок питания (условно не показаны), по крайней мере, один канал выполнен с отбортовками 21 для возможности заведения в него с натягом, по крайней мере, одного штифта 22 или болта, выполненного с головкой 23 сечение которой соответствует сечению канал а, предпочтительно, Т-образной формы, а противоположный конец снабжен резьбой для притягивания посредством гаек к основанию этих дополнительных элементов светильника.
Для защиты электротехнического оборудования светильник может иметь закрывающую его защитно-декоративную крышку.
Для технических целей светодиодный светильник может включать защитно-декоративные накладки на торцах основания, причем защитно-декоративные накладки выполнены либо съемными, либо монолитными заодно с основанием.
Для размещения электропроводки светодиодных модулей профиль основания может содержать дополнительные каналы (условно не показаны).
Светодиодный светильник работает следующим образом. На закрепленный на металлическом основании 2 один или несколько светодиодных модулей 3 подается электричество. Световые диоды 5 загораются и начинают нагреваться, передавая свое тепло тонкостенной композитной подложке 4, имеющей основу в виде металлической пластины. От композитной подложки 4 через ее металлическую основу тепло передается металлическому основанию 2, выполняющему роль радиатора охлаждения. Свет от световых диодов 5 рассеивается посредством образованных полимерной массой и/или оболочкой световых линз 11.
Различные модификации описанного светильника прошли испытания, по результатам которых были подтверждены высокие экплутационно-технические показатели большинства из них, что позволяет выпускать их в промышленных масштабах.