СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И УЗЕЛ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА
LIGHT DIODE LIGHTING DEVICE AND UNIT OF RADIATION SOURCES FOR THIS DEVICE

Область техники
Изобретение относится к светотехнике, а именно к осветительным устройствам для внутреннего и наружного общего освещения.
Уровень техники
Известен светоизлучающий прибор, содержащий печатную плату и размещенный на ней источник светового излучения, снабженный рефлектором, который заполнен средой с заданными оптическими свойствами. Источник света и рефлектор образуют световой модуль. Упорядоченное размещение световых модулей на печатной плате создает протяженную светоизлучающую поверхность, предназначенную для подсветки ЖК-экранов (патент № US 6443597, МКИ G09F 9/33, опубликован 03.09.2002, заявитель SONY CORP.).
Известное устройство не предназначено для общего освещения, поэтому включает в свою конструкцию маломощные источники светового излучения. Использование известного решения для целей общего освещения потребует применения мощных источников света, выделяющих в процессе работы значительное количество тепловой энергии, отвод которой является самостоятельной технической проблемой, не решаемой в рамках указанного патента. Наличие оптической среды, затрудняющей рассеяние тепла, выделяемого источником излучения, с одной стороны, и отсутствие дополнительных средств отвода тепла со стороны печатной платы делает известное решение не пригодным для целей изобретения. Кроме того, назначение известного решения предопределяет отсутствие в его конструкции средств, повышающих устойчивость к различным воздействиям, таким как вибрация, удары, перепады температуры окружающей среды.
Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее металлическое основание; множество светодиодных модулей, размещенных на указанном основании; теплопроводный диэлектрический слой, расположенный между металлическим основанием и светодиодным модулем, частично выполняющий также функцию уменьшения влияния сил, вызванных несогласованностью теплового расширения материалов указанных модуля и основания; и средства соединения светодиодных модулей с источником питания. В случае значительного отличия коэффициентов теплового расширения материалов, один из вариантов известного устройства предусматривает размещение между светодиодным модулем и металлическим основанием дополнительной детали, предназначенной для уменьшения влияния сил линейного теплового расширения (патент ЕР 1965128, МКИ F21S 19/00, опубликован 03.09.2008, заявитель MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD).
Для обеспечения согласования электрических, термических и световых характеристик в известное устройство введены элементы, которые существенно усложняют его конструкцию и технологичность изготовления. Кроме того, жесткая связь светодиодов с металлическим основанием осветительного устройства способствует передаче на источники света механических нагрузок, возникающих при вибрациях или ударах, а наличие термоциклических нагрузок, источником которых являются светодиоды, способно значительно ослабить всю конструкцию.
Известна светодиодная осветительная система, содержащая жесткий корпус из теплопроводного материала; печатную плату, с размещенным на ней множеством светодиодов, каждый из которых закреплен компаундом на указанной печатной плате; средства коммутации светодиодов с источником электрического питания и средства фиксации печатной платы на указанном корпусе (патент ЕР 1987699, МКИ Н05В 33/00, опубликован 05.11.2008, заявитель LED SMART INC.).
Недостатком известного решения является размещение множества светодиодов на общей печатной плате, что предопределяет область применения данной конструкции. Данная конструкция является специальной и требует для новых областей применения изготовления печатной платы нового типоразмера. Другим недостатком известного решения является винтовое соединение печатной платы и корпуса. При использовании достаточно мощных светодиодов, выделяющих значительное количество тепла, циклическое термическое воздействие приведет к ослаблению крепления печатной платы. Кроме того, жесткая связь печатной платы с корпусом подвергает источники света резким механическим нагрузкам, возникающим при вибрациях и ударах.
Последний из описанных аналогов имеет наибольшее количество сходных признаков с изобретением и принят в качестве прототипа.
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей изобретения является создание светодиодного осветительного устройства, снабженного модульным узлом источников излучения, способного к соединению с поверхностью панели светодиодного осветительного устройства различной конфигурации и приспособленного для работы в условиях значительных термических и механических нагрузок.
Техническим результатом изобретения является повышение технологичности конструкции, повышение устойчивости к механическим воздействиям, снижение трудоемкости изготовления, обеспечение эффективности охлаждения источника света.
Светодиодное осветительное устройство характеризуется следующей совокупностью признаков:
светодиодное осветительное устройство, содержащее панель, выполненную с возможностью закрепления на ней множества узлов источников излучения, каждый из которых содержит N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число, причем каждый узел источников излучения расположен на отдельной плате, снабженной средствами коммутации с источником электрического тока и средствами закрепления платы на панели, при этом каждая плата имеет, по меньшей мере, одно отверстие для размещения средства неразъемного закрепления платы, выполненного с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, с одной поверхностью платы.
В качестве дополнительных признаков, уточняющих и развивающих изобретение, необходимо указать следующее:
светоизлучающие элементы могут быть выполнены в виде светодиодов или кристаллов полупроводника с прямым электронным переходом;
средство соединения платы с панелью выполнено в виде неразъемного соединения, изготовленного из термореактивной пластмассы или эластомерного компаунда;
средство неразъемного соединения выполнено в виде единой детали, объединяющей панель и плату;
средство неразъемного соединения выполнено в виде эластичной единой детали, расположенной между панелью и платой и частично покрывающей вторую поверхность платы;
средство неразъемного соединения выполнено из диэлектрического теплопроводящего эластомерного компаунда;
панель светодиодного осветительного устройства выполнена из теплопроводящего материала, например из меди, алюминия или бронзы;
панель светодиодного осветительного устройства может иметь как плоскую поверхность, так и поверхность второго порядка;
панель светодиодного осветительного устройства имеет светоотражающую поверхность;
панель светодиодного осветительного устройства снабжена развитой теплообменной поверхностью, например может быть перфорированной или снабженной радиатором.
Узел источников излучения характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:
узел источников излучения для светодиодного осветительного устройства, содержащий плату, на которой расположены N светоизлучающих элементов, где N - целое натуральное число; средства коммутации для соединения с источником электрического тока и средства закрепления платы, выполненные с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, с одной поверхностью упомянутой платы и размещенные, по меньшей мере, в одном сквозном отверстии, выполненном в плате.
В качестве дополнительных признаков, уточняющих и развивающих второй из объектов изобретения, необходимо указать следующее:
центр масс платы может быть расположен внутри отверстия в пластине;
плата может содержать несколько отверстий для размещения средств коммутации и средств ее соединения с панелью;
светоизлучающие элементы могут быть выполнены в виде светодиодов или в виде кристаллов полупроводника с прямым электронным переходом;
средства коммутации светоизлучающих элементов могут быть выполнены на плате навесным монтажом и/или средствами сетевой топологии микросхем.
Перечень графических материалов
Изобретение характеризуется следующими графическими материалами:
на фиг.1 показано в плане изображение фрагмента панели светодиодного осветительного устройства с узлом источников излучения, содержащим два светоизлучающих элемента;
на фиг.2 показан фрагмент панели светодиодного осветительного устройства с узлом источников излучения, который содержит четыре светоизлучающих элемента;
на фиг.3 показано осевое сечение первого варианта соединения узла источников излучения с панелью светодиодного осветительного устройства, изображенного на фиг.2, включающего единую деталь из эластомерного компаунда;
на фиг.4 показано осевое сечение второго варианта соединения узла источников излучения с панелью светодиодного осветительного устройства, изображенного на фиг.2, включающего единую деталь из терморективного материала;
на фиг.5 показано осевое сечение третьего варианта соединения узла источников излучения с панелью светодиодного осветительного устройства, изображенного на фиг.2, включающего слой из эластомерного компаунда и единую деталь из термореактивного материала;
на фиг.6 показано изометрическое изображение фрагмента варианта соединения панели и узла источников света с одним светодиодом, включающего средство соединения из эластомерного компаунда;
на фиг.7 показано изометрическое изображение фрагмента варианта соединения панели и узла источников света с одним светодиодом, включающего средство соединения из термореактивного материала;
на фиг.8 показано изометрическое изображение фрагмента варианта соединения панели и узла источников света с одним светодиодом, включающего комбинированное средство соединения из термореактивного материала и эластомерного компаунда;
на фиг.9 показан вид круглой панели светодиодного осветительного устройства с множеством узлов источников излучения;
на фиг.10 показан вид сбоку светодиодного осветительного устройства, имеющего панель, снабженную радиатором охлаждения и множеством узлов источников излучения, соединенных с панелью посредством детали из термопластичного материала;
на фиг.11 показан в изометрии вид оптимального варианта выполнения прямоугольной панели для потолочного светильника.
Светодиодное осветительное устройство содержит панель 1, узел 2 источников излучения, включающий плату 3, по крайней мере, с одним отверстием 4, источники 5 излучения, средство 6 крепления платы 3 к панели 1.
Средство 6 выполнено из эластомерного компаунда в виде детали 6а (см. фиг.3), закрепленной силами адгезии на прилегающих поверхностях 1а панели 1, 3а и частично со стороны 3b пластины 3. Использование в качестве средства 6 материала, обладающего заданными эластичностью, высокой адгезией, диэлектрическими и теплопроводными свойствами, обеспечивает получение функционального, нежесткого, неразъемного соединения. Это позволяет существенно упростить конструкцию соединения узла 2 источников 5 излучения с панелью 1, снизить требования к степени согласования коэффициентов теплового линейного расширения, уменьшить влияние термических напряжений на соединяемые части конструкции. При этом существенно расширяются возможности выбора форм поверхности панели 1 как плоских, так и обладающих некоторой кривизной или их комбинации. Высокая степень прилегания детали 6а к смежным поверхностям 1а, 3а и 3b обеспечивает надежное отведение тепла от узла 2 источников 5 излучения практически независимо от перепада толщины слоя эластичного материала детали 6а между панелью 1 и пластиной 3. В то же время эластомерный материал представляет собой компаунд, включающий необходимые добавки, обеспечивающие высокую адгезию, диэлектрические и теплопроводящие свойства детали 6а.
В случае использования маломощных источников 5 излучения может быть использован более простой вариант соединения панели 1 и платы 3 узла 2, показанный на фиг.4. Данный вариант требует достаточно тщательной подготовки соединяемых поверхностей по условию параллельности и шероховатости. Однако простота соединения термореактивным материалом делает привлекательным описанный вариант соединения панели 1 и платы 3.
На фиг.5 показан комбинированный вариант соединения панели 1 и платы 3, при котором деталь 6 выполняется из двух частей: в виде слоя 6а из эластомерного материала, обеспечивающего достаточный отвод тепла, и дополнительной фиксирующей части 6b из термореактивного материала.
Для большей наглядности на фиг.6, фиг.7 и фиг.8 фрагменты вариантов светодиодного устройства с узлом источников света изображены в изометрической проекции. Особенности их конструкции достаточно подробно раскрыты при описании фиг.3, фиг.4 и фиг.5. В дополнение следует указать, что плата 3 может быть выполнена из стеклопластика (фиг.4) или из металла, например алюминия, меди (фиг.5 и 6).
Для интенсификации рассеяния тепловой энергии, выделяемой светоизлучающими элементами 5 и переносимой деталью 6а к панели 1, последняя снабжена развитой поверхностью, например, как на фиг.10, в виде радиатора, количество и размеры ребер которого выбираются в зависимости от суммарной охлаждающей поверхности, необходимой для рассеяния выделяемого светодиодами количества тепла.
Размещение отверстия 4 в центре масс платы 3 важно в случаях необходимости точного позиционирования платы 3 без перекосов на панели 1. Вообще, количество и местонахождение отверстий в плате 3 зависит от величины платы 3, которая в свою очередь является производной от количества источников излучения. Но во всех случаях отверстие 4 в центральной части платы 3 является необходимым. Кроме того, отверстие 4 служит для коммутации светоизлучающих элементов 5 с источником электропитания (не показано). При этом проводники средств коммутации размещены, например, в отверстии 4 в массе детали 6а, обеспечивающей дополнительную электрическую изоляцию конструкции.
Оптимальный вариант устройства
В качестве оптимального варианта выполнения изобретения применительно к потолочному общему освещению на фиг.11 изображена панель светодиодного потолочного осветительного устройства с габаритами установочной части 595×595 мм, соответствующими размерам распространенного потолочного светильника с люминесцентными лампами.
Не менее привлекательным является вариант выполнения изобретения с круглой панелью, подобный осветительному устройству, изображенному на фиг.9.
Возможность промышленного применения
Изобретение может быть реализовано известными средствами и не должно вызывать затруднений. Конструкция составных частей осветительного устройства, в том числе и узла источников излучения, легко поддается автоматическому производству.