СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА
LED LAMP

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА К РОДСТВЕННЫМ ЗАЯВКАМ
Настоящая заявка подана в пользу китайской патентной заявки No. 201010278760.0, поданной 8 сентября 2010 года; заявки No. 201020617406.1, поданной 22 ноября 2010 года; заявки No. 201010610092.7, поданной 29 декабря 2010 года; заявки No. 201020685204.0, поданной 29 декабря 2010 года; заявки No. 2011201120148195.6, поданной 11 мая 2011 года; заявки No. 201120148206.0 поданной 11 мая 2011 года; и заявки No. 201120319651.9 поданной 29 августа 2011 в Государственном Офисе Интеллектуальной Собственности Китая, раскрытия которых включены здесь в качестве ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к области техники освещения, более конкретно, к светодиодной ленте и к лампе, в которой используется такая лента.
Область техники
В области техники известная светодиодная лампа, используемая вместо лампы накаливания, обычно состоит из одного или нескольких мощных светодиодов с печатной платой на металлической основе (МРСВ), теплоотвода с рядом рассеивающих тепло ребер, драйвера, включающего источник питания и стабилизатор тока, соединительного элемента, неослепляющей оболочки лампы и электрического соединителя (цоколя). В настоящее время выход люминесценции такой лампы приближается к выходу широко используемых энергосберегающих люминесцентных ламп. Выход люминесценции всех энергосберегающих люминесцентных ламп составляет 40-70 лм/Вт, но выход люминесценции отдельного светодиодного элемента белого света уже достигает 130 лм/Вт. Следовательно, эффективность светодиодной лампы должна быть дополнительно улучшена. Основные проблемы для известной светодиодной лампы заключаются в слишком высокой цене устройства, которая в несколько раз превышают цену энергосберегающих люминесцентных ламп при том же самом световом потоке и, таким образом, не очень востребованы покупателями. Фактор, приводящий к высокой стоимости, не вызван непосредственно светодиодным чипом, но высокой стоимостью теплоотвода из алюминиевого сплава, драйвера, включающего источник питания, работающий в режиме импульсного преобразования и имеющий трансформатор, и стабилизатор напряжения, а также стоимость упаковки светодиода. Такой драйвер имеет не только высокую стоимость, но также и низкую эффективность. Кроме того, этот драйвер дополнительно включает элементы, такие как триод, трансформатор и электролитический конденсатор, которые имеют короткий срок службы, не соответствующий сроку службы светодиода. Средний номинальный срок службы этих элементов меньше 25000 часов, в то время как срок службы самого светодиода должен составлять 50-100 тысяч часов. Таким образом, современная светодиодная лампы, призванная заменить лампу накаливания, имеет относительно низкий выход люминесценции всего источника света, слишком высокую стоимости и небольшой срок службы. Если светодиодная лампа предназначена заменить лампу накаливания и широко используемую энергосберегающую люминесцентную лампу, как источник общего освещения, то ее эффективность должна быть увеличена, стоимость значительно снижена, срок службы должна быть удлинен, и такие лампы должны иметь, в основном, тот же самый вес и объем, что и лампы накаливания.
Свет, излучаемый светодиодом, возникает в p-n переходе светодиода. Р-n переход изначально является источником света 4N. В известной области техники, для концентрации света или соединения с металлическим теплоотводом, p-n переход светодиода снабжен отражающим слоем, отражающим колпачком или теплоотводом на одной его стороне, т.е., оригинальный источник света 4N сделан как источник света 2N или меньше, чем источник света 2N. Таким образом, лучи света 2N, которые направлены на теплоотвод, выйдут из него после одного отражения, многократных отражений и различных поглощений, тогда как часть лучей света 2N, которая направлена на освещаемую поверхность, также выйдет после отражения, многократных отражений и различных поглощений, поскольку эта части света 2N будет направлена на теплоотвод, значительно уменьшая, таким образом, уровень выхода света с p-n перехода, т.е., уменьшая эффективность светодиода. В настоящее время внутренняя квантовая эффективность света, излучаемого p-n переходом светодиода уже, близка к 90%, тогда как его внешняя квантовая эффективность составляет примерно только 30%. Фраза "внутренняя квантовая эффективность равна 90%", означает, что в p-n переходах, всего 10% инжектируемых электронов извлекаются, не производя фотонов, тогда как каждый из 90% инжектируемых электронов производит фотон. Однако, одна важная причина "внешней квантовой эффективности примерно только 30%", состоит в том, что p-n переход, первоначально генерирующий свет 4N, становится источником света 2N. Если p-n переход светодиода сможет излучать свет 4N, это, конечно, значительно усилит выход люминесценции светодиода.
В этой области ранее уже были выполнены соответствующие исследования. Например, китайский патент No. 200510089384.X описывает, как один светодиодный чип подвешивается в светопроницаемой среде, чтобы позволить чипу излучать свет 4N. Однако это не решает проблему теплоотдачи чипа. Этот чип подвешивается без опорной плиты и, таким образом, воздействующая на чип мощность делает его недостаточно надежным. Таким образом, может использоваться только один небольшой мощный чип, и трудно получить надежное освещение с достаточно большим выходным световым потоком. Например, в патентной заявке США No. 2007/0139949 множество небольших чипов соединены последовательно и установлены на дорогой прозрачной теплопроводящей подложке, такой как сапфир, алмаз, GaN, или на непрозрачной теплопроводящей подложке, такой как медь, SiC. Затем формировалась колба лампы, имеющая форму лампы накаливания, соединяя вышеупомянутую подложку с головкой колбы теплопроводящими свинцовыми проводами и стойку сердечника, чтобы рассеять тепло и обеспечить колбу лампы внешней стороной, которая не является герметизированной, но заполненной воздухом и сообщающейся с окружающей атмосферой. Как описано в вышеупомянутой патентной заявке США, эта прозрачная теплопроводящая подложка, такая как сапфир и алмаз, является очень дорогой и практически трудно выполнимой; и поскольку медь, SiC и т.д. непрозрачны, невозможно достичь излучения света 4N. Путь рассеивания тепла для этого типа лампы следующий: чип → теплопроводящая подложка → теплопроводящий свинцовый провод → теплопроводящий кронштейн → головка лампы. Путь рассеивания тепла заканчивается у головки лампы, приводя к трудности создания теплового соединения и ограниченного эффекта рассеивания тепла. Если головка лампы должна иметь драйвер для светодиода, это прервет путь рассеяния тепла. При этом если лампа будет герметизирована, то путь рассеяния тепла также будет прерван. Следовательно, трудно достичь практического освещения, имея достаточный выходной световой поток.
В известной области техники в большинстве светодиодных ламп используется мощный светодиод низкого напряжения и сильного тока. Каждый светодиодный чип имеет один p-n переход, рабочий ток которого является достаточно большим, таким как 0,35 А, или даже несколько ампер, и электроэнергия от одного до нескольких ватт и выше сконцентрирована на участке от одного до нескольких квадратных миллиметров чипа. Так как внешняя квантовая эффективность составляет приблизительно только 30%, в дополнение к разности энергий между инжектированным электроном и фотоном, произведенным этим электроном, так же как разность энергий между фотоном, произведенным p-n переходами и уходящим фотоном, приблизительно 70% электроэнергии будут преобразованы в тепло. Как рассеять такое количество тепла, всегда являлся критической проблемой с момента появления мощных светодиодов. Светодиод - полупроводниковое устройство, и повышение температуры на его p-n переходах приведет быстрому снижению выхода люминесценции и даже к сгоранию p-n переходов. До настоящего момента рассеяние тепла все еще является одной критической проблема мощных светодиодов и светодиодных ламп с низким напряжением и высокой силой тока.
Чтобы решить проблему рассеяния тепла, в известной светодиодной лампе используются, главным образом, пассивные теплоотводы в виде металлических пластин или ребер. Материалы и формы для этого теплоотвода, а также способы увеличения теплоотдачи с воздухом, описаны в различных патентах, например, в китайском патенте No. 200510062323.4 и патентах США No. 6787999 и 7144135. Этот металлический теплоотвод обычно изготавливается из алюминиевого сплава и имеет большой объем, тяжелый вес и высокую цену. Это является одним из факторов высокой стоимости известных светодиодных ламп.
Вместо описанного выше металлического теплоотвода, было также изучено рассеяние тепла с помощью жидкости (см. например, китайские патенты номера 200810093378.5, 200910100681.8 и 200910101643.4. Светодиод был помещен в герметизированную колбу лампы, которая была заполнена теплопроводящей жидкостью, прозрачной для света, которая, например, может быть водой, маслом, гликолем или другой инертной жидкостью. С одной стороны, жидкость имеет намного более низкий коэффициент теплопроводности, чем коэффициент теплопроводности металла. Например, коэффициент теплопроводности воды составляет примерно 0,7 Вт/(м·K), тогда как коэффициент теплопроводности металла 50-415 Вт/(м·K). Коэффициент теплопроводности алюминиевого сплава, который обычно используется в теплоотводе светодиодной лампы, равен 96-226 Вт/(м·K). Из вышеупомянутого можно видеть, что жидкость имеет намного более низкую удельную теплопроводность, чем удельная теплопроводность металла. С другой стороны, так как коэффициент вязкости жидкости является очень большим, например, вода имеет вязкость 8937 µП, для жидкостей трудно создать конвекцию. В придачу к этому, жидкость имеет недостаточную теплопроводность и низкий эффект конвекционного рассеяния тепла. Кроме того, использование жидкости, чтобы рассеять тепло также вызывает проблемы, такие как электроанализ жидкости, эрозия жидкости к светодиоду, прекращение рассеяния тепла или даже взрыв, вызванный формированием слоя газовой фазы на поверхности светодиода из-за фазового перехода жидкости, загрязнения жидкости, из-за трещин в колбе лампы, и большого веса. Таким образом, эту методику также трудно применить на практике.
Было уже изучено использование газа для рассеяния тепла вместо описанного выше металла и жидкости. Например, в светодиодной лампе китайского патента No. 201010176451.2 в герметизированной колбе лампы для рассеяния тепла используется анион азота. Также, например, в светодиодной лампе китайского патента No. 200910250434.6 для рассеяния тепла в герметизированной колбе лампы используется смесь газов азота и аргона. Эти способы фактически до сих пор не используются. В дополнение к этим светодиодным лампам другие типы ламп (таких как холодные катодные люминесцентные лампы) могут рассеять тепло, используя высокую удельную теплопроводность газа (такого как гелий или смесь гелия с водородом), например, как описано в китайском патенте No. 200710148853.X. Однако трудно создать ограниченную конвекцию, приводящую к ограниченному эффекту теплопроводности и рассеяния, так как трубка холодной катодной люминесцентной лампы имеет большой объем, который занимает почти всю колбу лампы. Следовательно, сегодня этот способ фактически не используется. Далее, в случае металлических галогенных ламп также используют заполнение колбы лампы газом типа азота и/или водорода, как можно видеть из китайского патента No. 200580039670,3. Лампа накаливания также может быть заполнена газом, таким как азот и/или водород. Однако по составу света эти лампы отличаются от светодиодных ламп.
Помимо вышеупомянутой проблемы рассеяния тепла, светодиодная лампа известного уровня техники также имеет серьезную проблему преобразования высокого напряжения бытовой сети в низкое напряжение и сильный ток. Как описано выше, большинство светодиодных ламп известного уровня техники представляют собой мощный светодиод, функционирующий в условиях постоянного тока, низкого напряжения и сильного тока. Их рабочие напряжения находятся в диапазоне от нескольких вольт до десятков вольт, и их токи находятся в диапазоне от 0,35 А до нескольких ампер. В известных лампах накаливания и энергосберегающих люминесцентных лампах, используемых для общего освещения, используется промышленный переменный ток с напряжением 110-230 В. Таким образом, если будет нужно заменить эти лампы на светодиодные, потребуется драйвер, включающий преобразователь, чтобы преобразовать переменный ток высокого напряжения в постоянный ток с низким напряжением и сильным током. Такой драйвер в целом включает источник питания с такими элементами, как триоды, трансформаторы и электролитические конденсаторы, и цепь стабилизации напряжения. Так как объем света светодиода для замены лампы накаливания не является слишком большим, объем драйвера и трансформаторов должен быть как можно меньше, хотя разность между входным напряжением и выходным напряжением является очень большой; это приводит к низкой эффективности электрического преобразования, обычно порядка 70%-80%. Это уменьшает выход люминесценции всего источника света. С другой стороны, поскольку эффективность лампы является низкой, она производит большое количество тепла. Учитывая вышеупомянутую выработку тепла драйвером и выделение тепла светодиодом, температура драйвера быстро повышается, что не только дополнительно уменьшает КПД драйвера, но также и сокращает общий срок службы драйвера. Драйвер содержит такие элементы как триоды, трансформаторы и электролитические конденсаторы, которые чувствительны к температуре. При повышении температуры, их эффективность, срок службы и надежность значительно падает. Это делает срок службы светодиодной лампы известного уровня техники зависимой не только от светодиода, но и от драйвера. Кроме того, драйвер, содержащий источник питания с трансформатором и стабилизатором напряжения, имеет усложненная схему и высокие требования к надежности элементов, повышая, таким образом, стоимость устройства, что является другим критическим фактором высокой конечной цены светодиодной лампы известного уровня техники.
Чтобы заменить такой драйвер, разрабатывается технология, называемая ACLED (светодиод переменного тока), описанная в китайских патентах No. 200510020493.6 и No. 200610099185.1 и патентах США номера 7515248 и 7535028, а также из технологии АХ3221 и др. Ряд небольших имеющихся светодиодных чипов соединяется последовательно подобно мостовой цепи выпрямителя, устанавливается на МРСВ, и обеспечивается теплоотводом. Они могут работать прямо на промышленном переменном токе, и схема драйвера этого устройства относительно является относительно простой. Однако такой известный светодиод имеет относительно низкую эффективность, и он должен быть плотно и термически соединен с металлическим теплоотводом, который должен быть в контакте с воздухом. Так как драйвер ACLED связан с сетью переменного тока высокого напряжения, металлический теплоотвод легко заряжается и, таким образом, будет ненадежен в работе. Известный светодиод HVLED (светодиод высокого напряжения), например, описанный в китайском патенте No. 201020159200,9, также связан с теми же самыми проблемами безопасности.
2
Кроме того, светодиод является своего рода точечным источником света, и приблизительно 100 люмен света будут сконцентрированы на участке примерно 1 мм, таким образом, интенсивность света будет примерно порядка десятков миллионов нит. Если этот источник света будет направлен человеку прямо в глаза, и создаст ослепительный блеск, оставляя, таким образом, тень вне поля зрения, то на зрение в пределах короткого промежутка времени будет оказано сильное воздействие. Следовательно, домашняя лампа должна иметь неослепляющую колбу или другие устройства для рассеяния света. Чтобы получить хорошее ощущение света, светорассеивающий слой неослепляющей колбы лампы должен иметь достаточную толщину, хотя это также приведет снижению эффективности передачи света через стенку колбы. Как правило, это составляет потерю света примерно 15%. Это, в свою очередь, снизит выход люминесценции всего источника света.
С учетом вышеупомянутого, если свет светодиода известного уровня техники будет предназначен для широкой замены ламп накаливания и энергосберегающих люминесцентных ламп для общего освещения, то у светодиода должен быть повышен выход люминесценции, значительно снижена стоимость, увеличен срок службы, и объем и вес должны быть близкими к таким параметрам лампы накаливания.
Краткое описание изобретения
Ввиду вышеизложенных недостатков известных прототипов, объект настоящего изобретения состоит в том, чтобы снять, по меньшей мере, один ряд вышеупомянутых проблем и дефектов.
Соответственно, один объект настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить светодиодную ленту, способную излучать свет 4N с высокой эффективностью.
Еще один объект настоящего изобретения состоит в создании высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N с высокой эффективностью.
Другой объект настоящего изобретения состоит в создании недорогой и эффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N.
Дальнейший объект настоящего изобретения состоит в создании долговечной по времени и высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N.
Еще одним объектом настоящего изобретения является создание высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, которая имеет объем и вес близкими к объему и весу лампы накаливания.
В соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения, обеспечивается светодиодная лампа, содержащая: колбу светодиодной лампы; стойку сердечника со штенгелем и держателем; по меньшей мере, одну светодиодную ленту со светодиодными чипами, излучающими свет 4N; драйвер и цоколь лампы, где колба лампы со стойкой сердечника вакуумирована, чтобы сформировать герметичную камеру, которая заполнена газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности, при этом светодиодную лента закреплена на держателе и размещена в герметичной камере, причем светодиодная лента электрически связана с драйвером и цоколем, а цоколь лампы используется для соединения с внешним источником питания, обеспечивающим излучение света светодиодной лентой.
В соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения, обеспечивается светодиодная лента со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, в котором светодиодная лента включает прозрачную подложку и, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов на прозрачной подложке, соединенных последовательно таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока, причем светодиодные чипы имеют прозрачные подложки чипов; электроды светодиодных чипов направляются ведущим устройством электродов светодиодных чипов, расположенных на двух концах прозрачной подложки, в котором прозрачная подложка сделана из мягкого стекла, твердого стекла, кварцевого стекла, прозрачной керамики или из пластмассы.
В соответствии с еще одним вариантом воплощения, настоящее изобретение обеспечивает светодиодную ленту со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, в котором светодиодная лента включает прозрачную подложку и, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов на прозрачной подложке, соединенных последовательно таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока, причем светодиодные чипы имеют прозрачные подложки чипов; электроды светодиодных чипов направляются ведущим устройством электродов светодиодных чипов, расположенных на двух концах прозрачной подложки, в котором часть светодиодных чипов - светодиодные чипы синего света, тогда как их другая часть - светодиодные чипы красного света; люминесцентный слой порошкового люминофора расположен вокруг светодиодных чипов и прозрачной подложки, на которой установлены светодиодные чипы для преобразования части синего света, излучаемого светодиодными чипами, в желтый свет, тогда как другая часть синего света смешивается с желтым светом и красным светом, чтобы создать белый свет, при этом белый свет имеет высокий индекс цветопередачи или другой цвет света.
В соответствии с другим вариантом воплощения, настоящее изобретение обеспечивает светодиодную ленту со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, в которой светодиодная лента включает прозрачную подложку и, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов на прозрачной подложке, соединенных последовательно таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока, причем светодиодные чипы имеют прозрачные подложки чипов; электроды светодиодных чипов направляются ведущим устройством электродов светодиодных чипов, расположенных на двух концах прозрачной подложки, в котором прозрачная трубка или прозрачная люминесцентная трубка с порошковым люминофором расположены на наиболее удаленной стороне светодиодных чипов и прозрачной подложки.
В соответствии с еще одним вариантом воплощения, настоящее изобретение обеспечивает светодиодную ленту со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, в котором светодиодная лента включает прозрачную подложку и, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов на прозрачной подложке, соединенных последовательно таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока, причем светодиодные чипы имеют прозрачные подложки чипов; электроды светодиодных чипов направляются ведущим устройством электродов светодиодных чипов, расположенных на двух концах прозрачной подложки, в котором светодиодные чипы - прозрачные высоковольтные светодиодные чипы, каждый из которых имеет, по меньшей мере, два p-n перехода светодиода, соединенные последовательно.
Высокоэффективная светодиодная лампа со светодиодными чипами, излучающими свет 4N по настоящему изобретению, включает светопроницаемую колбу лампы, сердечник со штенгелем, провод питания и держатель, по меньшей мере, одну светодиодную ленту со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, драйвер, цоколь лампы, колбу лампы и соединительный элемент, соединенный с цоколем, при этом светопроницаемая колба и сердечник вакуумированы, чтобы сформировать герметичную камеру, которая заполнена газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности; колба лампы, светодиодная лента, драйвер, цоколь лампы и соединительный элемент электрически соединены друг с другом, чтобы сформировать полную лампу; светодиодная лента установлена на сердечнике, электроды светодиодной ленты, соединены с драйвером и цоколем через провод питания сердечника и, в конечном счете, соединены с внешним источником питания, чтобы включить внешнее электропитание, т.е. подать питание на светодиодную ленту.
Из вышеупомянутого мы можем видеть, что в настоящем варианте воплощения, светопроницаемая колба лампы и стойка сердечника герметизированы, чтобы разместить в колбе соответствующий держатель и светодиодную ленту, установленную на держателе. Кроме того, драйвер и цоколь лампы расположены за пределами герметичной камеры.
2
2
2
Герметичная камера, сформированная светопроницаемой колбой лампы и стойкой сердечника, заполнена газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности, например, Не, Н или смесью газов Не и H. При комнатной температуре давление газа лежит в диапазоне 50-1520 тор. Известно, что любой статический газ - хорошая теплоизоляция, и рассеяние газом тепла в основном зависит от конвекции. Таким образом, необходимо выбрать газ, имеющий низкий коэффициент вязкости. Гелий имеет самый низкий коэффициент вязкости, который составляет всего 116 µП (коэффициент Н составляет 173 µП, коэффициент воздуха - 922 µП коэффициент воды - 8937 µП), легко создавая, таким образом, эффективное рассеяние тепла конвекцией. С другой стороны, светодиодная лента имеет небольшой объем и позволяет легко обеспечить эффективную конвекцию газа, удаляя, таким образом, тепло, выделяемое при работе светодиодной ленты, через конвекционные и теплопроводные свойства газа и через колбу лампы. Кроме того, светодиодная лента защищена инертным газом, таким как Не или другим газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и заполняющий вакуум. Поскольку на светодиодную ленту не подвержена влиянию водяного пара и т.д. в окружающей среде, светодиодная лента и светодиодные чипы в ней имеют продолжительный срок службы.
Светодиодная лента со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, включает прозрачную подложку и, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов на прозрачной подложке, соединенных последовательно таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока. Светодиодные чипы имеют прозрачные подложки чипов и закреплены на прозрачной подложке прозрачным клеем, таким как силиконовый клей, модифицированная смола или эпоксидная смола и т.д. Светодиодный чип излучает свет 4N, и имеет высокий выход люминесценции. Электроды светодиода соединяются проводами питания с двумя концами прозрачной подложки.
Прозрачная подложка светодиодной ленты сделана из стекла, тугоплавкого стекла, кварцевого стекла, прозрачной керамики, пластмассы и т.д. Провода питания на двух концах светодиодной ленты закреплены на обоих концах прозрачной подложки высокотемпературным клеем, пластмассой, клейкой лентой или легкоплавким стеклом.
По меньшей мере, один ряд светодиодных чипов закреплен на прозрачной подложке отдельно друг от друга. Соответствующие чипы могут быть размещены радом друг с другом или через определенный интервал между ними. Например, интервал между чипами должен быть больше 0,01 мм. Тепло, выделяемое при работе светодиодов распределяется равномерно и легко рассеивается. Светодиоды имеют малое повышение температуры и длительный срок службы. Так как свет, излучаемый светодиодами, распределен по всем направлениям, слепящая яркость светодиода уменьшается.
Чипы, соединенные последовательно и установленные на прозрачной подложке, могут быть светодиодными чипами с идентичными или различными цветами люминесценции, например, излучая ровный синий свет, ультрафиолетовый или другой монохроматический свет. Чипы также могут быть источниками трех основных цветов RGB или множества основных цветов, чтобы получить белый свет или различные оттенки цвета. Когда выбрано различное число светодиодов, имеющих множество цветов люминесценции, можно при этом получить белый свет, имеющий высокий индекс цветопередачи.
Прозрачный диэлектрический слой, имеющий высокий коэффициент светопропускания и высокий показатель преломления, например, силиконовый клей, пластические массы или эпоксидная смола, может быть наложен на поверхность прозрачной подложки светодиодной ленты, установленной вместе с чипами и на чипах, увеличивая, таким образом, эффективность выхода света и защищая светодиодные чипы и электрические соединительные провода.
Когда светодиодные чипы излучают синий свет или ультрафиолетовый свет и используют люминесцентный порошковый люминофоре, чтобы преобразовать эти света в белый свет или другой цветовой оттенок света, также необходимо обеспечить однородный слой порошкового люминофора за пределами светоизлучающей ленты и ее чипов.
Порошковый люминофор может быть нанесен на внешние поверхности вокруг прозрачной подложки и чипов.
Слой порошкового люминофора может быть нанесен на внешнюю поверхность вокруг прозрачной подложки излучающий свет ленты и на поверхность с установленными чипами, так же как на прозрачный диэлектрический слой на чипах.
Прозрачный диэлектрический слой сначала может быть создан вокруг прозрачной подложки светоизлучающей ленты и чипов, а затем наносится на равномерный слой порошкового люминофора.
Однородный слой порошкового люминофора может быть сначала нанесен вокруг прозрачной подложки светоизлучающей ленты и чипов, а затем на прозрачный диэлектрический слой.
Слой порошкового люминофора делается, смешивая люминесцентный порошок и прозрачный диэлектрик, который обладает высокой проницаемостью для света, высоким коэффициентом преломления и высокой теплопроводностью, например, силиконовый клей, эпоксидная смола, пластические массы, прозрачный клей, прозрачный лак, органический макромолекулярный материал и так далее.
Порошковый люминофор и прозрачный диэлектрик предварительно смешиваются, чтобы получить однородную люминесцентную пленку, которая затем обертывается вокруг прозрачной подложки и прозрачного диэлектрического слоя на чипах.
Люминесцентный порошковый люминофор, который получен, смешивая порошковый люминофор с прозрачным диэлектриком, может также быть приготовлен как прозрачная диэлектрическая люминесцентная трубка с порошковым люминофором. Люминесцентная трубка с порошковым люминофором может быть помещена вне прозрачной подложки и чипов. Прозрачный диэлектрик, например, может быть силиконовым клеем, эпоксидной смолой, пластмассой, стеклом и так далее.
Порошковый люминофор также может быть нанесен на внутреннюю или внешнюю стенку стеклянной трубки и изготовлен как стеклянная люминесцентная трубка с порошковым люминофором. После этого прозрачная подложка, снабженная, по меньшей мере, одним рядом светодиодных чипов, может быть помещена в стеклянную трубку с порошковым люминофором.
Диэлектрик, имеющий высокий коэффициент светопропускания, высокую удельную теплопроводность и высокий показатель преломления, например, силиконовый клей, эпоксидная смола, пластмасса и так далее, может быть помещен между прозрачной диэлектрической стеклянной люминесцентной трубкой или диэлектрической стеклянной люминесцентной трубкой с порошковым люминофором и светодиодными чипами и прозрачной подложкой. Два конца указанной прозрачной диэлектрической люминесцентной трубки с порошковым люминофором или стеклянной люминесцентной трубки с порошковым люминофором могут быть установлены или герметизированы с проводом питания на обоих концах прозрачной подложки.
Порошковый люминофор также может быть нанесен на внутреннюю стенку прозрачной колбы лампы.
Светодиодная лента со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, имеет, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов, соединенных последовательно, которые могут быть высоковольтными светодиодными чипами. Каждый из высоковольтных светодиодных чипов имеет, по меньшей мере, два p-n перехода светодиода, соединенные последовательно, из которых любые два имеют, по меньшей мере, один провод для электрического соединения. На двух концах каждого из высоковольтных светодиодных чипов предусмотрен, по меньшей мере, один металлический электрод для сварки и соединения провода. По меньшей мере, один провод для электрического соединения предусмотрен между любыми двумя высоковольтными светодиодными чипами, и между высоковольтным светодиодным чипом и проводом питания высоковольтных светодиодов. Так как каждый высоковольтный светодиодный чип имеет множество p-n переходов светодиода, количество чипов, необходимых для светоизлучающей ленты, значительно уменьшается, упрощая, таким образом, процесс соединения чипов и проводное соединение светоизлучающей ленты и увеличивая производственный выход светоизлучающей ленты. Отметим, что для p-n переходов светодиода не является необходимо иметь большую площадь непрозрачного металлического сварного диска, увеличивая, таким образом, эффективность выхода света, т.е., увеличивая эффективность светоизлучения.
Описанные выше различные светодиодные ленты со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, могут использоваться не только для производства существующих светодиодных ламп, но также могут использоваться в качестве отдельного светоизлучающего элемента.
По меньшей мере, один ряд светодиодных чипов, соединяется последовательно таким образом, что в этом ряду число p-n переходом имеющих одно и то же направление тока, является достаточно большим так, что полное напряжение возбуждения, по меньшей мере, одной светодиодной ленты, используемой после последовательного или параллельного соединения, близко по величине внешнему промышленному напряжению переменного тока или напряжению внешнего источника постоянного тока, например, 20-100% пикового напряжения используемого питания переменного тока или источника постоянного тока. Следовательно, трансформатор не является необходимым для драйвера и, таким образом, настоящее изобретение обеспечивает простую цепь питания, высокую производительность и низкую стоимость.
По меньшей мере, одна светодиодная лента, имеющая светодиодные чипы, излучающие свет 4N, соединена последовательно или параллельно и последовательно с тем, чтобы ленты могли функционировать в двунаправленном режиме переменного тока или в однонаправленном режиме постоянного тока.
По меньшей мере, одна светоизлучающая лента может иметь форму V, W, столбика, конуса, плоскости и т.д.
Чтобы избежать создания тени на колбе лампы, вызванной, блокировкой света, излучаемый одной светодиодной лентой, другой светодиодной лентой, соответствующие, по меньшей мере, две светоизлучающие ленты чередуются друг с другом. Таким образом, любые две полосы различных светодиодных лент не расположены в одной и той же плоскости.
Различные ленты светодиодных лент чередуются друг с другом по диагонали соответствующих поверхностей виртуального многогранного столба или многогранного усеченного конуса.
Когда, по меньшей мере, одна светодиодная лента соединена для работы в двунаправленном режиме переменного тока, по меньшей мере, одна из светодиодных лент имеет проводимость в прямом направлении, тогда как, по меньшей мере, следующая из светодиодных лент проводит ток в обратном направлении. Альтернативные преобразования переменного тока в прямом и обратном направлении, в свою очередь, делают ленты токопроводящими и излучающими свет. Конечно, необходимо иметь, по меньшей мере, 5 светодиодных лент, чтобы сформировать цепь, подобную мостовой цепи выпрямителя. Подобно известным светильникам серии ACLED, альтернативное прямое и обратное преобразование переменного тока по направлению делает ленты токопроводящими и излучающими свет. Светоизлучающая лента герметизирована в светопроницаемой колбе лампы, и высокое рабочее напряжение изолировано в пределах колбы лампы. Таким образом, можно непосредственно использовать промышленный переменный ток. Конечно, также возможно соединить элементы только последовательно, чтобы уменьшить напряжение, ограничить ток или использовать цепь регулирования при параллельном соединении резистора и конденсатора, с помощью РТС-резистора и т.д. Следовательно, светодиодная лента является безопасной и надежной в работе, устраняя риски высоковольтного пробоя и ненадежного теплоотвода известных устройств ACLED и HVLED.
Когда, по меньшей мере, одна светодиодная лента используется для работы в однонаправленном режиме постоянного тока, она может работать с внешним источником питания постоянного тока или с источником переменного тока. При использовании внешнего источника переменного тока драйвер может состоять из цепи выпрямителя и фильтра и цепи понижения и ограничения тока, имеющей конденсатор и резистор, соединенные параллельно, или можно использовать цепь выпрямителя и фильтра, сочиненную последовательно с РТС-резистором. Драйвер характеризуется простой цепью, низкой стоимостью и отсутствием триодов и трансформаторов, отсутствием высокочастотного излучения и/или отсутствием электролитических конденсаторов. Драйвер может быть относительно простым не изолированным драйвером с цепью индуктивностью и источником постоянного тока без трансформатора.
Светопроницаемая колбу лампы является прозрачным, кремовой, матовой или цветной, или часть колбы имеет отражающий слой или ряд небольших призм или линз.
Светопроницаемая колба лампы имеет любую форму типа A, G, R, PAR, Т, форму свечи, Р, PS, BR, ER, или форму оболочек известных электрических ламп.
Цоколь лампы - любой из электрических соединителей типа Е40, Е27, Е26, Е14, GU, ВХ, ВА, ЕР, EX, GY, GX, GR, GZ и типа G известных ламп.
По сравнению с известным уровнем техники, настоящее изобретение имеет следующее преимущества:
- высокий выход люминесценции. Газ, имеющий низкий коэффициент вязкости, находится в герметизированной колбе и используется для выполнения конвективной теплоотдачи, решая, таким образом, проблему рассеяния тепла светодиодных чипов, излучающих свет 4N. Когда чип излучает свет 4N, выход люминесценции превышает 65%. При использовании высоковольтной светодиодной ленты с множеством светодиодных чипов, соединенных последовательно, эффективность цепи драйвера составляет величину выше 95%. Эффективность всей лампы может составить выше 130 люмен на ватт, что равно эффективности современных светодиодных ламп, в два раза превышает эффективность энергосберегающей флуоресцентной лампы, и в десять раз выше эффективности лампы накаливания. Если используются высоковольтные светодиодные чипы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, то выход люминесценции будет дополнительно улучшен.
- Низкая стоимость. Тепло, выделяемое светодиодом, во время работы, удаляется путем конвекции и проводимости газа, имеющего низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности в герметизированной колбе лампы, и через стенки колбы лампы, не требуя металлического теплоотвода. При использовании высоковольтной светодиодной ленты, не требуется дорогостоящего преобразователя с трансформатором для преобразования переменного тока в постоянный. Стоимость всей лампы снижается на две трети или выше. Если используются высоковольтные светодиодные чипы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, то стоимость лампы можно дополнительно снизить.
- Продолжительный срок службы. Вся лампа не содержит элементов с коротким сроком службы. Так как светодиод расположен в герметизированной колбе лампы, заполненной инертным газом гелием, он не подвергается воздействию водяного пара и т.д. в окружающей среде. Кроме того, чипы установлены с зазорами между ними и работают при малом токе и при низкой температуре. Сервисный срок службы светодиодной лампы может быть достигнут равным сроку службы самого светодиода, т.е., 50,000-100,000 часов.
- Безопасность и надежность. Высоковольтные светодиодные ленты с высоким рабочим напряжением расположены в герметизированной колбе лампы. Следовательно, они безопасны и надежны, решая проблемы безопасности известных устройств ACLED и HVLED.
- Малый вес и небольшой объем. Поскольку вся светодиодная лампа не нуждается в металлическом теплоотводе и трансформаторе, вес лампы снижается на две трети или выше. Свет светодиодной лампы по настоящему изобретению ярче света энергосберегающей люминесцентной лампы, и ее вес близок к весу лампы накаливания. Объем заявленной светодиодной лампы также близок к объему лампы накаливания.
- Малая ослепляющая яркость. Множество небольших светодиодных чипов распределены в лампе равномерно, снижая ослепляющую яркость светодиодных чипов.
Поскольку внутренняя квантовая эффективность светодиодных чипов дополнительно повышена, а стоимостью чипов непрерывно снижается, светодиодная лампа со светодиодными чипами, излучающими свет 4N по настоящему изобретению, может стать основным видом светодиодных ламп общего освещения.
Предлагаемая светодиодная лампа может заменить лампу накаливания и энергосберегающую люминесцентную лампу для целей освещения.
Краткое описание чертежей
Цели и преимущества изобретения станут ясными из следующего описания предпочтительного варианта воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фигура 1 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
фигура 2 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения;
фигура 3 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
фигура 4 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
фигура 5 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 6 - схематический вид спереди на структуру светодиодной ленты в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 7 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6 в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 8 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6, в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 9 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6, в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 10 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6, в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 11 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6, в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 12 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6 в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 13 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии А-А фигуры 6, в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 14 - схематический вид спереди на структуру светодиодной ленты в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 15 - схематический вид структуры светоизлучающей ленты, взятый по линии В-В Фигура 14, в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 16 - схематический вид спереди на структуру высоковольтной светодиодной ленты со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 17 - схематический вид на другое устройство светодиодных лент в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 18 - схематический вид на другое устройство светодиодных лент в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения;
Фигура 19 - схематический вид на другое устройство светодиодных лент в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения; и
Фигура 20 - схематический вид на еще одно устройство светодиодных лент в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения.
Краткое пояснение к цифровым позициям, используемым на приложенных чертежах.
1. светопроницаемая колба лампы
1а. расширенная трубка стойки сердечника
2. штенгель
2а. место уплотнения штенгеля
3. провод питания
3а. согнутый провод питания
4. опора
42. держатель
5. стойка сердечника
6, 6а, 6b. светодиодная лента
7. драйвер
8. цоколь лампы
9. соединительная часть
10. светодиодная лампа
11, 11a. металлический провод на стойке сердечника
12. электрический соединительный провод
13. герметизированная камера
14. светоотражательный слой
14а. светоотражательная пластина
15. прозрачная подложка
16, 16а. светодиодный чип
17. электрический соединительный провод между чипами
18. провод электрода;
19. фиксатор провода электропитания
20. сварной конец провода электропитания
21. электрический соединительный провод
22. прозрачный клей
23. излучаемый свет
24. p-n переход
25, 25а прозрачный диэлектрический слой
26, 26а слой порошкового люминофора
27. светоизлучающая лента с прозрачной трубкой или трубкой с порошковым люминофором
28. прозрачная трубка или трубка с порошковым люминофором
29. провод питания
30. место уплотнения
31. прозрачный диэлектрик
32. слой порошкового люминофора
33. светоизлучающая полоса высоковольтного светодиодного чипа
34. высоковольтный светодиодный чип
35. p-n переход свето диода
36. электрический соединительный провод между p-n переходами
37. соединительный диск на двух концах высоковольтного светодиодного чипа
38. электрический соединительный провод между высоковольтным светодиодным чипом и/или электрическим соединительным проводом между высоковольтным светодиодным чипом и проводом электропитания
39. ось конуса
40. светодиодная лента различного цвета
41. виртуальный многогранник
Подробное описание вариантов воплощения изобретения
Техническое решение согласно настоящему изобретению будет далее подробно описано на примерах его воплощения со ссылками на фигуры 1-20. Везде в описании аналогичные или подобные компоненты будут обозначены одинаковыми цифровыми позициями. Объяснение по реализации настоящего изобретения со ссылками на соответствующие чертежи предназначено интерпретировать общую изобретательскую идею настоящего изобретения, вместо того, чтобы ограничить это изобретение.
На Фигуре 1 представлен схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Эта светодиодная лампа включает светопроницаемую колбу 1 лампы, светодиоды, стойку сердечника 5 со штенгелем 2 и держателем, по меньшей мере, одну светодиодную ленту 6, имеющую светодиодный чип, излучающий свет 4N, драйвер 7, цоколь лампы 8, соединительную часть 9, соединяющую колбу лампы 1 с цоколем 8. Светопроницаемая колба 1 светодиодной лампы, стойка сердечника 5, светодиодная лента 6, драйвер 7, цоколь лампы 8 и соединительная часть 9 скреплены друг с другом в виде неразъемной светодиодной лампы 10, Светодиодная лента 6 закреплена на стойке сердечника 5 проводом питания 3 и металлическим проводом 11. Электроды светодиодной ленты 6, в свою очередь, соединены с драйвером 7, электрическим соединительным проводом 12 (если потребуется), цоколе лампы 8 и внешним источником питания через провод питания 3 и/или металлический провод 11 стойки сердечника 5. Когда подключено внешнее электропитание, светодиодная лента 6 светиться. Светопроницаемая колба 1 светодиодной лампы и стойка сердечника 5 создают герметичную камеру 13 путем удаления воздуха из колбы. Камера 13 заполнена газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности, который может удалить тепло, выделяемое светодиодной лентой 6 при ее работе посредством конвекции и проводимости газа и через светопроницаемую колбу 1 лампы.
Следует отметить, что, как показано на фигуре 1, опора 4, провод питания 3 и металлический провод 11 используются в качестве держателя 42 для установки элементов светодиодной ленты 6. В настоящем варианте воплощения стойка сердечника 5 включает штенгель 2, трубу с расширением 1а и держатель 42 (который включает провод питания 3, стойку 4 и металлический провод 11), которые скреплены друг с другом. Как описано выше, стойка сердечника 5 герметизирована с колбой 1 светодиодной лампы. Конкретно, труба с расширением 1а герметизирована с колбой 1 светодиодной лампы в месте их соединения. Как понятно квалифицированному специалисту, стойка сердечника настоящего варианта воплощения устроена так же, как различные компоненты стойки сердечника в известном уровне техники. Следовательно, подробное описание стойки сердечника можно опустить.
2
Конкретно, колба 1 светодиодной лампы и стойка сердечника 5 сплавлены в процессе нагревания при высокой температуре, формируя, таким образом, герметичную камеру 13. Процесс, используемый в настоящем варианте воплощения, идентичен процессу герметизации, используемом в процессе изготовления традиционных ламп накаливания. Светодиодная лента 6, опора 4 стойки сердечника 5 и металлический провод/соединительный провод 11 между одним концом провода питания 3 и светоизлучающей лентой 6 в целом герметизированы в герметичной камере 13; герметичная камера 13 заполнена газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент удельной теплопроводности после вакуумирования через штенгель 2; и затем штенгель 2 расплавляется на месте герметизации 2а, чтобы удержать газ в камере 13. Газ, имеющий низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент удельной теплопроводности в герметичной камеры 13, например. Не, Н или смесь газов Не и Н2, находится под давлением в диапазоне 50-1520 тор при комнатной температуре. Гелий имеет самый низкий коэффициент вязкости среди различных газов, который составляет всего 116 µП (по сравнению с коэффициентом водорода, равным 173 µП, коэффициентом воздуха 922 µП и коэффициентом воды 8937 µП). Следовательно, гелий может создать эффективное конвекционное рассеивание, чтобы удалить тепло, выделяемое светодиодной лентой при работе, и гарантировать нормальное функционирование светодиодной ленты.
Как можно видеть из приведенного выше описания, герметичная камера 13 содержит только светодиодную ленту 6, опору 4 стойки сердечника 5 и металлический провод или соединительный провод 11 между одним концом провода питания 3 и светоизлучающей лентой 6. Электроды на двух концах светодиодной ленты 6, в свою очередь, электрически соединены с драйвером 7, электрическим соединительным проводом 12 и цоколем лампы 8 вне герметичной камеры 13 через провод питания 3 на стойке сердечника 5. Цоколь лампы 8 используется для соединения с внешним источником питания, чтобы подать напряжение на светодиодную ленту 6.
Светодиодная лента 6 защищена инертными газами, такими как гелий или другой газ, имеющий низкий коэффициент вязкости и помещенный в герметизированную оболочку, таким образом, лента 6 полностью защищена, например, от действия водяного пара и т.д. в пределах окружающей среды. Это продлит срок службы светодиода.
Светодиодная лента 6 имеет, по меньшей мере, один ряд p-n переходов, которые соединены последовательно друг с другом таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока. Число светодиодных чипов является достаточно большим, так что общее напряжение питания, по меньшей мере, одной светодиодной ленты, используемой после последовательного или параллельного соединения, близко к напряжению внешнего источника переменного тока или напряжению внешнего источника постоянного тока, например, в диапазоне 20-100% пикового значения используемого напряжения переменного тока или напряжения источника постоянного тока. Таким образом, что касается полученной высоковольтной светодиодной ленты со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, то она имеет следующие преимущества: драйвер не нуждается в трансформаторе, цепь питания упрощена, эффективность повышена и стоимость снижена.
По меньшей мере, одна светодиодная лента 6 может быть соединена последовательно или параллельно и последовательно так, чтобы ленты могли функционировать в двунаправленном режиме переменного тока или однонаправленном режиме постоянного тока. На фигуре 1 показан пример, в котором две светодиодных ленты соединены последовательно, чтобы функционировать в однонаправленном режиме постоянного тока.
Когда, по меньшей мере, одна светодиодная лента 6 соединена для работы в однонаправленном режиме постоянного тока, внешнее электропитание этой ленты может быть источником постоянного тока или источником переменного тока. Используя внешний источник переменного тока, драйвер 7 может состоять из понижающей цепи ограничения тока, имеющей конденсатор и резистор, соединенные параллельно, а также выпрямитель и фильтр, или может использовать выпрямитель и фильтр или цепь выпрямителя, соединенную последовательно с РТС-резистором без триода, трансформатора и/или электролитического конденсатора, или может использовать стабилизатор тока без источника питания и трансформатора. Следовательно, драйвер обладает низкой стоимостью.
Когда, по меньшей мере, одна светодиодная лента 6 соединена для работы в двунаправленном режиме переменного тока, по меньшей мере, одна из светодиодных лент имеет проводимость в прямом направлении, тогда как, по меньшей мере, следующая светодиодная лента 6 имеет проводимость в обратном направлении. Переменное преобразование переменного тока в прямом и обратном направлении, в свою очередь, делают ленты переменно проводящими для излучения света. Конечно, также можно соединить, по меньшей мере, 5 светодиодных лент 6 в цепь, подобную мостовой цепи выпрямителя. Таким образом, четыре светоизлучающих ленты, в свою очередь, пропускают переменный ток в прямом и обратном направлении по 4 плечам для излучения света, тогда как лента, включенная в диагональ моста с этими 4-мя плечами, всегда имеет проводимость, необходимую для излучения света, независимо от протекания переменного тока в прямом или обратном направлении.
Когда светоизлучающие ленты функционируют в двунаправленном режиме переменного тока, они могут работать на промышленном переменном токе, или драйвер 7 может быть только РТС-резисторами или токоограничивающими резисторами, соединенными последовательно.
Светодиодная лента, имеющая светодиодные чипы, излучающие свет 4N, может быть высоковольтной светодиодной лентой и ее среда с высоким рабочим напряжением может быть вакуумом, созданным в колбе светодиодной лампы. Следовательно, настоящая высоковольтная светодиодная лента безопасна и надежна в работе.
Светопроницаемая колба лампы 1 может быть прозрачной, кремовой, матовой или окрашенной. Кроме того, часть колбы лампы может иметь отражающий слой или ряд небольших призм или линз, если это потребуется.
Светопроницаемая колба 1, может иметь форму A, G, R, PAR, Т, С, форму свечи, Р, PS, BR, ER, BRL или любую другую форму колбы существующих ламп.
Цоколь 8 лампы может быть любым электрическим соединителем существующих ламп, таких как Е40, Е27, Е26, Е14, GU, B22, ВХ, ВА, ЕР, EX, GY, GX, GR, GZ и G, чтобы обеспечить разъемное соединение с различными патронами ламп или осветительной арматуры. На фигуре 1 показан пример цоколя (головки) лампы Е-типа.
Следует иметь ввиду, что в следующих вариантах воплощения настоящего изобретения, числовые позиции, идентичные позициям, используемым на фигуре 1, указывают на идентичные или функционально-подобные элементы. Для удобства они не описаны снова в следующих вариантах воплощения, если они не имеют различную структуру или не выполняют другую функцию.
фигура 2 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы, снабженной светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения. На фигуре 2 во избежание создания тени на колбе 1 светодиодной лампы 1 (в дальнейшем именуемая как колба 1) или на осветительной арматуре из-за блокирования света, излучаемого одной светодиодной лентой другой светодиодной лентой, различные светодиодные ленты чередуются друг с другом. Таким образом, любые две полосы различных светодиодных лент лежат в разной плоскости. В настоящем варианте воплощения светодиодные ленты 6 имеют две светодиодных ленты 6а и 6b, нижние уровни (примыкающие к торцу штенгеля 2), расположены в одной и той же горизонтальной плоскости (или на том же уровне по высоте) фигуры 2, тогда как их верхние концы расположены спереди и сзади.
фигура 3 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Конкретно, колба 1 имеет форму PAR и имеет светоотражательный слой 14 на своей внутренней стенке, а светодиодная лента 6 прикреплена к металлическому проводу 11 стойки сердечника 5 и к проводу питания 3. Чтобы повысить выход люминесценции, у основания колбы 1 установлена светоотражательная пластина 14а, отражающая свет светодиодной ленты 6, направленный к основанию, что увеличивает выход люминесценции.
фигура 4 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Колба 1 светодиодной лампы имеет Т-образную форму и, по меньшей мере, одна светодиодная лента 6 установлена непосредственно проводе питания 3 и За стойки сердечника 5. Провод питания За соединенный с верхним концом светодиодной ленты 6, изогнут, чтобы предотвратить создание тени от светодиодной ленты 6 на колбе 1 лампы через провод питания, параллельный этой ленте. Колба 1 снабжена слоем порошкового люминофора 26а на своей внутренней стенке, тогда как светодиодная лента не имеет никакого слоя порошкового люминофора. Цоколь 8 непосредственно соединен с колбой 1. Следует отметить, что в этом примере провод питания За можно рассматривать как изогнутый держатель светодиодной ленты 6.
Фигура 5 - схематический вид структуры высокоэффективной светодиодной лампы со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения. В этом примере колба 1 является отражающей колбой R-типа, и на внутреннюю стенку колбы 1 нанесен светоотражательный слой 14. Четыре светодиодные ленты 6, соединенные последовательно, установлены и прикреплены к стойке сердечника 5 с помощью провода питания 3, металлического провода На стойки сердечника и металлического провода 11 опоры 4.
Фигура 6 - схематический вид спереди на структуру светодиодной ленты 6 в высокоэффективной светодиодной лампе со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Светодиодная лента 6 имеет прозрачную подложку 15, на которой расположен, по меньшей мере, один ряд светодиодных чипов 16. По меньшей мере, один ряд светодиодных чипов 16, соединен последовательно таким образом, что в этом ряду p-n переходы имеют одно и то же направление тока. Между светодиодными чипами 16 предусмотрен электрический соединительный провод 17. На двух концах прозрачной подложки 15 установлены соответственно электрод светодиода, провода электрода 18 и фиксатор 19. Один конец 20 провода электрода 18, обращенный к светодиодным чипам 16, открыт для электрического соединения соединительного провода 21 со светодиодными чипами 16.
Прозрачная подложка 15 может быть сделана из стекла, тугоплавкого стекла, кварцевого стекла, прозрачной керамики или пластмассы и т.д. Средство фиксации 19 для крепления провода электрода 18 на двух концах светодиодной ленты 6, состоит из жаростойкого клея, пластмассы, жидкого серебра или низкоплавкого стекла. Так как в настоящей светодиодной лампе используется герметичная камера в виде герметизированной колбы светодиодной лампы с сердечником в вакууме, герметизированная колба заполнена газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности для быстрого отвода тепла, в отличие от светодиодной ленты в известном уровне техники, настоящее изобретение не ограничено использованием только очень дорогой прозрачной подложки, такой как сапфир, алмаз, чтобы выдержать высокую температуру, создаваемую светодиодными лентами. Таким образом, прозрачная подложка предлагаемых светодиодных лент 6 может быть сделана из относительно дешевых материалов, таких как стекло, тугоплавкое стекло, кварцевое стекло, прозрачная керамика или пластмасса, что снижает стоимость светодиодных лент 6.
Чипы 16, соединенные последовательно и установленные на прозрачной подложке 15, могут быть одинаковыми или различными люминесцентными цветными светодиодными чипами, например, чипы, излучающие равномерный синий свет, ультрафиолетовый свет или другой монохроматический свет. Также можно получить свет различного цветного состава, чтобы получить смесь различных цветов или белый свет. Когда выбрано различное число светодиодов, имеющих различный цвет люминесценции, можно получить белый свет с высоким индексом цветопередачи и различной цветовой температурой.
Фигура 7 - схематический вид в разрезе структуры светодиодной ленты 6 по линии А-А фигуры 6. Как показано на фигуре 7, светодиодные чипы 16 закреплены на прозрачной подложке 15 с помощью прозрачного клея 22. Подложки светодиодных чипов 16 прозрачны. Свет излучается от p-n переходов 24 светодиодных чипов 16. Часть излучаемого света может проходить по направлению электрического соединительного провода 17, а другая часть излучаемого света (т.е. свет, отраженный по направлению к прозрачной подложке 15 благодаря общему отражению и свету, первоначально направленному к прозрачной подложке 15), может выйти через подложку чипов и прозрачную подложку 15 светоизлучающей ленты. Как показано на фигуре 7, на основе излучаемого света 23 можно предвидеть, что светодиодные чипы 16 способны излучать свет 4N, значительно снижая, таким образом, потерю света, излучаемого от p-n переходов, вызванных отражением, многократными отражениями и поглощением в пределах светодиодных чипов 16, и, в конечном счете, значительно повышая выход люминесценции светодиодных чипов и внешний квантовый выход. Таким образом, повышается эффективность светоизлучения светодиодных чипов. Прозрачный клей 22 является, например, эпоксидной смолой, модифицированной смолой, силикагелем и т.д.
Фигура 8 - схематический вид в разрезе структуры светодиодной ленты 6 по линии А-А фигуры 6 в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения. В этом варианте воплощения прозрачный диэлектрический слой 25, имеющий высокий показатель преломления, высокий коэффициент светопропускания и высокую удельную теплопроводность, расположен на светодиодных чипах 16 и на поверхности прозрачной подложки 15, на которой установлены светодиодные чипы 16, для увеличения коэффициента светопропускания светодиодных чипов 16 в направлении соединительного провода 17 и для защиты чипов 16 и электрического соединительного провода 17. Прозрачный диэлектрик, например, представляет собой силикагель, эпоксидную смолу и пластмассу.
Когда светодиодные чипы излучают синий свет или ультрафиолетовый свет и необходим порошковый люминофор, чтобы преобразовать свет в белый свет или другой цвет люминесценции, как показано на фигурах 6, 7 и 8, светодиодные ленты 6 также требуют слоя порошкового люминофора на своей внешней стороне. Слой порошкового люминофора может быть нанесен на поверхность светодиодной ленты 6 или на внутреннюю или внешнюю стенку прозрачной диэлектрической трубки за пределами светодиодной ленты 6. Кроме того порошковый люминофор может быть внедрен в стенку прозрачной диэлектрической трубки (например, может быть выполнен как люминесцентная порошковая трубка), или нанесен на внутреннюю стенку колбы лампы 1, как показано на фигуре 4, в виде слоя порошкового люминофора 26а.
Фигура 9 - схематический вид в разрезе на структуру светодиодной ленты, имеющую слой порошкового люминофора в соответствии с одним вариантом воплощения. В этом варианте воплощения однородный слой порошкового люминофора 26 нанесен на внешние поверхности вокруг светодиодных чипов 16 и на прозрачную подложку 15. Иными словами, однородный слой порошкового люминофора 26 нанесен на внешние поверхности светодиодных лент, как показано на фигуре 7.
Слой порошкового люминофора 26 приготавливается, смешивая порошковый люминофор и прозрачный диэлектрик. Прозрачный диэлектрик - силиконовый клей, эпоксидная смола, пластмасса, прозрачный клей, прозрачный лак, высокомолекулярный полимер и т.д.
Фигура 10 - схематический вид в разрезе на структуру светодиодной ленты, имеющую слой порошкового люминофора в соответствии с другим вариантом воплощения. На фигуре 10, прозрачный диэлектрический слой 25 сначала наносится на светодиодные чипы 16 и поверхность прозрачной подложки 15, снабженной чипами (как показано на фигуре 8), а затем слой порошкового люминофора 26 размещается вокруг прозрачной подложки 15 и прозрачного диэлектрического слоя 25.
Фигура 11 - схематический вид в разрезе на структуру светодиодной ленты, имеющую слой порошкового люминофора, в соответствии с еще одним вариантом воплощения. На фигуре 11 прозрачный диэлектрический слой 25а сначала наносится вокруг прозрачной подложки 15 и прозрачного диэлектрического слоя 25, на поверхности которого установлены светодиодные чипы 16, а затем однородный слой порошкового люминофора 26 размещается вокруг прозрачного диэлектрического слоя 25а.
Фигура 12 - схематический вид в разрезе на структуру светодиодной ленты, имеющую слой порошкового люминофора, в соответствии с еще одним вариантом воплощения. На фигуре 12, прозрачный диэлектрический слой 25 сначала наносится вокруг чипов 16 и прозрачной подложки 15, а затем однородный слой порошкового люминофора 26 размещается вокруг прозрачного диэлектрического слоя 25.
Фигура 13 - схематический вид в разрезе на структуру светодиодной ленты, имеющую слой порошкового люминофора, в соответствии с еще одним вариантом воплощения. На фигуре. 13 однородный слой порошкового люминофора 26 сначала наносится вокруг чипов 16 и прозрачной подложки 15, а затем прозрачный диэлектрический слой 25 размещается вокруг порошкового люминофора 26.
Кроме того, прозрачная трубка может быть размещена за пределами светодиодной ленты 6 Фигуры 6, для того, чтобы защитить светодиодные чипы. Кроме того светодиодные ленты 6 могут быть дополнительно снабжены слоем порошкового люминофора.
Фигура 14 - схематический вид спереди на структуру светодиодной ленты, снабженной прозрачной внешней трубкой, в соответствии с одним вариантом воплощения. Как показано на фигуре 14, светодиодная лента 27 включает прозрачную внешнюю трубку 28, в которой герметично установлена прозрачная подложка 15 со светодиодными чипами 16. Электроды светодиодных чипов 16 снабжены проводами питания 29 на обоих концах прозрачной трубки 28, и электрический провод питания 29 герметизирован с прозрачной трубкой 28 на участке уплотнения 30. На фигуре 14, светодиодные чипы 16 могут быть светодиодными чипами, имеющими два различных цвета люминесценции. Например, светодиодный чип 16 излучает синий свет, а светодиодный чип 16а излучает красный свет. Светодиодный чип 16а, имеющий различные цвета, может использоваться для изменения цветовой температуру и индекса цветопередачи излучаемого света.
Фигура 15 - схематический вид структуры светодиодной ленты 27 со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, по линии В-В фигуры 14. На фигуре 15, светодиодным чипы 16 и их прозрачная подложка 15 дополнительно имеют прозрачную трубку 28, которая сделана из таких материалов, как стекло, пластмасса или силиконовый клей. Когда светоизлучающая лента 27 должна иметь слой порошкового люминофора, порошок может быть нанесен на внутреннюю или внешнюю стенку прозрачной трубки 28. На фигуре 15 показан пример, в котором слой порошкового люминофора 32 нанесен на внутреннюю стенку прозрачной трубки 28.
Как показано на фигуре. 15, порошковый люминофор может также быть смешан с прозрачным диэлектриком прозрачной трубки 28. В частности, порошковый люминофор может быть смешан с прозрачным диэлектриком, таким как стекло, пластмасса или силиконовый клей, чтобы создать прозрачную трубку с люминофором. Таким образом, нет необходимости снова наносить слой порошкового люминофора 32 на внутреннюю или внешнюю стенку прозрачной трубки 28.
Как показано на фигуре 15, материалы 31, имеющие высокий коэффициент теплопроводности, высокий показатель преломления и высокий коэффициент светопропускания может быть размещен между прозрачной трубкой 28 и светодиодными чипами, так же как прозрачной подложкой 15, например, в виде прозрачного силиконового клея, эпоксидной смолы, пластмассы и т.д. Когда светодиодные чипы излучают свет 4N, потеря света, излучаемого светодиодными чипами является очень небольшой на различных диэлектрических поверхностях раздела, так как стеклянная подложка, прозрачный клей и стеклянная трубки имеют показатели преломления близкие друг к другу, достигая, таким образом, высокой эффективности люминесценции, т.е., высокого выхода люминесценции светодиодных чипов.
Фигура 16 - схематический вид спереди на структуру светодиодной ленты со светодиодными чипами, излучающими свет 4N в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения. Как показано на фигуре 16, для светодиодной ленты 33 со светодиодными чипами, излучающими свет 4N предусмотрены прозрачные подложки светодиодных чипов. Светодиодные чипы являются высоковольтными светодиодными чипами, и каждый из высоковольтных светодиодных чипов 34 имеет, по меньшей мере, два p-n перехода светодиода 35, соединенные последовательно. Между соответствующими p-n переходами, предусмотрен, по меньшей мере, один соединительный провод 36 для создания соединения. На обоих концах каждого высоковольтного светодиодного чипа имеется, по меньшей мере, один металлический электрод 37 для сварного и проводного соединения, соответственно. По меньшей мере, один электрический соединительный провод 38 может быть размещен между различными высоковольтными светодиодными чипами и между высоковольтными светодиодными чипами и проводом питания 18 высоковольтной светодиодной ленты.
Как показано на фигуре 16, по меньшей мере, один высоковольтный светодиодный чип 34 светодиодной ленты 33 может иметь один и тот же или различный цвет люминесценции. Светоизлучающая лента 33 может иметь на поверхности чипов прозрачный диэлектрический слой, аналогичный слоям, показанным на фигурах 6 и 14. Кроме того, слой порошкового люминофора может быть размещен вокруг светоизлучающей ленты 33.
Следует понимать, что вышеупомянутые светодиодные ленты 6, 27 и 33 со светодиодными чипами, излучающими свет 4N, могут использоваться для изготовления светодиодной лампы, как показано на фигурах 1-5, или могут использоваться в качестве отдельных светоизлучающих элементов.
При использовании указанных элементов для производства светодиодных ламп, положения, по меньшей мере, одной светодиодной ленты могут быть оформлены по требованиям технологии, например, в виде столбика, в виде знака V, W, конуса, плоскости и т.д. Например, это может выполнено, как показано на фигурах 1-5 или на фигурах 17-20. Если необходимо избежать создания тени на колбе лампы, из-за блокировки света, излучаемого одной светодиодной лентой, другой светодиодной лентой, различные светодиодные ленты должны чередоваться друг с другом, как показано на фигуре 18. Светодиодные ленты могут быть встроены в линии по диагонали различных поверхностей виртуального многогранного столба или многогранного усеченного конуса. Иными словами, светодиодные ленты в целом имеют физическую форму многогранного столба или многогранного усеченного конуса, причем ни одна из светодиодных лент не расположена в той же самой плоскости. На фигуре 18 показана квадратная конструкция корпуса четырех светодиодных лент, когда они соответственно расположены на диагональных линиях четырех поверхностей, как показано пунктирной линией 41 на фигуре 18.
Используемые светоизлучающие ленты 6, 27 и 33 могут иметь одинаковые или различные цвета люминесценции, чтобы формировать источники света, имеющие различные цвета люминесценции, различные цветовые температуры и различные индексы цветопередачи. Например, как показано на фигуре 17, светоизлучающие ленты 6, 27 или 33, содержащие четыре светодиодных чипа, излучающие синий свет и покрытые слоем порошкового люминофора, возбуждаемого синим светом, чтобы произвести желтый свет, могут быть размещены вокруг оси конуса 39 как конический элемент. Кроме того, есть другая светодиодная лента 40 излучающая свет другого цвета. Еще одна светодиодная лента 40, например, излучает красный свет, чтобы изменить относительный световой поток обеих лент, т.е. получить светодиодную лампу белого света, имеющую различную цветовую температуру и индекс цветопередачи.
Хотя некоторые варианты воплощения изобретательской идеи описаны и иллюстрированы в общих чертах, квалифицированные специалисты понимают, что в этих вариантах воплощения могут быть сделаны модификации и изменения, не выходя из духа и объема общего изобретательного замысла, охват которого определен формулой изобретения.