ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ СИД-УСТРОЙСТВО С ВЕРХНЕЙ СТРУКТУРОЙ РАССЕИВАНИЯ ТЕПЛА
LIGHTING LED-DEVICE WITH UPPER HEAT DISSIPATION STRUCTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к осветительному устройству и к осветительной сборке, содержащей осветительное устройство и отражатель.
Уровень техники
В области электрического освещения СИД-элементы (светоизлучающий диод) все чаще и чаще используются ввиду своих преимущественных характеристик высокой эффективности и длительного срока службы. Также множество СИД уже используется для автомобильного освещения, включающего в себя как автомобильные сигнальные лампы, так и автомобильное переднее освещение.
Важные аспекты в конструкции осветительного СИД-устройства содержат механическую, электрическую, оптическую и тепловую конструкции. С точки зрения механической конструкции, осветительное СИД-устройство должно иметь необходимую устойчивость и удовлетворять требованиям к размерам. Согласно аспектам электрической конструкции осветительное СИД-устройство должно быть совместимо и иметь возможность соединения с заданным источником электрической энергии. Оптическая конструкция требует достаточного светового потока, сформированного от СИД-элементов, и пространственного распределения светового потока, как требуется для конкретной задачи освещения. Наконец, тепловая конструкция требует, чтобы тепло, сформировавшееся от работы СИД-элементов, рассеивалось, чтобы поддерживать устойчивые термические условия работы.
US 2011-0050101 описывает систему освещения, включающую в себя заменяемый модуль освещения, соединенный с модулем основания. Модуль освещения содержит твердотельные осветительные элементы, такие как СИД, и теплоприемник в термическом контакте, который может иметь множество ребер теплоотвода. Теплоприемник может содержать множество уложенных друг на друга выдавленных профилей с такими ребрами теплоотвода, каждый имеет соответствующий радиус, чтобы формировать ступенчато сужающийся к концу теплоотвод. В предпочтительном варианте осуществления модуль освещения имеет соединитель основания, чтобы получать энергию из осветительного штепселя, и схему формирователя, чтобы получать энергию от соединителя основания и предоставлять электрическую энергию твердотельному осветительному элементу на печатной плате.
EP 1881259 описывает СИД-лампу большой мощности с элементом основания, СИД-сборкой и верхней рассеивающей тепло структурой. Верхняя рассеивающая тепло структура содержит несколько рассеивающих тепло элементов с СИД-сборкой между ними. Эта лампа не является оптимальной с оптической и тепловой точки зрения. Функция рассеивания тепла препятствует оптической функции.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление осветительного устройства и осветительной сборки с подходящей оптической и тепловой конструкцией, т.е. причем достигаются как эффективное рассеивание тепла, так и полезное распределение интенсивности света.
Эта цель решается согласно изобретению посредством осветительного устройства по п. 1 и осветительной сборки по п. 15 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы ссылаются на предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Центральной идеей настоящего изобретения является предоставление рассеивающей тепло структуры со специально выбранной формой и конструкцией, чтобы минимизировать загораживание света, излучаемого от СИД-элемента, в частности избегать загораживания света, излучаемого в желаемых направлениях излучения, и ограничения загораживания света выбранными частями, который иначе излучался бы, как правило, в неиспользуемых или менее требуемых направлениях излучения.
Осветительное устройство согласно изобретению содержит элемент основания для электрического контакта и механического монтажа. Предпочтительно такой элемент основания предоставляет возможность съемного монтажа осветительного устройства в соответствующем патроне, например, для винтового соединения, байонетного соединения, штепсельного соединения и т.д. Он, в частности, применяется к модернизированным осветительным СИД-устройствам, т.е. к осветительному устройству с СИД-элементами, предназначенными, чтобы заменять лампу предшествующего уровня техники, такую как лампа накаливания. Модернизированное осветительное СИД-устройство должно в этом случае обеспечивать механический и электрический интерфейс в основании, соответствующий лампе, которая должна быть заменена.
Осветительное устройство дополнительно содержит СИД-сборку, по меньшей мере, с одним СИД-элементом. СИД-сборка находится на расстоянии от элемента основания вдоль продольной оси, которая предпочтительно является центральной продольной осью устройства. В последующем описании осветительное устройство согласно изобретению будет описано, как показано на чертежах, с продольной осью, ориентированной вертикально, причем элемент основания расположен снизу, а СИД-сборка - сверху. Как поймет специалист в области техники, эта ориентация будет использована только для легкости ссылки и не должна истолковываться как ограничивающая рамки защиты.
СИД-сборка может содержать только один СИД-элемент, т.е. светоизлучающий диод любого типа. Как будет обсуждаться для предпочтительных вариантов осуществления, может быть предпочтительна СИД-сборка, содержащая более одного СИД-элемента, в частности, если различные СИД-элементы размещены, чтобы излучать свет в различных пространственных направлениях, чтобы получать желаемое распределение излучения света.
Для того чтобы рассеивать тепло, сформированное при работе СИД-элементом и, если присутствуют, другими электронными компонентами, такими как схема формирователя, объединенная с осветительным устройством, рассеивающая тепло структура предусматривается рядом с СИД-сборкой.
Эта структура будет называться "верхней" рассеивающей тепло структурой, чтобы отличать ее от дополнительной "нижней" рассеивающей тепло структуры, которая может необязательно быть предусмотрена и объясняется в последующем подробном описании.
Верхняя рассеивающая тепло структура содержит один или более рассеивающих тепло элементов, выполненных из теплопроводного материала, предпочтительно плоские рассеивающие тепло элементы, такие как ребра теплоотвода, выполненные, например, из металлического материала, такого как медь или алюминий, или из пластикового материала с достаточными свойствами теплопроводности и теплового излучения.
Согласно изобретению, верхняя рассеивающая тепло структура, выполненная из материала, который, как правило, является непрозрачным и, таким образом, будет загораживать излучаемый свет, имеет специальную форму, чтобы минимизировать потерю света. Она имеет форму, чтобы включать в себя, по меньшей мере, первый конец и второй конец, находящийся на расстоянии от первого конца. Структура ориентирована так, что упомянутый первый и второй концы находятся на расстоянии вдоль поперечной оси, которая, по меньшей мере, по существу, перпендикулярна (т.е. 90°±25°, предпочтительно 90°±10°) к продольной оси. Верхняя рассеивающая тепло структура размещена относительно СИД-сборки так, что СИД-сборка находится между ее первым и вторым концом. Таким образом, верхняя рассеивающая тепло структура располагается, с точки зрения ее размещения вдоль продольной оси, на той же высоте, что и СИД-сборка, а предпочтительно даже протягиваясь выше СИД-сборки.
Это положение верхней рассеивающей тепло структуры, таким образом, предоставляет возможность размещения рассеивающих тепло элементов очень близко и, следовательно, в сильном термическом контакте с СИД-сборкой. Кроме того, положение СИД-сборки между первым и вторым концом ведет к частично огороженной конфигурации, причем рассеивающие тепло элементы могут дополнительно обеспечивать механическую защиту для СИД-сборки. Однако СИД-сборка не полностью окружена со всех сторон, так что свет может свободно излучаться в незагороженных направлениях света, таких как, например, перпендикулярно поперечной оси.
Предпочтительно верхняя рассеивающая тепло структура имеет удлиненную форму, т.е. форму, которая видна в разрезе, перпендикулярном продольной оси, где ширина верхней рассеивающей тепло структуры меньше ее длины, протягивающейся между первым и вторым концами. Особенно предпочтительно общая ширина, по существу, меньше длины, т.е. внешние размеры таковы, что длина, по меньшей мере, вдвое больше ширины, в некоторых вариантах осуществления даже более чем в 5 или даже 10 раз. Эта относительно узкая форма верхней рассеивающей тепло структуры ведет к минимизированному загораживанию света, излучаемого от СИД-элемента в стороны, т.е. перпендикулярно поперечной оси. Размещение структуры удлиненной формы вдоль поперечной оси дополнительно уменьшает затенение в плоскости поперечного сечения СИД-сборки только до двух угловых интервалов, смещенных на 180°, которые затенены, тогда как свет может свободно излучаться под оставшимися углами. Таким образом, для многих осветительных приборов, где конкретная угловая область не участвует или участвует только в небольшой степени в удовлетворении задачи освещения, возможно допускать ограниченную величину затенения в обмен на отличное рассеивание тепла и возможные дополнительные свойства механической защиты.
Согласно предпочтительному варианту осуществления верхняя рассеивающая тепло структура содержит на первом и втором концах края аркообразной формы.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления верхняя рассеивающая тепло структура имеет в поперечном сечении протяженность от поперечной оси, которая выбрана достаточно небольшой, так что угол затенения для света, излучаемого от СИД-сборки, равен 60° или менее, предпочтительно 45° или менее, а в некоторых вариантах осуществления даже 15° или менее. Вышеупомянутый угол должен быть измерен от центральной точки СИД-сборки, предпочтительно совпадающей с центральной продольной осью осветительного устройства.
Вышеупомянутое размещение и форма верхней рассеивающей тепло структуры, которая подразумевает определенный интервал затенения, в частности, вдоль поперечной оси, т.е. на первом и втором концах, особенно предпочтительно, если СИД-сборка состоит не только из одного СИД-элемента, а из множества СИД-элементов. Если, по меньшей мере, два СИД-элемента предусмотрены расположенными с интервалом друг от друга, по меньшей мере, в направлении, параллельном поперечной оси, потеря света вследствие затенения в направлении поперечной оси может быть приемлемой. В частности, в случаях, когда пространственное распределение интенсивности света, излучаемого от множества осветительных элементов, размещенных не параллельно, а с углом между ними, не будет однообразным и может даже содержать минимум в направлениях, близких к поперечной оси, затенение на концах верхней рассеивающей тепло структуры может вести к потере только очень ограниченной части общего светового потока. Следует отметить, что в предпочтительном случае СИД-сборки с несколькими СИД-элементами в разнесенном соотношении фактическое затенение будет во многих случаях даже меньше, чем вышеупомянутый угол затенения, который точно определяет затенение только для источника света в центральной точке. Однако угол затенения может все еще служить в качестве показателя величины загораживания света.
СИД-сборка может содержать в различных вариантах осуществления различные количества и относительные размещения СИД-элементов. В частности, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, два СИД-элемента размещались, чтобы излучать свет, по существу, в противоположных направлениях от поперечной оси. Таким образом, как видно вдоль продольной оси, предпочтительно такое размещение СИД-элементов, где, по меньшей мере, два СИД размещены со своими основными направлениями излучения, фазированными, по меньшей мере, по существу в противоположных направлениях от поперечной оси. Основные направления излучения в случае СИД-элемента с первичной оптикой могут быть определены в качестве максимума пространственного распределения интенсивности. В предпочтительном случае СИД-элемента без первичной оптики, в частности ламбертовского излучателя, основное направление излучения будет, в целом, перпендикулярным плоскому СИД-элементу.
Как станет понятно в связи с подробными вариантами осуществления ниже, верхняя рассеивающая тепло структура может содержать, по меньшей мере, два рассеивающих тепло элемента, расположенных с интервалом друг от друга, или может альтернативно содержать один элемент, протягивающийся между ее первым и вторым концами.
В вариантах осуществления, где предусмотрены два расположенных с интервалом рассеивающих тепло элемента, СИД-сборка предпочтительно размещается между двумя рассеивающими тепло элементами. Свет, излучаемый от СИД-сборки, может быть затенен до некоторой величины в двух рассеивающих тепло элементах, но в ином случае может свободно излучаться. Рассеивающие тепло элементы могут быть единичными плоскими ребрами теплоотвода или альтернативно содержать множество, например два, плоских ребра теплоотвода, размещенных под углом друг к другу.
В альтернативных вариантах осуществления, содержащих один плоский элемент, протягивающийся между первым и вторым концами, СИД-сборка может содержать один СИД-элемент или несколько СИД-элементов на одном или обоих своих концах.
В целом, предпочтительно, чтобы поверхность любых рассеивающих тепло элементов, расположенных так, чтобы свет от СИД-элементов мог падать на них, имела свойство диффузного рассеивания для того, чтобы избегать нежелательного отражения, создающего виртуальные источники света. Для того чтобы получать интенсивный световой поток, может быть предпочтительна белая поверхность со свойствами диффузного рассеяния. Альтернативно, чтобы избегать любых виртуальных источников света, может быть использована черная диффузно отражающая поверхность. Однако возможно использовать отражение для получения преимущества.
Согласно предпочтительному варианту осуществления верхняя рассеивающая тепло структура имеет, по меньшей мере, одну отражающую поверхность, размещенную так, что, по меньшей мере, часть света, излучаемого от СИД-сборки, отражается на этой поверхности. Эта отражающая поверхность должна быть аккуратно выбрана для достигнутого оптического эффекта. В предпочтительном примере это плоская поверхность, которая может быть поверхностью рассеивающего тепло элемента, протягивающегося между первым и вторым концами. Таким образом, рассеивающая тепло структура может также служить в оптических целях, например, для придания формы испускаемому лучу. Структура, имеющая хорошую теплоотдачу и хорошие отражающие свойства, может быть получена посредством выбора подходящего материала и/или предоставления покрытия поверхности, такого как отражающее покрытие. В частности, предпочтительна верхняя рассеивающая тепло структура, выполненная из металлического материала, такого как медь или алюминий, с полированной поверхностью, чтобы получать свойства зеркального отражения. Поскольку полированные металлические поверхности могут иметь уменьшенный коэффициент теплового излучения, дополнительно предпочтительно снабжать эти полированные поверхности прозрачным покрытием, чтобы улучшать коэффициент теплового излучения и, таким образом, получать хорошие свойства рассеивания тепла.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения верхняя рассеивающая тепло структура может содержать, по меньшей мере, один элемент, который является частично отражающим и частично пропускающим для света, излучаемого от СИД-сборки. Этот частично отражающий и частично пропускающий элемент предпочтительно размещен так, что свет, излучаемый от СИД-сборки, падает на него и этот свет частично отражается на поверхности и частично проникает сквозь элемент. Отражающие свойства элемента могут быть получены, например, посредством покрытия поверхности или обработки поверхности, такой как полировка. Частично пропускающие свойства могут быть получены, например, посредством предоставления структуры из множества небольших отверстий в поверхности, чтобы позволять части падающего света проникать сквозь отверстия. Пропорция отражающих и пропускающих свойств может быть выбрана согласно задаче освещения, например, между 20%:80% и 80%:20%. В частности, предпочтительны значения около 50%±10%.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, схема формирователя может быть размещена в элементе основания. Схема формирователя электрически соединена с СИД-элементами и расположена, чтобы предоставлять электрическую энергию, т.е., в частности, ток и/или напряжение, адаптированные для работы СИД-элементов. Предпочтительно элемент основания имеет, по меньшей мере, один, предпочтительно, по меньшей мере, два электрических контакта, и схема формирователя электрически соединена с этими контактами, чтобы получать электрическую энергию. В случае осветительных СИД-устройств с несколькими функциями освещения, такими как, например, отдельные источники света, также могут присутствовать дополнительные электрические контакты.
Согласно предпочтительному варианту осуществления осветительное устройство может дополнительно содержать нижнюю рассеивающую тепло структуру.
Нижняя рассеивающая тепло структура может содержать множество плоских элементов для рассеивания тепла или ребер теплоотвода, выполненных из теплопроводящего материала. В то время как они могут быть размещены, например, параллельно продольной оси осветительного устройства, они предпочтительно размещаются, по меньшей мере, по существу перпендикулярно (например, 90°±10°) к ней. При горизонтальной работе плоские теплорассеивающие элементы предоставляют возможность конвекции воздуха вдоль поверхностей для эффективного охлаждения. Предпочтительно нижняя рассеивающая тепло структура имеет специальную форму относительно ее протяженности в поперечном сечении, т.е. перпендикулярно продольной оси. В предпочтительном случае, по меньшей мере, по существу, эта протяженность круглой формы в поперечном сечении измеряется диаметром. Протяженность непостоянна на протяжении продольной оси, а изменяется так, что протяженность в первом продольном положении ближе к СИД-сборке, чем второе продольное положение, меньше, чем во втором положении. Таким образом, в первом продольном положении, расположенном близко и предпочтительно непосредственно рядом с СИД-сборкой, протяженность в поперечном сечении является относительно небольшой, чтобы минимизировать загораживание света, излучаемого от СИД-сборки. Во втором продольном положении, которое расположено дальше от СИД-сборки и является менее критичным для загораживания света, протяженность больше, так что относительно большая площадь поверхности и эффективное рассеивание тепла могут быть достигнуты.
Таким образом, осветительное устройство с предпочтительной нижней рассеивающей тепло структурой объединяет полезные оптические свойства и эффективное рассеивание тепла. Дополнительно предпочтительно плоские элементы для рассеивания тепла, которые могут быть предоставлены как круглые диски, размещены с интервалами друг от друга, предпочтительно в параллельной ориентации, и смонтированы на общем монтажном стержне. Они могут быть размещены в ступенчатой конфигурации, т.е. со своей протяженностью, уменьшающейся вдоль продольной оси, т.е. так, что плоский элемент для рассеивания тепла с наименьшей протяженностью размещается рядом с СИД-сборкой, наибольший плоский элемент для рассеивания тепла размещается рядом с элементом основания и любые элементы для рассеивания тепла посредине демонстрируют ступенчатое увеличение протяженности в поперечном сечении.
В осветительной сборке согласно изобретению осветительное устройство, которое описано выше, используется вместе с отражателем.
Отражатель содержит полый корпус отражателя с внутренней вогнутой поверхностью отражателя. Монтажное отверстие предусмотрено в корпусе отражателя, причем осветительное устройство, которое описано выше, установлено так, что его СИД-сборка размещается в корпусе отражателя и освещает внутреннюю поверхность отражателя, которая имеет, например, параболоидную, эллиптическую или специально сконструированную сложную форму, для того чтобы придавать форму испускаемому лучу света, испускаемого от СИД-сборки.
Краткое описание чертежей
Вышеописанные и другие признаки, цель и преимущества настоящего изобретения станут понятны из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления и чертежей, на которых:
фиг. 1 показывает вид осветительного устройства в перспективе согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 2, 3 показывают вид сверху и вид сбоку осветительного устройства на фиг. 1;
фиг. 4 показывает осветительное устройство на фиг. 1-3 в поперечном разрезе по линии A-A на фиг. 3;
фиг. 5 показывает вид осветительного устройства в перспективе согласно второму варианту осуществления изобретения;
фиг. 6, 7 показывают вид сверху и вид сбоку осветительного устройства на фиг. 5;
фиг. 8 показывает осветительное устройство на фиг. 5-7 в поперечном разрезе по линии B-B на фиг. 7;
фиг. 9 показывает вид осветительного устройства в перспективе согласно третьему варианту осуществления изобретения;
фиг. 10, 11 показывают вид сверху и вид сбоку осветительного устройства на фиг. 9;
фиг. 12 показывает осветительное устройство на фиг. 9-11 в поперечном разрезе по линии C-C на фиг. 11;
фиг. 13 показывает осветительное устройство на фиг. 9-12 в поперечном разрезе по линии C-C на фиг. 12;
фиг. 13a, 13b показывают символические представления оптических эффектов в варианте осуществления согласно фиг. 9-13;
фиг. 14 показывает лампу предшествующего уровня техники;
фиг. 15 показывает систему освещения, включающую в себя лампу и отражатель;
фиг. 16 показывает график распределения интенсивности в горизонтальной плоскости для вариантов осуществления осветительных устройств;
фиг. 17 показывает график распределения интенсивности в вертикальной плоскости для вариантов осуществления осветительных устройств;
фиг. 18 показывает вид осветительного устройства в перспективе согласно четвертому варианту осуществления изобретения;
фиг. 19 показывает вид сверху осветительного устройства на фиг. 18;
фиг. 20 показывает осветительное устройство на фиг. 18, 19 в поперечном разрезе.
Подробное описание вариантов осуществления
Фиг. 1-4 показывают осветительное СИД-устройство 10, или СИД-лампу, которая предназначена, чтобы заменять лампу накаливания предшествующего уровня техники для использования в качестве автомобильной сигнальной лампы, которая показана на фиг. 14. Как и лампа предшествующего уровня техники, СИД-лампа 10 содержит основание 12 с металлическим цилиндром 16, включающим в себя блокирующий выступ 18 для формирования байонетного соединения, включающего в себя позиционирующий ориентир. Металлический цилиндр 16 и дополнительный концевой контакт 14 также формируют электрические контакты 14, 16 для подачи электрической энергии к лампе. СИД-лампа 10 показана на чертежах в вертикальном положении, т.е. с продольной осью L, ориентированной вертикально. Как поймет специалист в области техники, ориентация может упоминаться только для информации, тогда как лампа 10 может работать в других ориентациях и будет даже предпочтительно работать в горизонтальной ориентации в осветительном устройстве 50, как показано на фиг. 15.
В осветительном устройстве предшествующего уровня лампа, как показано на фиг. 15, установлена на отражателе 52, чтобы выступать во внутреннее пространство отражателя, так что скрученная нить 8 накала, от которой излучается свет, находится в указанном положении внутри отражателя. Это позиционирование, которое необходимо, чтобы добиваться желаемого распределения луча света, испускаемого из осветительного устройства 50, достигается посредством указанного положения нити 8 накала относительно ориентирующего выступа 16.
В СИД-лампе 10, предназначенной для замены лампы предшествующего уровня техники на фиг. 14, СИД-сборка 20 смонтирована на расстоянии от основания 12 вдоль продольной оси L. СИД-сборка 20 содержит в показанном примере два отдельных СИД-элемента 70, размещенных с интервалами относительно друг друга, по меньшей мере, в поперечном направлении вдоль поперечной оси T.
При проектировании СИД-лампы 10 с СИД-сборкой 20, чтобы заменять лампу предшествующего уровня, целью является достижение максимально точного, насколько возможно (в границах, заданных автомобильными спецификациями), распределения света предшествующего уровня техники. С другой стороны, СИД-сборка 20, излучающая свет, должна по своим внешним габаритам становиться близко к скрученной нити 8 накала ламп предшествующего уровня техники и размещаться в том же относительном положении по отношению к основанию 12.
Лампа предшествующего уровня техники является лампой накаливания, содержащей вольфрамовую нить 8 накала. Чтобы заменять лампу предшествующего уровня техники на фиг. 14, СИД-лампа на фиг. 1-4 включает в СИД-сборку 20 из двух СИД-элементов 70. Каждый из СИД-элементов 70 состоит из прямоугольной, плоской несущей пластины и СИД-кристалла, установленного на ней. В предпочтительном случае СИД-элементов 70 без первичной оптики излучение света близко к ламбертовскому излучателю, т.е. с центральным, основным направлением излучения света, центрально перпендикулярным несущей пластине.
СИД-элементы 70 установлены параллельно поперечной оси T, т.е. плоскости, определенные поверхностями несущих пластин, параллельны оси T, как показано на фиг. 1.
СИД-элементы 70 размещены относительно поперечной оси T, чтобы охватывать угол поворота.
Дополнительно СИД-модули 70 размещены в смещенной конфигурации, т.е. линейно смещены в направлении, параллельном поперечной оси T.
В показанном примере СИД-элементы 70 размещены прямо рядом друг с другом, т.е. смещение между ними приблизительно равно длине СИД-элементов 70. Таким образом, СИД-элементы 70 размещены близко друг к другу, чтобы формировать компактную светоизлучающую структуру. Угол поворота, под которым СИД-элементы 70 размещены, приводит к углу света, определенному между основными направлениями света СИД-элементов. Дополнительно в показанном примере СИД-элементы 70 предусмотрены в зеркальной конфигурации, так что их основные направления излучения света - при взгляде вдоль продольной оси L - обращены в противоположных направлениях от поперечной оси T.
В конструкции СИД-лампы 10 на замену лампе предшествующего уровня техники, показанной на фиг. 14, поперечная ось T расположена параллельно местоположению скрученной нити 8 накала лампы предшествующего уровня техники. СИД-сборка 20 расположена, по отношению к основанию 12, в том же положении, что и нить накала в лампе предшествующего уровня техники.
При работе лампы 10, вставленной в подходящий патрон (не показан), электрическая энергия подается через электрические соединители 14, 16. Электрическая управляющая схема 40 (фиг. 4) на печатной плате 42, интегрированной в полость основания 12, предоставляет электрический управляющий DC-ток. СИД-элементы СИД-сборки 20 соединены со схемой 40 формирователя электрическими проводами 41, протягивающимися через полый центр монтажного стержня 22, и могут, таким образом, быть задействованы, чтобы излучать свет.
Во время работы тепло формируется в СИД-лампе 10 вследствие электрических потерь в схеме 40 формирователя и СИД-сборке 20. Для того чтобы рассеивать тепло, предусмотрены как верхняя рассеивающая тепло структура 60, так и нижняя рассеивающая тепло структура 24.
Нижняя рассеивающая тепло структура 24 содержит диски 26, размещенные параллельно и расположенные с интервалом друг от друга в направлении продольной оси L лампы 10. В предпочтительном показанном примере предусмотрены три диска 26. Диски 26 установлены на монтажном стержне 22. Как и монтажный стержень 22, диски 26 состоят из металлического материала высокой теплопроводности, такого как, например, медь или алюминий. Таким образом, тепло, сформировавшееся от схемы формирователя в основании 12 и от СИД-сборки 20, рассеивается через монтажный стержень 22 и диски 26 нижней рассеивающей тепло структуры 24.
Как проиллюстрировано на фиг. 4, диаметр дисков 26 и их расстояние от СИД-сборки 20 выбраны, чтобы оставлять угол α освещения, определенный между горизонтальной плоскостью P и направлением 11 излучения света, свободным от помех. Таким образом, свет, излучаемый из СИД-сборки 20, не загораживается нижней рассеивающей тепло структурой 24 ниже плоскости P в интервале, определенном углом α. Угол α, который в показанном примере равен приблизительно 60°, может быть выбран согласно спецификации требуемой СИД-лампы, например, в диапазоне 20-70°.
В предпочтительном примере, показанном на фиг. 1-4, диски 26 имеют круглое поперечное сечение. Таким образом, во всех радиальных направлениях протяженность, т.е. расстояние внешнего края от центральной продольной оси L, будет одинаковым. В альтернативных вариантах осуществления, таких как показанные на фиг. 18, 19, диски 26 могут иметь поперечное сечение, отличное от круглой формы.
Сначала наименьший из дисков 26 размещен близко к СИД-сборке 20 и, таким образом, находится в хорошем термическом контакте. Вследствие его небольшого диаметра он оставляет относительно большой угол α незагороженных направлений излучения света. Дополнительные диски 26 размещены в других продольных положениях дальше от СИД-сборки 20. Вследствие их большего диаметра они предоставляют относительно большую площадь поверхности для хорошего рассеивания тепла. Поскольку их продольные положения находятся на большем расстоянии от СИД-сборки 20, этот больший диаметр не ведет к меньшему углу α и, следовательно, большему объему загораживания света.
Рядом с СИД-сборкой 20 СИД-лампа 10 дополнительно содержит верхнюю рассеивающую тепло структуру 60.
Верхняя рассеивающая тепло структура 60 содержит в первом варианте осуществления два расположенных с интервалами рассеивающих тепло элемента 62. Каждый из рассеивающих тепло элементов 62 состоит из двух плоских ребер теплоотвода, размещенных под углом приблизительно 60°. На внешних концах каждое из ребер теплоотвода имеет аркообразный край 64a, 64b. Эти края 64a, 64b, таким образом, формируют внешние концы верхней рассеивающей тепло структуры 60, которые размещены с интервалами друг от друга вдоль поперечной оси T, перпендикулярно продольной оси L.
Верхняя рассеивающая тепло структура 60 размещена прямо рядом с СИД-сборкой 20, так что СИД-сборка 20 находится между двух рассеивающих тепло элементов 62. Таким образом, рассеивающие тепло элементы 62 размещаются очень близко и находятся в хорошем термическом контакте с СИД-сборкой и, следовательно, хорошо расположены, чтобы обеспечивать эффективное рассеивание тепла.
Что касается продольного положения, т.е. положения вдоль продольной оси L, рассеивающие тепло элементы 62 верхней рассеивающей тепло структуры, таким образом, размещаются, по меньшей мере, так же высоко, как и сама СИД-сборка 20, и, как показано на фиг. 1-4, предпочтительно даже выше, т.е. протягиваясь вдоль продольной оси L выше СИД-сборки 20. Посредством этой конфигурации верхняя рассеивающая тепло структура 60, помимо рассеивания тепла от СИД-элементов, также частично защищает СИД-сборку 20 от непосредственного прикосновения при взятии руками СИД-лампы 10 и, таким образом, обеспечивает механическую защиту.
Форма верхней рассеивающей тепло структуры 60 выбрана, чтобы минимизировать загораживание света, излучаемого от лампы 10, и, в частности, таких частей света, которые используются в системе 50 освещения.
Посредством размещения верхней рассеивающей тепло структуры 60 в том же продольном положении, что и СИД-структура 20, некоторый объем затенения будет получен в результате. Для варианта осуществления на фиг. 1-4 он проиллюстрирован на фиг. 2 заштрихованными областями 68 затенения. Как поймет специалист в области техники, показанный угол затенения, который в варианте осуществления на фиг. 1-4 имеет значение приблизительно 50°, показан от центральной точки СИД-сборки 20, совпадающей с продольной осью L. Поскольку отдельные СИД-элементы 70 слегка смещены от этого центрального положения вдоль поперечной оси T, фактическое затенение будет слегка отличаться. Однако угол затенения (заштрихованные области 68) может служить в качестве показателя объема затенения элементами 62 рассеивания тепла верхней рассеивающей тепло структуры.
Как хорошо видно в виде на фиг. 2 вдоль продольной оси L, форма рассеивающих тепло элементов 62 является относительно узкой, чтобы добиваться ограниченного угла затенения. Общая форма верхней рассеивающей тепло структуры 60 в этом виде является удлиненной формой, т.е. протяженность в длину параллельно поперечной оси T между краями 64a, 64b больше, чем ее ширина, т.е. ее протяженность в обе стороны от поперечной оси T. В показанном примере длина, т.е. расстояние между краями 64a, 64b, примерно в 2,5 раза больше ширины, что приводит к обсуждаемому углу затенения приблизительно 50°.
Для того чтобы заменить лампу предшествующего уровня техники, СИД-лампа 10 спроектирована, чтобы обеспечивать излучение света от СИД-сборки 20, которое - после затенения в верхней и нижней рассеивающих тепло структурах 24, 60 - становится достаточно близким к излучению света от лампы накаливания предшествующего уровня техники, чтобы удовлетворять соответствующим требованиям автомобильных норм. Помимо размера светоизлучающей структуры, т.е. СИД-сборки 20, решающим требованием является пространственное распределение света, т.е. то, как интенсивность света, излучаемого от СИД-сборки 20, распределяется в различных направлениях освещения. Здесь при конструировании повышенное внимание должно быть уделено отличению между направлениями излучения света, или частями луча, используемыми в системе 50 освещения, как показано на фиг. 15, чтобы формировать результирующий луч, от тех направлений излучения света, или частей луча, которые не участвуют, по существу, в результирующем луче. Фиг. 15 показывает схематично то, какие части света, излучаемого от лампы 10, главным образом используются отражателем 52, чтобы формировать результирующую форму луча. Таким образом, становится понятно для конкретной показанной задачи освещения, что части света, излучаемого от лампы 10 под углами более α ниже опорной плоскости P, например, не будут, по существу, участвовать в результирующем луче, так что затенение этих частей света может быть допустимо.
Пространственное распределение света, излучаемого от лампы 10, может наблюдаться в опорной плоскости P, показанной на фиг. 1-4, ориентированной горизонтально, т.е. перпендикулярно продольной оси L лампы 10 или альтернативно в перпендикулярной плоскости, такой как показанная линией A-A на фиг. 3.
Фиг. 17 показывает распределение интенсивности света, излучаемого от лампы 10 под углами 0-360° в вертикальной плоскости A-A, тогда как фиг. 16 показывает соответствующее распределение интенсивности под углами 0-360° в горизонтальной опорной плоскости P. Показанное пунктирной линией в качестве ориентира является в обоих случаях распределением интенсивности лампы предшествующего уровня техники (причем значения, измеренные в канделах, нормализованы, так что максимальная интенсивность лампы предшествующего уровня техники показана как значение 100%). На фиг. 16 и 17 распределение интенсивности света, излучаемого от лампы 10 согласно варианту осуществления на фиг. 1-4, показано прерывистой линией. В горизонтальной плоскости P распределение интенсивности СИД-лампы 110 на фиг. 1-4 показывает два максимума 58 при углах 90° и 270°, т.е. перпендикулярно поперечной оси T и СИД-элементам 70. Затенение рассеивающими тепло элементами 62 происходит только под углами около 0° и 180°, т.е. в направлениях, где интенсивность света уже находится на минимуме. По существу, распределение интенсивности в горизонтальной плоскости P приближается к распределению интенсивности лампы накаливания предшествующего уровня техники (фиг. 14), причем вольфрамовая нить 8 накала излучает свет относительно небольшой интенсивности в своем продольном направлении.
В вертикальной плоскости (фиг. 17), параллельной продольной оси L, светоизлучение лампы 10 согласно первому варианту осуществления, показанное как прерывистая линия, имеет центральный минимум 62, причем свет затенен в нижней рассеивающей тепло структуре 24. Под углами между 200° и 330° излучение света не требуется, так что это затенение не является проблемой.
Заметим, что имеются дополнительные углы 60 падения, причем свет от одного СИД-кристалла 140 затеняется другим соответственно. Однако же распределение интенсивности лампы предшествующего уровня техники (пунктирная линия) апроксимируется в достаточной степени.
Фиг. 5-8 показывают осветительное СИД-устройство или СИД-лампу 110 согласно второму варианту осуществления. Как будет понятно, СИД-лампа 110 согласно второму варианту осуществления соответствует в значительной степени СИД-лампе 10 согласно первому варианту осуществления. Следовательно, последующее описание будет фокусироваться на различиях между вариантами осуществления. Одинаковые части между вариантами осуществления будут обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
СИД-лампа 110 согласно второму варианту осуществления отличается, как видно из фиг. 5-8, от первого варианта осуществления формой верхней рассеивающей тепло структуры 160. Как и в первом варианте осуществления, два отдельных рассеивающих тепло элемента 162 с аркообразными краями 64a, 64b предусмотрены по обеим сторонам СИД-сборки 20. Верхняя рассеивающая тепло структура 160, однако, имеет форму, которая является даже более узкой и, таким образом, добивается, как видно, в частности, из фиг. 6, значительно меньшего угла затенения менее 15°, так что затененные части 68 света, излучаемого в горизонтальной опорной плоскости P, являются значительно меньшими (заштрихованные части 68 на фиг. 6).
Каждый из рассеивающих тепло элементов 162 является плоским элементом, сформированным примерно как половина диска, размещенного параллельно поперечной оси T, так что оба СИД-элемента 70 размещены между ними. Они протягиваются продольно выше СИД-сборки, так что некоторая механическая защита также обеспечивается.
Результирующее распределение света показано на фиг. 17 (вертикальная плоскость) и фиг. 16 (горизонтальная опорная плоскость P) как сплошная линия. Как видно здесь, загораживание в горизонтальной плоскости (фиг. 16) вследствие более тонких верхних рассеивающих тепло элементов 162, размещенных под углами 0° и 180°, значительно меньше, чем для первого варианта осуществления. В вертикальной плоскости (фиг. 17) распределение примерно эквивалентно первому варианту осуществления.
Фиг. 9-13 показывают осветительное СИД-устройство, или СИД-лампу 210, согласно третьему варианту осуществления. И снова будут объяснены различия между третьим вариантом осуществления и первым и вторым вариантами осуществления с аналогичными ссылочными номерами для аналогичных частей.
СИД-лампа 210 согласно третьему варианту осуществления отличается от предыдущих вариантов осуществления формой верхней рассеивающей тепло структуры 260, которая не содержит два отдельных рассеивающих тепло элемента, а только один плоский рассеивающий тепло элемент 262, протягивающийся вдоль поперечной оси T. Аркообразные края 64a, 64b формируют продольные концы рассеивающего тепло элемента 262.
Как и в предыдущих вариантах осуществления, СИД-сборка 20 содержит два отдельных СИД-элемента 70, размещенных на расстоянии друг от друга. СИД-элементы 70 размещены смещенными перпендикулярно поперечной оси T, так что они размещены по обе стороны рассеивающего тепло элемента 262.
Как видно из фиг. 9-13, в третьем варианте осуществления СИД-элементы 70 не разнесены вдоль поперечной оси T, проходящей через аркообразные края 64a, 64b. Также отдельные СИД-элементы 70 со своими плоскими несущими пластинами размещены обращенными лицевыми сторонами, если смотреть вдоль продольной оси L (фиг. 10), в противоположных направлениях, параллельных поперечной оси T.
В СИД-лампе 210 согласно третьему варианту осуществления элемент 262 рассеивания тепла имеет, помимо своей функции рассеивания тепла, также оптическую функцию, отличную от затенения. Обе поверхности 266 плоского элемента 262 рассеивания тепла являются зеркально отполированными алюминиевыми поверхностями, чтобы получать зеркальную отражательную способность для того, чтобы действовать как отражающие поверхности для света, излучаемого от СИД-элементов 70. Однако зеркально полированный алюминий имеет достаточно низкий коэффициент теплового излучения. Например, в то время как коэффициент теплового излучения неполированных алюминиевых ребер теплоотвода может составлять до 0,8, зеркально отполированный алюминий может иметь коэффициент теплового излучения до 0,05. Для того чтобы иметь возможность использовать зеркально отражающие свойства алюминия, следовательно, предпочтительно покрывать поверхность 266 тонким слоем прозрачного покрытия, чтобы добиваться коэффициента теплового излучения около 0,6 или даже выше. Прозрачное покрытие может быть прозрачным лаком, например Rust-Oleum High Temperature Top Coating 2500 (коррозионно-стойкое высокотемпературное верхнее покрытие).
Фиг. 13 схематично показывает оптический эффект, достигнутый посредством отражения света от единственного СИД-элемента на зеркально отражающей боковой поверхности 266 рассеивающего тепло элемента 262. Если смотреть с одной стороны, отражение на поверхности 266 будет создавать эффект того, что СИД-сборка 20 выглядит как имеющая два СИД-элемента 70 - свет, отраженный на поверхности 266, будет выглядеть как второй, виртуальный СИД-элемент, отраженный на поверхности 266. Поскольку в предпочтительных вариантах осуществления СИД-элементы 70 будут предоставляться по обеим сторонам, СИД-сборка 20 будет выглядеть под всеми углами излучающей свет от двух отдельных СИД-элементов, хотя два физических СИД-элемента 70 разделены элементом 262 рассеивания тепла.
Фиг. 13b показывает оптический эффект дополнительного варианта осуществления, причем рассеивающий тепло элемент 262 содержит структуру из небольших отверстий, так что он действует как 50% зеркало. 50% света, падающего на поверхность 266, отражаются, а другие 50% пропускаются сквозь отверстия. В этом альтернативном варианте осуществления оба СИД-элемента 70 будут светить во всех направлениях излучения света.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
Например, возможно использовать различные конфигурации СИД-сборки 20, например, только с одним СИД-элементом 70 или с более чем двумя СИД-элементами. Если два СИД-элемента используются, как и в вариантах осуществления, обсужденных выше, их размещение может отличаться от показанных вариантов осуществления. Например, в то время как в первом и втором варианте осуществления СИД-элементы 70 слегка смещены перпендикулярно поперечной оси T, они могут альтернативно быть размещены точно в линию вдоль поперечной оси T или могут быть смещены даже дальше.
Как дополнительный вариант вышеописанных вариантов осуществления, фиг. 18-20 показывают альтернативный четвертый вариант СИД-лампы 310, которая соответствует СИД-лампе 10 согласно первому варианту осуществления, но с одним из дисков 26 нижней рассеивающей тепло структуры 24, имеющим другую форму. В отличие от первого варианта осуществления диск 26, расположенный наиболее близко к СИД-сборке 20, не является круглым, а имеет форму скругленного прямоугольника. Однако в направлении 11 излучения света, как показано на фиг. 19, 20, диски 26 все еще показывают меньшую протяженность наивысшего прямоугольного диска 26, чем измеренный в том же направлении 11 нижний круглый диск 26. Таким образом, тем же способом, что и в первом варианте осуществления, угол α освещения в плоскости, параллельной направлению 11 излучения света и продольной оси L, оставлен без препятствия, так что свет может свободно излучаться.
В четвертом варианте осуществления третий диск 26, расположенный наиболее близко к основанию 12, опять имеет меньшую протяженность, как видно из фиг. 20.
Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержит" не исключает других элементов, а единственное число не исключает множества. Простой факт того, что некоторые меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения или раскрыты во взаимно различных вариантах осуществления в вышеприведенном подробном описании, не указывает, что комбинация этих мер не может быть использована для пользы. Все ссылки с номерами в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.