Светодиодная филаментная лампа

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения с увеличенным сроком службы. Полезная модель направлена на расширение области применения светодиодной филаментной лампы за счет повышения световой отдачи, надежности работы, степени защиты, технологичности конструкции, а также обеспечения возможности эффективной автоматизации и механизации процесса сборки и снижения цены.
Известна светодиодная филаментная лампа, содержащая цоколь, внутри которого установлен драйвер, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя, и герметичную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, с опорной ножкой, имеющей штенгель, штабик с держателем, два электрода, и с двумя парами светодиодных филаментов внутри, соединенных электрически выводами в последовательную цепь через держатель, филаменты в парах соединены параллельно через дополнительные шины, а вторые выводы пар светодиодных филаментов последовательной цепи подключены к соответствующим выходным выводам драйвера через электроды (Thomson Filament - светодиодные лампы нового поколения/ Электронный ресурс - http://geektimes.ru/medgadgets/blog/ 247172/).
В качестве изолирующего оптически прозрачного и химически инертного газообразного вещества в светодиодных филаментных лампах применяют, как правило, «легкие» газы (гелий, водород), или смеси указанных газов, или смеси их с азотом, неоном, аргоном или криптоном, имеющие давление от 0,3 до 0,9 бар при температуре окружающей среды 273 К и обладающие высоким коэффициентом теплопроводности и низкой вязкостью.
В качестве внешнего источника питания светодиодной филаментной лампы используется электрическая сеть переменного тока. Питание светодиодной лампы может осуществляться и от специального источника постоянного тока.
Преимуществами известной светодиодной филаментной лампы являются использование штабика с одним держателем и минимальное число вакуум-плотных впаев (два электрода).
Недостатками светодиодной филаментной лампы является узкая область применения, что обусловлено особенностями конструкции (большим числом точек сварки, наличием дополнительных шин, низкой степенью защиты, нетехнологичностью устройства, невозможностью эффективной автоматизации процесса сборки, низкой надежностью работы, высокой ценой). Общее число точек сварки (соединений) при четырех отдельных филаментах (две пары) в схеме равно 12. Количество дополнительных шин равно 4. Надежность работы светодиодной филаментной лампы в реальных условиях эксплуатации в значительной степени определяется общим числом сварных соединений (точек сварки). Надежность работы снижается также при увеличении количества ручных манипуляций с филаментами. Цена изделия зависит от числа ручных операций при ее сборке.
Известна светодиодная филаментная лампа, содержащая цоколь, внутри которого установлен драйвер, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя, и герметичную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, с опорной ножкой, имеющей штенгель, штабик с двумя держателями, четыре электрода, и с двумя парами светодиодных филаментов внутри, соединенных электрически выводами в последовательную цепь через два электрода в объеме цоколя, филаменты в парах соединены последовательно через соответствующие держатели, а вторые выводы пар светодиодных филаментов последовательной цепи подключены к соответствующим выходным выводам драйвера через электроды второй пары электродов (Светодиодные лампы Filament Led, новинка 2015/ Электронный ресурс- http://led-obzor.ru>svetodiodnyie-lampyi-po-tehnologii-filament-led).
Достоинством известной светодиодной филаментной лампы является возможность использования эффективного драйвера малых габаритных размеров со сравнительно простой электрической схемой. Поэтому подобную конструкцию имеют большинство так называемых декоративных светодиодных филаментных ламп (свеча, свеча на ветру, шар малого диаметра и др.) с повышенными требованиями к размерам драйвера.
Недостатками светодиодной филаментной лампы является узкая область применения, что обусловлено особенностями конструкции (большим числом вакуум-плотных впаев, сравнительно большим числом точек сварки, необходимостью соединения электрической цепи двух пар светодиодных филаментов свивкой и дополнительной сваркой или пайкой и изоляцией электродов вне колбы, необходимостью электрической изоляции держателей, что требует размещения их в разных плоскостях в линзе штабика, сложностями изоляции электродов, низкой степенью защиты, нетехнологичностью устройства, невозможностью автоматизации процесса сборки, низкой надежностью, высокой ценой). Число вакуум-плотных впаев в известной светодиодной филаментной лампе составляет 4 (четыре электрода). Общее число точек сварки (при четырех филаментах в схеме) равно 8. Количество дополнительных соединений двух электродов составляет 1. Надежность работы светодиодной филаментной лампы рассмотренной конструкции в реальных условиях эксплуатации определяется числом вакуум-плотных впаев, общим числом сварных соединений (точек сварки, свивки) и электрической изоляцией электродов и держателей. Цена изделия зависит от общего количества ручных операций при сборке лампы.
Известна светодиодная филаментная лампа, содержащая цоколь, внутри которого установлен драйвер, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя, и герметичную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, с опорной ножкой, имеющей штенгель, штабик с двумя держателями, четыре электрода, и с двумя парами светодиодных филаментов внутри, соединенных электрически выводами в последовательную цепь через два электрода в объеме цоколя, филаменты в парах соединены последовательно через соответствующие держатели, а вторые выводы пар светодиодных филаментов последовательной цепи подключены к соответствующим выходным выводам драйвера через электроды второй пары электродов (Разборка «Светодиодной лампы Эдисона»/ Электронный ресурс- http://www.superfonarik.ru/article_info.php? articles_id=29).
Недостатком светодиодной филаментной лампы является узкая область применения, что обусловлено особенностями конструкции (большим числом вакуум-плотных впаев, сравнительно большим числом точек сварки, необходимостью соединения электрической цепи двух пар светодиодных филаментов свивкой и дополнительной сваркой, или пайкой и изоляцией электродов вне колбы, необходимостью электрической изоляции держателей, что требует размещения их в разных плоскостях в линзе штабика, сложностями изоляции электродов, низкой степенью защиты, нетехнологичностью устройства, невозможностью автоматизации процесса сборки, низкой надежностью, высокой ценой). Число вакуум-плотных впаев в известной светодиодной филаментной лампе составляет 4 (четыре электрода). Общее число точек сварки (при четырех филаментах в схеме) равно 8. Количество дополнительных соединений двух электродов составляет 1. Надежность работы светодиодной филаментной лампы рассмотренной конструкции в реальных условиях эксплуатации также определяется числом вакуум-плотных впаев, общим числом сварных соединений (точек сварки, свивки) и электрической изоляцией электродов и держателей. Цена изделия зависит от общего количества ручных операций при сборке лампы.
Известна светодиодная филаментная лампа, содержащая цоколь, внутри которого установлен драйвер, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя, и герметичную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, с опорной ножкой, имеющей штенгель, штабик с держателем, два электрода, и с тремя парами светодиодных филаментов внутри, соединенных электрически выводами в последовательную цепь через держатель, филаменты в парах соединены параллельно через дополнительные шины, а вторые выводы пар светодиодных филаментов последовательной цепи подключены к соответствующим выходным выводам драйвера через электроды (Thomson Filament - светодиодные лампы нового поколения / Электронный ресурс - http://geektimes.ru/medgadgets/blog/ 247172/).
Недостатком известной светодиодной филаментной лампы является узкая область применения, что обусловлено особенностями конструкции (большим числом точек сварки, наличием дополнительных шин, низкой степенью защиты, нетехнологичностью устройства, невозможностью эффективной автоматизации процесса сборки, низкой надежностью работы, высокой ценой). Общее число точек сварки при шести отдельных филаментах в схеме равно 16. Количество дополнительных шин равно 4. Надежность работы светодиодной филаментной лампы в реальных условиях эксплуатации в значительной степени определяется общим числом сварных соединений (точек сварки). Надежность работы снижается также при увеличении количества ручных манипуляций с филаментами и их числа. Цена изделия зависит от общего числа ручных операций при ее сборке.
Известна светодиодная филаментная лампа, содержащая цоколь, внутри которого установлен драйвер, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя, и герметичную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, с опорной ножкой, имеющей штенгель, штабик, два электрода, и с двумя кассетами с параллельным подключением светодиодных филаментов через сборные шины внутри, соединенными электрически в последовательную цепь, общая точка соединения кассет образована непосредственным соединением соответствующих шин кассет, а шины, образующие выводы последовательной цепи, подключены к соответствующим выходным выводам драйвера через электроды (П. 162254, РФ. Светодиодная филаментная лампа / Силкин Е.М. - Заявл. 28.12.2015 г., №2015156711. - Опубл. 10.06.2016. - Бюл. №16).
Известная светодиодная филаментная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является узкая область применения, что обусловлено сравнительно низкой светоотдачей и особенностями конструкции (низкой степенью защиты, нетехнологичностью устройства, невозможностью эффективной автоматизации процесса сборки, низкой надежностью работы, высокой ценой). Драйвер лампы работает при высокой температуре, а его размеры ограничиваются внутренними размерами цоколя. Степень защиты известной лампы не выше IP21. Количество дополнительных шин в лампе равно 4. Надежность работы светодиодной филаментной лампы в реальных условиях эксплуатации в значительной степени определяется общим числом сварных соединений (точек сварки), а также рабочей температурой элементов драйвера. Надежность работы снижается также при увеличении количества ручных манипуляций с филаментами и их числа. Цена изделия зависит от общего числа ручных операций при ее сборке.
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения светодиодной филаментной лампы за счет повышения светоотдачи, надежности работы, степени защиты, технологичности конструкции, уменьшения числа соединений и дополнительных элементов, обеспечения возможности эффективной автоматизации и механизации процесса сборки, снижения цены, что является целью изобретения. Достигнутые связанные причинно-следственной связью эффекты (технический результат (ы), в том числе - это повышение технологичности конструкции и обеспечение возможности эффективной автоматизации и механизации процесса сборки.
Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в светодиодной филаментной лампе, содержащей цоколь и герметичную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, имеющим высокий коэффициент теплопроводности и низкий коэффициент вязкости, с опорной ножкой внутри, имеющей штенгель, штабик, два электрода, а также с двумя кассетами с параллельным подключением светодиодных филаментов через сборные шины, соединенными электрически в последовательную цепь, с драйвером и с монтажной платой, общая точка соединения кассет образована непосредственным соединением соответствующих шин кассет, а шины, образующие выводы последовательной цепи, электрически подключены к соответствующим выходным контактам драйвера, последовательная цепь и драйвер установлены на монтажной плате, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя через электроды.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения светодиодной филаментной лампы за счет повышения светоотдачи и улучшения конструкций ее основных узлов. В новой конструкции общее число точек сварки (соединений) также не зависит от числа филаментов в кассете (минимально и не превышает 3). Конструкция штабика значительно упрощена. Штабик может выполняться без линзы и держателей. Кассета изготавливается как единый элемент в технологическом процессе изготовления самих филаментов (при сокращении числа технологических операций). Конструкция кассеты более жесткая и надежная (чем конструкция отдельного филамента). Стоимость кассеты значительно ниже общей цены комплекта из отдельных филаментов. Светоотдача новой лампы повышается за счет снижения рабочей температуры элементов. Степень защиты может быть повышена до IP68. Лампа имеет более высокую надежность работы за счет сокращения общего числа манипуляций с филаментами и уменьшения количества точек сварки (соединений), а также снижения рабочей температуры элементов драйвера и снятия ограничений на его геометрические размеры. Новая лампа имеет наиболее технологичную конструкцию. Сборка светодиодной филаментной лампы может быть эффективно автоматизирована (механизирована). В новой лампе минимально возможное число вакуум-плотных впаев (2). Каждый вакуум-плотный впай представляет собой ответственный элемент конструкции светодиодной филаментной лампы. От качества его выполнения зависит герметичность колбы. Требования к работе вакуум-плотных впаев возрастают при применении в светодиодных филаментных лампах «легких» газов (гелий, водород), имеющих высокую проникающую способность. В светодиодной филаментной лампе также можно применить эффективный драйвер малых габаритных размеров с простой и надежной электрической схемой.
Расширение области применения светодиодной филаментной лампы достигается всей совокупностью отличительных признаков, в том числе новыми элементами и связями, новыми принципами выполнением узлов и элементов конструкции, схемой соединения узлов, то есть за счет отличительных признаков полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой светодиодной филаментной лампы являются существенными.
На чертеже изображена светодиодная филаментная лампа заявляемой конструкции в сборе (с колбой декоративной лампы шара).
Форма колбы светодиодной филаментной лампы может быть любой (например, кроме шара, свеча, свеча на ветру, грибок и др., аналогичные колбам ламп накаливания). Принципы работы и устройства лампы при этом не изменяются.
Светодиодная филаментная лампа содержит цоколь 1 герметичную колбу 2, изготовленную из оптически прозрачного материала и заполненную изолирующим оптически прозрачным и химически инертным газообразным веществом, имеющим высокий коэффициент теплопроводности и низкий коэффициент вязкости, с опорной ножкой 3 внутри, имеющей штенгель 4, штабик 5, два электрода 6, а также с двумя кассетами с параллельным подключением светодиодных филаментов 7 через сборные шины 8, соединенными электрически в последовательную цепь, с драйвером 9 и с монтажной платой 10. Общая точка соединения кассет образована непосредственным соединением соответствующих шин кассет, а шины, образующие выводы последовательной цепи, электрически подключены к соответствующим выходным контактам драйвера. Последовательная цепь и драйвер установлены на монтажной плате. Входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя через электроды.
Светодиодная филаментная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь 1 стандартного вида (Е14, Е27, В22 и др.) электрическая светодиодная филаментная лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока (внешнему источнику питания) непосредственно или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Колба 2 из оптически прозрачного материала является основной частью конструкции светодиодной филаментной лампы, выполняющей несущую, защитную, светорассеивающую функции и функцию герметизации рабочего пространства. Колба 2 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 1. Контакты цоколя 1 соединены через электроды 6, впаянные в ножку 3, с входными выводами драйвера 9, установленного на монтажной плате 10. Цепь из последовательно соединенных кассет светодиодных филаментов 7 (или светодиоды, матрицы, или линейки, светоизлучающее тело) электрически соединена с выходными выводами (контактами) платы драйвера 9. Вся конструкция (светоизлучающее тело 7, драйвер 9, монтажная плата 10) размещается внутри колбы 2 и изолирована от окружающей среды. Драйвер 9 преобразует напряжение (энергию) внешнего источника питания в напряжение (ток) заданного уровня и частоты, необходимое для электропитания светодиодных филаментов 7 (кассет) светоизлучающего тела. Питание светодиодных филаментов (7), в принципе, может осуществляться от драйвера 9 как на постоянном, так и на переменном токе (при питании на переменном токе пары филаментов 7 кассет электрически соединяются параллельно). Питание на переменном токе может быть энергетически выгоднее. Число ступеней преобразования энергии в этом случае уменьшается, что в целом повышает надежность работы драйвера 9 и потери в нем. Увеличивается средний срок службы светодиодной филаментной лампы, и улучшаются ее энергетические характеристики. Однако конструкция (при сохранении принципа) несколько усложняется, что затрудняет использование стандартной конструкции кассет филаментов 7.
Светоизлучающее тело центрируется и поддерживается (закрепляется или фиксируется) во внутреннем пространстве колбы 2 с помощью штабика 5. Для этого штабик 5 может быть снабжен линзой, в том числе специальной формы, например, с необходимыми плоскостями для прижима светодиодных филаментов 7 кассет (или светодиодных матриц, линеек) при сварке (соединении). Дополнительная поддержка кассет филаментов 7 цепи осуществляется за счет приварки или пайки (склеивания) ее выводов (сборных шин 8) к выходным контактам драйвера 9. Формовка электродов (6) может осуществляться в плоскости, перпендикулярной оси ножки. Штабик 5 лампы должен быть выполнен с минимально достаточной длиной. Штабик 5 не является принципиально необходимым элементом (например, при малом числе филаментов 7 в кассетах) и может отсутствовать в конструкции. Принцип работы лампы при этом не изменяется.
Колба 2 заполнена изолирующим (буферным) газом, имеющим малые коэффициенты теплопроводности и вязкости, что обеспечивает хороший теплоотвод от элементов. Откачка и заполнение внутреннего объема колбы 2 осуществляется через откачной (пустотелый) штенгель 4 опорной ножки 3. После заполнения колбы 2 изолирующим газом штенгель 4 отпаивается. В качестве буферного газа используют, например, смесь, содержащую более 15% азота, 20% гелия и менее 65% водорода при давлении от 0,3 до 0,9 бар. Состав изолирующего газа и его давление должны обеспечивать, как отмечено, наилучший теплоотвод от элементов и узлов светодиодной филаментной лампы, установленных внутри колбы 2, и достаточную электрическую прочность. Добавки азота препятствуют диффузии водорода и гелия внутрь материала и через стенки колбы 2, а также через вакуум-плотные впаи в местах установки (ввода в колбу 2) электродов (6). Для лучшего теплоотвода необходимо не только использовать изолирующий газ, обладающий повышенной теплопроводностью и низкой вязкостью, но и увеличивать его давление в колбе 2. Поэтому устанавливать в колбе 2 давление изолирующего газа ниже 0,3 бар неэффективно, а выше 0,9 бар технически трудно реализуемо (для заявляемой конструкции светодиодной филаментной лампы). Практически оптимальное абсолютное давление для большинства модификаций светодиодных ламп заявляемой конструкции должно находится именно в пределах от 0,3 до 0,9 бар (что наиболее технологично и обеспечивает требуемые характеристики наполнения и теплоотвод). Водород и гелий обеспечивают хорошую теплопроводность, Добавки гелия ограничивают содержание водорода в смеси, не увеличивая существенно цену и не снижая в больших пределах ее теплопроводности. Азот повышает электрическую прочность смеси. Объем колбы 2 и ее форма в лампе должны быть также оптимизированы с целью улучшения теплоотвода. Близкими к оптимальным являются стандартные формы и размеры колб (2), применяемых для серийных ламп накаливания. При этом светодиодные филаменты 7 и (или) матрицы светоизлучающего тела должны размещаться (по возможности) на минимальном расстоянии от стенок колбы (2). При прохождении электрического тока через светодиоды филаментов 7 (матриц, линеек) они излучают световые волны, в частности видимый свет. Возможно также, например, излучение в ультрафиолетовой области спектра, что обеспечивается типом применяемых в лампах светодиодов (7). За счет конструкции и соединения светодиодных филаментов 7 через сборные шины 8 кассет обеспечивается последовательно-параллельное электрическое соединение всех филаментов (7) в цепи. Непосредственное соединение сборных шин 8 кассет филаментов 7 в цепи может быть реализовано контактной сваркой, пайкой или склеиванием токопроводящим клеем. Непосредственное соединение соответствующих сборных шин 8 кассет филаментов 7 позволяет уменьшить общее количество точек сварки (соединений) и оптимизировать процесс автоматизированной сборки светодиодной филаментной лампы.
Число филаментов 7 в кассетах практически может быть любым. Минимальное число филаментов в кассете, очевидно, соответствует всего одному филаменту (7). Максимальное (конкретное) число филаментов 7 в кассетах ограничивается характерными геометрическими размерами колбы 2.
В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности изолирующих (буферных) газов при температуре, близкой к нулю градусов (кроме элегаза) по Цельсию (273 К), которые принципиально могут быть применены в новых светодиодных филаментных лампах.
Из таблицы следует, что из инертных газов лучшей теплопроводностью обладает гелий, а из молекулярных водород. Однако в качестве оптически прозрачного материала колб (2), обеспечивающего требуемую их герметичность (а также из-за технических, технологических и экономических ограничений), в светодиодных лампах следует использовать технические стекла, аналогичные применяемым для ламп накаливания. Для таких стекол значение имеет их проницаемость по водороду и гелию (проницаемость других газов ничтожно мала, и ей обычно пренебрегают).
*Справочно.
Проницаемость гелия через технические стекла примерно в 10 раз больше, чем водорода, несмотря на то, что атомный радиус гелия практически в 1,5 раза больше молекулярного радиуса водорода. Это объясняется тем, что при проникновении химически активного при повышенных температурах водорода через стекла могут образовываться гидроксильные группы, препятствующие потоку водорода. Наибольшей газопроницаемостью по водороду и гелию обладает, в частности, кварцевое стекло, а наименьшей алюмосиликатное.
Использовать технически чистый гелий в качестве изолирующего газа для новых светодиодных филаментных ламп затруднительно (из-за возможного ухода через стенки и вакуум-плотные впаи (6), а также низкой электрической прочности) и нецелесообразно (из-за высокой цены и сложной технологии получения и очистки).
Водород, как отмечено, горючий (пожароопасный) и взрывоопасный газ. Его применение (по сравнению с гелием) не дает заметного выигрыша и по теплопроводности. Водород имеет также сравнительно высокую проникающую способность. Чистый водород для используемых материалов колб 2 может быть и химически активным. Поэтому заполнять им (или двухкомпонентными смесями водорода с гелием) колбы 2 в электрических светодиодных лампах предлагаемой конструкции также не рекомендуется. Однако диффузии водорода в материал и через стенки колбы 2 и химическим реакциям может препятствовать «тяжелый» инертный газ или азот. Применение дополнительных газовых компонентов ограничивает предельное содержание водорода в смеси и в полной мере нивелирует его недостатки. При этом водород имеет значительно более низкую цену, чем, например, гелий. Многокомпонентные смеси водорода с азотом, а также с инертными газами и азотом наиболее эффективны, безопасны и дешевы. Поэтому заявляемые составы наполнения колб 2 рекомендуются к использованию в новых светодиодных лампах с повышенными техническими характеристиками и низкой ценой.
Элегаз является наиболее «тяжелым» из всех известных газов (приблизительно в 5 раз тяжелее воздуха). А значение коэффициента теплопроводности элегаза в таблице соответствует высокой температуре (около 1000 градусов по Цельсию). При рабочих температурах новой светодиодной филаментной лампы теплопроводность элегаза ниже теплопроводности воздуха и азота. То есть он менее эффективен (и очень дорог). Однако этот газ обладает хорошими электроизоляционными свойствами. В принципе, элегаз можно использовать в качестве компонента теплоотводящей смеси в светодиодной филаментной лампе.
Криптон и ксенон имеют сравнительно малую теплопроводность. Кроме того, криптон и, в еще большей степени, ксенон являются «дорогими» газами. В отличие от ламп накаливания, применение указанных газов в новых светодиодных лампах возможно, но не очень оправдано (неэффективно и нерентабельно).
Необходимость в применении заявляемых смесей газов (водород с азотом, водород с инертным газом и азотом), продиктована требованиями по электрической прочности изолирующего наполнения, достаточной теплопроводности, ограничения диффузии гелия через вакуум-плотные впаи (6), стенки и внутрь материала колбы 2, а также в ряде случаев экономическими причинами. Электрическая прочность смесей возрастает с ростом давления. Цена используемых газов и газовых смесей имеет исключительно важное значение, так как влияет на конечную цену изделия при производстве. В этой связи перспективным является применение в заявляемой электрической светодиодной лампе водорода, неона и азота. Неон также обеспечивает относительно хороший отвод тепла от элементов конструкции и достаточную надежность работы электрической светодиодной лампы.
Технически чистый воздух (осушенный, без механических примесей и пыли) также возможно применить в качестве изолирующего газа в филаментных светодиодных лампах (как и азот). Принципиально его можно использовать в смеси вместо азота. Теплопроводность воздуха приблизительно в 2,6 раза выше теплопроводности криптона, что также позволяет снизить температуру внутри колбы 3. Теплопроводность азота близка к теплопроводности воздуха. Азот (воздух) может значительно повысить электрическую прочность газовой смеси наполнения колбы 2.
Использование оптически прозрачных подложек для светодиодов филаментов 7 (и светодиодных матриц, линеек) светоизлучающего тела с повышенными теплопроводящими свойствами позволяет снизить потери энергии оптического излучения и уменьшить нагрев полупроводниковых структур светодиодов, что положительно сказывается на стабильности характеристик ламп и среднем сроке их службы (надежности работы).
На чертеже приведена конструкция с кассетами, содержащими по три параллельно подключенных (через сборные шины 8) светодиодных филамента 7. Сборные шины 8 представляют собой, например, части рамки исходной кассеты, используемой при изготовлении светодиодных филаментов 7. Это наиболее технологично. Изготовление кассет с несколькими филаментами 7 осуществляется простой разрезкой исходной кассеты (обычно содержащей более 25 филаментов 7). Необходимые расстояния между филаментами 7 в кассетах обеспечиваются удалением промежуточных элементов или установленным шагом исходной кассеты. Кассета может быть получена и с использованием отдельных филаментов 7. Процесс изготовления кассет из отдельных филаментов 7 также можно автоматизировать. Но наиболее предпочтительным является использование исходных кассет, что упрощает и удешевляет технологию сборки ламп.
По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения светодиодной филаментной лампы за счет повышения световой отдачи, надежности работы, степени защиты, технологичности конструкции, а также обеспечения возможности эффективной автоматизации и механизации процесса сборки и снижения цены.
Световая отдача новой лампы возрастает за счет более эффективного отвода тепла от элементов конструкции. Ответственные элементы лампы изолированы от окружающей среды и не подвержены ее влиянию.
Процесс сборки новой лампы может быть эффективно автоматизирован (механизирован), что позволяет дополнительно снизить производственные затраты, повысить производительность и снизить процент брака.
Новая конструкция светодиодной филаментной лампы дает возможность разработать и применить драйверы постоянного (или переменного) тока с высокими техническими характеристиками и обеспечить, как отмечено выше, качественную электрическую изоляцию электродов и самого драйвера.
В новой лампе минимально возможное число вакуум-плотных впаев. Отсутствуют проблемы изоляции держателей и обеспечения механической прочности линзы и самого штабика. Штабик имеет более простую конструкцию, большую механическую прочность и более технологичен при изготовлении. Число точек сварки (соединений) в лампе уменьшено до 3 и менее. Все это повышает надежность работы и увеличивает средний срок службы светодиодной филаментной лампы.
Повышение надежности работы и среднего срока службы лампы (по вышеперечисленным причинам), а также более высокая технологичность, снижение трудоемкости операций при изготовлении новой лампы, значительно расширяют область ее применения.
Новая электрическая светодиодная филаментная лампа имеет наивысшую степень защиты (IP 68).
Использование рекомендуемых материалов для подложек светодиодов позволяет улучшить режимы их работы, обеспечивает стабильную и надежную работу светодиодной филаментной лампы.
Более высокая технологичность (по сравнению с лампой, выбранной за прототип) снижает цену заявляемой лампы. Снижение цены (за счет улучшения конструкции) также расширяет область применения заявляемой электрической светодиодной филаментной лампы.
Цена новой лампы может быть снижена и за счет снижения цены наполнения колбы (использование водорода и азота). В частности, при реализации на некоторые мощности (за счет высокой теплопроводности водорода) газовая смесь может иметь существенно более низкую конечную цену.
Срок службы новой светодиодной филаментной лампы (согласно экспертной оценки и результатов анализа отказов) может превышать срок службы лампы-прототипа в 2,0…2,5 раза (для ламп повышенной мощности) за счет улучшения конструкции, уменьшения числа точек сварки (соединений), качественного отвода тепла и улучшения электроизоляции.
Новая светодиодная филаментная лампа может быть использована в специальных и в новых ответственных областях применения.
Повышение технологичности конструкции, а также обеспечение возможности эффективной автоматизации и механизации процесса сборки достигается в том числе уменьшением числа соединений и дополнительных элементов (уменьшением числа и трудоемкости технологических операций). Драйвер в новой лампе устанавливается внутри колбы. Последовательная цепь из кассет филаментов может непосредственно соединяться с выходными выводами драйвера, для которого нет необходимости в установке дополнительных элементов для подключения к контактам цоколя. Технологическая операция установки драйвера в цоколь практически не поддается автоматизации, а автоматизированная сборка последовательной цепи из кассет в прототипе затруднена (как и все ручные операции, соответственно). В новом устройстве можно применить также и более технологичные, поддающиеся автоматизации стандартными средствами при сборке, конструкции драйверов, легко устанавливаемые на монтажную плату внутри колбы. Узел на монтажной плате представляет собой единый элемент, устанавливаемый в ходе одной технологической операции, в отличии от раздельной установки (и сборки) драйвера и частей последовательной цепи кассет в ходе нескольких (не менее двух) и существенно более трудоемких технологических операций, например, в прототипе. Таким образом, технологичность повышается (и соответственно возможности эффективной автоматизации и механизации) как при сборке всего изделия, так и при изготовлении комплектующих узлов светодиодной лампы.