ЛИНЕЙНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных полупроводниковых источников света, в том числе, предназначенных для прямой замены линейных люминесцентных двухцокольных газоразрядных ламп низкого давления. Полезная модель направлена на повышение световой эффективности (отношение светового потока к общей потребляемой мощности) линейной светодиодной лампы.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая плату с размещенными на ней светодиодами, светорассеивающий элемент, с которым механически соединена плата, выполненный в форме цилиндра из теплопроводящего материала с продольным окном, расположенным напротив светодиодов и закрытым слоем оптически прозрачного материала, с цоколями для подключения к питающей сети на концах, электрически соединенными со светодиодами (Проектирование, дизайн и внедрение светодиодной продукции. Каталог компании «Фотон-Л»/ «Фотон-Л», 2010).
Недостатком линейной светодиодной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено конструкцией, использованием светодиодов белого цвета с нанесенным непосредственно на кристалл люминофорным слоем, являющихся точечными источниками света, работой кристалла свето-диода и люминофорного слоя в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии излучения в светорассеивающем элементе.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая плату с размещенными на ней светодиодами, светорассеивающий элемент, с которым механически соединена плата, выполненный в форме цилиндра из теплопроводящего материала с продольным окном, расположенным напротив светодиодов и закрытым слоем оптически прозрачного материала, с цоколями для подключения к питающей сети на концах, электрически соединенными со светодиодами (Светодиодное освещение. Каталог ООО ПКФ «Марс-Компонент»/ ООО ПКФ «Марс-Компонент», 2010).
Недостатком линейной светодиодной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофорным слоем, являющихся точечными источниками света, работой кристалла светодиода и люминофорного слоя в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии излучения в светорассеивающем элементе.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая плату с размещенными на ней светодиодами, светорассеивающий элемент, с которым механически соединена плата, выполненный в форме цилиндра из теплопроводящего материала с продольным окном, расположенным напротив светодиодов и закрытым слоем оптически прозрачного материала, с цоколями для подключения к питающей сети на концах, электрически соединенными со светодиодами (Полупроводниковая светотехника. Каталог производственного альянса «Контракт-Электроника»/ ПА «Контракт-Электроника», 2010).
Указанная линейная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком линейной светодиодной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофорным слоем, являющихся точечными источниками света, работой кристалла светодиода и люминофорного слоя в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии излучения в светорассеивающем элементе.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения световой эффективности линейной светодиодной лампы, что является целью полезной модели.
1
2
1
2
2
3
3
1
Указанная цель достигается тем, что в линейной светодиодной лампе, содержащей плату с размещенными на ней электронным узлом и одним или несколькими светодиодами, светодиодной матрицей или несколькими светодиодными матрицами, светорассеивающий элемент в форме полуцилиндра или цилиндра, с которым механически соединена плата в основании полуцилиндра, выполненный из слоя оптически прозрачного материала с нанесенным на него люминофорным и защитным слоями или с введенными в его объем частицами люминофора или смеси люминофоров, с текстурированной поверхностью со стороны, обращенной к светодиоду или светодиодам, светодиодной матрице или светодиодным матрицам, материал которого имеет коэффициент преломления n, удовлетворяющий условию 0,5n<n<1,8n, где n - коэффициент преломления люминофора или смеси люминофоров, защитный слой имеет коэффициент преломления n, удовлетворяющий условию n<n, с цоколями для подключения к питающей сети на концах, электрически соединенными с входными выводами электронного узла, к выходным выводам электронного узла подключены светодиод или светодиоды, светодиодная матрица или светодиодные матрицы.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение световой эффективности светодиодной лампы, что обусловлено новым принципом устройства и новыми элементами в конструкции лампы, работой кристаллов светодиодов или светодиодных матриц и люминофорного слоя в режимах с более низкой предельной температурой, строго выровненной по длине лампы, обеспечивающей замедление и выравнивание процессов их деградации, использованием эффективного светорассеивающего материала и конструкции светорассеивающего элемента с низким отражением и малыми потерями энергии излучения, снижением спада светового потока.
Повышение световой эффективности линейной светодиодной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом устройства, особенностями новой конструкции и новыми элементами светодиодной лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой линейной светодиодной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой линейной светодиодной лампы.
1
2
1
2
2
3
3
1
Линейная светодиодная лампа содержит плату 1 с размещенными на ней электронным узлом 2 и одним или несколькими светодиодами 3, светодиодной матрицей или несколькими светодиодными матрицами, светорассеивающий элемент в форме полуцилиндра или цилиндра, с которым механически соединена плата в основании полуцилиндра, выполненный из слоя оптически прозрачного материала 4 с нанесенным на него люминофорным 5 и защитным 6 слоями или с введенными в его обьем частицами люминофора или смеси люминофоров, с текстурированной поверхностью со стороны, обращенной к светодиоду или светодиодам, светодиодной матрице или светодиодным матрицам, материал которого имеет коэффициент преломления n удовлетворяющий условию 0,5n<n<1,8n, где n - коэффициент преломления люминофора или смеси люминофоров, защитный слой имеет коэффициент преломления n, удовлетворяющий условию n<n с цоколями 7 для подключения к питающей сети на концах, электрически соединенными с входными выводами электронного узла, к выходным выводам которого подключены светодиод или светодиоды, светодиодная матрица или светодиодные матрицы.
3
3
1
1
2
1
2
1
2
Линейная светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколи 7 стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока напрямую, либо через источник питания (драйвер). Светорассеивающий элемент (4-6) является важной несущей конструкцией, на которой устанавливаются (механически соединяются) все остальные элементы линейной светодиодной лампы, в том числе, плата 1 (в основании полуцилиндра светорассеивающего элемента) с размещенными на ней электронным узлом 2 и одним или несколькими светодиодами 3, светодиодной матрицей или светодиодными матрицами. Светорассеивающий элемент (4-6) выполняется в форме полуцилиндра или цилиндра. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов, в том числе, электронного узла 2 и светодиодов 3. Отвод тепла осуществляется, в первую очередь, платой 1, а также и светорассеивающим элементом (4-6). За счет выполнения светорассеивающего элемента (4-6) в форме полуцилиндра и размещения в его основании платы 1 возможен также эффективный и равномерный отвод тепла от платы 1. При этом плата 1 может быть размещена непосредственно, например, на корпусе светильника, в котором устанавливается линейная светодиодная лампа. Драйвер (электронный узел 2) преобразует переменное напряжение питающей сети в требуемое выходное напряжение с заданными характеристиками, необходимыми для правильного электропитания светодиодов 3. При работе устройства драйвер (электронный узел 2), в частности, обеспечивает низкие пульсации питающего напряжения и тока светодиода 3, стабилизированный выходной ток. Светодиоды 3 излучают свет определенных длин волн, который преобразуется люминофорным слоем 5, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения качественного «белого» света. Светодиоды 3 имеют, в частности, голубой цвет свечения. Люминофорный слой 5 светорассеивающего элемента, наносимый на оптически прозрачную и светорассеивающую часть (слой 4) светорассеивающего элемента (4-6), или введенные в его объем частицы люминофора или смеси люминофоров, при воздействии исходного (первичного) излучения светодиода 3 излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиода 3 и люминофора люминофорного слоя 5 (или частиц люминофора, смеси люминофоров) образуется «белый» (или близкий к нему) свет с высоким качеством цветопередачи. Светодиод (светодиоды, матрица) 3 представляет собой полупроводниковый прибор с р-n- переходом, работающий при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение за счет явления электролюминесценции. Защитный слой 6 предохраняет люминофорный слой 5 от неблагоприятных воздействий (влага, излучение) внешней среды. Одновременно защитный слой 6 служит для частичного рассеивания светового излучения, что повышает равномерность распределения яркости по длине лампы и устраняет слепящий эффект. Коэффициент преломления n материала защитного слоя 6 выбирается из условия n<n(n - коэффициент преломления оптически прозрачного материала 4 светорассеивающего элемента (4-6), поэтому он обладает «просветляющим» свойством и уменьшает коэффициент отражения светорассеивающего элемента (4-6) в отношении излучения светодиода 3. Неравенство (0,5n<n<1,8n), связывающее коэффициенты преломления оптически прозрачного материала 4 (n) и частиц или смеси люминофоров (5) n, обеспечивает существенное повышение яркости и светопропускания светорассеивающего элемента (4-6). При внесении частиц люминофора или смеси люминофоров в объем слоя оптически прозрачного материала 4 светорассеивающего элемента (4-6) возможно улучшить оптические свойства и сократить расход люминофора. Кроме того, используемый оптически прозрачный материал 4 светорассеивающего элемента (4-6) дополнительно обладает светорассеивающими свойствами, что также способствует увеличению яркости свечения за счет увеличения рабочей поверхности частиц люминофора или смеси люминофоров, выравниванию яркости по длине лампы и устранению слепящего эффекта. Текстурирование (I) поверхности светорассеивающего элемента (4-6) улучшает его оптические свойства и уменьшает отражение со стороны, обращенной к светодиоду 3 или светодиодам, светодиодной матрице или светодиодным матрицам.
Защитное покрытие 6 светодиодной лампы может быть выполнено, в том числе, путем простого ламинирования с использованием ламинирующей пленки типа, например, Aclar, либо нанесением светопропускающих пленок оксидов металлов (при введении частиц люминофора или смеси люминофоров (5) в объем слоя оптически прозрачного материала 4). Цоколи 7 могут иметь одно, двух или многоштырьковое стандартное исполнение.
По сравнению с прототипом существенно повышается световая эффективность линейной светодиодной лампы. Это обеспечивается за счет работы кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с более низкими предельными температурами, выровненными по длине платы. За счет вынесения люминофорного слоя за пределы конструкции светодиодов уменьшается нагрев как самого кристалла (за счет исключения теплопередачи от люминофорного слоя и эффективного рассеивания отраженной люминофором энергии излучения), так и самого люминофорного слоя (за счет улучшения условий отвода тепла от люминофорного слоя и отсутствия разогрева теплопередачей от кристалла). Люминофорный слой (частицы люминофора или смеси люминофоров) в заявляемом устройстве работает при низкой температуре и надежно изолирован (изолированы) от неблагоприятных воздействий внешней среды защитным слоем (или слоями оптически прозрачного материала). Согласование коэффициентов преломления слоев светорассеивающего элемента обеспечивает наилучшее светопропускание и высокую яркость свечения люминофора. В результате, по вышеперечисленным причинам, ограничивается и выравнивается деградация кристаллов светодиодов и люминофорного слоя лампы, снижаются потери энергии излучения, повышается световая эффективность, выравнивается яркость по длине лампы и устраняется слепящий эффект новой линейной светодиодной лампы. Светорассеивающий эффект примененного слоя оптически прозрачного материала способствует дополнительному выравниванию яркости по длине лампы и устранению слепящего эффекта, обусловленного использованием точечных источников света, что, в целом, обеспечивает снижение потерь энергии излучения светодиодов. Текстурирование поверхности светорассеивающего элемента со стороны, обращенной к светодиоду или светодиодам, светодиодной матрице или светодиодным матрицам, уменьшает отражение и потери энергии излучения светодиодов. Формы границы, в этом случае, работают в качестве «центров» рассеяния и преломления, что и снижает общее внутреннее отражение, а, следовательно, увеличивает световую эффективность. Световая эффективность новой линейной светодиодной лампы может быть повышена на 30-35%.
Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по длине и исключения слепящего эффекта существенно расширяется область применения линейной светодиодной лампы. Принцип устройства светорассеивающего элемента и положительные качества заявляемой линейной светодиодной лампы, в том числе, текстурирование внутренней поверхности светорассеивающего элемента для снижения коэффициента отражения, может быть распространен на конструкции колб интегрированных светодиодных ламп со стандартными цоколями (Е14, Е27, Е40), предназначенных для прямой замены ламп накаливания.
За счет снижения рабочих температур кристалла и люминофорного слоя (частиц люминофора или смеси люминофоров) не только повышается предельная световая эффективность лампы, но и снижается временной спад светового потока при длительной эксплуатации устройства, что является дополнительным преимуществом новой линейной светодиодной лампы по сравнению с прототипом.