СВЕТОДИОДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА

Полезная модель относится к светотехническим устройствам и может быть использована при конструировании осветительных приборов с использованием сверхярких светодиодов для работы в разных климатических условиях.
Известна светодиодная лампа (см. патент JP 11163420 А, 18.06.1999 г.) содержащая цоколь, включающий в себя металлическую и диэлектрическую части, электрод, монтажную плату, отверстие в монтажной плате, светодиод и балластный резистор с электрическими выводами, полупроводниковый диод с выводами и линзу. Под линзой, расположенной над цоколем, размещена монтажная плата с отверстием и встроенным в это отверстие светодиодом с электрическими выводами. Один из выводов светодиода соединен с выводом балластного резистора, а другой вывод последнего проходит через центральное отверстие диэлектрической части цоколя и формирует торцевой электрод светодиодной лампы. Полупроводниковый диод одним своим выводом соединен с выводом светодиода, а другим - с металлической частью цоколя, образуя при этом другой электрод светодиодной лампы. Другой вывод светодиода соединен с выводом выпрямительного полупроводникового диода, а другой вывод последнего соединен с металлической частью цоколя, образуя при этом другой электрод светодиодной лампы. Недостатком конструкции известной светодиодной лампы является то, что в ней отвод тепла в окружающее пространство крайне затруднен. Поэтому в случае использования светодиодов с повышенной яркостью свечения будет происходить их чрезмерный нагрев теплом, выделяемым электролюминисцирующим полупроводниковым кристаллом до температуры, превышающей допустимое рабочее значение, что, по меньшей мере, существенно снижает ее надежность и сокращает гарантированный срок службы светодиодной лампы.
Известна также светодиодная лампа (см. патент RU 2231170 С2, 20.06.2004 г.) включающая светодиод, один из электрических контактов которого связан с металлическим цоколем, образующим один ее электрод, а другой - с ее торцевым электродом цоколя, диэлектрическую втулку, закрепленную на торце цоколя, балластный резистор. При этом светодиод и его электрические выводы входят в цоколь до плоскости крепления полупроводникового излучающего элемента. Кроме этого, электрическая связь одного из электрических выводов светодиода с электродом лампы осуществляется по внутренней металлической поверхности цоколя, а его свободный объем заполнен теплопроводной цокольной мастикой. Конструкция известной
светодиодной лампы также не обеспечивает возможность эффективного отвода тепла в окружающую среду, что не позволяет использовать в ней современные сверхяркие светодиоды с улучшенными характеристиками.
В качестве прототипа выбрана известная конструкция светодиодной лампы (см. патент США №4,727,289; 23.02.1988 г.), содержащая стеклянный баллон, внутри которого имеется цепь из последовательно соединенных единичных светодиодов, используемых в качестве источников света, и балластного резистора.
В известной конструкции светодиодной лампы также отсутствует возможность эффективного отвода тепла в окружающую среду, поэтому возможность использования в ней сверхярких светодиодов крайне ограничена из-за возможного нарушения их теплового режима, а это отрицательно влияет на надежность и работоспособность известной светодиодной лампы.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устранение недостатков, отмеченных как у прототипа, так и у аналога, т.е. обеспечение высокой надежности и долговременности работы светодиодного источника света за счет повышения эффективности отвода в окружающую среду тепловой энергии, выделяемой светодиодами при пропускании через них предельно допустимого рабочего тока. Указанный выше технический результат достигается за счет нового конструктивного выполнения светодиодного источника света, позволяющего существенно повысить эффективность отвода выделяемого светодиодами тепла напрямую в окружающее светодиодный источник света пространство.
Заявленный источник света содержит теплопроводящий корпус с окном из светопрозрачного материала. На внутренней поверхности корпуса напротив окна из светопрозрачного материала выполнено посадочное место в виде ровной площадки. Используемые единичные светодиоды своими плоскими основаниями, имеющими теплоотводящие площадки и контактные площадки для подключения к источнику питания, поджаты к поверхности посадочного места на корпусе источника света через теплопроводящую электроизоляционную прокладку.
В случае необходимости дальнейшего повышения эффективности отвода тепла в окружающую среду, наружную поверхность корпуса источника света или часть этой поверхности выполняют ребристой.
Дальнейшему увеличению эффективности отвода тепла в окружающую среду, также будет способствовать выполнение на поверхности прокладки, прилегающей к
плоским основаниям светодиодов, теплопроводящих металлических площадок, совпадающих по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками и контактными площадками светодиодов.
Наряду с этим, увеличению эффективности отвода тепла также способствует вариант выполнения прокладки, согласно которого на одной ее рабочей поверхности будут выполнены площадки из листового теплоотводящего материала, совпадающие по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками и контактными площадками на плоском основании прилегающих к ним светодиодов, а на противоположной ее рабочей поверхности - жестко скрепленное с ней, основание в виде пластины из теплопроводящего материала.
На фиг.1 изображен один из возможных вариантов выполнения светодиодного источника света, в котором теплопроводящая электроизолирующая прокладка 11 непосредственно контактирует одной своей рабочей поверхностью с посадочным местом 12 на внутренней поверхности корпуса 1 источника света, а другой - с плоскими основаниями единичных светодиодов 3, 4.
На фиг.2 изображен вариант источника света, у которого прокладка 11 содержит на своей рабочей поверхности, прилегающей к основаниям светодиодов 3, 4, площадки 14 из листового теплопроводящего материала, совпадающие по форме и размерам с соответствующими теплоотводящими площадками 5, 6 и контактными 7, 8, 9, 10 площадками на основаниях светодиодов 3, 4.
На фиг.3 изображен возможный вариант источника света, у которого прокладка 11 содержит, закрепленные на одной из ее рабочих поверхностей, площадки 14 из листового теплопроводящего материала, а на противоположной - основание 15 в виде пластины из теплопроводящего материала.
Изображенные на фиг.1, 2 и 3 конструктивные варианты светодиодного источника света, содержат корпус 1 с окном из светопрозрачного материала 2. На внутренней поверхности корпуса 1 напротив окна 2 выполнено в виде ровной площадки посадочное место 12. К посадочному месту 12 через прокладку 11 поджаты единичные светодиоды 3, 4 с плоскими основаниями, на которых размещены теплоотводящие площадки 5, 6 и контактные площадки 7, 8, 9, 10 для подключения к источнику питания. Часть наружной поверхности корпуса 1 имеет ребра 13.
На фиг.2 прокладка 11 содержит, закрепленные на ее поверхности, прилегающей к основаниям светодиодов 3, 4, площадки 14 из листового теплопроводящего материала.
Площадки 14 по форме и размерам совпадают и плотно контактируют с соответствующими теплоотводящими 5, 6 и контактными 7, 8, 9, 10 площадками на основании светодиодов 3, 4.
На фиг.3 прокладка 11 имеет на одной из рабочих поверхностей площадки 14 из листового теплопроводящего материала, прилегающие к соответствующим площадкам 5, 6, 7, 8, 9, 10 на основаниях светодиодов 3, 4, а на противоположной рабочей поверхности прокладки 11 - жестко закрепленное на ней основание 15 в виде пластины из теплопроводящего материала. Как один из возможных вариантов выполнения прокладки 11 на фиг.3 она может быть выполнена в виде алюминиевой пластины 15, на одну из поверхностей которой нанесен тонкий слой изоляции в виде пленки 11, а на свободной поверхности этого слоя изоляции в виде пленки 11 закреплены площадки 14 из листового теплопроводящего материала, соответствующие по форме и размерам площадкам 5, 6, 7, 8, 9, 10, расположенных на основаниях светодиодов 3, 4.
Основное функциональное назначение прокладки 11 является создание условий, при которых выделяемая светодиодами 3, 4 тепловая энергия перераспределяется в пользу той части тепла, которая излучается за пределы корпуса 1 источника света и соответственно в меньшей степени в пользу той части тепла, которая поглощается внутри корпуса 1 источника света. Уменьшение доли тепловой энергии, поглощаемой внутри самого источника света и соответственно увеличение на такую же величину тепла, выделяемого за его пределы, положительно влияет как на надежность, так и на долговременность работы светодиодного источника света.
При пропускании рабочего тока через светодиоды 3, 4, выделяемое ими тепло в большей степени поглощается их основаниями и преимущественно через теплоотводящие площадки 5, 6, а также контактные площадки 7, 8, 9, 10 передается на соответствующие площадки 14, закрепленные на поверхности прокладки 11 и плотно поджатые к основаниям светодиодов 3, 4. Далее тепловая энергия передается через прокладку 11 к основанию 15 в виде пластины, а затем корпусу 1 с ребрами 13 на внешней его поверхности. В свою очередь корпус 1 с ребрами 13 передает тепловую энергию в окружающее пространство.
Наличие теплопроводящего основания 15 позволяет существенно уменьшить толщину прокладки 11 до минимально допустимых значений и тем самым существенно уменьшить тепловое сопротивление основного канала передачи тепла на участке от теплопроводящих площадок 14 к основанию 15 в виде теплопроводящей пластины.
Площадки 14 из листового теплопроводящего материала также позволяют существенно уменьшить тепловое сопротивление при передаче тепла от оснований светодиодов 3, 4 через теплоотводящие площадки 5, 6 и контактные площадки 7, 8, 9, 10 к прокладке 11.
Кроме этого в предлагаемой конструкции элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14, 15 технологически возможно и целесообразно выполнить в виде единого узла, что позволит уменьшить затраты как на изготовление, так и эксплуатацию светодиодного источника света.