ЛИНЕЙНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных и универсальных полупроводниковых источников оптического излучения на основе светодиодов или светодиодных матриц, в частности, СОВ- и МСОВ-матриц, в том числе, предназначенных для прямой замены газоразрядных линейных люминесцентных (двухцокольных) ртутных ламп низкого давления, используемых для освещения и получения ультрафиолета. Полезная модель направлена на повышение технологичности изготовления и применения линейной светодиодной лампы.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме трубки из оптически прозрачного или теплопроводящего материала с продольным окном из оптически прозрачного материала, с элементами внешнего токоподвода на концах, со светоизлучающим телом внутри, состоящим из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных с элементами внешнего токоподвода (П. 103673 РФ, МКИ H01L 33\00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 15.11.2010, Опубл. 20.04.2011, Бюл. №11).
Недостатком линейной светодиодной лампы является низкая технологичность изготовления и применения, что обусловлено ее конструкцией, отсутствием в структуре устройства драйвера питания, необходимостью изменения конструкции серийных светильников для линейных газоразрядных люминесцентных ламп с электромагнитными и электронными пускорегулирующими аппаратами и установки в светильники специального внешнего драйвера питания светодиодов (матриц), недостатками цилиндрической формы колбы, затрудняющими ориентацию элементов при изготовлении (прохождении технологических операций) и ориентацию лампы при установке в светильник, в том числе, в условиях недостаточной освещенности, низкой электробезопасностью, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме полуцилиндрической трубки из оптически прозрачного материала, покрытой слоем люминофора, с элементами внешнего токоподвода на концах, со светоизлучающим телом внутри, состоящим из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных с элементами внешнего токоподвода (П. 103671 РФ, МКИ H01L 33\00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 15.11.2010, Опубл. 20.04.2011, Бюл. №11).
Недостатком линейной светодиодной лампы является низкая технологичность изготовления и применения, что обусловлено ее конструкцией, недостаточным обеспечиваемым предельным углом излучения, делающим невозможным эффективное использование в серийных конструкциях светильников для линейных люминесцентных ламп низкого давления, отсутствием в структуре собственного драйвера питания, необходимостью значительного изменения устройства серийных и широко распространенных светильников для газоразрядных люминесцентных ламп с электромагнитными и электронными пускорегулирующими аппаратами и установки в светильники специального внешнего драйвера питания светодиодов или светодиодных матриц, низкой электробезопасностью, требующей применения сложных и дорогостоящих дополнительных мер, проблемами нанесения равномерного слоя люминофора на поверхность колбы, невозможностью эффективного использования ламп в установках для получения ультрафиолетового излучения.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме полуцилиндрической или цилиндрической трубки из оптически прозрачного материала, покрытой слоем люминофора, с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом внутри, светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных через драйвере элементами внешнего токоподвода (П. 108213 РФ, МКИ H01L 33\00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 06.04.2011, Опубл. 10.09.2011, Бюл. №25).
Недостатком линейной светодиодной лампы является низкая технологичность изготовления и применения, что обусловлено ее конструкцией, недостаточным обеспечиваемым предельным углом излучения (с колбой полуцилиндрической формы), делающим невозможным эффективное использование в серийных конструкциях светильников для газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления, необходимостью значительного изменения устройства серийных светильников для газоразрядных ламп с электромагнитными и электронными пускорегулирующими аппаратами, недостатками цилиндрической формы колбы, затрудняющими ориентацию элементов и самой лампы с цилиндрической формой колбы при изготовлении (прохождении технологических операций) и ориентацию лампы при установке в светильник, в том числе, в условиях недостаточной освещенности, низкой электробезопасностью, требующей применения специальных дополнительных мер по защите от поражения электрическим током, сложностью получения однородного слоя люминофора на поверхности колбы, невозможностью использования известных ламп в установках для получения ультрафиолетового излучения без значительной коррекции конструкции.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала, с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом на основе светодиодов внутри, соединенным через драйвер с элементами внешнего токоподвода (П. 152824 РФ, МКИ F21S 6/00. Линейная светодиодная лампа \ Силкин Е.М. - Заявл. 12.01.2015, Опубл. 20.06.2015, Бюл. №17).
Указанная линейная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа. Недостатком линейной светодиодной лампы (прототипа) является низкая технологичность изготовления и применения, что обусловлено ее конструкцией, необходимостью значительного изменения устройства серийных светильников для газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления с электромагнитными и электронными пускорегулирующими аппаратами (невозможностью применения технологии прямой замены газоразрядных ламп на светодиодные при эксплуатации), недостатками цилиндрической формы колбы, затрудняющими ориентацию элементов конструкции и самой лампы с цилиндрической формой колбы при изготовлении (прохождении технологических операций при серийном производстве) и простую ориентацию лампы при установке в светильник (в условиях эксплуатации), в том числе, при недостаточной освещенности, низкой электробезопасностью, требующей применения специальных сложных и дорогостоящих дополнительных мер по защите от поражения электрическим током, сложностью обеспечения оптимального угла излучения лампы и высокого КПД светильника.
Полезная модель направлена на решение задачи улучшения конструкции линейной светодиодной лампы, оптимизации ее технических и эксплуатационных характеристик, в том числе, обеспечения универсальности и удобства применения, что является целью полезной модели.
Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления и применения линейной светодиодной лампы.
Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в линейной светодиодной лампе:
1. Содержащей колбу, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала, с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом на основе светодиодов внутри, соединенным через драйвер с элементами внешнего токоподвода, внешняя поверхность колбы представляет собой пересечение поверхности цилиндра и плоскости параллельной оси цилиндра и отстоящей от оси на расстоянии от 0 до 0,92 величины радиуса цилиндра, светоизлучающее тело размещено в зоне плоской части и ориентировано в направлении части из оптически прозрачного материала;
2. По п. 1 колба выполнена из двух механически сопрягаемых частей в зоне пересечения поверхности цилиндра и плоскости;
3. По п. 1 или 2 все контакты каждого из элементов внешнего токоподвода электрически замкнуты через цепь с малым сопротивлением;
4. По п. 1 или 2 драйвер обеспечивает работоспособность при амплитудном значении напряжения питания от 0,35 до 1,15 амплитудного значения номинального напряжения питания;
5. По п. 1 или 2 все контакты каждого из элементов внешнего токоподвода электрически замкнуты через цепь с малым сопротивлением, а драйвер обеспечивает работоспособность при амплитудном значении напряжения питания от 0,35 до 1,15 амплитудного значения номинального напряжения питания;
6. По п. 1 или 2 лампа снабжена средством, ограничивающим ток через элементы внешнего токоподвода при отключении от цепи питания одного из элементов;
7. По п. 1 или 2 все контакты каждого из элементов внешнего токоподвода электрически замкнуты через цепь с малым сопротивлением, лампа снабжена средством, ограничивающим ток через элементы внешнего токоподвода при отключении от цепи питания одного из элементов;
8. По п. 1 или 2 все контакты каждого из элементов внешнего токоподвода электрически замкнуты через цепь с малым сопротивлением, драйвер обеспечивает работоспособность при амплитудном значении напряжения питания от 0,35 до 1,15 амплитудного значения номинального напряжения питания, лампа снабжена средством, ограничивающим ток через элементы внешнего токоподвода при отключении от цепи питания одного из элементов;
9. По п. 1 или 2 оптически прозрачная часть колбы выполнена матированной;
10. По п. 1 или 2 элементы внешнего токоподвода имеют средство механической фиксации на концах колбы;
11. По п. 1 или 2 оптически прозрачная часть колбы выполнена матированной, а элементы внешнего токоподвода имеют средство механической фиксации на концах колбы.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение технологичности изготовления и применения линейной светодиодной лампы при условии улучшения конструкции линейной светодиодной лампы, оптимизация ее технических и эксплуатационных характеристик, в том числе, обеспечение универсальности и удобства применения.
Повышение технологичности изготовления и применения линейной светодиодной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным предлагаемым принципом устройства, особенностями конструкции, набором свойств и функциональных характеристик источника света, обеспечивающими электробезопасность, универсальность, возможность прямой замены газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления в любых типах светильников с различными видами пускорегулирующих аппаратов без коррекции конструкций, а также совместное применение в гибридных светильниках, удобство ориентации частей и самой лампы в процессе ее сборки при серийном производстве и установки в световой прибор при эксплуатации, оптимизацию угла излучения и КПД светильников, за счет отличительных признаков полезной модели, в том числе, специальной формы колбы, размещения и ориентации светоизлучающего тела. Таким образом, отличительные признаки заявляемой линейной светодиодной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция (вариант исполнения) заявляемой линейной светодиодной лампы.
Линейная светодиодная лампа содержит колбу 1, по крайней мере, часть которой выполнена из оптически прозрачного материала, с элементами внешнего токоподвода 2 на концах, с драйвером 3 и со светоизлучающим телом 4 на основе светодиодов внутри, соединенным через драйвер с элементами внешнего токоподвода, внешняя поверхность колбы представляет собой пересечение поверхности цилиндра и плоскости параллельной оси цилиндра и отстоящей от оси на расстоянии от 0 до 0,92 величины радиуса цилиндра, светоизлучающее тело размещено в зоне плоской части и ориентировано в направлении части из оптически прозрачного материала, при этом колба может быть выполнена из двух механически сопрягаемых частей в зоне пересечения поверхности цилиндра и плоскости, а все контакты каждого из элементов внешнего токоподвода, как вариант, электрически замкнуты через цепь с малым сопротивлением, драйвер лампы обеспечивает работоспособность при амплитудном значении напряжения питания от 0,35 до 1,15 амплитудного значения номинального напряжения питания, а лампа может снабжаться средством, ограничивающим ток через элементы внешнего токоподвода при отключении от цепи питания одного из элементов, оптически прозрачная часть колбы, как один из вариантов, выполняется матированной, а элементы внешнего токоподвода имеют средство механической фиксации на концах колбы.
Линейная светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через элементы внешнего токоподвода 2 (цоколи) стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока напрямую или через соответствующий пускорегулирующий аппарат (в случае прямой замены газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления). Элементы токоподвода 2 могут содержать один или несколько контактов (многоштырьковые цоколи), в частности, два контакта (цоколи стандартного типа G5, G13 и другие). Драйвер 3 обеспечивает преобразование напряжения питающей сети переменного тока или напряжения с выхода электромагнитных или электронных пускорегулирующих аппаратов в напряжение, необходимое (и достаточное) для питания светодиодов или светодиодных матриц светоизлучающего тела 4 (для этого он должен обеспечивать работоспособность при амплитудном значении напряжения питания от 0,35 до 1,15 амплитудного значения номинального напряжения питания). При работе устройства драйвер 3, в частности, обеспечивает низкие пульсации питающего напряжения и тока светодиодов (светодиодных матриц) светоизлучающего тела 4, и стабилизированный выходной ток. Драйвер 3 линейной светодиодной лампы, в общем, остается в работоспособном состоянии и выполняет свои функции при амплитудном значении напряжения питания от 0,35 до 1,15 амплитудного значения номинального напряжения питания самой лампы или светового прибора, в который она устанавливается, что повышает технологичность и универсальность применения. Колба 1 светодиодной лампы герметично закрыта и защищает внутренние элементы от прикосновения, неблагоприятных воздействий (пыль, влага, излучение) внешней среды, а также выполняет функции несущей конструкции и, как вариант, в том числе, - перенаправления и рассеяния светового потока светоизлучающего тела 4. В общем случае, часть колбы 1, которая выполнена из оптически прозрачного материала, может быть покрыта слоем люминофора (или быть выполнена из материала, с внесенными в обьем частицами люминофора или смеси люминофоров). Размещение светоизлучающего тела 4 в зоне плоской части колбы 1 и ориентация в направлении части из оптически прозрачного материала обеспечивают достаточный отвод тепла от элементов драйвера 3 и светодиодов (светодиодных матриц) светоизлучающего тела 4, установленных внутри колбы 1, а также эффективный вывод светового излучения лампы с минимальными потерями и максимальным КПД. Тепловой режим работы элементов устройства улучшается, что способствует повышению световой эффективности и снижению деградации характеристик, а, следовательно, обеспечению требуемого срока службы лампы. Наличие плоской части колбы 1 и ее размер (положение относительно оси в направлении радиуса образующего цилиндра на расстоянии от 0 до 0,92 величины радиуса цилиндра) позволяет улучшить технологию сборки лампы, в том числе, строго ориентировать части и саму лампу при прохождении технологических операций в процессе изготовления (а также применения), оптимально регулировать (устанавливать) угол излучения в зависимости от конструкции светоизлучающего тела 4 (и драйвера 3). В частности, могут быть легко ориентированы относительно колбы 1 элементы внешнего токоподвода 2 (цоколи) при изготовлении лампы, и сама лампа - при ее установке в светильники (технология применения), что имеет значение, например, в условиях слабой освещенности при выходе лампы из строя и (или) ее замене.
Светодиоды светоизлучающего тела 4 генерируют свет определенных длин волн, который преобразуется люминофорами, восстанавливающими недостающие части спектра с целью получения качественного «белого» света. Светодиоды могут иметь, в частности, голубой, синий, зеленый цвет свечения. При этом люминофоры при воздействии исходного (первичного) излучения светодиодов излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиодов и люминофора образуется «белый» (или близкий к нему) свет с высоким качеством цветопередачи. Светодиоды представляют собой полупроводниковые приборы с p-n-переходом, работающие при прямом включении и преобразующие энергию электрического тока непосредственно в световое излучение за счет явления электролюминесценции. Светодиоды светоизлучающего тела 4 могут генерировать излучение и в ультрафиолетовом (или инфракрасном) диапазоне. При этом излучение используется непосредственно (в частности, в ультрафиолетовых установках) или преобразуется в видимый свет с помощью смеси люминофоров. Возможно также получение «белого» свечения за счет смешения излучений светодиодов с различными цветами излучения (в том числе, и без использования люминофоров), например, красного, синего и зеленого.
В качестве компонентов светоизлучающего тела 4 могут быть применены СОВ- или МСОВ-матрицы, например, нитевидные (светодиодные филаменты). Их применение обеспечивает наибольшую световую эффективность линейной светодиодной лампы. Филаментные матрицы (МСОВ) имеют световую отдачу до 150…170 лм/Вт, работают при сравнительно малых рабочих токах и незначительно нагреваются.
Конструкция матриц светоизлучающего тела 4 лампы, в принципе, может быть любой, в том числе, стандартной. Возможно использование в качестве светоизлучающего тела 4 лампы и набора дискретных светодиодов, устанавливаемых на подложки (печатные платы), например, по технологии поверхностного монтажа. Принцип работы линейной светодиодной лампы при этом не изменяется. Однако эффективность ламп с дискретными (сильноточными) светодиодами может быть ниже.
При работе устройства часть подводимой энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов, в том числе, электронного узла драйвера 3 и светодиодов (матриц) светоизлучающего тела 4 (а также их люминофорных слоев, если используются люминофоры). Наилучший отвод тепла осуществляется, в первую очередь, благодаря равномерности распределения светодиодов или светодиодных матриц (4) в направлении оси колбы 1 и, как отмечено, - размещению светоизлучающего тела 4 (и драйвера 3) в области плоской части колбы 1.
Замыкание контактов элементов внешнего токоподвода 2 через цепи с малым электрическим сопротивлением (короткое замыкание), позволяет обеспечить универсальность (технологичность) применения лампы при прямой замене газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления в светильниках с электромагнитными и электронными пускорегулирующими аппаратами, имеющими разные электрические схемы. Новая линейная светодиодная лампа должна при этом иметь возможность подвода питающего напряжения через цоколи (2), установленные на противоположных концах колбы 1. Электрическое замыкание контактов (штырьков) элементов внешнего токоподвода 2 может осуществляться как конструкцией элемента (цоколя), так и конструкцией, например, панелей драйвера 3 и светоизлучающего тела 4.
Подключение цоколей (2) к внутренним элементам лампы, как вариант, осуществляется за счет «прижимного» контакта, например, одновременно с их механической фиксации на концах колбы 1.
Элементы внешнего токоподвода 2 для повышения технологичности при изготовлении лампы имеют средство механической фиксации на концах колбы 1. Средство фиксации может быть любой конструкции, например, такой, когда плоские части цоколя (2) и колбы 1 снабжаются сопрягаемыми: выпуклым элементом и, соответственно, пазом (способ «защелкивания»).
Для повышения технологичности применения (обеспечения электробезопасности и защиты от поражения электрическим током без использования других «внешних» методов и приемов) линейная светодиодная лампа снабжается средством, ограничивающим до безопасного уровня (или исключающим) ток через элементы внешнего токоподвода 2 при отключении от цепи питания одного из элементов (2). Принципы возможного устройства светодиодных ламп (без применения специальных приемов) не позволяют исключить попадание высокого электрического потенциала на второй элемент внешнего токоподвода (2) при подключенном к цепи источника питания другом элементе (2). Указанный потенциал может представлять опасность поражения электрическим током при установке лампы в светильник. Ток через элементы внешнего токоподвода 2 при отключении от цепи питания одного из элементов (2) может быть ограничен до безопасного уровня (или исключен полностью) специальным средством, использующим любой из известных способов ограничения (механическим выключателем, размыкающим электрическую цепь, нарушением электрических контактов до полной установки лампы в светильник, применением сдвигающихся втулок, изолирующих штырьки цоколей (2) до установки, задержкой включения драйвера 3 лампы за счет электронной схемы или электронного выключателя и другими средствами).
Для снижения слепящего действия (исключения необходимости применения дополнительных рассеивателей в световом приборе и повышения, таким образом, технологичности применения) оптически прозрачная часть колбы 1 линейной светодиодной лампы выполняется матированной (опаловой, молочной).
Колба 1 линейной светодиодной лампы, как вариант, может быть выполнена из двух механически сопрягаемых частей в зоне пересечения поверхности цилиндра и плоскости. Подобная конструкция существенно повышает технологичность изготовления изделия в результате упрощения (и улучшения качества) операций установки драйвера 3 и светоизлучающего тела 4. Процесс изготовления линейной светодиодной лампы, при этом, также и более эффективно автоматизируется (или механизируется).
По сравнению с прототипом существенно повышается технологичность изготовления и применения линейной светодиодной лампы. Это достигается за счет более эффективной конструкции изделия. Предлагаемая форма колбы новой линейной светодиодной лампы дает возможность обеспечивать необходимую ориентацию частей и самой лампы при прохождении технологических операций сборки и при установке (применении) лампы в светильниках, упрощает технологию изготовления, в том числе, подачу и фиксацию элементов внешнего токоподвода, драйвера и светоизлучающего тела, обеспечивает достижение эффективного отвода тепла от элементов конструкции, оптимизирует естественным образом заданные углы излучения и повышает более простой и качественной установкой КПД светового прибора с данным источником света.
Технологичность изготовления линейной светодиодной лампы значительно возрастает за счет возможности наиболее простой и эффективной установки (сборки) основных элементов конструкции при применении колб, выполненных из двух механически сопрягаемых частей в зоне пересечения поверхности цилиндра и плоскости, а также средства механической фиксации (защелкиванием) элементов внешнего токоподвода на концах колбы.
Процесс массового (серийного) производства ламп представленной конструкции может быть более качественно автоматизирован (механизирован) на всех технологических операциях сборки и испытаний.
За счет ограничения тока через элементы внешнего токоподвода при отключенном от цепи питания одном из элементов отпадает необходимость в применении дополнительных средств для защиты от поражения электрическим током при установке и замене источников излучения в светильниках. Технологичность применения линейной светодиодной лампы повышается и за счет ее универсальности (возможности установки в любых типах световых приборов для ртутных газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления, в том числе, при совместном использовании в гибридных световых приборах как с электромагнитными, так и с электронными пускорегулирующими аппаратами или внешними источниками питания постоянного и переменного тока). Универсальность применения лампы достигается реализацией драйвера и электрическим замыканием контактов элементов внешнего токоподвода (цоколей) через цепи с малым электрическим сопротивлением (короткозамкнутых).
Технологичность применения повышается также в результате матирования частей колбы из оптически прозрачного материала, так как позволяет снизить общие требования к конструкции световых приборов. Матирование способствует выравниванию яркости по длине лампы, устранению (снижению) слепящего действия, обусловленного использованием точечных источников света, исключает применение дополнительных средств для указанных целей при реализации светильников, а эффективная ориентация светоизлучающего тела (лампы) и регулирование (задание) угла излучения, в целом, обеспечивают снижение непроизводительных потерь энергии излучения светодиодов (матриц) и, соответственно, общих электрических затрат световых приборов. Таким образом, кроме повышения технологичности, дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по длине и исключения слепящих эффектов существенно расширяется, в том числе, область применения линейной светодиодной лампы.
За счет повышения технологичности, экономии трудозатрат и, в целом, используемых ресурсов, по сравнению с прототипом, цена новой линейной светодиодной лампы может быть снижена на 10…20%. Снижение цены также расширяет область применения лампы заявляемой конструкции.
Новая линейная светодиодная лампа имеет более широкую область применения за счет универсальности, возможности использования для полноценной прямой замены ртутных газоразрядных линейных люминесцентных ламп низкого давления в любых, в том числе, гибридных светильниках с различными типами устанавливаемых ламп и пускорегулирующих аппаратов или внешних драйверов, и может быть использована не только для освещения, но и в световых приборах для различных технологических целей (в частности, при специальных исполнениях, ультрафиолетовых и инфракрасных светоизлучателях).