СВЕТОДИОДНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к средствам светоизлучения и может быть использована в системах освещения.
Из уровня техники известно использование световых приборов на светодиодах для освещения удаленных объектов. В числе таких устройств может быть упомянут световой прибор на светодиодах по патенту РФ №2202731, конструкция которого содержит оптический модуль со светодиодами, светящие центры которых равноудалены относительно друг друга и установлены токоведущими ножками на плоской плате из диэлектрического материала, преимущественно из стеклотекстолита. Светодиоды подключены между собой последовательно или параллельно-последовательными цепочками на плате методом печатного монтажа. На удалении от платы со светодиодами и параллельно ей в выходном отверстии корпуса светового прибора на шпильках установлен плоский оптический элемент, выполненный в виде оптической решетки, по меньшей мере, частично состоящей из квадратных оптических ячеек, на каждой из которых имеются одинаковые Френелевские дисковые линзы с прямым несущим слоем. Оптические оси линз параллельны между собой, совпадают с оптическими осями светодиодов и проходят через их светящиеся центры, установленные в фокусах каждой линзы. Для точного совмещения оптических осей светодиодов и Френелевских дисковых линз, между оптической решеткой с указанными линзами и плоской платой со светодиодами оптического модуля в плоскости, проходящей через фокусы, установлена центрирующая светодиоды, перфорированная пластина из теплопроводного материала, например из алюминия или его сплавов. В отверстиях пластины плотной посадкой размещены корпуса светодиодов, боковые стенки которых примыкают к стенкам отверстий, обеспечивая кондуктивный отвод тепла от нижней части корпуса каждого из них и рассеивание внутри светового прибора.
К недостаткам известной и подобных систем следует отнести необходимость настройки положения светодиодов относительно вторичной оптики, особенно в узкоградусных системах освещения и светосигнализации кластерного типа, при этом потери светового потока достигают более тридцати процентов.
Задача, решаемая авторами при создании заявленной конструкции, состоит в создании светодиодного излучающего устройства, эксплуатационные возможности которого сочетают в себе все общеизвестные достоинства полупроводниковых источников излучения в сочетании с возможностью варьирования угла обзора и пространственной диаграммы направленности излучения, при этом технический результат, достигаемый при создании полезной модели, состоит в получении излучения с узкой диаграммой направленности, увеличении коэффициента вывода света, а, следовательно, и в сокращении числа кристаллов излучателей.
Для достижения поставленного результата предлагается в известном светодиодном источнике излучения, содержащем корпус с крышкой и установленным в корпусе на подложке функциональным элементом, функциональный элемент выполнить в виде по меньшей мере двух полупроводниковых кристаллов одноцветного или многоцветного излучения, а крышку корпуса в виде растрово-оптической системы с конической поверхностью и углом охвата не менее ±40°.
Предпочтительные, но не обязательные варианты реализации источника предполагают заполнение пространства корпуса между функциональным элементом и крышкой инертным газом; установку функционального элемента на подложке в лунке, глубина которой более высоты кристаллов на величину 0,3 высоты кристалла либо на подложке с окаймляющей рамкой, высота которой более высоты кристаллов на величину 0,3 высоты кристалла; установку функционального элемента на подложку с радиатором, тепловое сопротивление которого на воздух составляет не более 3°С/Вт; покрытие функционального элемента либо герметизирующим компаундом с коэффициентом преломления не менее 1,4 либо люминофором для получения белого излучения; дополнительное наличие у корпуса тубуса для формирования на выходе системы любой заданной индикатрисы излучения цветного или белого света.
Принципиальное отличие предлагаемой конструкция светодиодного модуля от известных состоит в том, что на подложку (печатную плату) монтируется не готовый светодиод, а кристалл или кристаллы излучателя с оптикой, позволяющей производить светодиод кластерного или единичного исполнения, при этом линза Френеля (оптический элемент) формирует изображение единичного кристалла излучателя или матрицы кристаллов.
Заявленная конструкция иллюстрируется схематическим изображением ее общего вида (фиг.1), а также диаграммами направленности и силы известных точечных источников света (фиг.2) и заявленного модуля в различных вариантах исполнения (фиг.3 и 4).
Представленный светодиодный модуль, включает в себя функциональный элемент 1, держатель 2 элемента, содержащий изолированную теплопроводящую подложку - основание с присоединительными выводами, по меньшей мере, один из которых изолирован от основания, а также герметизированный корпус с линзовой крышкой 3 в виде растрово-оптической системы с конической поверхностью (например, линзы Френеля) и радиатором 4. В качестве функционального элемента служат несколько, по меньшей мере два, отдельных полупроводниковых кристалла одноцветного или многоцветного излучения оптического диапазона, размещенных на общей подложке.
Углубление или ограничивающая кристаллы рамка на подложке имеет толщину, равную толщине кристаллов или более толщины кристаллов излучателей света. Величина диаметра посадочного места для кристаллов превышает размер нижней грани соответствующего кристалла, или конгломерата кристаллов, но не более чем в полтора раза величины указанной грани. Объем углубления или окаймляющей рамки на подложке заполнен герметизирующим компаундом или люминофором. Пространство между основанием линзы и верхней поверхностью подложки дополнительно может быть заполнено инертным газом в соответствии с требуемым цветом излучения.
Авторами был созданы опытные образцы заявленного модуля в соответствии с данным описанием, диаграммы направленности и силы света которых, составленные по результатам испытаний, представлены на фиг.3 и 4. На фиг.3 представлена диаграмма модуля с фокусным расстоянием 45 мм и шагом конических поверхностей линзы 1 мм, на фиг.4 - с фокусным расстоянием 40 мм и шагом 0,9 мм (световой поток 26,1 и 29,6 лм, соответственно). Из представленных диаграмм видно, что световые модули согласно заявленному решению обеспечивают резкое увеличение силы света по сравнению с существующими точечными источниками света (диаграмма на фиг.2, световой поток 92,79 лм), при этом однако заявленная конструкция по сравнению с наиболее близким аналогом чрезвычайно проста в сборке, не требует настройки излучателей относительно формирующих изображения линз, резко увеличивая силу света при одновременном снижении себестоимости и уменьшении потребления энергии за счет увеличения сбора излучения от излучателей.