КОЛПАК ЛАМПЫ И СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА С ТАКИМ КОЛПАКОМ
LAMP CAP AND LIGHT DIODE LAMP WITH SUCH CAP

Область техники
Настоящее изобретение относится к колпаку лампы и, в частности, к колпаку лампы, содержащему люминофорный материал, а также к светодиодной лампе, на которой установлен такой колпак.
Уровень техники
В настоящее время известны разнообразные светодиодные устройства, излучающие свет различных цветов. Кроме того, известны различные способы изготовления осветительных ламп, излучающих белый свет с помощью светодиодных устройств. Белый свет обычно получают при помощи люминесцентного материала, такого как люминофорный материал. Примером люминофорного материала может служить материал, который частично поглощает по меньшей мере часть синего света, излучаемого светодиодным устройством, в результате чего получается желтый или зеленовато-желтый свет.
В соответствии с традиционной технологией для того, чтобы получить светодиодный модуль с использованием люминофорного материала, излучающий белый свет, люминофорный материал смешивают с инкапсуляционным материалом на основе силиконовой смолы, после чего указанную смесь наносят непосредственно на светодиодные платы или помещают в оболочку, которой покрывают светодиодные платы. Однако в устройствах, изготовленных по таким традиционным технологиям, часть света, излучаемого люминофорным материалом, возвращается назад к светодиодной плате и поглощается ей, приводя, таким образом, к большим потерям света. Из-за таких потерь света светодиодная лампа белого света, изготовленная с использованием люминофорного материала в соответствии с традиционной технологией, имеет относительно низкую коррелированную цветовую температуру КЦТ (ССТ). Таким образом, эффективность светодиодных ламп белого излучения, изготовленных с использованием люминофорного материала, может уменьшаться в теплом белом или нейтральном белом цветовых диапазонах.
Для уменьшения потерь света в светодиодной лампе белого излучения, изготовленной с использованием люминофорного материала в соответствии с традиционной технологией, было предложено размещать светодиодную плату на некотором расстоянии от люминофорного слоя. Так, например, в документах US 5959316 и US 6858456 раскрыт способ, в соответствии с которым между светодиодной платой и слоем люминофора помещают прозрачную прокладку из силиконовой смолы, чтобы уменьшить вероятность поглощения светодиодной платой или соседними поверхностями света, излучаемого люминофорным материалом. Однако при таком способе часть света, излучаемого люминофорным материалом, все равно возвращается назад, поскольку коэффициенты преломления слоя люминофора и прозрачной прокладки практически идентичны. То есть свет, исходящий от люминофорного материала, не может рассеиваться или преломляться на границе между слоем люминофора и прозрачной вставкой, но проходит к светодиодной плате практически без помех.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения
Настоящим изобретением предложен колпак лампы, эффективно препятствующий потере света, и светодиодная лампа с таким колпаком.
Решение поставленной задачи
В соответствии с одним из аспектов изобретения предложен колпак лампы, содержащий:
первую оболочку лампы, имеющую изогнутую поверхность;
вторую оболочку лампы, имеющую изогнутую поверхность и соединенную с первой оболочкой лампы так, что между первой оболочкой лампы и второй оболочкой лампы имеется расстояние, и
слой преобразования длины волны, размещенный между первой оболочкой лампы и второй оболочкой лампы.
Первая оболочка лампы и вторая оболочка лампы могут содержать прозрачный материал.
Прозрачный материал может содержать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, включающей в себя: стекло, полиметилметакрилат, поликарбонат и силиконовую смолу.
Первая оболочка лампы и вторая оболочка лампы могут иметь соответственно вогнутую внутреннюю поверхность и выпуклую наружную поверхность, а слой преобразования длины волны размещен между вогнутой внутренней поверхностью первой оболочки лампы и выпуклой наружной поверхностью второй оболочки лампы.
Первая оболочка лампы и вторая оболочка лампы могут иметь полусферическую форму.
Расстояние между первой оболочкой лампы и второй оболочкой лампы может быть постоянным, с тем, чтобы слой преобразования длины волны имел равномерную толщину.
Внутренняя поверхность второй оболочки лампы может содержать множество граней, имеющих множество различных изгибов, или множество плоскостей с различными нормальными векторами
Первая оболочка лампы и вторая оболочка лампы могут содержать, соответственно, первый упор и второй упор, причем соединение первой оболочки лампы со второй оболочкой лампы выполнено путем соединения указанного первого и второго упоров.
Слой преобразования длины волны может содержать смесь силиконовой смолы с люминесцентным материалом.
Люминесцентный материал может представлять собой люминофорный материал, излучающий видимый свет под действием ультрафиолетового света, синего света или зеленого света.
Люминофорный материал может содержать по меньшей мере один люминофорный материал, излучающий видимый свет с различной длиной волны под действием ультрафиолетового света, синего света, или зеленого света.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложена светодиодная лампа, содержащая вышеописанный колпак лампы.
Светодиодная лампа может дополнительно содержать подложку и по меньшей мере один светодиодный узел, установленный на подложке, причем колпак лампы размещен на подложке и охватывает светодиодный узел.
Подложка может содержать печатную плату.
По меньшей мере один светодиодный узел может содержать по меньшей мере одно устройство, выбранное из группы, содержащей: ультрафиолетовый светодиод, синий светодиод и зеленый светодиод.
Отношение площади внутренней поверхности второй оболочки лампы к площади поверхности светодиодного узла может быть больше, чем 2.
Расстояние между светодиодным узлом и внутренней поверхностью второй оболочки лампы может быть больше, чем 3 мм.
Между светодиодным узлом и внутренней поверхностью второй оболочки лампы может иметься свободное пространство.
2
Площадь наружной поверхности первой оболочки лампы может составлять по меньшей мере 300 мм на 1 ватт света, исходящего от светодиодного узла.
Внутренняя поверхность второй оболочки лампы может содержать множество граней, имеющих множество различных изгибов или множество плоскостей с различными нормальными векторами так, что свет, отраженный от точки, расположенной на внутренней поверхности второй оболочки лампы, падает на другую точку внутренней поверхности второй оболочки лампы.
Множество плоскостей с нормальными векторами могут сходиться в направлении светодиодного узла.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ изготовления вышеописанного колпака лампы, в соответствии с которым:
изготавливают первую и вторую оболочки лампы путем литья под давлением;
на вогнутую внутреннюю поверхность первой оболочки лампы наносят смесь силиконовой смолы и люминесцентного материала;
соединяют первую оболочку лампы со второй оболочкой лампы так, что вогнутая внутренняя поверхность первой оболочки лампы обращена к выпуклой наружной поверхности второй оболочки лампы; и
отверждают смесь силиконовой смолы и люминесцентного материала путем нагревания или воздействия ультрафиолетовым излучением, формируя, таким образом, слой преобразования длины волны.
В соответствии с другим аспектом изобретения, предложен способ изготовления вышеописанного колпака лампы в соответствии с которым:
изготавливают первую и вторую оболочки лампы путем литья под давлением;
соединяют первую оболочку лампы со второй оболочкой лампы так, что вогнутая внутренняя поверхность первой оболочки лампы обращена к выпуклой наружной поверхности второй оболочки лампы;
пространство, имеющееся между первой оболочкой лампы и второй оболочкой лампы, заполняют смесью силиконовой смолы и люминесцентного материала до тех пор пока указанная смесь не заполнит все указанное пространство, и
отверждают смесь силиконовой смолы и люминесцентного материала путем нагревания или воздействия ультрафиолетовым излучением, формируя, таким образом, слоя преобразования длины волны.
Краткое описание чертежей
Ниже вышеперечисленные признаки и преимущества предложенного изобретения описаны более подробно и со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 показан поперечный разрез колпака светодиодной лампы, в соответствии с вариантом предложенного изобретения;
на фиг.2-5 показаны поперечные разрезы, иллюстрирующие способ сборки колпака светодиодной лампы, показанного на фиг.1, предложенный в соответствии с вариантом настоящего изобретения;
на фиг.6 показан поперечный разрез светодиодной лампы с колпаком лампы, показанным на фиг.1, предложенном в соответствии с вариантом настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже изобретение будет описано более подробно и со ссылкой на приложенные чертежи, иллюстрирующие варианты его осуществления. Одинаковые элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций, причем для наглядности изображения элементы могут быть представлены на чертежах в увеличенном размере.
На фиг.1 показан поперечный разрез колпака 10 светодиодной лампы, предложенной в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Показанный на фиг.1 колпак 10 лампы содержит первую оболочку 1 лампы, имеющую выпуклую наружную поверхность, вторую оболочку 2 лампы, имеющую выпуклую внутреннюю поверхность и прикрепленную к первой оболочке 1 лампы так, что она находится на заданном расстоянии от первой оболочки 1 лампы, и слой 3 преобразования длины волны, размещенный между первой оболочкой 1 лампы и второй оболочкой 2 лампы.
Как показано на фиг.1, первая оболочка 1 лампы и вторая оболочка 2 лампы имеют вогнуто-выпуклую форму. То есть, первая оболочка 1 лампы и вторая оболочка 2 лампы имеют выпуклую наружную поверхность и вогнутую внутреннюю поверхность. Например, первая оболочка 1 лампы и вторая оболочка 2 лампы могут иметь полусферическую форму. Однако нижние поверхности первой оболочки 1 лампы и второй оболочки 2 лампы могут иметь и другую форму. Например, нижние поверхности указанных оболочек могут быть прямоугольными или квадратными, и в этом случае первая оболочка 1 лампы и вторая оболочка 2 лампы будут иметь прямоугольную или цилиндрическую форму. Кроме того, для того, чтобы слой 3 преобразования длины волны, размещенный между первой оболочкой 1 лампы и второй оболочкой 2 лампы, имел заданную толщину, расстояние между первой оболочкой 1 лампы и второй оболочкой 2 лампы может быть одинаковым по всей протяженности оболочек.
Первая оболочка 1 лампы и вторая оболочка 2 лампы могут быть выполнены из прозрачного материала. Прозрачный материал первой оболочки 1 лампы и второй оболочки 2 лампы может представлять собой по меньшей мере один материал, выбранный из группы, содержащей: стекло, полиметилметакрилат ПММА (РММА), поликарбонат и силиконовую смолу. Как показано на фиг.1, слой 3 преобразования длины волны может быть размещен между вогнутой внутренней поверхностью первой оболочки 1 лампы и выпуклой наружной поверхностью второй оболочки 2 лампы. Поскольку слой 3 преобразования длины размещен между первой оболочкой 1 лампы и второй оболочкой 2 лампы, геометрическая форма слоя 3 преобразования длины волны определяется формой первой и второй оболочек 1 и 2 лампы.
Слой 3 преобразования длины волны может быть выполнен из люминесцентного материала для преобразования длины волны. Например, слой 3 преобразования длины волны может быть выполнен из смеси материалов, полученной путем смешивания люминесцентного материала для преобразования длины волны с силиконовой смолой. В частности, люминесцентный материал может представлять собой люминофорный материал, испускающий видимый свет под воздействием ультрафиолетового излучения, синего света или зеленого света. Например, в качестве люминесцентного материала в слое 3 преобразования длины волны могут использовать материал, выбранный из группы, включающей в себя различные люминофорные материалы, излучающие, соответственно, видимый свет с различной длиной волны, например, синий, зеленый, желтый и красный. За счет по меньшей мере частичного поглощения синего или зеленого света или полного поглощения ультрафиолетового света, зеленый, желтый, оранжевый и красный люминофорный материалы могут излучать световые спектры с пиковой длиной волны, находящейся в зеленом, желтом, оранжевом и красном цветовых диапазонах. Кроме того, синий люминофорный материал может излучать световой спектр с пиковой длиной волны, лежащей в синем диапазоне, за счет полного поглощения ультрафиолетового света.
Когда колпаком 10 лампы покрыто светодиодное устройство, излучающее свет с длиной волны, возбуждающей люминесцентный материал, флуоресцентный свет, излучаемый люминесцентным материалом, может смешиваться с остаточным возбуждающим светом, испускаемым светодиодным устройством, в результате чего получается белый свет. Например, если светодиодное устройство излучает синий свет в диапазоне длин волн от 450 нм до 480 нм, люминесцентный материал, возбуждаемый синим светом, может излучать свет с пиковой длиной волны, находящейся в желтом цветовом диапазоне. При смешивании желтого света и остаточного синего света получается белый свет. Люминесцентный материал может содержать различные люминофорные материалы, испускающие излучение с разными длинами волн под воздействием света, излучаемого светодиодным устройством и имеющего длину волны, вызывающую возбуждение люминофорного материала. В этом случае излучения с разными длинами волн могут смешиваться, образуя белый свет. Например, если излучение светодиодного устройства близко к ультрафиолетовому излучению в диапазоне от 380 нм до 450 нм, люминесцентный материал может содержать синий, зеленый и красный люминофорные материалы, излучающие под действием излучения, близкого к ультрафиолетовому, свет, с пиковой длиной волны, лежащей в синем, зеленом и красном диапазонах. При смешивании синего, зеленого и красного света может быть получен белый свет.
На фиг.2-5 показаны поперечные разрезы, иллюстрирующие способ сборки колпака 10 лампы, показанного на фиг.1, предложенный в соответствии с вариантом изобретения. На фиг.2 показана первая оболочка 1 лампы с вогнутой внутренней поверхностью и выпуклой наружной поверхностью. Как описано выше, первая оболочка 1 лампы выполнена из прозрачного материала и в соответствии с вариантами изобретения может иметь различную геометрическую форму. Как показано на фиг.2, на концах первой оболочки 1 лампы имеются первые упоры 1а для соединения первой оболочки 1 лампы со второй оболочкой 2 лампы.
Далее, как показано на фиг.3, вогнутую внутреннюю часть первой оболочки 1 лампы заполняют, например, смесью 3', состоящей из жидкого люминесцентного материала и силиконовой смолы. Объем смеси 3' примерно равен объему свободного пространства, образуемого между первой и второй оболочками 1 и 2 лампы при соединении этих оболочек.
Далее, как показано на фиг.4, вторую оболочку 2 лампы размещают над вогнутой внутренней частью первой оболочки 1 лампы, содержащей смесь 3'. На концах второй оболочки 2 лампы имеются вторые упоры 2a для соединения второй оболочки 2 лампы с первой оболочкой 1 лампы. Соответственно, первая и вторая оболочки лампы могут быть соединены друг с другом путем соединения первых упоров 1a со вторыми упорами 2a. Кроме того, между первым и вторым упорами 1a и 2a могут нанести клеящее вещество. После соединения второй оболочки 2 лампы с первой оболочкой 1 лампы могут осуществить отверждение смеси 3' под действием высокой температуры или ультрафиолетового излучения, как показано на фиг.5, в результате чего между первой и второй оболочками 1 и 2 лампы образуется слой 3 преобразования длины волны.
В соответствии с другим вариантом изобретения, смесь 3' могут залить в пространство между первой и второй оболочками 1 и 2 лампы после соединения указанных оболочек, а затем осуществить отверждение этой смеси под действием высокой температуры или ультрафиолетового излучения.
Как упомянуто выше, расстояние между первой оболочкой 1 лампы и второй оболочкой 2 лампы в колпаке 10 лампы для светодиодных ламп, может быть одинаковым по всей протяженности оболочек, и, таким образом, толщина слоя 3 преобразования длины волны, расположенного между ними, будет также равномерной. Кроме того, толщину и форму слоя преобразования длины волны 3 можно скорректировать с учетом имеющихся требований, путем выбора первой оболочки 1 лампы и второй оболочки 2 лампы желаемой формы. В результате светодиодная лампа, содержащая колпак 10 лампы, может поддерживать коррелированную цветовую температуру (ССТ) на постоянном уровне, что позволяет достичь высокой производительности. Кроме того, размещение люминофорного материала между первой оболочкой 1 лампы и второй оболочкой 2 лампы позволяет предотвратить изменение физических или химических параметров люминофорного материала и, таким образом, увеличить срок службы светодиодной лампы.
На фиг.6 показано поперечное сечение светодиодной лампы 20, предложенной в соответствии с вариантом изобретения и содержащей колпак 10 лампы, показанный на фиг. 1. Как показано на фиг.6, светодиодная лампа 20 может содержать подложку 11, светодиодный узел 12, установленный на подложке 11, и колпак 10 лампы, расположенный на подложке 11 и охватывающий светодиодный узел 12. Светодиодная лампа 20, показанная на фиг.6, содержит один светодиодный узел 12, однако настоящее изобретение не ограничено данным вариантом осуществления, и светодиодный узел 12 может включать в себя несколько светодиодных узлов 12. Между светодиодным узлом 12 и колпаком 10 лампы, то есть между светодиодным узлом 12 и внутренней поверхностью 2i второй оболочки 2 лампы, имеется свободное пространство 15.
Подложка 11 может представлять собой печатную плату. Светодиодный узел 12 может содержать по меньшей мере один элемент из группы, включающей: ультрафиолетовый светодиод, синий светодиод и зеленый светодиод для возбуждения люминесцентного материала, содержащегося в колпаке 10 лампы. Кроме того, люминесцентный материал в слое 3 преобразования длины волны колпака 10 лампы может содержать по меньшей мере один люминофорный материал, излучающий под действием ультрафиолетового света, синего света или зеленого света свет с различной длиной волны. Например, как описано выше, люминофорный материал может представлять собой по меньшей мере один люминофор, выбранный из группы, включающей синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный люминофор,
В соответствии с настоящим изобретением, очень важно предотвратить попадание света, исходящего от слоя 3 преобразования длины волны колпака 10 лампы, на светодиодный узел 12, в целях повышения светоотдачи и эффективности светодиодной лампы 20. Для этого колпак 10 лампы может быть выполнен таким образом, чтобы свет, исходящий из точки на внутренней поверхности 2i второй оболочки 2 лампы, падал на другую точку на внутренней поверхности 2i второй оболочки 2 лампы колпака 10 лампы сразу после излучения света. То есть колпак 10 лампы может быть выполнен таким образом, чтобы свет, преломляющийся на границе между второй оболочкой 2 лампы и пространством 15, снова попадал на внутреннюю поверхность 2i второй оболочки 2 лампы.
Одним из параметров, имеющим значение для решения указанной задачи, является расстояние D между светодиодным узлом 12 и колпаком 10 лампы. Чем больше расстояние D, тем выше отношение площади внутренней поверхности 2i второй оболочки 2 лампы к площади светодиодного узла 12. При увеличении отношения указанных площадей поверхности уменьшается телесный угол в точке на внутренней поверхности 2i относительно светодиодного узла 12, и, следовательно, снижается вероятность того, что свет, исходящий от колпака 10 лампы, будет падать на светодиодный узел 12. Описанная идея понятна специалисту в данной области техники, поскольку общеизвестно, что при удалении точки наблюдения от объекта, размер указанного объекта зрительно уменьшается.
Также, чем больше расстояние D, тем больше вероятность того, что свет, исходящий из точки на внутренней поверхности 2i второй оболочки 2 лампы будет падать на другую точку на внутренней поверхности 2i второй оболочки 2 лампы. В целях дальнейшего увеличения этой вероятности, внутренняя поверхность 2i второй оболочки 2 лампы может иметь множество различных изгибов или представлять собой множество плоскостей с различными нормальными векторами. То есть, хотя это и не показано на фиг.6, внутренняя поверхность 2i может иметь множество граней, имеющих различные изгибы или множество плоскостей с различными нормальными векторами. Заданные нормальными векторами плоскости внутренней поверхности 2i могут сходиться по направлению к светодиодному узлу 12. Тогда, как показано на фиг.6, свет, отраженный от точки E на внутренней поверхности 2i, проходит по разным световым путям P1 и P2 и вместо того, чтобы возвратиться к светодиодному узлу 12, попадает в другие точки C1 и C2, расположенные на внутренней поверхности 2i. Таким образом, излучение света светодиодной лампой может осуществляться без потерь. Следовательно, изобретение, предложенное в соответствии с рассматриваемым вариантом, позволяет уменьшить потерю света, связанную с его поглощением светодиодным узлом 12, и, как следствие, повысить светоотдачу светодиодной лампы 20.
В соответствии с вариантом изобретения, для того, чтобы эффективно уменьшить количество света, исходящего от слоя 3 преобразования длины волны и падающего на светодиодный узел 12, расстояние D между светодиодным узлом 12 и колпаком 10 лампы может быть выбрано так, чтобы отношение площади внутренней поверхности 2i второй оболочки 2 лампы к площади светодиодного узла 12 было больше, чем примерно 2. Например, расстояние D между светодиодным узлом 12 и внутренней поверхностью 2i второй оболочки 2 лампы может быть больше, чем по меньшей мере примерно 3 мм. Значение расстояния D определяет минимальный нижний предел указанной величины, и, в соответствии с вариантами изобретения, указанное расстояние может быть выбрано таким образом, что будет превышать минимальный нижний предел.
2
С увеличением расстояния D увеличивается также надежность и срок службы светодиодной лампы 20. Надежность и срок службы светодиодной лампы 20 определяются отношением площади поверхности колпака 10 лампы к интенсивности света, излучаемого светодиодным узлом 12. Чем больше расстояние D, тем больше площадь поверхности колпака 10 лампы. Кроме того, чем больше площадь поверхности колпака 10 лампы, тем быстрее термоперенос от колпака 10 лампы. Для того, чтобы соответствовать жестким условиям, создаваемым при тестовых испытаниях или условиям окружающей среды, такие как высокая температура и высокая влажность среды, наружная поверхность колпака 10 лампы по отношению к интенсивности света, излучаемого светодиодным узлом 12, может, предпочтительно, быть настолько большой, насколько это возможно. Например, отношение наружной поверхностью колпака 10 лампы, то есть наружной поверхности первой оболочки лампы колпака 10 лампы, по отношению к интенсивности света, излучаемого светодиодным узлом 12, может быть больше чем 300 мм/вт. Значение отношения площади наружной поверхности колпака 10 лампы по отношению к интенсивности света, излучаемого светодиодным узлом 12, определяет минимальный нижний предел данной величины, и, следовательно, в соответствии с вариантами изобретения, наружная поверхность первой оболочки 1 лампы может быть выбрана таким образом, чтобы указанное значение превышало минимальный нижний предел.
Светодиодная лампа 20, предложенная в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения, может поддерживать эффективность на постоянном уровне независимо от коррелированной цветовой температуры КЦТ (ССТ). То есть, эффективность светодиодной лампы 20, предложенной в соответствии с данным вариантом изобретения, в теплом белом или нейтральном белом цветовых диапазонах почти такая же, как в холодном белом цветовом диапазоне.
Хотя данное изобретение описано на примерах конкретных вариантов его осуществления, специалистам понятно, что возможны различные модификации в форме и деталях, не выходящие за рамки объема и сущности изобретения, определяемого формулой изобретения.