СВЕТОДИОДНЫЙ ЗЕРКАЛЬНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

Полезная модель представляет собой специальную технологию компоновки бескорпусного светильника, использующего в качестве источника света мощные светодиоды. Технология может быть использована при изготовлении компактных недорогих и эффективных светильников для освещения жилых и общественных помещений, открытых территорий, а также в светотехнике подвижных систем.
По сути все светодиодные светильники традиционной компоновки (Фиг.1) включают в себя печатную плату, на которую паяются методом поверхностного монтажа полупроводниковые источники света и вспомогательные электронные компоненты. Спаяная плата устанавливается в корпус с рассеивателем и радиатором для отвода тепла от светодиодов. Подобная компоновка присуща светильникам с лампами накаливания или люминисцентными лампами, но она неприемлема для светодиодных светильников, поскольку в традиционных источниках света повышенная температура внутри светильника играет на пользу или, по крайней мере, не влияет отрицательно на светимость источника света, то, в случае использования светодиодов, повышенная температура внутри светильника прямо и отрицательно влияет на рабочие характеристики источника света - светодиода. Другим недостатком подобных светильников является низкая эффективность вследствие потерь света в рассеивателях и в самом корпусе. Все эти недостатки уменьшают КПД осветительной системы, уменьшают ее ресурс и увеличивают ее стоимость.
За аналог заявленной полезной модели принято техническое решение того же назначения - светодиодный светильник (RU 98532 U1 МПК F21S 13/00 (2006.01)), содержащий корпус из теплопроводного материала, закрытый панелью из светопрозрачного материала, в котором установлены печатная плата со светодиодами и блок управления, при этом внутренняя поверхность основания корпуса, на которой размещена печатная плата со светодиодами, выполнена выпуклой формы, наружная поверхность корпуса выполнена оребренной, отличающийся тем, что светодиоды объединены в, по крайней мере, две ветви последовательно соединенных светодиодов, распределенных по внутренней поверхности основания корпуса в шахматном порядке.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является техническое решение того же назначения - светодиодный светильник (RU №101528 U1 МПК F21S 13/00 (2006.01)), спроектированный по корпусной компоновке с внутренним воздушным пространством, содержащий основание из теплопроводящего материала, светопрозрачную защитную панель, расположенные на определенном расстоянии друг от друга, и источник питания, при этом на внутренней поверхности основания установлена печатная плата со светодиодами, равномерно распределенными на ней.
Фиг.1 - Схема конструкции корпусного светодиодного светильника.
Фиг.2 - Схема конструкции одностороннего плоского светодиодного зеркального светильника.
Фиг.3 - Схема конструкции двустороннего плоского светодиодного зеркального светильника.
Фиг.4 - Схема конструкции многостороннего объемного светодиодного зеркального светильника.
Фиг.5 - Фото действующего светодиодного зеркального светильника.
Конструктивные части корпусного светодиодного светильника (Фиг.1): рассеиватель 1; корпус 2; крепление печатной платы 3; фольгированный текстолит (печатная плата) 4; теплоотводящее оребрение 5; светодиод 6; пайка 7.
Распространение светового потока (показано стрелками) в корпусном светильнике происходит следующим образом: свет от светодиода 6 распространяется по внутрикорпусному воздушному пространству и отражается от всех его внутренних поверхностей. Часть его через рассеиватель 1 выходит наружу - эта часть и является полезной - она составляет примерно 70% от того количества света, что излучил светодиод. Безвозвратные потери света обусловлены как поглощением света внутренними поверхностями корпуса 2, монтажной платы 4, самим телом рассеивателя 1, так и отражением света на границах переходов воздух-рассеиватель и рассеиватель-воздух внутрь корпуса светильника.
Тепловой поток в корпусном светильнике от светодиода 6 через пайку 7 переходит на монтажную плату 4 и от нее через корпус 2 и ребра охлаждения 5 передается окружающей атмосфере. Однако в самом корпусе создается жаркая атмосфера, так как воздушная масса - плохой теплопроводник, а стесненные условия не позволяют естественной конвекции быстро перенести тепло от монтажной платы и светодиода к стенкам корпуса и рассеивателю. Корпуса светильников делают из металлов, чтобы увеличить теплоотдачу окружающей атмосфере, а сам рассеиватель, который составляет почти половину внутренней поверхности светильника чаще всего сделан из органических прозрачных или матовых пластиков, имеющих плохую теплопроводность. Для лучшего охлаждения применяют вентиляторы, но они потребляют энергию, создают шум и запыляют внутренние части светильника, что также ухудшает его световые характеристики.
Общий недостаток светильников корпусной конструкции - большие потери света (до 30%), из-за множества внутренних поглощающих свет и отражающих его внутрь светильника поверхностей и недостаточный отвод тепла от светодиодного чипа из-за наличия воздушной полости внутри светильника.
В основу данной полезной модели поставлена задача создать конструкцию светильника, которая, при минимизации числа комплектующих деталей, обеспечивала бы максимальный световой поток, близкий к значениям самих светодиодов и эффективный отвод тепла от светодиода для обеспечения благоприятных температурных режимов его работы с целью сохранения длительной работоспособности.
Поставленная задача решается тем, что исключены: печатная плата, рассеиватель и корпус, то есть исключены вообще внутренние поверхности, так как исключена внутренняя воздушная полость в принципе. Вместо этого применена непосредственная установка светодиода посредством пайки на токопроводящие теплоотводящие медные пластины и заглубления его и вклеивания в тело зеркала со стороны отражающего слоя (Фиг.2).
Конструктивные части светодиодного зеркального светильника: тело зеркала (стекло) 1; отражающий слой 2; оптический силиконовый клеящий герметик - 3; медные токопроводящие и теплоотводящие пластины 4; защитное покрытие (электроизоляционный теплопроводный компаунд) 5; светодиод 6; пайка 7.
Распространение светового потока (показано стрелками) в светодиодном зеркальном светильнике происходит следующим образом: свет от светодиода 6 распространяется через тонкий слой оптического силиконового клеящего герметика по массе стекла зеркала 1 и почти весь сразу же выходит наружу в освещаемое пространство. Отражение в обратную сторону происходит лишь на границе перехода стекло-воздух и является ничтожно малым, но и вернувшийся в тело зеркала свет отразится от отражающего слоя 2 и вновь направится наружу. Потери света в теле стекла и при отражении от зеркального покрытия составляют порядка 5% для современных зеркал. Кроме того, поскольку светодиод вклеен излучающей стороной в тело зеркала, его светящая поверхность, надежно защищена от загрязнения и повреждения и эта поверхность светодиода также беспрепятственно отдает свое тепло массе зеркала.
Основной тепловой поток в данной конструкции от светодиода 6 через пайку 7 передается на медные пластины 4, которые имеют большую площадь и быстро распределяют полученное тепло от светодиода по своей массе благодаря высокой теплопроводности меди. Далее, уже со всей площади обеих сторон медных пластин 4, тепло расходится в одну сторону через тонкий слой клеющего герметика 3 к зеркалу 1 и от него в окружающую среду, а также в противоположную сторону через тонкий слой защитного теплопроводного компаунда 5 сразу в окружающую среду. Таким образом, пути распространения света и тепла предельно сокращены. Исключены воздушные прослойки на их путях, а значит исключены вредные, отражающие и поглощающие свет границы переходов различных сред и материалов, и одновременно исключен воздушный теплоизолятор. При этом, данная конструкция использует недорогие обычные материалы в минимальном ассортименте.
Защитный теплопроводный компаунд 5 может быть исключен в двусторонних светильниках (Фиг.3), состоящих из двух зеркал, ориентированных отражающим слоем в противоположные стороны или объемных светильниках (Фиг.4) с любым количеством зеркал и имеющих огражденное, но вентилируемое внутреннее пространство. Плоские односторонние и двусторонние светильники имеют полную герметичность, что позволяет использовать их в любых климатических условиях (кроме жарких) и в воде без дополнительной защиты. В объемных светильниках медные пластины 4 целесообразно использовать не плоские, а изогнутые и увеличенные - для лучшей отдачи тепла от светодиодов проходящему по внутреннему пространству воздуху.