Герметичный светодиодный кластер повышенной эффективности (варианты)
HERMETICAL LED CLUSTER OF INCREASED EFFICIENCY (VERSIONS)

Изобретение относится к белым и цветным светодиодным кластерам.
Известны такие кластеры, см., например, пат. №2422720 или №2494425. В них светодиодная плата закрыта плафоном из стекла или светотехнической пластмассы. Но в них плафон находится на некотором расстоянии от светодиодов. Это приводит к тому, что часть света от полупроводникового источника света сначала отражается от внутренней поверхности самого светодиода, потом отражается от поверхности плафона (граница воздух-стекло), и потом отражается от внутренней поверхности плафона (граница стекло-воздух). При этом при каждом отражении теряется примерно 5% от светового потока, то есть всего теряется около 15%.
Задача и технический результат этого варианта изобретения - уменьшение потерь на отражение и увеличение доли пропускаемого света.
ВАРИАНТ 1. Для этого пространство между светодиодом и плафоном заполняется прозрачным герметиком. При этом если коэффициенты преломления прозрачного материала светодиода, плафона и прозрачного герметика в затвердевшем состоянии примерно равны, то исчезают границы перехода света «светодиод-воздух» и «воздух-плафон». Свет проходит через них, как через монолитный прозрачный материал. То есть сохраняется почти 10% светового потока, которые раньше терялись.
Указанным герметиком может быть силиконовый герметик.
ВАРИАНТ 2. Однако заполнить все внутреннее пространство плафона герметиком без образования воздушных пузырей затруднительно. К тому же, если коэффициент термического расширения затвердевшего герметика окажется значительно больше, чем у материала плафона, то при нагревании возможно образование трещин в плафоне.
Поэтому возможно заполнение герметиком не всего внутреннего пространства плафона, а только его части в районах секторов излучения светодиодов (реально +-45 градусов от габаритов светодиода). Тогда при нагревании герметик может свободно расширяться, сжимая находящийся внутри плафона воздух, который и сам будет расширяться. Это вызовет небольшое повышение давления воздуха внутри плафона (примерно 0,15 атм), которое легко может выдержать плафон достаточной прочности.
То есть между каждым светодиодом и плафоном будет находиться небольшой диск из затвердевшего герметика.
И в варианте 1, и в варианте 2 значительно улучшается теплоотвод от внешней поверхности светодиодов в сторону плафона. Это повышает светоотдачу светодиодов и их долговечность. Особенно это повышает долговечность люминофорного слоя, если он есть.
На эскизе показан второй вариант кластера. Он состоит из теплоотводящей платы 1, на которой размещены светодиоды 2. Вся плата накрыта прозрачным плафоном 3 из стекла или из светотехнической пластмассы, который герметизирован герметиком, например тиоколовым, и прижат к плате винтами. Между плафоном и каждым светодиодом находится затвердевший герметик 4.
Работает кластер так: свет проходит границы перехода «светодиод-воздух» и «воздух-плафон» почти без отражения и поглощения. Это увеличивает пропускаемый световой поток примерно на 10%.
При изготовлении кластера по варианту два есть некоторые нюансы. Плата располагается горизонтально, на светодиоды наносятся капли силиконового герметика, производится некоторая выдержка герметика на воздухе для начала полимеризации, края платы промазываются тиоколовым герметиком, затем плата накрывается плафоном, который прижимается винтами.
Следует учесть особенность расчета мультилинзового рассеивателя (плафона) для такого кластера - расчет следует вести так, как будто светодиод находится непосредственно в толще материала плафона. То сеть преломление лучей будет происходить только на выходе их из материала плафона.