ЛИНЕЙНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных и универсальных конструкций полупроводниковых источников оптического излучения на основе светодиодных СОВ- и МСОВ-матриц, в том числе, предназначенных для прямой замены линейных люминесцентных (двухцокольных) газоразрядных ламп низкого давления, используемых для освещения и получения ультрафиолета. Полезная модель направлена на расширение области применения линейной светодиодной лампы.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме трубки 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 узкая область применения, что обусловлено конструкцией, негерметичностью колбы, низкой световой эффективностью, работой кристаллов светодиодов в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии оптического излучения, малым сроком службы, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения, необходимостью использования дополнительного источника питания.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме полуцилиндрической трубки из оптически прозрачного материала, покрытой слоем лиминофора, 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 узкая область применения, что обусловлено конструкцией, негерметичностью колбы, низкой световой эффективностью, работой кристаллов светодиодов в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии оптического излучения, малым сроком службы, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения, необходимостью использования дополнительного источника питания, высокой ценой.
Известна линейная светодиодная лампа, содержащая колбу в форме полуцилиндрической трубки из оптически прозрачного материала, покрытой слоем лиминофора, с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом внутри, светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодов или светодиодных матриц, соединенных через драйвер с 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).
Указанная линейная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком линейной светодиодной лампы является узкая область применения, что обусловлено конструкцией, негерметичностью колбы, низкой световой эффективностью, работой кристаллов светодиодов и люминофорного слоя в режимах с повышенной температурой, приводящей к спаду светового потока и их ускоренной неравномерной деградации, значительными потерями энергии оптического излучения, малым сроком службы, невозможностью эффективного использования в установках для получения ультрафиолетового излучения, высокой ценой.
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения линейной светодиодной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в линейной светодиодной лампе, содержащей колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с элементами внешнего токоподвода на концах, с драйвером и со светоизлучающим телом внутри, колбу выполняют герметичной и заполняют буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар, светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодных матриц, распределенных равномерно в направлении оси колбы и размещенных в плоскости, лежащей на оси колбы, и соединенных через драйвер с элементами внешнего токоподвода.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения светодиодной лампы, что обусловлено новым принципом устройства и новыми элементами в конструкции лампы, Герметичностью колбы, работой кристаллов светодиодов в светодиодных матрицах в режимах с более низкой предельной температурой, строго выровненной по длине лампы, обеспечивающей замедление и выравнивание процессов их деградации, использованием эффективного буферного газообразного вещества, повышением световой эффективности (светоотдачи), изоляцией светодиодных матриц и драйвера от воздействия окружающей среды, возможностью использования ламп в установках получения ультрафиолетового излучения без дополнительных изолирующих элементов конструкций.
Расширение области применения линейной светодиодной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом устройства, герметичностью колбы, специальным заполнением буферным газообразным веществом, особенностями новой конструкции и новыми элементами светодиодной лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой линейной светодиодной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой линейной светодиодной лампы.
Линейная светодиодная лампа содержит герметичную колбу 1 в форме трубки из оптически прозрачного материала с элементами внешнего токоподвода 2 на концах, с драйвером 3 и со светоизлучающим телом 4 внутри, заполненную буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар. Светоизлучающее тело состоит из нескольких светодиодных матриц, распределенных равномерно в направлении оси колбы и размещенных в плоскости, лежащей на оси колбы, и соединенных через драйвер с элементами внешнего токоподвода.
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. Драйвер 3 обеспечивает преобразование напряжения питающей сети переменного тока в напряжение, необходимое для питания светодиодных матриц светоизлучающего тела 4. Колба 1 лампы герметично закрыта и заполнена буферным химически инертным и оптически прозрачным газообразным веществом, имеющим коэффициент теплопроводности при температуре 293 К не менее 0,023 Вт/(м·К), при давлении более 0,5 бар. В качестве буферного вещества используется газ или смеси газов, например, инертных (гелий, неон, аргон) с азотом или чистый азот. Давление буферного вещества (более 0,5 бар) и его состав обеспечивают достаточный отвод тепла от элементов драйвера 3 и светодиодных матриц светоизлучающего тела 4, установленных внутри колбы 1. Тепловой режим работы элементов улучшается, что способствует повышению световой эффективности и снижению деградации характеристик, а, следовательно, увеличению срока службы лампы. При работе устройства, тем не менее, часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов, в том числе, электронного узла драйвера 3 и светодиодов матриц светоизлучающего тела 4 (и их люминофорных слоев, если используется люминофор). Наилучший отвод тепла осуществляется, в первую очередь, благодаря равномерности распределения светодиодных матриц (4) в направлении оси колбы 1 и размещения их в плоскости, лежащей на оси колбы 1. При работе устройства драйвер 3, в частности, обеспечивает низкие пульсации питающего напряжения и тока светодиодных матриц светоизлучающего тела 4, стабилизированный выходной ток. Светодиоды матриц светоизлучающего тела 4 излучают свет определенных длин волн, который преобразуется люминофорным слоем матриц, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения качественного «белого» света. Светодиоды могут иметь, в частности, голубой цвет свечения. При этом люминофорный слой матриц 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 люминофорного слоя образуется «белый» (или близкий к нему) свет с высоким качеством цветопередачи. Светодиоды матриц представляет 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 матриц светоизлучающего тела 4 могут генерировать излучение и в ультрафиолетовом диапазоне. При этом излучение используется непосредственно (в ультрафиолетовых установках) или преобразуется в видимый свет с помощью смеси люминофоров.
В качестве матриц светоизлучающего тела 4 используются СОВ- или МСОВ-матрицы, например, нитевидные (филаменты). Их применение обеспечивает наибольшую световую эффективность линейной светодиодной лампы. Филаментные матрицы (МСОВ) имеют световую отдачу до 170 лм/Вт, работают при сравнительно малых рабочих токах и незначительно нагреваются.
Конструкция светодиодных матриц светоизлучающего тела 4 может быть любой стандартной. Возможно использование в качестве светоизлучающего тела 4 лампы и дискретных светодиодов, устанавливаемых на подложки, например, по технологии поверхностного монтажа. Принцип работы линейной светодиодной лампы при этом не изменяется. Однако эффективность ламп с дискретными светодиодами может быть ниже.
Герметизация колбы 1 лампы предохраняет светодиоды и люминофорный слой матриц светоизлучающего тела 4, а также элементы драйвера 3 от неблагоприятных воздействий (влага, излучение) внешней среды.
Цоколи 2 могут иметь одно, двух или многоштырьковое (стандартное) исполнение.
По сравнению с прототипом существенно повышается световая эффективность линейной светодиодной лампы. Это обеспечивается за счет работы кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с более низкими предельными температурами, выровненными по длине лампы. Действительно, за счет качественного заполнения колбы лампы буферным веществом оптимизированного состава и повышенного давления, связанного с этим улучшения условий отвода тепла от светодиодов, уменьшается нагрев как самих кристаллов, так и люминофорного слоя. Кристаллы светодиодов матриц и люминофорный слой (частицы люминофора или смеси люминофоров) в заявляемом устройстве работают при низкой температуре и надежно изолированы (за счет герметизации колбы) от неблагоприятных воздействий внешней среды. Поэтому повышенная световая эффективность лампы практически не падает в течение срока эксплуатации. Повышение световой эффективности и стабильности светового потока линейной светодиодной лампы значительно расширяет область ее применения. Световая эффективность новой линейной светодиодной лампы (по равнению с прототипом) может быть повышена на 30-35%.
Кроме того, по вышеперечисленным причинам, ограничивается и выравнивается деградация кристаллов светодиодов отдельных матриц светоизлучающего тела и люминофорного слоя матриц, снижаются потери энергии излучения, выравнивается и поддерживается постоянной яркость по длине светодиодной лампы. Выравниванию яркости по длине лампы способствует устранению и слепящих эффектов, обусловленных использованием точечных источников света, что, в целом, обеспечивает снижение непроизводительных потерь энергии излучения матриц.
Таким образом, дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по длине и исключения слепящих эффектов существенно расширяется область применения линейной светодиодной лампы.
За счет экономии материалов и повышения технологичности, по сравнению с прототипом, цена лампы может быть снижена на 15-20%. Снижение цены расширяет область применения новой линейной светодиодной лампы.
Срок службы новой лампы увеличивается приблизительно на 35-40%. Это также расширяет ее область применения (по сравнению с прототипом).
За счет преимуществ герметизации колбы новая линейная светодиодная лампа может быть эффективно применена в перспективных конструкциях ультрафиолетовых источников оптического излучения. В частности, в конструкциях установок для обработки воды ультрафиолетом возможно исключить дополнительные защитные чехлы для излучательных ламп. Устройство таких установок значительно упростится, а их цена может быть снижена. Упрощается и обслуживание установок для обработки воды ультрафиолетом, снижаются затраты электроэнергии, повышается надежность, качество и эффективность проведения технологических процессов. Время проведения технологического процесса обработки воды ультрафиолетом уменьшается в 1,5-2,0 раза. Лампу-прототип для указанных целей использовать нецелесообразно.
Заявляемая лампа может быть применена в качестве оптического генератора (замена эксимерных ламп) также и в установках фотокаталитического синтеза озона.
Таким образом, новая линейная светодиодная лампа имеет более широкую область применения и может быть использована не только для освещения, но и для различных технологических целей.