СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА
LIGHT-EMITTING DIODE LAMP

Изобретение относится к конструкциям осветительных устройств, в частности к конструкциям светодиодных ламп.
Наиболее близким аналогом изобретения является «Светодиодная лампа» (Описание изобретения к патенту RU 2546469 C2 опубликовано 10.04.2015). В известном решении в качестве источника света применены одна или несколько светодиодных лент (филаментов), которые установлены с помощью держателя в герметичной камере, наполненной газом, имеющим низкий коэффициент вязкости и высокий коэффициент теплопроводности. В процессе работы светодиодные ленты излучают тепло. Проблема отвода тепла от светодиодной ленты решается благодаря тепловым потокам и конвекции в газе, заполняющим камеру.
Недостатком известного решения является ограничение мощности светодиодных лент, связанное с низкой теплопроводностью наполняющего камеру газа и слабой конвекцией, что связано с прогревом газа в малом объеме. Кроме того, для длительного удержания газа необходимо применять герметичные стеклянные колбы, что повышает стоимость лампы. Кроме того, известное устройство (светодиодная лампа) имеет повышенную хрупкость в виду применения стекла.
Задача, решаемая изобретением и достигаемый технический результат, заключаются в создании очередного технического решения светодиодной лампы, имеющей высокую надежность, прочность, эффективность, низкую стоимость.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата, в светодиодной лампе, состоящей из цоколя для фиксации и соединения с внешней электрической цепью, драйвера, по крайней мере одного светодиодного источника света, установленных в светопропускающую колбу, теплопроводящего вещества, заполняющего полости светопропускающей колбы, колба выполнена в виде гибкой светопропускающей оболочки из жесткого термодеформируемого материала, а теплопроводящее вещество выполнено в виде светопропускающего затвердевающего эластичного после затвердения компаунда.
Кроме того,
- светодиодный источник света состоит из нескольких светодиодов;
- светодиодная лампа содержит дополнительный цоколь для фиксации и соединения с внешней электрической цепью.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - светодиодная лампа (в разрезе),
На фиг. 2 - светодиодная лампа с выпукло-вогнутой оболочкой.
На фиг. 3 - светодиодная лампа.
На фиг. 4 - светодиодная лампа с двумя цоколями.
Термины и определения:
- под жесткостью подразумевается способность материала сопротивляться деформации при внешнем воздействии;
- под эластичностью затвердевшего компаунда подразумевается его способность восстанавливать размер и форму после деформации;
- под светодиодным источником света подразумевается источник света с одним или несколькими светодиодами, установленными на одной плате, подложке.
Изобретение иллюстрируется фиг. 1. На фиг. 1 поз. 1 - светодиодные источники света, поз. 10 - светодиоды, поз. 3 - гибкая светопропускающая оболочка, поз. 4 - светопропускающий затвердевший эластичный компаунд, поз. 5 - драйвер, поз. 6 - тепловое реле, поз. 7 - держатель, поз. 8 - цоколь. В отличии от прототипа лампа имеет гибкую светопропускающую оболочку, выделенное светодиодами тепло отводится благодаря тепловым потокам в затвердевшем светопропускающем компаунде.
Заявленный технический результат - высокая надежность, прочность, низкая стоимость достигается за счет применения гибкой светопропускающей оболочки, заполненной затвердевшим эластичным компаундом. Повышение эффективности лампы достигается за счет улучшения охлаждения светодиодов и драйвера благодаря применению теплопроводящего вещества с большим коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности применяемых в прототипе для отвода тепла газов (водород и/или гелий) при рабочих температурах светодиодов не превышает 0.2 Вт/(м*К). Гравитационная конвекция, оговоренная в описании прототипа, не оказывает существенного влияния на охлаждение лампы ввиду малого объема колбы. Применяемый для отвода тепла компаунд имеет теплопроводность выше, чем теплопроводность газов. Например, прозрачный затвердевающий силикон «Силагерм 2206» имеет коэффициент теплопроводности 0.4 Вт/(м*К). Коэффициент теплопроводности компаунда повышают путем введения в него теплопроводящих прозрачных добавок, например, стеклянных микрошариков.
Температура светодиодных источников света лампы зависит от температуры оболочки, длины теплового пути от источника света до оболочки, теплопроводящих сечений тепловых потоков и коэффициента теплопроводности материала теплопровода - компаунда и выражается известным уравнением теплопроводности Фурье:
где ΔТ - разность температур между температурой источника света и оболочки лампы, Р - мощность теплового потока, L - длина теплового пути, k - коэффициент теплопроводности компаунда, S - площадь теплопроводящего сечения теплового потока. Температура оболочки лампы обратно пропорциональна ее площади, с которой тепло рассеивается в окружающий воздух благодаря конвекции и излучению. Увеличение площади оболочки может привести к возрастанию объема лампы и соответственно к чрезмерному увеличению ее веса, что связано с плотностью наполняющего ее компаунда. Изготовление оболочки из жесткого термодеформируемого материала позволяет без технологических затрат придать ей любую форму, например, как на фиг. 2. Впадины поз. 9 на фиг. 2 могут уменьшить объем и соответственно вес лампы при сохранении или увеличении площади оболочки. Кроме того, расположение светодиодного источника в выступе оболочки лампы приводит к сокращению теплового пути L и увеличению площадь теплопроводящего сечения теплового потока S (уравнение теплопроводности) и таким образом к снижению температуры светодиодных источников света.
Площадь теплопроводящего сечения теплового потока S определятся площадями теплопроводных сечений, через которые направляется тепловой поток, в том числе площадью поверхности колбы, с которой происходит рассеяние тепла и площадью поверхности светодиодного источника света, с которой происходит отвод тепла. В общем случае такая площадь определятся как:
где F(x) - функция сечения переменного тела, L длина теплового пути (теорема Гарвина). Таким образом, увеличение площади теплопроводящего сечения теплового потока S в лампе возможно за счет увеличения площади светодиодного источника света, например, увеличением площади теплопроводящей платы, на которой установлены светодиоды.
В отличие от прототипа, в лампе может отсутствовать держатель светодиодных источников света - их удержит компаунд после затвердевания. Затвердевший компаунд может выполнять функции рассеивателя, для этого в него необходимо размешать рассеивающий пигмент или полые стеклянные микросферы. В лампе могут быть применены светодиоды с излучением голубого света и удаленный люминофор, излучающий дополнительные цвета под действием излучения голубого цвета. Отдаленный люминофор может наноситься на светопропускающую оболочку или равномерно размешан в прозрачном компаунде.
Возможность практической реализации светодиодной лампы иллюстрируется фиг. 3.
Колба лампы, проиллюстрированной на фиг. 3, выполнена из полиэтилентерефталата (ПЭТ, температура размягчения 260°С) толщиной 0.35 мм. Светодиодные источники света лампы выполнены в виде филаментов - светодиодных нитей, представляющих собой стеклянную или сапфировую подложку, на которой размещено множество светодиодов, покрытых общим люминофором. Применением двух цоколей возможно изготовление лампы, проиллюстрированной фиг. 4.