RU2446346C2 - Light-emitting diode-based lamp - Google Patents
Light-emitting diode-based lamp Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446346C2 RU2446346C2 RU2010121959/07A RU2010121959A RU2446346C2 RU 2446346 C2 RU2446346 C2 RU 2446346C2 RU 2010121959/07 A RU2010121959/07 A RU 2010121959/07A RU 2010121959 A RU2010121959 A RU 2010121959A RU 2446346 C2 RU2446346 C2 RU 2446346C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- lamp according
- bulb
- lamp
- radiator
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 102220565735 Acid-sensing ion channel 4_F21S_mutation Human genes 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001041 brightray Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000012053 enzymatic serum creatinine assay Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к светотехнике, в частности к источникам света - лампам на светоизлучающих диодах (СИД), генерирующим оптическое излучение с длиной волны в видимом диапазоне длин волн 0,4-0,7 мкм, предназначенным для применения в световых приборах и устройствах, используемых для местного и общего освещения жилых помещений, объектов социальной сферы (школ, больниц, учреждений культуры), кафе, ресторанов, номеров гостиниц и других объектов.The invention relates to lighting engineering, in particular to light sources - lamps with light emitting diodes (LEDs), generating optical radiation with a wavelength in the visible wavelength range of 0.4-0.7 μm, intended for use in lighting devices and devices used for local and general lighting of residential premises, social facilities (schools, hospitals, cultural institutions), cafes, restaurants, hotel rooms and other facilities.
Известна лампа на светоизлучающих диодах [Пат. Франции N 2714956, кл. F21Q 3/02, опубл. 13.07.95 г.], содержащая равноудаленные от ее продольной оси группы светоизлучающих диодов, установленных на периферии выполняющих функции держателя одинаковых дисков с осевыми отверстиями, образующими цилиндрическую конфигурацию светящего тела, и подключенных к токоведущим элементам стандартного цоколя.Known lamp on light emitting diodes [US Pat. France N 2714956, class F21Q 3/02, publ. 07/13/95], containing groups of light-emitting diodes equidistant from its longitudinal axis, mounted on the periphery that serve as the holder of identical disks with axial holes forming a cylindrical configuration of the luminous body, and connected to current-carrying elements of a standard base.
Недостатком лампы является неудовлетворительная конфигурация светящего тела лампы, не обеспечивающая перераспределение светового потока вдоль оси и исключающая возможность получения равномерного светораспределения в полусфере и эффективного согласования лампы с элементами отражательной и преломляющей оптики.The disadvantage of the lamp is the unsatisfactory configuration of the luminous body of the lamp, which does not provide redistribution of the light flux along the axis and excludes the possibility of obtaining uniform light distribution in the hemisphere and effective matching of the lamp with elements of reflective and refractive optics.
Известна лампа на СИД, содержащая равноудаленные от продольной оси группы светоизлучающих диодов, установленных на держателе, выполненном в виде полого выпуклого многогранника, вписанного в кривую поверхность части шара таким образом, что его боковые грани перпендикулярны прямым, исходящим из единого светового центра, совпадающего с центром шара [Пат. РФ N 2158876, кл. F21S 8/10, опубл. 11.10.2000 г.]. На каждой грани многогранника установлено одно или более количество светодиодов с оптическими осями, перпендикулярными этой грани, причем оптическая ось одного из светодиодов проходит через упомянутый световой центр. Выпуклый многогранник может быть выполнен в виде совокупности сопряженных между собой основаниями полых правильно усеченных пирамид, вписанных в кривую поверхность шарового пояса. При этом верхнее основание верхней усеченной пирамиды выполнено в виде плоской платы с установленными на ней светодиодами, а противоположное основание нижней пирамиды механически закреплено на ножке с токоведущими элементами цоколя лампы.A known LED lamp contains groups of light emitting diodes equidistant from the longitudinal axis mounted on a holder made in the form of a hollow convex polyhedron inscribed in the curved surface of a part of the ball so that its side faces are perpendicular to straight lines emanating from a single light center coinciding with the center ball [Pat. RF N 2158876,
Эта лампа позволяет повысить равномерность светораспределения. Недостатком лампы являются невозможность увеличения силы светового потока и мощности лампы из-за невозможности эффективного отвода тепла. Кроме того, сложность конструкции и монтажа СИД, их распайки требует использования большого количества ручного труда, приводит к высокой трудоемкости изготовления и стоимости всей лампы в целом, что делает невозможным выпуск этих ламп в массовом количестве в серийном производстве.This lamp allows you to increase the uniformity of light distribution. The disadvantage of the lamp is the impossibility of increasing the luminous flux and lamp power due to the inability to efficiently remove heat. In addition, the complexity of the design and installation of LEDs, their desoldering requires the use of a large amount of manual labor, leads to the high complexity of manufacturing and the cost of the entire lamp as a whole, which makes it impossible to produce these lamps in mass quantity in serial production.
Известна также лампа на СИД (прототип), способная работать при стандартных сетевых напряжениях, включающая трубчатую оптически прозрачную колбу и расположенные внутри колбы средство питания, множество СИД, соединенных последовательно, установленных на протяженных вдоль оси печатных платах и подключенных к токоведущим элементам стандартного цоколя [Патент США N 5463280, кл. Н05В 37/02 (нац. кл. 315/187), опубл. 31.10.95 г.]. В известной лампе на СИД подробно рассмотрены схемы электропитания СИД и описано конструктивное решение по размещению СИД на печатных платах.Also known is a LED lamp (prototype), capable of operating at standard mains voltages, including a tubular optically transparent bulb and a power supply located inside the bulb, a plurality of LEDs connected in series, mounted on printed circuit boards extended along the axis and connected to current-carrying elements of a standard base [Patent U.S. N 5463280, CL Н05В 37/02 (nat. Class. 315/187), publ. October 31, 1995]. In a known LED lamp, LED power circuits are described in detail and a design solution for placing LEDs on printed circuit boards is described.
К числу недостатков прототипа относятся следующие:The disadvantages of the prototype include the following:
- не решен вопрос охлаждения корпусов СИД, что особенно важно для ламп с большим количеством СИД и когда в качестве источника света используются СИД повышенной мощности;- the issue of cooling the LED housings has not been resolved, which is especially important for lamps with a large number of LEDs and when high power LEDs are used as a light source;
- свет от лампы распределяется в пространстве неравномерно, что приводит к образованию слабо освещенных или «мертвых» зон на удалении от лампы на СИД по причине нерационального расположения СИД;- the light from the lamp is distributed unevenly in space, which leads to the formation of dimly lit or "dead" zones at a distance from the lamp on the LED due to the irrational location of the LED;
- высокие рабочие температуры СИД влияют на температуры переходов у кристаллов СИД, что снижает их долговечность и уменьшает световые характеристик;- high operating temperatures of LEDs affect the transition temperatures of LED crystals, which reduces their durability and reduces light characteristics;
- уменьшение рабочего тока СИД уменьшает эффективность светоотдачи на единицу мощности СИД и уменьшает совокупную суммарную мощность лампы, что ограничивает функциональные возможности лампы на СИД.- reducing the operating current of the LED reduces the light output per unit of LED power and reduces the total total lamp power, which limits the functionality of the LED lamp.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение теплоотвода, обеспечение равномерного освещения лампой на СИД, снижение рабочей температуры СИД, обеспечение эффективной светоотдачи на единицу мощности диода и совокупной суммарной мощности лампы, повышение долговечности СИД и совокупной суммарной мощности лампы, повышение долговечности работы лампы на СИД, расширение функциональных возможностей лампы.The objective of the invention is to improve heat dissipation, ensure uniform illumination of the lamp on the LED, reduce the operating temperature of the LED, ensure effective light output per unit of diode power and the total combined lamp power, increase the durability of the LED and the total combined lamp power, increase the durability of the LED lamp, expand the functional lamp features.
Поставленная задача достигается тем, что в лампе на светоизлучающих диодах (СИД), содержащей оптически прозрачную, со 100% пропускной способностью колбу, стандартный цоколь, соединенный с ним преобразователь напряжения питающей сети, множество светоизлучающих диодов, установленных на печатных платах вдоль ее оси, в прозрачной колбе соосно цоколю установлен металлический держатель, укрепленный торцом на металлическом радиаторе, соединенном с цоколем через изолирующую втулку, а печатные платы выполнены из керамических подложек с металлическими основаниями и размещены на гранях металлического держателя, при этом на поверхности колбы размещены светорассеивающие элементы, расположенные перед светоизлучающими диодами таким образом, что их оптические оси перпендикулярны светорассеивающим элементам.This object is achieved by the fact that in a lamp with light emitting diodes (LEDs) containing an optically transparent bulb with a 100% throughput, a standard base, a voltage converter for the mains connected to it, and many light emitting diodes mounted on printed circuit boards along its axis, in a transparent flask coaxially with the base has a metal holder mounted with an end on a metal radiator connected to the base through an insulating sleeve, and the printed circuit boards are made of ceramic substrates with metallic the base and placed on the faces of the metal holder, while on the surface of the bulb placed light-scattering elements located in front of the light-emitting diodes in such a way that their optical axis is perpendicular to the light-scattering elements.
Светорассеивающие элементы колбы могут быть выполнены в виде утолщений стенок колбы, образующих плосковыпуклые коллимирующие рассеивающие линзы.Light-scattering elements of the flask can be made in the form of thickenings of the walls of the flask, forming a flat-convex collimating scattering lenses.
Светорассеивающие элементы могут быть выполнены в виде светопроводов, внутренние поверхности которых отполированы, а внешние матированы.Light-scattering elements can be made in the form of light guides, the inner surfaces of which are polished and the outer ones are frosted.
Светорассеивающие элементы могут быть выполнены на цилиндрической и торцевой поверхностях колбы в виде микролинз.Light-scattering elements can be made on the cylindrical and end surfaces of the bulb in the form of microlenses.
Светорассеивающие элементы могут быть выполнены на цилиндрической и торцевой поверхностях колбы в виде микрорастра.Light-scattering elements can be made on the cylindrical and end surfaces of the bulb in the form of a microraster.
Микрорастр может быть треугольного, прямоугольного, трапециевидного или полукруглого профиля.The microraster can be triangular, rectangular, trapezoidal or semicircular.
Светорассеивающие элементы колбы могут быть выполнены на боковой цилиндрической поверхности и на торце колбы в виде линз Френеля.Light-scattering elements of the flask can be made on the lateral cylindrical surface and on the end of the bulb in the form of Fresnel lenses.
Колба может быть выполнена из полупрозрачного стекла или пластмассы с пропускной способностью 80-90%.The flask can be made of translucent glass or plastic with a throughput of 80-90%.
Печатные платы могут быть выполнены из керамических подложек на основе окиси алюминия, окиси бериллия, нитрида алюминия, карбида кремния или нитрида бора.Printed circuit boards can be made of ceramic substrates based on aluminum oxide, beryllium oxide, aluminum nitride, silicon carbide or boron nitride.
Печатные платы могут быть выполнены в виде металлического основания с нанесенным слоем диэлектрика.Printed circuit boards can be made in the form of a metal base with a deposited dielectric layer.
Металлические основания могут быть выполнены корытообразной формы, внутренние поверхности которых имеют зеркальное покрытие.The metal base can be made trough-shaped, the inner surfaces of which are mirror-coated.
Металлический держатель печатных плат может быть выполнен в виде многогранника с числом сторон 3, 4, 5, 6 или 8.The metal holder of the printed circuit boards can be made in the form of a polyhedron with the number of
Металлический держатель может быть выполнен в виде многогранника с нанесенным слоем диэлектрика.The metal holder can be made in the form of a polyhedron with a deposited dielectric layer.
Радиатор выполнен из алюминиевого сплава, поверхность радиатора, расположенная внутри колбы, отполирована, а на внешнюю, оребренную часть радиатора нанесено покрытие черного цвета.The radiator is made of aluminum alloy, the surface of the radiator located inside the bulb is polished, and a black color is coated on the outer, finned part of the radiator.
Соединения колбы, держателя и изолирующей втулки с радиатором, а также изолирующей втулки и цоколя выполнены разъемным.The connections of the flask, holder and insulating sleeve with a radiator, as well as the insulating sleeve and base are made detachable.
Изолирующая втулка, расположенная между цоколем и радиатором, может быть выполнена из керамики с высоким коэффициентом теплопроводности черного цвета.The insulating sleeve located between the base and the radiator can be made of ceramic with a high thermal conductivity of black.
Предлагаемое изобретение пояснено чертежами, где на фиг.1 показан вид спереди лампы на СИД в разрезе. На фиг.2 представлен вид лампы сверху, разрез А-А.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a sectional front view of a lamp on an LED. Figure 2 presents a top view of the lamp, section AA.
Предлагаемая лампа (фиг.1 и 2) содержит цоколь 1, включающий изолятор 2 и нижний торцевой контакт 3. К противоположному от контакта торцу цоколя прикреплена втулка 4 из изоляционного материала с резьбой, выполненной на обоих концах, причем одним концом втулка ввинчивается в цоколь, а вторым - в радиатор 5. К противоположной стороне радиатора присоединена оптически прозрачная со светорассеивающими элементами колба 6, внутри которой размещен держатель 7 с печатными платами 8, выполненными из керамических подложек с металлическими основаниями 9. На керамические подложки нанесен металлизационный рисунок (на фиг. не показан) с припаянными СИД 10, которые подключены низковольтными проводами 11 к расположенному изолирующей внутри втулки преобразователю 12, преобразующему переменное напряжение сети 220 В в постоянное напряжение 3-12 В. Преобразователь токоведущими проводами 13 подключен к питающей сети 220 В через боковую цилиндрическую с резьбой стенку и нижний контакт цоколя лампы. При вкручивании цоколя лампы в стандартный патрон осуществляется ее подсоединение к переменному напряжению сети 220 В.The proposed lamp (FIGS. 1 and 2) contains a base 1, including an
В качестве СИД на боковых сторонах держателей-многогранников были применены мощные ультраяркие светодиоды белого свечения со световым потоком 250 лм типа XR-E фирмы «CREE» в бескорпусном исполнении размером 7,0×9,0 мм и на торцевой стороне держателя мощные ультраяркие светодиоды белого свечения серии OSTAR-Lighting фирмы OSRAM Opto Semiconductors типа LE UW Е3В с 6 светодиодами в одном малом плоском корпусе со световым потоком 730 лм мощностью 15 Вт.Powerful ultra-bright white LEDs with a luminous flux of 250 lm type XR-E from CREE company in an unpacked version 7.0 × 9.0 mm in size and on the front side of the holder powerful ultra-bright white LEDs were used as LEDs on the sides of the polyhedron holders luminaires of the OSTAR-Lighting series of OSRAM Opto Semiconductors type LE UW Е3В with 6 LEDs in one small flat case with a luminous flux of 730 lm with a power of 15 W.
Лампа на СИД работает следующим образом.The lamp on the LED operates as follows.
После ввинчивания лампы в стандартный патрон осуществляется подключение ее к питающей сети переменного напряжения 220 В, при этом через боковую поверхность цоколя 1 и контакта 3 по проводам 13 подается напряжение к электронному преобразователю 12, который преобразовывает переменное напряжение 220 В в пониженное постоянное напряжение 3-12 В. С помощью проводников 11 и металлизационного рисунка, сформированного на печатных платах 8 из керамических подложек, присоединенных к металлическим основаниям 9, подключаются СИД 10, которые загораются и излучают белый свет. Ультрасверхъяркие световые лучи СИД направляются на светорассеивающие элементы колбы 6, где концентрируются, преломляются, рассеиваются и распространяются в окружающем пространстве, в радиальном, перпендикулярном оси лампы, и фронтальном осевом направлении, создавая равномерный световой поток и круговое светораспределение. Тепло, выделяемое СИД 10, передается через печатную плату 8 из керамической подложки и металлического основания 9 сначала на металлический держатель 7, а затем на радиатор 5, с поверхности которого в дальнейшем за счет излучения и конвекции рассеивается в окружающее пространство.After screwing the lamp into a standard cartridge, it is connected to an alternating voltage supply network of 220 V, while voltage is supplied to the electronic converter 12 through the lateral surface of the cap 1 and pin 3 through wires 13, which converts the alternating voltage of 220 V into a lowered constant voltage of 3-12 B. Using conductors 11 and a metallization pattern formed on printed
Таким образом, установление в колбе соосно цоколю металлического держателя, укрепленного одним торцом на металлическом радиаторе, соединенном с цоколем через изолирующую втулку и выполнение печатных плат из керамических подложках с металлическими основаниями и размещение их на гранях держателя позволило значительно расширить возможность наращивания как количества, так и мощности отдельных СИД.Thus, the installation in the flask coaxially with the base of the metal holder, mounted with one end on a metal radiator connected to the base through an insulating sleeve and the implementation of printed circuit boards made of ceramic substrates with metal bases and their placement on the faces of the holder, significantly increased the possibility of increasing both the quantity and power of individual LEDs.
Наличие на стенках колбы множества вариантов светорассеивающих элементов, расположенных перед светоизлучающими диодами так, что их оптические оси перпендикулярны светорассеивающим элементам, позволило разнообразить светорассеяние и создать круговое светораспределениие.The presence on the walls of the flask of a multitude of options for light-scattering elements located in front of the light-emitting diodes so that their optical axes are perpendicular to the light-scattering elements made it possible to diversify light scattering and create circular light distribution.
Предлагаемая в изобретении лампа на СИД обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом, которые вытекают из многовариантности конструкции держателя печатных плат с СИД, более высокого КПД колбы, рассеивающей световой поток в окружающее пространство, применения ультрасверхъярких, мощных СИД в бескорпусном исполнении, генерирующих более мощный световой поток и имеющих более высокую светоотдачу, а также более эффективный теплоотвод за счет использования радиатора, который позволяет отводить тепло из замкнутого объема колбы в окружающее пространство и неограниченно наращивать количество светодиодов. Обеспечение надежного теплового контакта за счет припайки СИД и эффективного отвода тепла позволили обеспечить возможность увеличения силы света и мощности СИД в необходимых направлениях. Благодаря предложенному в изобретении конструктивному решению, отвод тепла осуществляется двумя путями: кондуктивным путем (за счет теплопроводности материалов подложки, металлического основания, держателя печатных плат и радиатора) и путем конвекции и излучения от оребренной внешней поверхности радиатора. Кроме того, полирование внутренней поверхности радиатора позволяет дополнительно отражать свет от СИД в колбе и направлять часть отраженного от полированной поверхности светового потока параллельно оси на торцевое утолщение колбы, что способствует более полному использованию излучаемого СИД света. Нанесение черного покрытия на оребренную часть радиатора позволяет улучшить охлаждение корпусов СИД за счет увеличения излучательной способности, что в сочетании с конвекцией позволяет повысить эффективность отвода тепла от радиатора. Такое комплексное решение вопроса теплоотвода позволило обеспечить нормальный тепловой режим всей лампы, не превышать предельно допустимых температур работы СИД и сохранить яркость СИД на более длительный срок.The LED lamp proposed in the invention has several advantages compared to the prototype, which stem from the multivariance of the design of the holder of printed circuit boards with LEDs, a higher bulb efficiency, which diffuses the light flux into the surrounding space, and the use of ultra-bright, powerful LEDs in a housing that generate a more powerful light flow and having a higher light output, as well as more efficient heat dissipation due to the use of a radiator, which allows you to remove heat from the closed volume of the bulb into the environment living space and unlimited increase the number of LEDs. Ensuring reliable thermal contact by soldering the LEDs and efficient heat dissipation made it possible to increase the light intensity and power of the LEDs in the necessary directions. Due to the design solution proposed in the invention, heat is removed in two ways: by the conductive way (due to the thermal conductivity of the substrate materials, the metal base, the holder of the printed circuit boards and the radiator) and by convection and radiation from the finned outer surface of the radiator. In addition, polishing the inner surface of the radiator allows you to additionally reflect the light from the LED in the bulb and direct part of the light flux reflected from the polished surface parallel to the axis to the end bulge of the bulb, which contributes to a fuller use of the emitted LED light. The black coating on the fin part of the radiator improves the cooling of the LED housings by increasing the emissivity, which in combination with convection improves the efficiency of heat removal from the radiator. Such a comprehensive solution to the issue of heat removal allowed us to ensure the normal thermal regime of the entire lamp, not to exceed the maximum permissible operating temperatures of the LEDs and to preserve the brightness of the LEDs for a longer period.
Возможность размещать внутри колбы держатель в виде многогранника с различным количеством сторон создало возможность за счет увеличения количества сторон и длины держателя увеличивать количество размещаемых СИД, что в совокупности с увеличением мощности и силы света каждого отдельного светодиода позволило получить неограниченные возможности по наращиванию светоотдачи на единицу мощности и совокупной суммарной мощности лампы.The ability to place a holder in the form of a polyhedron with a different number of sides inside the bulb created the possibility of increasing the number of LEDs placed by increasing the number of sides and the length of the holder, which, combined with an increase in the power and luminous intensity of each individual LED, allowed to obtain unlimited possibilities for increasing light output per unit power aggregate total lamp power.
Использование в качестве печатных плат керамических подложек с металлическим основанием также позволило улучшить теплоотвод, так как керамическая подложка имеет более высокий коэффициент теплопроводности, а металлическое основание такой печатной платы является в лампе первичным теплорастекателем тепла, выделяемого СИД.The use of ceramic substrates with a metal base as printed circuit boards also made it possible to improve heat dissipation, since the ceramic substrate has a higher thermal conductivity, and the metal base of such a printed circuit board is the primary heat dissipator of heat generated by LEDs in the lamp.
Таким образом, обеспечение комплексного решения вопроса эффективного отвода тепла позволило существенно расширить возможности в части наращивания мощности лампы.Thus, providing a comprehensive solution to the issue of effective heat dissipation has significantly expanded the possibilities in terms of increasing the lamp power.
Наличие утолщений на внутренних поверхностях колбы как на боковой цилиндрической, так и на нижней выпуклой торцевой части позволило создать плосковыпуклые коллимирующие светорассеивающие линзы, сформировать концентрированное в вертикальной и горизонтальной плоскостях круглосимметричное светораспределение, а также повысить его равномерность и КПД лампы в целом за счет того, что упомянутые утолщения одновременно выполняют функцию линзы и светопровода. Применение оптически прозрачной колбы с утолщениями, образующими плосковыпуклые линзы позволило без потерь рассеивать световой поток в окружающее пространство.The presence of thickenings on the inner surfaces of the bulb both on the lateral cylindrical and on the lower convex end parts made it possible to create plane-convex collimating light-scattering lenses, to form round-symmetric light distribution concentrated in the vertical and horizontal planes, as well as to increase its uniformity and lamp efficiency as a whole due to the fact that the aforementioned thickenings simultaneously serve as a lens and a light guide. The use of an optically transparent bulb with bulges forming plano-convex lenses made it possible to dissipate the light flux into the surrounding space without loss.
Однако в тех случаях, когда лампа располагается в непосредственной близости с органами зрения пользователя, прямое попадание излучаемого яркого света может слепить глаза, что приводит к дискомфорту у пользователя лампы. Поскольку в настоящее время не изучено и не известно влияние на здоровье человека воздействие прямых лучей СИД, для получения более мягкого света колба выполняется из пластмассы (поликарбонат, акрил) или стекла (например, дымчатого, матового или молочного цвета, или с различными растрами и линзами) с пропускной способностью 80-90%, которое размывает и рассеивает световое излучение, исключая попадание ярких лучей в глаза.However, in cases where the lamp is located in close proximity to the user's organs of vision, direct exposure to the emitted bright light can blind your eyes, which leads to discomfort for the lamp user. Since the effect of direct LED rays on human health has not been studied and is not known, to obtain softer light, the bulb is made of plastic (polycarbonate, acrylic) or glass (for example, smoky, dull or milky color, or with various rasters and lenses ) with a throughput of 80-90%, which blurs and scatters the light radiation, excluding the ingress of bright rays into the eyes.
Выполнение соединения колбы с радиатором разъемным создало возможность установки различных видов колб в зависимости от типа держателя и количества граней у держателя печатных плат СИД, обеспечивать ремонт как на стадии изготовления, так и на стадии эксплуатации лампы, тем самым улучшить ремонтопригодность лампы, что необходимо в связи с высокой ценой применяемых СИД. Кроме того, наличие разъемного соединения колбы с радиатором позволило в зависимости от требований эксплуатации использовать колбы с различными вариантами светорассеивающих элементов, расположенных на ее стенках.The connection of the bulb with the detachable radiator made it possible to install different types of flasks depending on the type of holder and the number of faces of the holder of LED printed circuit boards, to provide repairs both at the manufacturing stage and at the stage of operation of the lamp, thereby improving the maintainability of the lamp, which is necessary in connection with high price of applied LEDs. In addition, the presence of a detachable connection between the bulb and the radiator made it possible, depending on operating requirements, to use the bulb with various options of light-scattering elements located on its walls.
Использование полученных за счет утолщений вдоль колбы и на торце плосковыпуклых коллимирующих линз позволило обеспечить формирование в пространстве направленного в виде полусферы светового потока с необходимыми световыми параметрами.The use of thickenings along the flask and at the end of the plano-convex collimating lenses made it possible to ensure the formation in space of a luminous flux directed in the form of a hemisphere with the necessary light parameters.
Использование керамических подложек с металлическими основаниями позволило улучшить отвод тепла, а изготовление подложек белого цвета - повысить отражательную способность, что обеспечило переотражение внутри колбы излучаемого СИД света и более полное его использование для освещения окружающего пространства.The use of ceramic substrates with metal bases made it possible to improve heat dissipation, and the manufacture of white substrates increased the reflectivity, which ensured the re-reflection of the emitted LED light inside the bulb and its more complete use for illuminating the surrounding space.
Изготовление втулки из изоляционного материала между цоколем и радиатором из керамики с более высоким коэффициентом теплопроводности и имеющей черный цвет позволило еще более повысить кондуктивную и излучательную составляющие теплообмена и в целом отвод тепла от СИД в лампе за счет образования дополнительного канала отвода тепла и дополнительной поверхности теплообмена.The manufacture of a sleeve of insulating material between the cap and the radiator made of ceramic with a higher coefficient of thermal conductivity and having a black color made it possible to further increase the conductive and radiative components of heat transfer and, in general, the heat removal from the LEDs in the lamp due to the formation of an additional heat removal channel and an additional heat exchange surface.
Наличие на стенках колбы микролинзового растра или микрорастра различного профиля позволяет перераспределить за счет растра интенсивность света, излучаемого светодиодами.The presence on the walls of the flask of a microlens raster or microraster of a different profile makes it possible to redistribute the intensity of the light emitted by the LEDs due to the raster.
Предложенная конструкция лампы обеспечивает эффективный отвод тепла от СИД, имеет высокую технологичность монтажа за счет выполнения всех соединений между узлами и отдельными частями лампы разъемными и возможности осуществления ремонта лампы как на стадии изготовления, так и на стадии эксплуатации. Применение керамической подложки с близкими к корпусам СИД температурным коэффициентам линейного и объемного расширения позволяет исключить проблему термомеханических напряжений, возникающих в условиях циклически изменяющихся рабочих температур СИД и температуры окружающей среды. Главным преимуществом предложенной конструкции лампы является долговечность и эффективность. Монтаж СИД на керамические подложки с металлическим основанием и последующая установка этих узлов на металлический держатель позволяет минимизировать тепловое сопротивление участка «корпус СИД - радиатор» и обеспечить оптимальный тепловой режим лампы. Все СИД смонтированы на керамических платах с металлическим основанием, прикрепленным к держателю из алюминиевого сплава, который обеспечивает низкое тепловое сопротивление между корпусом СИД и радиатором, что позволяет значительно расширить рабочий температурный диапазон эксплуатации лампы от -40 до +85°С и обеспечить нормальный тепловой режим работы.The proposed lamp design provides efficient heat dissipation from the LED, has a high technological adaptability due to all connections between the nodes and individual parts of the lamp detachable and the possibility of repairing the lamp both at the manufacturing stage and at the operation stage. The use of a ceramic substrate with temperature coefficients of linear and volume expansion close to LED housings eliminates the problem of thermomechanical stresses arising under conditions of cyclically changing LED operating temperatures and ambient temperature. The main advantage of the proposed lamp design is durability and efficiency. The installation of LEDs on ceramic substrates with a metal base and the subsequent installation of these units on a metal holder allows you to minimize the thermal resistance of the section "LED housing - radiator" and to ensure optimal thermal condition of the lamp. All LEDs are mounted on ceramic boards with a metal base attached to an aluminum alloy holder, which provides low thermal resistance between the LED housing and the radiator, which can significantly expand the operating temperature range of the lamp from -40 to + 85 ° C and ensure normal thermal conditions work.
Таким образом, обеспечен эффективный отвод тепла, равномерное освещение, снижена рабочая температура СИД, обеспечена возможность использования мощных ультрасверхъярких светодиодов с высокой светоотдачей на единицу мощности, повышена суммарная мощность лампы, обеспечена ее долговечность, расширены функциональные возможности лампы на СИД. Thus, efficient heat dissipation, uniform illumination is ensured, the operating temperature of the LEDs is reduced, the possibility of using powerful ultra-bright LEDs with high light output per unit of power is provided, the total lamp power is increased, its durability is ensured, the LED lamp functionality is expanded.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010121959/07A RU2446346C2 (en) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | Light-emitting diode-based lamp |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010121959/07A RU2446346C2 (en) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | Light-emitting diode-based lamp |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010121959A RU2010121959A (en) | 2011-12-10 |
| RU2446346C2 true RU2446346C2 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=45405064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010121959/07A RU2446346C2 (en) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | Light-emitting diode-based lamp |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2446346C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549338C2 (en) * | 2013-05-23 | 2015-04-27 | Юрий Вячеславович Ивлиев | Street light-emitting diode illuminator |
| RU2681309C2 (en) * | 2014-04-21 | 2019-03-06 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Light device and luminaire |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5463280A (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-31 | National Service Industries, Inc. | Light emitting diode retrofit lamp |
| RU2158876C1 (en) * | 1999-06-10 | 2000-11-10 | Середа Николай Иванович | Light-emitting diode lamp |
| CN101251246A (en) * | 2008-03-24 | 2008-08-27 | 东莞勤上光电股份有限公司 | LED lamp and heat dissipation method thereof |
| CN101334152A (en) * | 2007-06-29 | 2008-12-31 | 富准精密工业(深圳)有限公司 | LED lamp |
| RU90165U1 (en) * | 2009-09-07 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Протон" (ОАО "Протон") | LED LAMP |
-
2010
- 2010-05-28 RU RU2010121959/07A patent/RU2446346C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5463280A (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-31 | National Service Industries, Inc. | Light emitting diode retrofit lamp |
| RU2158876C1 (en) * | 1999-06-10 | 2000-11-10 | Середа Николай Иванович | Light-emitting diode lamp |
| CN101334152A (en) * | 2007-06-29 | 2008-12-31 | 富准精密工业(深圳)有限公司 | LED lamp |
| CN101251246A (en) * | 2008-03-24 | 2008-08-27 | 东莞勤上光电股份有限公司 | LED lamp and heat dissipation method thereof |
| RU90165U1 (en) * | 2009-09-07 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Протон" (ОАО "Протон") | LED LAMP |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549338C2 (en) * | 2013-05-23 | 2015-04-27 | Юрий Вячеславович Ивлиев | Street light-emitting diode illuminator |
| RU2681309C2 (en) * | 2014-04-21 | 2019-03-06 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Light device and luminaire |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010121959A (en) | 2011-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1802533B (en) | LED-based bulb | |
| TWI428542B (en) | Lighting unit having lighting strips with light emitting elements and a remote luminescent material | |
| CN102859260B (en) | solid state light bulb | |
| CN203215308U (en) | Lamps and lighting fixtures with lamp bases | |
| US9127818B2 (en) | Elongated LED luminaire and associated methods | |
| CN103375714A (en) | LED Lighting Tubes for Fluorescent Lighting Fixtures | |
| CN103975189A (en) | Side-emitting guidepipe technology on led lamp to make filament effect | |
| CN106931317A (en) | Light-emitting device and illumination light source | |
| JP2011014515A (en) | Lighting fixture excellent on illuminance and light-distribution nature | |
| US20140043822A1 (en) | Led bulb having a uniform light-distribution profile | |
| RU2446346C2 (en) | Light-emitting diode-based lamp | |
| WO2011129713A1 (en) | Light-emitting diode lighting device and support unit for said device | |
| KR20110029915A (en) | LED lamps for improved light efficiency | |
| US20130039074A1 (en) | Led Luminaire with Convection Cooling | |
| CN101566328A (en) | Light emitting diode lighting module and lighting device | |
| KR101012308B1 (en) | Radiating device and bulb type LED lighting device using the same | |
| RU101772U1 (en) | TUBULAR LED LAMP | |
| KR101509460B1 (en) | Led lighting | |
| WO2014025935A2 (en) | Led bulb having a uniform light-distribution profile | |
| KR101389979B1 (en) | Led lamp | |
| KR101160881B1 (en) | Illuminating device with extened emission angle | |
| CN205402293U (en) | Light emitting diode lighting device | |
| WO2017002960A1 (en) | Illumination device | |
| RU141494U1 (en) | LED LIGHTING DEVICE | |
| UA120107C2 (en) | POWERFUL LAMP WITH VOLUME LED MODULE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150529 |