Светодиодное осветительное устройство

Светодиодное осветительное устройство относится к светотехнике и может быть использовано при изготовлении осветительной аппаратуры для общего и местного освещения. Техническим результатом полезной модели является повышение технологичности конструкции и стабильности световых параметров. Устройство содержит источники светового излучения в виде синих светодиодов, размещенных на поверхности платы; средства преобразования длины волны и направления светового излучения, выполненные в виде частиц люминофора, размещенных в оптически прозрачной светорассеивающей оболочке, охватывающей источник светового излучения, при этом величины удельной нагрузка люминофора и толщины светорассеивающей оболочки выбраны из выражений, приведенных в описании. 1 н.п и 3 з.п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при разработке и изготовлении осветительных устройств для общего и местного освещения.

Осветительные устройства указанного назначения должны обеспечивать достижение определенных светотехнических параметров, в частности, удовлетворять требованиям по распределению силы света и показателю ослепленности.

Для повышения эргономических показателей таких устройств необходимо создание равномерной светимости поверхности излучения, например, путем повышения равномерности силы света, создаваемого источником при помощи, например, светорассеивающих тел, обладающих диффузионным коэффициентом пропускания.

Известно светоизлучающее устройство, содержащее источники излучения, средства отражения и рассеивания светового потока источников света (заявка РСТ WO 2005/001331, МКИ F21S 8/00, опубликована 06.01.2005).

Недостатками известного решения являются потери светового потока в результате многократного повторного отражения. Другим недостатком является относительная сложность конструкции, содержащей специально введенные светорассеивающие линзы, снабженные светоотражающим покрытием и смонтированные около каждого светодиода.

Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее источники светового излучения в виде синих светодиодов; средства формирования потока светового излучения в виде рефлексивных поверхностей; оптически прозрачную подложку, на поверхности которой нанесено покрытие, содержащее частицы люминофора, заключенные в оптически прозрачном связующем (патент РФ 2301475, МКИ H01J 63/06, опубл. 20.06.2007).

Недостатком известного решения является нетехнологичность устройства, в котором средства преобразования светового излучения выполнены в виде самостоятельного покрытия, усложняющего сборку устройства и снижающего производительность труда. Для возможности размещения указанного покрытия на подложке, оно должно быть предварительно изготовлено в виде пленки, либо нанесено в жидкой фазе непосредственно на поверхность подложки. Оба этих варианта существенно осложняют подготовку производства осветительных устройств.

В качестве ближайшего аналога выбрано решение по патенту РФ 2301475, совпадающее с заявленным решением по наибольшему количеству существенных признаков.

Техническим результатом полезной модели является повышение технологичности конструкции и стабильности световых параметров.

Полезная модель характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

Светодиодное осветительное устройство, содержащее источники светового излучения в виде синих светодиодов, размещенных на опорной поверхности; средства соединения светодиодов с цепью электропитания; средства формирования потока светового излучения, выполненные в виде рефлексивных поверхностей; средства преобразования длины волны и направления светового излучения, выполненные в виде частиц люминофора, размещенных в оптически прозрачной светорассеивающей оболочке, охватывающей источник светового излучения, при этом удельная нагрузка люминофора, размещенного в материале светорассеивающей оболочки, выбрана из выражения:

1< <100, где:

- удельная нагрузка люминофора в материале светорассеивающей оболочки, мг/см², при этом толщина светорассеивающей оболочки выбрана из выражения:

1,0< S <6, где:

S - толщина светорассеивающей оболочки, мм.

Под термином «удельная нагрузка люминофора» заявитель подразумевает величину массы люминофора, содержащейся во фрагменте светорассеивающей оболочки площадью 1 см² .

Варианты выполнения полезной модели могут отличаться:

- выполнением светорассеивающей оболочки с поверхностью, составленной комбинацией поверхностей первого и второго порядков, в частности, в виде плоскости или сфероида;

- выбором величины расстояния между источниками светового излучения и светорассеивающей оболочкой из следующего математического выражения:

10< h <50, где

h - расстояние между источником излучения и светорассеивающей оболочкой, мм. В случае использования близко размещенных на плате светодиодов, их совокупность принимается как точечный источник светового излучения. В этом случае, выделяемая компактно размещенными светодиодами тепловая энергия может быть рассеяна радиатором, на котором целесообразно установить плату со светодиодами с возможностью теплообмена между сопрягаемыми поверхностями.

Под «опорной поверхностью» подразумевается поверхность, принадлежащая элементу конструкции устройства, на которой размещены светодиоды. В частных случаях, опорной поверхностью может служить поверхность диэлектрической платы или платы на основе алюминия.

Под существенным признаком "средство преобразования светового излучения" подразумевается совокупность частиц люминофора, пространственное расположение которых определяется конфигурацией той детали, в объеме которой указанные частицы содержатся.

Толщина стенки светорассеивающей оболочки зависит от оптических свойств материала, величины удельной нагрузки люминофора и определяется с учетом минимально возможных потерь светового потока, а также конструктивных и технологических возможностей ее формообразования.

На фиг.1 показана схема полезной модели с плоской светорассеивающей оболочкой.

На фиг.2 показана схема полезной модели с объемной светорассеивающей оболочкой в виде сфероида.

Светодиодное осветительное устройство содержит источники светового излучения в виде синих светодиодов 1, установленных на опорной поверхности 2 печатной платы; средства соединения светодиодов 1 с цепью электропитания (на фигурах не показаны); средства формирования потока светового излучения, выполненные в виде рефлексивных поверхностей 3; средства преобразования длины волны и направления светового излучения, выполненные в виде частиц 4 люминофора, размещенных в оптически прозрачной светорассеивающей оболочке 5, охватывающей светодиоды 1.

Интервал значений удельной нагрузки люминофора, размещенного в материале светорассеивающей оболочки 5, определен заявителем в результате статистической обработки многочисленных экспериментов.

Установлено, что величина расстояния h между светодиодами 1, имеющими высокую яркость и светорассеивающей оболочкой 5 зависит от угла раскрытия светового излучения (угловая апертура) светодиодов 1 и является функцией величины расстояния, при котором яркость следа отображения излучения светодиодов 1 на поверхности светорассеивающей оболочки 5 может не превышать 10000 кд/м2. Интервал оптимальных значений расстояния h между светодиодами 1 и светорассеивающей оболочкой 5 определен экспериментально.

Устройство работает следующим образом. Кластером синих светодиодов 1 создается световое излучение, которое при участии рефлектора 3 направляется на внутреннюю поверхность светорассеивающей оболочки 5. Световое излучение светодиодов 1, взаимодействующее с частицами 4 люминофора либо отражается от поверхности люминофора, либо излучается по всем направлениям с большей длиной волны. При этом рассеянное первичное и излученное люминофором излучения суммируются на выходной поверхности светорассеивающей оболочки 5.

Пример конкретного выполнения полезной модели. Светильник для местного освещения, содержащий 12 светодиодов 1 с длиной волны излучения 455 нм, установленных на плате с регулярностью один светодиод на один квадратный сантиметр опорной поверхности 2 и светорассеивающую оболочку 5, размещенную на расстоянии 30 мм от светодиодов 1 и содержащего частицы 4 люминофора типа алюмоиттриевого граната в количестве 6 мг на один квадратный сантиметр. При этом сила света по оси светильника в направлении 2=240° составила 140 кд, что обеспечило повышение равномерности и достижение яркости поверхности около 50 тысяч кд/м² .

Приведенные в описании варианты конструктивного выполнения осветительного устройства не являются исчерпывающими. Например, при формировании светового потока могут быть использованы рефлексивные поверхности, могут быть выполнены в виде покрытий на поверхности платы или в виде рефлекторов, смонтированных около каждого или группы светодиодов. Для повышения равномерности силы света светоизлучающей поверхности, последняя может быть выполнена с рельефными элементами, усиливающими рассеивание светового излучения. Каждый из элементов полезной модели для реализации конкретных целей освещения может быть дополнен другими известными признаками, обеспечивающими выполнение указанных функций, использование которых позволяет получить заявленный технический результат.

Элементы конструкции осветительного устройства имеют простые формы, которые могут быть изготовлены с использованием известных средств производства, имеющих автоматизированное управление.

1. Светодиодное осветительное устройство, содержащее источники светового излучения, например синие светодиоды, размещенные на опорной поверхности, средства соединения светодиодов с цепью электропитания, средства формирования потока светового излучения, выполненные в виде рефлексивных поверхностей, средство преобразования длины волны и направления светового излучения, выполненное в виде частиц люминофора, размещенных в оптически прозрачной светорассеивающей оболочке, охватывающей источник светового излучения, при этом удельная нагрузка люминофора, размещенного в материале светорассеивающей оболочки, выбрана из выражения

1<<100,

где - удельная нагрузка люминофора в материале светорассеивающей оболочки, мг/см²,

а толщина светорассеивающей оболочки выбрана из выражения

1,0<S<6,

где S - толщина светорассеивающей оболочки, мм.

2. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность светорассеивающей оболочки образована комбинацией поверхностей первого и второго порядков, например в виде плоскости или сфероида.

3. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между источниками светового излучения и светорассеивающей оболочкой выбрано из выражения

10<h<50,

где h - расстояние между светодиодом и светорассеивающей оболочкой, мм.

4. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено радиатором, установленным с возможностью теплообмена с поверхностью платы светодиодов.