Интегрированная светодиодная лампа
Изобретение направлено на повышение световой эффективности устройства. Указанный технический результат достигается тем, что в интегрированной светодиодной лампе, содержащей корпус 1 с охладителем 2 и установленным внутри драйвером питания 3, цоколь 4, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиод 5 или светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и установленную на охладителе, светорассеивающую колбу 6, закрепленную на корпусе, выполненную из оптически прозрачного материала, в обьем или в часть объема которого введены частицы 7 люминофора или смеси люминофоров. 1 илл.
Полезная модель относится к приборостроению, светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных полупроводниковых источников света. Полезная модель направлена на повышение общей светоотдачи устройства.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера, светорассеивающую колбу, закрепленную на корпусе (LED Bulb Series. Products Brochure IMIGY / Imagey Lighting Co., Ltd., 2009).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является низкая общая светоотдача (световая эффективность), что обусловлено потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода слоем люминофора и повышении температуры p-n-перехода и частиц слоя люминофора.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера, светорассеивающую колбу, закрепленную на корпусе (Светодиодные лампы Bright Crystal BC48-3Q48E27-230С5. Каталог ООО «Световод» / ООО «Световод», 2010).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода слоем люминофора и повышении температуры p-n-перехода и частиц слоя люминофора.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера, светорассеивающую колбу, закрепленную на корпусе (LED Lamp GLS AC 100-240 V. Products Brochure MEEK / Extra Lighting Manufacturing Limited., 2009).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода слоем люминофора и повышении температуры p-n-перехода и частиц слоя люминофора.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с охладителем и установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера, светорассеивающую колбу, закрепленную на корпусе (LED Panel Light. Bulb Lamp LGI 100-240 V. Products Brochure LIGHT GREEN / Light Green International Co., Ltd., 2010).
Указанная интегрированная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является низкая световая эффективность устройства (светового прибора), что обусловлено потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода слоем люминофора и повышении рабочей температуры p-n-перехода и частиц слоя люминофора.
Полезная модель направлена на решение задачи увеличения общей световой эффективности (светоотдачи) интегрированной (с электронным драйвером питания) светодиодной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в интегрированной светодиодной лампе, содержащей корпус с охладителем и установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиод или светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и установленную на охладителе, светорассеивающую колбу, закрепленную на корпусе, выполненную из оптически прозрачного материала, в обьем или в часть объема которого введены частицы люминофора или смеси люминофоров
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение световой эффективности (общей светоотдачи) устройства, что обусловлено снижением потерь энергии на разогрев кристалла светодиода и ростом светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода слоем люминофора и снижении рабочей температуры p-n-перехода светодиода и частиц люминофора или смеси люминофоров.
Повышение световой эффективности (общей светоотдачи) интегрированной светодиодной лампы (с драйвером питания) является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом преобразования энергии первичного излучения светодиода частицами люминофора или смеси люминофоров, введенных в объем или в часть объема оптически прозрачного материала светорассеивающей колбы, особенностями новой конструкции светодиодной лампы, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой интегрированной светодиодной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой интегрированной светодиодной лампы.
Интегрированная светодиодная лампа содержит корпус 1 с охладителем 2 и установленным внутри драйвером питания 3, цоколь 4, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиод 5 или светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и установленную на охладителе, светорассеивающую колбу 6, закрепленную на корпусе, выполненную из оптически прозрачного материала. В объем или в часть объема материала светорассеивающей колбы введены частицы 7 люминофора или смеси люминофоров.
Интегрированная светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколь 4 стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока. Корпус 1 с охладителем 2 является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы интегрированной светодиодной лампы. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла от элементов осуществляется охладителем 2. Драйвер питания 3 преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное (или переменное) напряжение, необходимое для питания светодиодов 5 матрицы. При работе устройства драйвер питания 3 обеспечивает требуемые параметры преобразования напряжения (низкие пульсации выходного напряжения и тока светодиода, стабилизированный выходной ток). Светодиод 5 или светодиодная матрица излучает свет определенных длин волн, который преобразуется частицами 7 люминофора или смеси люминофоров, введенных во внутренний объем или часть объема оптически прозрачного материала светорассеивающей колбы 6. Оптически прозрачный материал выполняет роль связующего для частиц 7 люминофора или смеси люминофоров. Таким образом, источник света (лампа) становится более распределенным в пространстве и видоизменяется спектр его излучения в необходимом направлении. Интегрированная светодиодная лампа приобретает привычную форму. За счет преобразования первичного излучения светодиода 5 (матрицы) частицами 7 люминофором или смеси люминофоров светоотдача (отношение светового потока к потребляемой мощности, лм/Вт) устройства возрастает (большая часть потребляемой устройством энергии преобразуется в энергию света). Это обусловлено снижением температуры p-n перехода светодиода 5 и частиц 7 люминофора или смеси люминофоров, снижением коэффициентов рассеяния и отражения света в заявляемой конструкции прибора.
Светодиоды матрицы 5 имеют, например, голубой цвет свечения (изготовлены на основе гетероструктур GaN, InGaN и других). Частицы 7 люминофора или смеси люминофоров при воздействии исходного излучения светодиода (5) без линзы излучают энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиода (5) и люминофора 7 образуется белый или близкий к нему свет. Светодиод (5) представляет собой полупроводниковый прибор, работающий при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение за счет явления электролюминесценции. Драйвер питания 3 устройства выполняется по любой из известных схем для регулируемого преобразования переменного тока в постоянный ток (с трансформацией уровня напряжения с помощью обычного трансформатора или без нее) или переменный ток при встречно-параллельном включении светодиодов 5 или ветвей светодиодной матрицы.
По сравнению с прототипом существенно возрастает световая эффективность (общая светоотдача) интегрированной светодиодной лампы (с драйвером питания). Светоотдача источника света (световая эффективность светового прибора) - это отношение светового потока лампы к общей потребляемой мощности (лм/Вт). Световой поток светодиода уменьшается при нагреве кристалла, а эффективность фотолюминесценции снижается при нагреве частиц люминофора или смеси люминофоров. Связующее в виде оптически прозрачного материала, в который вводятся частицы люминофора или смеси люминофоров, эффективно охлаждает люминофор, а также положительно влияет на рассеяние и отражение света. В частности, при равенстве показателей (коэффициентов) преломления оптически прозрачного материала и люминофора наиболее значительно уменьшаются коэффициенты рассеяния и отражения, что способствует увеличению светимости светорассеивающей колбы. Нагрев кристалла светодиода обусловлен, в том числе, рассеиваемой в люминофоре и отраженной им энергией излучения (известные конструкции светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл слоем люминофора) p-n-перехода. При введении частиц люминофора во внутренний обьем или в часть объема оптически прозрачного материала светоизлучающей светорассеивающей колбы лампы потери энергии в люминофоре не влияют на дополнительный нагрев кристалла светодиода и не приводят к повышению его рабочей температуры и снижению исходного светового потока излучения светодиода. Более того, суммарный световой поток светодиода значительно возрастает (до 10%). Таким образом, для получения равного светового потока от светодиода требуется меньшая мощность драйвера. Одновременно «удаление» люминофора от кристалла светодиода приводит к снижению рабочей температуры частиц люминофора и повышению яркости. Световая эффективность (общая светоотдача) устройства с драйвером питания возрастает. Частицы люминофора или смеси люминофоров в объеме или в части объема оптически прозрачного материала светорассеивающей колбы в заявляемой лампе выполняют одновременно несколько функций (светорассеяние, снижение максимальной яркости, модификация спектра, увеличение суммарного светового потока излучения). В прототипе световой поток уменьшается за счет непроизводительных потерь энергии в светорассеивающем покрытии колбы. Это дополнительная причина снижения световой эффективности (общей светоотдачи) лампы, выбранной за прототип. Световая эффективность новой лампы может быть повышена на 18÷20% по сравнению с прототипом.
Дополнительно увеличиваются срок службы и надежность работы заявляемой интегрированной светодиодной лампы с электронным драйвером питания. Это достигается за счет комплексного снижения электрической нагрузки драйвера и рабочей температуры p-n-перехода светодиода и частиц люминофора или смеси люминофоров. Уменьшается деградация структуры светодиода и люминофора. Срок службы новой интегрированной светодиодной лампы согласно экспертным оценкам может быть увеличен в 1,5÷2,0 раза.
По сравнению с прототипом, дополнительно, коэффициент полезного действия нового устройства повышается на 3÷4% за счет уменьшения электрических потерь энергии в элементах при одинаковом световом потоке.
Может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена интегрированной светодиодной лампы за счет уменьшения потерь мощности в элементах и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой.
По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой интегрированной светодиодной лампы (до 7%) за счет оптимизации конструкции (в том числе, охладителя), что также расширяет ее область применения.
Интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с охладителем и установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиод или светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и установленную на охладителе, светорассеивающую колбу, закрепленную на корпусе, выполненную из оптически прозрачного материала, в объем или в часть объема которого введены частицы люминофора или смеси люминофоров.
