Светодиодное осветительное устройство

Светодиодное осветительное устройство относится к светотехнике и может быть использована при изготовлении светотехнического оборудования для общего наружного и внутреннего освещения. Техническим результатом полезной модели является улучшение равномерности цвета и яркости свечения светоизлучающей поверхности. Светодиодное осветительное устройство содержит плату со световым излучателем синего спектра свечения, установленным с возможностью облучения частиц люминофора, носителем которых является материал оптически прозрачной светорассевающей оболочки, размещенной в отдалении от светового излучателя, отличающееся тем, что промежуток между световым излучателем и упомянутой оболочкой заполнен оптически прозрачной газообразной средой, а толщина стенки упомянутой оболочки пропорциональна величине светового потока, падающего на облучаемый участок ее поверхности. 5 п.ф., 2 илл.

- Область техники

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при изготовлении светотехнического оборудования для общего наружного, внутреннего и специального освещения.

- Уровень техники

Светодиоды, являются эффективным источником света, обладают низким потреблением электроэнергии и большим сроком службы.

В соответствии с эргономическими требованиями осветительные устройства не должны создавать слепящих бликов и иметь резкие перепады яркости поверхности излучения, вызывающих ощущение дискомфорта. Указанные явления являются следствием высокой яркости светодиода и его малых угловых размеров. Известно, что интенсивность излучения снижается пропорционально косинусу угла к перпендикуляру к поверхности излучения (Ф.Е.Шуберт «Светодиоды», ФИЗМАТЛИТ, Москва, 2008, с.121).

Наиболее часто выравнивание яркости излучения решается с помощью различных средств, чаще всего сочетающих в себе как защитно-декоративные функции, так и функции рассевания светового потока.

Известно решение, в котором описано устройство для повышения равномерности излучения, представляющее собой источник света - корпусированный светодиод, у которого куполообразный силиконовый герметик покрыт оптически прозрачным слоем компаунда, включающим частицы люминофора, которые преобразуют первичное монохроматическое излучение светодиода в полихроматическое излучение, выходящее с внешней поверхности компаунда (заявка JP 2007035802 (А), МПК H01L 33/50, опубликовано 08.02.2007).

Известное решение относится к конструкции светодиода, поверхность излучения которого минимальна и визуально воспринимается как точечный источник света со всеми присущими ему вышеуказанными эргономическими недостатками.

Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее светодиод, твердофазную оптически прозрачную оболочку, внутренняя поверхность которой покрыта слоем флуоресцентного материала. Флуоресцентный слой имеет неравномерную толщину: большую там, где освещенность поверхности флуоресцентного слоя больше, и меньшую, там, где освещенности этого слоя имеет меньшую величину (публикация WO 2010128664 (A1), МПК F21V 3/02, опубликовано 11.11.2011).

Известный аналог также относится к конструкции корпусированного светодиода, имеющего малые угловые размеры и визуально воспринимаемого как точечный источник света. Кроме того, описанная в аналоге конструкция является нетехнологичной, так как операция нанесения покрытия производится в жидкой фазе и ее последующая обработка удорожает производство, снижает ее серийность и, в конечном итоге, повышает стоимость изделия.

Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее радиатор, вдоль которого размещены светодиоды, излучающие в синей области спектра; твердофазную светорассеивающую оболочку постоянной толщины, содержащую включенные в ее материал люминофорные частицы и охватывающую светодиоды, причем поверхность упомянутой оболочки отдалена от светодиодов на определенное расстояние (патент US 7618157 (B1), МПК F21V 9/00, опубликовано 17.11.2009).

В известном решении светодиоды находятся в непосредственном оптическом контакте со светорассеивающей оболочкой, площадь которой значительно больше поверхности излучения светодиода. Такое относительное расположение источника света и светорассеивателя позволяет сгладить неравномерность свечения на поверхности светоизлучающей оболочки, но не содержит средств, учитывающих неравномерность излучения, в зависимости от направления его выхода с поверхности светодиода. Отсутствие такого средства приводит не только к большей яркости свечения поверхности оболочки, противолежащей светодиоду, но и является причиной неравномерности цвета ее свечения.

Ближайшим аналогом того же назначения, содержащим наибольшее количество сходных с заявленным решением признаков, является решение по патенту US 7618157, имеющее наибольшее количество сходных существенных признаков.

Техническим результатом полезной модели является улучшение равномерности цвета и яркости свечения светоизлучающей поверхности.

- Раскрытие сущности полезной модели

Полезная модель характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

Светодиодное осветительное устройство, содержащее плату со световым излучателем синего спектра свечения, установленным с возможностью облучения частиц люминофора, носителем которых является материал оптически прозрачной светорассевающей оболочки, размещенной в отдалении от светового излучателя, отличающееся тем, что промежуток между световым излучателем и упомянутой оболочкой заполнен оптически прозрачной газообразной средой, а толщина стенки упомянутой оболочки пропорциональна величине светового потока, падающего на облучаемый участок ее поверхности.

Под конструктивным признаком «отдаленный» понимается расположение люминофорных частиц на расстоянии, позволяющем исключить перегрев и ухудшение генерирующей способности люминофора. Заявителю известно, что величина этого расстояния находится в интервале 15-50 мм, в зависимости от мощности светодиодов, характеристик радиатора и конструктивных особенностей устройства.

В качестве дополняющих и развивающих признаков устройства необходимо указать следующие:

- в качестве оптически прозрачной газообразной среды может быть использована воздушная среда при обычных условиях;

- твердофазная оптически прозрачная оболочка выполнена в виде единой литьевой детали;

- величина удельной нагрузки люминофора, содержащегося в материале светорассеивающей оболочки, выбрана из выражения:

0,5<<80, где;

- удельная люминофорная нагрузка в материале светорассеивающей оболочки, мг/см².

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

- светорассеивающая оболочка может иметь поверхность, составленную комбинацией локально сопряженных поверхностей первого и второго порядка, в частности, включать плоскости, сферические или цилиндрические поверхности.

- Перечень графических материалов

Решение иллюстрируется фиг.1, на которой показан вариант выполнения устройства, светорассеивающая оболочка которого выполнена в виде части сферы. На фиг.2 представлен вариант выполнения со светорассеивающей оболочкой, включающей цилиндрическую поверхность.

Светодиодное осветительное устройство содержит плату 1, светодиодный излучатель 2 синего спектра свечения, светорассевающую оболочку 3, установленную с возможностью облучения частиц 4 люминофора, включенных в материал оболочки 3, и оптически прозрачную газообразную среду 5. Люминофор 4 распределен в массе материала оболочки 3 равномерно.

Вариант полезной модели с цилиндрической светорассевающей оболочкой 3 не имеет принципиальных отличий от варианта, изображенного на фиг.1.

- Осуществление полезной модели

Кривая силы света светодиода характеризуется максимумом в направлении нормали к поверхности излучающего кристалла. Пропорционально отклонению угла от нормали уменьшается сила света светодиода. В частности, для светодиодов с углом выхода излучения 140°, сила света под углом равным 70° составляет половину от максимального ее значения. Другими словами (см. фиг.1), если принять толщину оболочки 3 в направлении нормали за h, то для выравнивания светового потока с поверхности оболочки 3 необходимо уменьшить ее толщину до h/2. Таким образом, дифференциация толщины стенки, как и абсолютные значения размеров оболочки, зависят от характеристик светодиодов и конструктивных особенностей устройства.

В качестве материала оболочки 3 целесообразно использовать оптически прозрачные массы, например, поликарбонат или полиметилметакрилат, обладающие хорошими литьевыми свойствами.

- Возможность промышленного применения

Приведенные в описании варианты выполнения осветительного устройства не являются исчерпывающими. Они могут быть изменены для реализации конретных целей освещения. Элементы конструкции осветительного устройства имеют простые формы, которые могут быть изготовлены с использованием известных технологических средств, имеющих автоматизированное управление.

1. Светодиодное осветительное устройство, содержащее световой излучатель синего спектра свечения, установленный с возможностью облучения частиц люминофора, носителем которых является оптически прозрачная светорассеивающая оболочка, размещенная в отдалении от светового излучателя, отличающееся тем, что промежуток между световым излучателем и упомянутой оболочкой заполнен оптически прозрачной газообразной средой, а толщина стенки упомянутой оболочки пропорциональна величине светового потока, падающего на облучаемый участок ее поверхности.

2. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве оптически прозрачной газообразной среды использована воздушная среда при обычных условиях.

3. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что оптически прозрачная оболочка выполнена в виде единой литьевой детали.

4. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что величина удельной нагрузки люминофора, содержащегося в материале светорассеивающей оболочки, выбрана из выражения:

0,5<<80,

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

5. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что светорассеивающая оболочка имеет поверхность, составленную комбинацией плавно сопряженных поверхностей первого и второго порядка, в частности, включать плоскости, сферические или цилиндрические поверхности.