Светодиодный источник излучения

 

Полезная модель относится к средствам светоизлучения и может быть использовано в системах освещения. Заявлен моноблочный кластерный источник излучения, содержащий, по меньшей мере, два полупроводниковых излучателя света оптического диапазона, объединенных электрической цепью на несущей армированной плате-теплоотводе с присоединительными выводами и моноблочную линзу, в котором площадь S (м2) поверхности армированной несущей платы удовлетворяет условию: SPh/Tp-ni,,, что позволяет уменьшить тепловое сопротивление кристалл (чип) излучателя - плата теплоотвода.

Полезная модель относится к средствам светоизлучения и может быть использовано в системах освещения.

Основными преимуществами полупроводниковых светодиодных источников излучения над остальными источниками света являются:

надежность - в настоящий момент светодиоды различных конструкций имеют срок службы до 50000 часов и более, в то время, как лампы накаливания и люминесцентные лампы имеют срок службы не более 10000 часов;

световая отдача светодиодов в настоящий момент превышает 80 лм/Вт и постоянно растет, тогда как световая отдача ламп накаливания и люминесцентных находится в пределах 10-120 лм/Вт.

Современный опыт применения полупроводниковых светодиодных источников излучения в различных системах освещения подтвердил вышеперечисленные преимущества таких источников над традиционными лампами накаливания. В общем виде, светодиодная лампа состоит из платы с определенным количеством штатных светодиодов, с параллельно-последовательным соединением, определяющим номинальное значение напряжения и световой поток; схемы управления, в основном работающей на понижение напряжения с 220 В до значения, определяемого последовательно-параллельным соединением светодиодов, и, как правило, работающей в импульсном режиме для увеличения тока через излучающие элементы; цоколя, размеры которого соответствуют аналогичным лампам накаливания; тела лампы в виде радиатора, размеры которого должны соответствовать мощности, потребляемой лампой. Анализ существующего производства различных типов осветительный прибор (ОП) показывает, что световая часть современных светодиодных светильников в основном изготавливается на базе дискретных светоизлучающих диодов (СИД) и приборов для поверхностного монтажа (SMD-монтаж).

В числе конструкций известных светодиодных источников излучения может быть, в частности, упомянута конструкция по патенту РФ 2415335 на изобретение, содержащая полупроводниковые излучатели света оптического диапазона, объединенные электрической цепью. Известное устройство позволяет с помощью зафиксированных на панели единичных светодиодов (вне зависимости от вида диаграмм направленности их светового излучения) обеспечивать распространение света вдаль и вниз относительно места расположения устройства и при этом получать диаграммы направленности светового излучения с различным угловым распределением света в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Наиболее близким аналогом заявленного источника является светодиодная матрица по патенту РФ 2369943, в которой одной из особенности является наличие дополнительных отверстий для заполнения полостей светопроводящей средой. Этим отверстиям вменялась функция впрыск-выпор, что приводило к появлению воздушных пузырей и завышенной трудоемкости изготовления из-за необходимости точного совмещения капилляра и отверстия диаметром 0,7 мм. Вместе с тем, одним из недостатков светодиодных ламп известных конструкций является недостаточная равномерность освещения поверхности, неоднородность цветовой температуры, отсутствие нормативного фактора слепимости за счет оптики линз светодиодов, а также повышенное тепловое сопротивление (Rt), за счет цепи последовательно включенных тепловых сопротивлений светоизлучающих диодов (Rt), и, как следствие, увеличение затрат на проектирование и производство теплоотводящего корпуса, обусловленное спецификой, прежде всего связанной с необходимостью интенсивного отвода тепла, выделяемого непосредственно самими светодиодами. Превышение температуры свыше 120°С непосредственно на p-n переходах приводит к частичной или полной потери функционирования полупроводниковых источников излучения.

Задача, поставленная при создании настоящей полезной модели, состоит в получении моноблочного кластерного источника излучения температура p-n переходов полупроводниковых излучателя света оптического диапазона не должна превышать 50-70°С, при этом технический результат, полученный при решении такой задачи, состоит в уменьшении теплового сопротивления кристалл (чип) излучателя - плата теплоотвода.

Для достижения поставленного результата предлагается моноблочный кластерный источник излучения, содержащий, по меньшей мере, два полупроводниковых излучателя света оптического диапазона, объединенных электрической цепью на несущей армированной плате-теплоотводе с присоединительными выводами и моноблочную линзу, в котором площадь S (м2) поверхности армированной несущей платы удовлетворяет условию:

SPh/Tp-ni,,

где: Р - мощность потребляемая источником излучения, Вт;

h - толщина несущей платы, м;

i - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/мК;

Tp-n - температура p-n перехода, °С.

Предпочтительные, но не обязательные варианты заявленного источника предполагают выполнение полупроводниковых излучателей света одноцветного либо разноцветного цвета свечения; установку моноблочной линзы и излучателя света с зазором друг относительно друга, с размещением в зазоре прозрачного или рассеивающего герметизирующего эластичного компаунда, например, с коэффициентом преломления 1,3; выполнение моноблочной линзы состоящей как из сферических, так и из асферических линз, при этом моноблочная линза для получения равномерного свечения может быть легирована мелкодисперсным прозрачным кварцем; кроме того, полупроводниковые излучатели света могут быть покрыты люминофором, трансформирующим их излучение в излучение белого цвета.

Полезная модель иллюстрируется рис.1 с принципиальной схемой системы чип на основе GaN на армированной стеклотекстолитовой плате, рис.2, отображающим общий вид заявленного источника излучения, а также рис.3 с принципиальной схемой сборки такого источника.

Возможность достижения поставленного результата в заявленной конструкции обусловлена следующим. Из основного уравнения теплового сопротивления системы , следует, что кроме константы i такое сопротивление всецело зависит от толщины и площади, при этом температура p-n перехода равна

Подставив значение RT согласно (2) в (1) получим:

.

Как следует из Таблицы 1 (см. ниже) в соответствии с рис.1, перепад температур от p-n перехода до основания топологии на стеклотекстолитовой плате незначителен и составляет 4,7°С при потребляемой мощности 1 Вт. Следовательно, на стеклотекстолите температура равна температуре p-n перехода кристалла (чипа). Чипы равномерно распределены по площади армированной платы. При размере платы, например, 120 см2, получим

RTплата-воздух =h/i*S=2*10-3/2,5*10-2*1,2*10 2=4°C/Вт.

Следовательно, температура p-n перехода равна согласно Тр-nком.+Р*R T при мощности 10 Вт равна 65°С.

Таблица 1
Номер слоя Ii, мкмi, Вт/мКSi, мкм2RT, °С/ВтTi, °C
13110 1200*12000,019 0,019
2 803801200*12000,150,15
310 31200*12002,32,3
418380 1200*12000,03 0,03
5 150003801200*150002,22,2

В общем виде, конструкция заявленного светодиодного источника излучения (лампы) не отличается от известных аналогов и состоит из полупроводниковых излучателей света 1 с одним или несколькими P-N переходами одноцветного или разноцветного излучения, покрытых люминофором 2, трансформирующим излучение полупроводниковых излучателей света в излучение белого цвета. Излучатели размещены на стеклотекстолитовой плате 3 с топологией (электрической цепью), объединяющей полупроводниковые излучатели света в базовый элемент. Плата одновременно является теплоотводящим элементом с большой геометрической площадью, так как снизу армирована алюминиевой пластиной 4 толщиной от 0,5 мм и более. Источник также содержит штатный патрон для ламп освещения и корпус (не показаны), одновременно являющийся радиатором для отвода тепла от излучателей света, при этом его площадь составляет не менее 50 см2.

Комбинированная покровная линза 5 из поликарбоната и эластичного полимера помещается на основание и совмещается с ним с помощью котировочных штыков 6, предусмотренных в конструкции линзы, и отверстий в плате. Далее на специальной установке происходит механическая опрессовка с одновременной терморазвальцовкой котировочных штырьков. Дополнительно, наличие полупроводниковых излучателей света размером 1×1 мм2 с высоким значением КПД преобразования электрической энергии в световую, использование платы радиатора, позволяющего эффективно отводить тепло от кристаллов, принципиальная электрическая схемой и соотношение основных параметров базового элемента позволяют сохранить КПД светодиодного источника излучения.

1. Моноблочный кластерный источник излучения, содержащий, по меньшей мере, два полупроводниковых излучателя света оптического диапазона, объединенных электрической цепью на несущей армированной плате-теплоотводе с присоединительными выводами, и моноблочную линзу, отличающийся тем, что площадь S (м2) поверхности армированной несущей платы удовлетворяет условию:

SPh/Tp-ni,

где Р - мощность потребляемая источником излучения, Вт;

h - толщина несущей платы, м;

i - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/мК;

Tp-n - температура p-n перехода, °С.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что полупроводниковые излучатели света выполнены одноцветного либо разноцветного цвета свечения.

3. Источник по п.1, отличающийся тем, что моноблочная линза и излучатели света установлены с зазором относительно друг друга, в котором размещен прозрачный или рассеивающий герметизирующий эластичный компаунд.

4. Источник по п.3, отличающийся тем, что герметизирующий компаунд имеет коэффициент преломления 1,3.

5. Источник по п.3, отличающийся тем, что моноблочная линза состоит как из сферических линз, так и из асферических линз.

6. Источник по п.5, отличающийся тем, что моноблочная линза для получения равномерного свечения легируется мелкодисперсным прозрачным кварцем.

7. Источник по п.2, отличающийся тем, что полупроводниковые излучатели света покрыты люминофором, трансформирующим их излучение к излучению белого цвета.



 

Похожие патенты:

Светильник светодиодный накладной, подвесной, потолочный, встраиваемый сетевой общего назначения, промышленный, офисный или для жкх относится к светотехнике, а именно, к устройствам для освещения офисных, жилых, производственных, складских, торговых и других внутренних помещений и может быть использован для прямой замены электрических ламп накаливания.

Офисный или промышленный точечный светодиодный светильник (потолочный, настенный, встраиваемый, подвесной) с улучшенными характеристиками относится к области осветительной техники, а именно к осветительным приборам на основе светоизлучающих диодов и может быть использован для освещения офисных и административных помещений, а также детских и образовательных учреждений и прочих общественных мест.

Полезная модель относится к осветительным устройствам наружного и внутреннего освещения

Технический результат повышение вероятности обнаружения малоразмерных целей

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для управления поведением насекомых
Наверх