Светодиодное осветительное устройство с улучшенным распределением света - RU2606950C2
Код документа: RU2606950C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области освещения, и, более конкретно, к светодиодному (СИД) осветительному устройству. В частности, изобретение относится к осветительному устройству с множественными светодиодными элементами, установленными относительно друг друга, чтобы достигнуть благоприятного распределения света, в частности, для автомобильного освещения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В области электрического освещения светодиодные (светоизлучающий диод) элементы все в большей степени используются благодаря их выгодным свойствам высокой эффективности и длительного срока службы. Кроме того, светодиоды уже используются для автомобильного освещения, включая как автомобильные сигнальные лампы, так и автомобильное фронтальное освещение.
Наиболее доступными сегодня являются плоские светодиодные модули, в дальнейшем указываемые ссылкой, как «светодиодные элементы», то есть светодиодные чипы, установленные на плоской пластине держателя, например, прямоугольной формы. Было предпринято несколько попыток использовать такие плоские светодиодные элементы в светодиодных лампах, в частности, чтобы заменить существующие автомобильные лампы, такие как (галогеновые) лампы накаливания.
В DE-A1-19624087 описано осветительное устройство, содержащее множество светодиодов, каждый, излучающий свет в предпочтительном направлении. Удерживающее устройство поддерживает светодиоды в предопределенном расположении относительно друг друга с тем, чтобы по меньшей мере два светодиодных точечных источника света излучали свет в различных направлениях. В различных вариантах осуществления, светодиоды устанавливаются на пластины, которые могут располагаться под различными углами, или на светодиодную излучающую трубку, несущую множество светодиодов в трехмерном расположении. Форма поперечного сечения излучающей трубки может быть, например, треугольной, прямоугольной или другой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставление светодиодного осветительного устройства с улучшенным распределением света и небольшими размерами.
Согласно изобретению, эта цель достигается посредством лампы по пункту 1 формулы изобретения, и посредством осветительного прибора по пункту 14 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения указывают на предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Основополагающей идеей настоящего изобретения является предоставление осветительного устройства со светодиодными элементами, расположенными, чтобы сформировать светоизлучающую конструкцию небольших размеров, которая в то же время предоставляет освещение, которое хорошо распределено в различных направлениях. В частности, для светодиодных осветительных устройств, заменяющих (галогеновые) лампы накаливания, авторы настоящего изобретения обнаружили, что многие решения предшествующего уровня техники предоставляют очень большие установочные конструкции для светодиодов, размеры которых намного превышают размер нитей накала существующих ламп накаливания. Настоящее изобретение делает возможным предоставление очень компактного расположения светодиодных элементов с хорошо распределенным излучением света. Для замены галогеновых ламп, изобретение позволяет достигать распределений интенсивности, которые удовлетворяют, в отличие от решений предшествующего уровня техники, требованиям, особенно в автомобильных лампах и, в частности, также для автомобильных ламп фронтального освещения.
Согласно изобретению, осветительное устройство, или светодиодная лампа, содержит по меньшей мере две светодиодных сборки. Каждая светодиодная сборка состоит из по меньшей мере одного светодиодного элемента, но может содержать несколько светодиодных элементов в заданном относительном расположении. В настоящем контексте, термин «светодиодный элемент» должен пониматься, как держатель с плоской поверхностью, несущий реальный светоизлучающий светодиодный чип на плоской поверхности держателя. Такие светодиодные элементы, или светодиодные модули, являются коммерчески доступными. Светодиодный элемент будет излучать свет из светодиодного чипа. Главное оптическое направление излучения света может быть определено либо как пространственный угол, под которым излучается максимальная интенсивность, либо, в случае однородного излучения, как центр направлений излучения. В большинстве случаев, в частности, когда никакая первичная оптика, такая как линзы, т.д., не предоставляется на светодиодном элементе, чтобы изменить излучение света, главное оптическое направление будет перпендикулярно плоскости плоского держателя, на который установлен светодиодный чип.
Центральной идеей изобретения является расположение светодиодных сборок вдоль оси, называемой здесь осью вращения. Светодиодные элементы расположены относительно этой оси вращения с тем, чтобы плоскость по меньшей мере одного, предпочтительно, двух или более светодиодных элементов, наиболее предпочтительно, светодиодных элементов как из первой, так и из второй светодиодной сборки, была параллельна оси вращения. Дополнительно, две светодиодные сборки расположены как под углом поворота вокруг определенной таким образом оси вращения, так и со сдвигом, то есть, смещением, вдоль или параллельно этой оси вращения.
Угол поворота приводит к углу света между главными оптическими направлениями излучений света первого светодиодного элемента из первой светодиодной сборки и второго светодиодного элемента из второй светодиодной сборки. Сдвиг позволяет размещать светодиодные элементы в непосредственной близости, чтобы получать компактное расположение. В целом, для всех светодиодных элементов в светодиодном осветительном устройстве предпочтительно быть одинакового типа, например, одинаковых размеров.
Как будет показано для предпочтительных вариантов осуществления, это комбинация
- сдвига вдоль продольной оси и
- угла поворота между плоскими поверхностями, и, таким образом, угол света позволяет получать светодиодные осветительные устройства с небольшими размерами и равномерным распределением света результирующего излучения света.
Как будет понятно специалисту, и как будет показано для предпочтительных вариантов осуществления, угол поворота может наблюдаться в виде вдоль оси вращения. Угол может быть определен между плоскостями плоских поверхностей держателей первого и второго светодиодного элемента. Стоит, однако, отметить, что вышеупомянутое определение угла поворота не исключает, что первый и второй светодиодные элементы могут располагаться, например, в зеркальной или дополнительно повернутой другим образом конфигурации.
В случае каждой светодиодной сборки, содержащей только один светодиодный элемент, угол поворота и сдвиг вдоль оси вращения может быть определен между этими двумя светодиодными элементами. В случае большего количества светодиодных элементов, предпочтительно, чтобы первая и вторая светодиодные сборки содержали одинаковое количество светодиодных элементов в одинаковом относительном расположении для обеих светодиодных сборок. В то время как в целом возможно определить описанный поворот и сдвиг только между первым светодиодным элементом из первой светодиодной сборки и вторым светодиодным элементом из второй светодиодной сборки, предпочитаются расположения, в которых этот поворот и сдвиг может быть обнаружен попарно между светодиодными элементами из первой и из второй светодиодной сборки (где опять же возможны зеркальные расположения или дополнительные повороты).
Сдвиг между светодиодными элементами предпочтительно небольшой, чтобы получить осветительное устройство, являющееся небольшим обременением. Предпочтительно, сдвиг составляет меньше, чем удвоенный размер длины светодиодного элемента в направлении оси вращения, дополнительно предпочтительно - меньше, чем 1,5 этих размера, и наиболее предпочтительно - примерно 1,0-1,1 размера, с тем, чтобы в направлении оси вращения сборки могли располагаться близко друг к другу, предпочтительно, прямо рядом друг с другом.
Осветительное устройство, согласно изобретению, достигает пространственного распределения излучаемого света, которое является сравнительно однородным. В то же время, протяженность конструкции, излучающей свет, очень мала благодаря компактному расположению светодиодных элементов. В то время как абсолютный размер светоизлучающей конструкции будет зависеть от размера доступных светодиодных элементов, было доказано, что относительный размер является исключительно маленьким для достигаемого однородного распределения света.
Различные значения могут быть выбраны для угла поворота. Предпочтительно, во многих приложениях угол поворота может быть больше чем 0°, и меньше чем 90°. В предпочтительном случае идентичных конфигураций множества светодиодных элементов как в первой, так и во второй светодиодной сборке, угол поворота будет выбираться, чтобы быть меньше чем 360°, деленные на количество светодиодных элементов в каждой светодиодной сборке, предпочтительно, около (+/-10%) 180°/N, где N - количество светодиодных элементов в светодиодной сборке. Так, для светодиодных сборок из двух светодиодных элементов каждая, угол поворота предпочтительно будет составлять около 90°, в то время как для светодиодных сборок из 3 светодиодных элементов каждая, угол поворота предпочтительно будет составлять около 60°.
Стоит отметить, что вышеприведенные значения для углов поворота в целом относятся к осветительным устройствам, излучающим свет по всем углам (360°) плоскости, перпендикулярной продольной оси. Как известно специалисту, некоторые типы автомобильных ламп, такие как, например, лампа Н4, используют затеняющие элементы, чтобы излучать свет из нити накала только в определенные угловые области, например, только 180° в перпендикулярной плоскости. В этих случаях, обсуждаемые выше значения для угла поворота между двумя светодиодными сборками могут быть приспособлены соответственно, в частности, до предпочтительного угла поворота, в случае излучения света только на 180°, составляющего около 90°/N.
Согласно первой концепции каждая светодиодная сборка содержит только один светодиодный элемент. В этом случае, два светодиодных элемента будут расположены рядом друг с другом вдоль оси вращения, но расположены под углом поворота. В то время как использование большего количества светодиодных элементов в светодиодной сборке будет достигать еще более однородного излучения света, уже один светодиодный элемент в светодиодной сборке, расположенный под описанным сдвигом и поворотом, может достигать удовлетворительных результатов для многих приложений, в частности, для автомобильных сигнальных ламп. Для замены лампы накаливания предшествующего уровня техники с намотанной нитью накала, светодиодные элементы предпочтительно располагаются со своей осью поворота и сдвига, совпадающей с центральной осью намотанной нити накала предшествующего уровня техники. Конфигурация со сдвигом делает возможным компактное расположение с размерами, близкими к размеру нитей накала предшествующего уровня техники. Для стандартизированных ламп, соответствующие нормы, такие как, например, ЕСЕ R37, определяют область допусков, в пределах которой должна располагаться нить накала. Возможно использовать пространство этой области допуска для поддержания светодиодных сборок.
В случае только одного светодиодного элемента в светодиодной сборке, дополнительно предпочтительно располагать первый и второй светодиодный элемент с тем, чтобы главные оптические направления, в виде вдоль оси вращения, формировали пересекающиеся линии. Таким образом, в то время как светодиодные элементы могли бы располагаться, чтобы быть направленными вне общего центра, они предпочтительно располагаются, чтобы быть направленными к общему центру. Это дополнительно приводит к предпочтительному равномерно распределенному излучению света.
Согласно альтернативной концепции, каждая светодиодная сборка содержит не только один, но несколько светодиодных элементов. Примерами являются светодиодные сборки из, например, 2-6 светодиодных элементов каждая. Дополнительно предпочитаются светодиодные сборки из 3-5 светодиодных элементов каждая. Для светодиодных сборок из множества светодиодных элементов дополнительно предпочтительно, чтобы в пределах каждой светодиодной сборки многие, а предпочтительно все светодиодные элементы располагались параллельно оси вращения, то есть с тем, чтобы ось вращения была параллельна плоскостям плоских поверхностей держателей. Это параллельное расположение делает возможной очень компактную конструкцию.
Если используется множество светодиодных элементов в светодиодной сборке, предпочтительно, чтобы они располагались рядом друг с другом, чтобы формировать светодиодные сборки с уменьшенными размерами.
Для вариантов осуществления с множеством светодиодных элементов в светодиодной сборке предпочтительно располагать светодиодные элементы вокруг общего центра, упомянутый центр, предпочтительно совпадающий с осью вращения. В то время как светодиодные элементы могут быть ориентированы с тем, чтобы все они, или их часть, имели главное оптическое направление излучения света, направленное к центру, предпочтительно располагать, в пределах каждой светодиодной сборки, многие, а предпочтительно все светодиодные элементы с их главными оптическими направлениями, направленными от центра. Светодиодные элементы предпочтительно располагаются вокруг общего установочного каркаса, предпочтительно, имеющего форму, чтобы заполнять пространство между светодиодными элементами. Например, два светодиодных элемента, формирующих светодиодную сборку, могут устанавливаться на имеющий форму пластины установочный каркас, три элемента могут устанавливаться на (в поперечном сечении) треугольный установочный каркас, четыре светодиодных элемента - на прямоугольный установочный каркас, т.д. Особенно предпочтительно предоставлять установочный каркас, изготовленный из теплопроводящего материала, в частности, металлического материала, такого как, например, алюминий, медь, т.д. Таким образом, общий установочный каркас может использоваться в качестве теплоотвода. Возможно предоставлять установочный каркас, изготовленный из проводящего электричество материала, с тем, чтобы он мог использоваться в качестве электрического контакта для функционирования светодиодных элементов. Однако предпочтительно предоставлять изолированные электрические провода, чтобы доставлять электроэнергию светодиодным элементам, изолированным от установочного каркаса.
Форма светодиодных элементов может выбираться в соответствии с доступностью. В настоящее время в основном доступны светодиодные элементы с плоскими, ровными держателями прямоугольной формы. Чтобы получить, если это возможно, очень компактное расположение, должны выбираться светодиодные элементы небольших размеров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения будут более легко оценены, и в то же время станут более понятными посредством ссылки на нижеследующее подробное описание, и рассматриваемые в соединении с сопроводительными чертежами, на которых схожие символы ссылок обозначают схожие детали.
Фиг. 1 - вид спереди светодиодного устройства согласно
первому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 - вид сбоку фиг. 1 с увеличенной частью.
Фиг. 3 - вид в поперечном сечении осветительного устройства фиг. 1, фиг. 2 с разрезом вдоль линии P на фиг. 1.
Фиг. 4 показывает галогеновую лампу предшествующего уровня техники.
Фиг. 5а, 5b показывают вид в разрезе и вид в перспективе первого примера светодиодной компоновки для использования в осветительном устройстве.
Фиг. 6 показывает вид в перспективе второго примера светодиодной компоновки.
Фиг. 7а, 7b показывают вид в разрезе и вид в перспективе третьего примера светодиодной компоновки.
Фиг. 8а, 8b показывают вид в разрезе и вид в перспективе четвертого примера светодиодной компоновки.
Фиг. 9а, 9b показывают вид в разрезе и вид в перспективе пятого примера светодиодной компоновки.
Фиг. 10 показывает вид в перспективе второго варианта осуществления светодиодного осветительного устройства.
Фиг. 11 показывает вид в перспективе светодиодной компоновки светодиодного осветительного устройства фиг. 10.
Фиг. 12 показывает вид в перспективе альтернативного примера светодиодной компоновки.
Фиг. 13 показывает вид сбоку светодиодной компоновки фиг. 11.
Фиг. 14 показывает вид сбоку автомобильной лампы предшествующего уровня техники.
Фиг. 15а, 15b показывают графики распределений интенсивности для первого варианта осуществления осветительного устройства фиг. 1-3 в сравнении со ссылкой предшествующего уровня техники фиг. 4.
Фиг. 16а, 16b показывают графики распределений интенсивности второго варианта осуществления фиг. 10 со светодиодной компоновкой фиг. 11.
Фиг. 17 показывает схематический вид сбоку головного осветительного прибора со светодиодной лампой фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг. 1-3 показывают светодиодное осветительное устройство 10, или светодиодную лампу, которая предназначена для замены галогеновой лампы Н8 предшествующего уровня техники, как показано на фиг. 4. Как и галогеновая лампа Н8, светодиодная лампа 10 содержит основание 12 с электрическим штекерным соединителем 14, который содержит опорную кромку 16. Светодиодная лампа 10 показана на фигурах в прямостоящем положении, то есть, с продольной осью L, ориентированной вертикально. Как заметит специалист, ориентация будет указываться только для ссылки, тогда как лампа 10 может использоваться в других ориентациях, и даже предпочтительно будет использоваться в горизонтальной ориентации в головном осветительном приборе 50, как показано на фиг. 17.
В головном осветительном приборе предшествующего уровня техники, лампа Н8 предшествующего уровня техники устанавливается в отражатель 52 фронтального освещения автомобиля, как показано на фиг. 17, с тем, чтобы опорная кромка 16 находилась в контакте с опорной поверхностью на отражателе 52. Лампа выступает во внутреннем пространстве отражателя с тем, чтобы намотанная нить 8 накала, из которой излучается свет, располагалась в конкретном положении внутри отражателя. Это расположение, которое необходимо для достижения желаемого распределения света луча, излучаемого из головного осветительного устройства 50, достигается посредством конкретного положения нити 8 накала относительно опорной кромки 16.
В светодиодной лампе 10, предназначенной для замены лампы Н8 фиг. 4, светодиодная компоновка 20 обеспечена на установочном стержне 22, выступающем из основания 12. Светодиодная компоновка 20 содержит, как будет пояснено подробно ниже со ссылкой на различные примеры, множество светодиодных элементов, расположенных в определенном порядке относительно друг друга. При функционировании лампы 10, электроэнергия подается через штекерный соединитель 14. Электрическая схема возбуждения (не показана), встроенная в основание 12, предоставляет электрический ток возбуждения постоянного тока (DC) для светодиодных элементов светодиодной компоновки 20, которая, таким образом, управляется, чтобы излучать свет.
Электрический ток возбуждения проводится к светодиодным элементам посредством электрических проводников (не показаны). Для подключаемых сверху светодиодных элементов, то есть, светодиодных элементов с электрическими контактами в верхней части плоской поверхности держателя, плоский ленточный кабель, прикрепленный к установочному стержню 22, может предоставлять электрическое соединение. В этом случае светодиодные элементы могут прямо прикрепляться к установочному стержню 22 для хорошего теплового соединения.
Для подключаемых снизу светодиодных элементов, возможно предоставлять электрические контакты на гибкой фольге печатной платы (РСВ), прикрепленной к установочному стержню 22. Подключаемые снизу светодиодные элементы могут электрически соединяться с РСВ фольгой, например, посредством пайки. Дополнительно, электрически изолированные соединения могут формироваться для хорошего теплового контакта с установочным стержнем 22, например, посредством пайки.
В качестве альтернативы, для подключаемых снизу светодиодных элементов, рамка с внешними выводами может предоставляться на установочном стержне 22 для электрического и теплового соединения. В этом случае предпочтительно соединять все светодиодные элементы электрически последовательно.
Во время функционирования, тепло формируется в светодиодной лампе 10 из-за электрических потерь в схеме возбуждения и светодиодной компоновке 20. Чтобы рассеивать тепло, предоставляется охлаждающая конструкция 24, состоящая из дисков 26, расположенных параллельно и разнесенных друг от друга в продольном направлении лампы 10. Диски 26 установлены на установочном стержне 22. Как и установочный стержень 22, диски 26 состоят из металлического материала высокой тепловой проводимости, такого как, например, медь или алюминий. Таким образом, тепло, генерируемое из схемы возбуждения в основании 12 и из светодиодной компоновки 20, рассеивается через установочный стержень 22 и охлаждающую конструкцию 24.
Как проиллюстрировано на фиг. 1, диаметр дисков 26 и их удаление от светодиодной компоновки 20 выбирается, чтобы оставить угол освещения α, определенный относительно горизонтальной плоскости Р, свободным от препятствий. Таким образом, свет, излучаемый из светодиодной компоновки 20, не преграждается, в направлении угла α под горизонтальной плоскостью Р, охлаждающей конструкцией 24. Угол α, который в показанном примере составляет около 45°, может выбираться в соответствии со спецификацией требуемой светодиодной лампы, например, в диапазоне 20-70°.
Светодиодная лампа 10 дополнительно содержит конструкцию для механической защиты и рассеивания тепла, включающую в себя поддерживающие стержни 28 и крышку 30 из нескольких плоских, круглых охлаждающих ребер, расположенных в параллельной, разнесенной конфигурации. Защитная конструкция ограждает светодиодную компоновку 20 от прямого прикосновения при манипулировании светодиодной лампой 10. Четыре поддерживающих стержня 28 из теплопроводящего материала, такого как алюминий, расположены, чтобы поддерживать крышку 30. Затенение от крышки 30, в соответствии со спецификацией для лампы Н8, должно блокировать нежелательные части света. Фиг. 17 схематически показывает, какие части света, излучаемого из лампы 10, используются отражателем 52, чтобы сформировать результирующую структуру луча. Благодаря тонкой структуре поддерживающих стержней 28, затенение на сторонах минимально.
Вместо четырех поддерживающих стержней 28, как показано, в качестве альтернативы также возможно использовать другую конструкцию, такую как, например, всего один поддерживающий стержень 28, или два поддерживающих стержня 28, предпочтительно на противоположных сторонах установочного стержня 22, или три поддерживающих стержня 28, предпочтительно расположенных на одинаковых расстояниях вокруг установочного стержня 22. Поддерживающие стержни 28, а также круглые охлаждающие ребра, формирующие крышку 30, могут обеспечиваться либо черной поверхностью для наилучшего рассеивания тепла, либо по меньшей мере часть их может обеспечиваться зеркальной отражающей поверхностью, чтобы минимизировать потерю света, который не поглощается, но отражается на поверхностях. Например, чтобы заменить галогеновую лампу Н8 предшествующего уровня техники, которая имеет стойку в качестве электрического соединения с нитью накала, тянущуюся параллельно ей, предпочтительно использовать только один поддерживающий стержень 28 в том же положении, что и стойка электрического соединения.
Чтобы заменить галогеновую лампу Н8 предшествующего уровня техники, светодиодная лампа 10 сконструирована, чтобы обеспечить излучение света из светодиодной компоновки 20, которое является близким с излучением света из галогеновой лампы накаливания Н8 предшествующего уровня техники. Решающим требованием является пространственное распределение света, то есть, как интенсивность света, излучаемого из светодиодной компоновки 20, распределяется по различным направлениям освещения.
В большинстве автомобильных ламп части света, используемые в головных осветительных приборах 50, таких как показанные на фиг. 17, в основном являются частями, излучаемыми на стороны лампы 10. Таким образом, распределение света в плоскости Р отсчета, показанной на фиг. 1-4, ориентированной горизонтально, то есть, перпендикулярно продольной оси L лампы 10, наиболее важно. Фиг. 15а показывает, для отсчетной галогеновой лампы Н8, распределение интенсивности под различными углами в этой плоскости в виде пунктирной линии. Интенсивность света, излучаемого под углами 0-360°, показана как почти постоянная (где значения интенсивности, измеренные в канделах, нормализуются, так что интенсивность показана, для почти всех углов, как значение 100%). Только под углом 180° кривая показывает провал 51, где свет блокируется стойкой электрического соединения.
Фиг. 15b показывает распределение интенсивности под углами 0-360° в вертикальной плоскости, параллельной продольной оси L. Для отсчетной галогеновой лампы Н8 предшествующего уровня техники, распределение интенсивности в этой плоскости показано в виде пунктирной линии. Эта кривая интенсивности показывает максимум 56 интенсивности в направлении плоскости Р отсчета, то есть, под углами 90° и 270°. Благодаря крышке 30 и основанию 12, свет, излучаемый под углами вокруг продольной оси L, затеняется, поэтому кривая показывает центральный минимум 52 вокруг 180° и, в направлениях вокруг 0°, другой минимум 54, где излучаемый свет затеняется в основании 12 галогеновой лампы Н8 предшествующего уровня техники.
При конструировании светодиодной лампы 10 со светодиодной компоновкой 20 для замены галогеновой лампы предшествующего уровня техники, целью, таким образом, достижение настолько близко, насколько необходимо (с ограничениями, задаваемыми автомобильными спецификациями), такого же распределения света, как и у ламп накаливания предшествующего уровня техники, в частности, относительно однородного распределения в горизонтальной плоскости (фиг. 15а). С другой стороны, светодиодная компоновка 20, излучающая свет, должна по своим внешним размерам приближаться к намотанной нити 8 накала галогеновых ламп предшествующего уровня техники, и располагаться в том же положении относительно опорной кромки 16.
Настоящее изобретение рассматривает общую идею и примерные варианты осуществления этой идеи, как достигнуть относительно небольшой конструкции для светодиодной компоновки 20, обеспечивающей распределение света, достаточно однородное, чтобы заменить галогеновую лампу предшествующего уровня техники. Основная идея состоит в том, чтобы располагать светодиодные сборки 30, 32, обе, смещенные и под углом поворота γ.
Как показано на увеличенной части фиг. 2, светодиодная компоновка 20 состоит, в первом примере, из двух светодиодных сборок 30, 32, установленных на общий установочный каркас, или стержень, 22. Как дополнительно проиллюстрировано на фиг. 5а, 5b, каждая из двух светодиодных сборок 30, 32 состоит из трех плоских светодиодных элементов 34а, 34b, 34с; 36а, 36b, 36с. Светодиодные сборки расположены вдоль продольной оси А, которая также может быть названа осью вращения А, и которая в показанном примере ориентирована параллельно продольной оси L светодиодной лампы 10.
Светодиодные элементы 34а, 34b, 34с; 36а, 36b, 36 с все имеют одинаковый тип. Каждый светодиодный элемент содержит, как лучше видно на фиг. 5b, прямоугольную пластину, действующую в качестве плоского ровного держателя 38, на котором установлен светодиодный чип 40. Светодиодный чип 40 излучает свет в основном полупространство над плоскостью поверхности держателя. Распределение интенсивности излучаемого света в идеале может являться распределением ламбертовского излучателя. В показанном предпочтительном примере светодиодного элемента без первичной оптики, главное оптическое направление излучения света перпендикулярно плоскости поверхности держателя 38. Отдельные главные оптические направления светодиодных элементов 34а, 34b, 34с; 36а, 36b, 36с показаны в виде стрелок на фиг. 5а. Пластина 38 держателя предоставляет электрический контакт светодиодному чипу 40, и служит для механической установки и теплового контакта.
В предпочтительном показанном варианте осуществления, электрические контакты закреплены через пластину держателя на ее задней части, где они подключены к структурированным электрическим проводам (не показаны) на поверхности установочного стержня 22.
Такие ровные плоские светодиодные элементы доступны, например, у Philips Lumileds Lighting Company. Например, светодиодные элементы типа Luxeon С имеют длину, параллельную оси А, составляющую 2,04 мм, и ширину, перпендикулярную А, составляющую 1,64 мм. Светодиодный чип, то есть, светоизлучающая поверхность, типично имеет размеры 1×1 мм2. При рабочих токах, например, в 500 мА, световой поток, создаваемый из этого типа светодиодного элемента, составляет 120 лм.
Как видно из вида на фиг. 5 вдоль оси вращения А, каждая светодиодная сборка 30, 32 содержит три таких светодиодных элемента, расположенных (в поперечном сечении) в треугольной конфигурации вокруг центрального установочного стержня 22. Установочный стержень 22 также имеет треугольную форму в поперечном сечении и содержит сформированные по-разному части, чтобы разместить обе светодиодные сборки 30, 32. Как видно из фигур, светодиодные элементы 34а, 34b, 34с расположены на центральном установочном стержне 22 с их краями, находящимися рядом друг с другом, чтобы получить светодиодную сборку 32 небольших внешних размеров. Прямоугольные светодиодные элементы расположены своим более длинным размером параллельно оси А, что также приводит к меньшим размерам перпендикулярно оси А. В каждой из светодиодных сборок 30, 32, светодиодные элементы 34а, 34b, 34с; 36а, 36b, 36с расположены параллельно оси вращения А, то есть, плоскости, определяемые поверхностями каждого из держателей 38, параллельны оси вращения А.
Дополнительно, светодиодные сборки 30, 32 заключают угол поворота γ друг с другом, как видно из вида вдоль оси вращения А на фиг. 5а. Угол поворота γ может быть определен между первым светодиодным элементом 34а из первой светодиодной сборки 32 и вторым светодиодным элементом 36а из второй светодиодной сборки 30, как показано на фиг. 5а. Этот угол поворота приводит к равному углу между главными оптическими направлениями светодиодных элементов 34а, 36а.
В показанном примере угол поворота γ равен 60°. Эти значения были выбраны благодаря симметричному расположению трех светодиодных элементов 34а, 34b, 34с для каждой из светодиодных сборок 30, 32, которое симметрично относительно поворота для 360°/3=120°. Как будет понятно специалисту, угол поворота γ, равный половине значения угла симметрии, приводит к равному распределению других главных оптических направлений (обозначенных стрелками на фиг. 5) вокруг оси поворота А.
Светодиодные сборки 30, 32 расположены смещенными друг от друга вдоль оси вращения А. Как дополнительно видно из фиг. 5b, так как расположение светодиодного чипа 40 на держателе 38 не является полностью симметричным, светодиодные элементы из двух светодиодных сборок 30, 32 поворачиваются на 180° с тем, чтобы светодиодные чипы 40 располагались рядом друг с другом.
Светодиодные сборки 30, 32 расположены своими соответствующими краями прямо рядом друг с другом с тем, чтобы конструкция, из которой излучается свет, была настолько компактной, насколько это возможно. В показанном примере светодиодные сборки 30, 32 смещены вдоль оси вращения А чуть более чем на их длину с тем, чтобы первая и вторая светодиодные сборки 30, 32 располагались близко друг к другу.
Очень компактная конструкция, получаемая посредством расположения двух светодиодных сборок 30, 32 рядом друг с другом смещенными вдоль оси вращения А, служит для получения светодиодной компоновки 20, где внешние размеры очень напоминают внешние размеры галогеновой нити 8 накала предшествующего уровня техники.
Дополнительно, повернутое расположение предоставляет очень однородное распределение света в горизонтальной плоскости. Как показано на фиг. 15а, 15b, где пунктирная линия обозначает интенсивность для различных углов в центральной горизонтальной плоскости Р (фиг. 15а) и вертикальной плоскости, параллельной L (фиг. 15b), измеренная интенсивность первого варианта осуществления светодиодной лампы 10 приближается к распределению интенсивности галогеновой лампы Н8 предшествующего уровня техники (штрихованная линия).
Как показано на фиг. 15а, кривая интенсивности показывает четыре провала 56 из-за четырех поддерживающих стержней 28, которые в показанном примере имеют поглощающую свет, не отражающую поверхность. В качестве альтернативного примера использовались поддерживающие стержни 28 с зеркальной отражающей поверхностью. Распределение интенсивности этого альтернативного примера показано на фиг. 15а сплошной линией. Благодаря отражающим свойствам поддерживающих стержней 28, провалы 56 менее заметны для этого альтернативного примера. Однако отражающие зеркальные поверхности могут приводить к изображению с дополнительными виртуальными источниками света из-за отражения, что может вызвать блики. Тем не менее, как в варианте осуществления фиг. 1-3, так и в альтернативном варианте осуществления интенсивность приближается к распределению лампы Н8 предшествующего уровня техники. Измеренная интенсивность колеблется вокруг 100% лишь с небольшими отклонениями. Таким образом, светодиодная лампа фиг. 1-3 со светодиодной компоновкой фиг. 5а, 5b хорошо подходит для светодиодной замены галогеновых ламп предшествующего уровня техники. Дополнительный предпочтительный вариант осуществления с всего одним поддерживающим стержнем 28, расположенным под углом 180° (не показано), будет подходить еще ближе к свойствам оригинальной Н8.
В вертикальной плоскости измеренное распределение интенсивности (пунктирная линия) также приближается к лампе Н8 предшествующего уровня техники (сплошная линия) довольно близко. Благодаря конструкции крышки 30 и охлаждающие конструкции 24, те же провалы 52, 54 видны на результирующем распределении интенсивности.
Для замены галогеновой лампы предшествующего уровня техники, показанной на фиг. 4, светодиодная компоновка 20 предпочтительно расположена своей осью вращения/сдвига А, совпадающей с ось намотанной нити 8 накала предшествующего уровня техники. Для ламп, в которых главным образом свет, излучаемый на стороны, используется в головном осветительном приборе 50 (см. фиг. 17), было доказано, что эта ориентация дает хорошие результаты.
Фиг. 6 показывает альтернативный пример светодиодной компоновки, в которой дополнительно к светодиодной сборке 30, 32 третья светодиодная сборка 33 предоставляется на установочном стержне 22. Третья светодиодная сборка 33 опять же расположена по оси, например, расположена со сдвигом вдоль оси вращения А относительно других светодиодных сборок 30, 32. Она расположена под углом поворота относительно второй светодиодной сборки 32. В показанном примере третья светодиодная сборка 33 расположена под углом поворота 0° относительно первой светодиодной сборки 30, но в других альтернативных вариантах осуществления она могла бы располагаться под другим углом поворота, чтобы обеспечивать еще более однородное распределение. Также, может предоставляться больше дополнительных светодиодных сборок.
Фиг. 7а, 7b показывают третий пример светодиодной компоновки, где меньшее количество светодиодных компонентов расположено на установочном каркасе 22 в ассиметричном расположении. Первая светодиодная сборка 30а, вторая светодиодная сборка 32а и третья светодиодная сборка 33а, каждая из которых содержит только один светодиодный элемент, установленный на общий установочный стержень 22, расположены в смещенной конфигурации вдоль оси вращения А, и каждая имеет угол поворота γ, равный 60°. Так как всего три светодиодных элемента расположены под углом поворота 60° каждый, распределение интенсивности в центральной плоскости Р приведет к тому, что равномерное распределение будет достигаться только для половины пространства (не показано). Такая светодиодная компоновка может использоваться для приложений, в которых достаточна однородная интенсивность лишь для половины пространства, таких как, например, для замены галогеновых ламп предшествующего уровня техники, которые содержат экранирующую пластину (например, Н4), чтобы ограничивать распределение света.
Фиг. 8а, 8b, 9а, 9b показывают другие дополнительные примеры светодиодных компоновок. На фиг. 8а, 8b первая светодиодная сборка 30b и вторая светодиодная сборка 32b каждая содержит четыре светодиодных элемента, установленных вокруг квадратного установочного стержня 22. Первая и вторая светодиодная сборка 30b, 32b расположены смещенными вдоль оси вращения А, и имеют угол поворота γ, равный 45° (половина угла симметрии 90°).
В дополнительном примере фиг. 9а, 9b, каждая из двух светодиодных сборок 30с, 32с содержит 5 светодиодных элементов. Опять же, светодиодные сборки расположены смещенными вдоль оси вращения А, и имеют угол поворота γ, равный 36°.
Фиг. 10 показывает второй вариант осуществления светодиодной лампы 110. Светодиодная лампа 100 предназначена для замены автомобильной сигнальной лампы, показанной на фиг. 14. Как светодиодная лампа 110, так и сигнальная лампа предшествующего уровня техники имеют основание 112 лампы, содержащее электрические контакты и механические опорные элементы для расположения лампы в гнезде для автомобильной лампы для сигнальных целей, таких как, например, для индикатора поворота, тормозных фонарей, т.д.
Лампа предшествующего уровня техники является лампой накаливания, содержащей вольфрамовую нить 108 накала. Чтобы заменить лампу предшествующего уровня техники фиг. 14, светодиодная лампа фиг. 10 включает в себя светодиодную компоновку 120. Светодиодная компоновка 120 устанавливается на основание 112 с помощью опоры 122. Электрическая схема возбуждения (не показана) встроена в основание 112 и электрически соединена со светодиодной компоновкой 120.
Охлаждающая компоновка 124 содержит три охлаждающих диска 126, установленных на опоре 122. Дополнительно, охлаждающая конструкция 124 содержит охлаждающие ребра 127, ориентированные вертикально, параллельно продольной оси светодиодной лампы 110. Охлаждающая компоновка 124 служит, чтобы рассеивать тепло, генерируемое при функционировании схемой возбуждения внутри основания 112 лампы и светодиодной компоновкой 120.
Как показано на фиг. 11, светодиодная компоновка 120 содержит первую светодиодную сборку 130 и вторую светодиодную сборку 132. В этом случае, как первая, так и вторая светодиодная сборка 130, 132 содержит только один светодиодный элемент 134, 136. Каждый из светодиодных элементов 134, 136 состоит из прямоугольной плоской пластины 138 держателя и установленного на нее светодиодного чипа 140.
Светодиодные элементы 134, 136 из светодиодных сборок 130, 132 установлены параллельно продольной оси А, то есть, плоскости, определенные поверхностями пластин 138 держателя, параллельны оси А, как показано на фиг. 11.
Светодиодные элементы 134, 136 и, следовательно, также светодиодные сборки 130, 132 расположены, относительно оси вращения А, чтобы иметь угол поворота γ, как показано в виде фиг. 13 вдоль оси вращения А. Дополнительно, светодиодные сборки 130, 132 расположены в смещенной конфигурации, то есть линейно расположены в направлении, параллельном оси вращения А. В показанном примере светодиодные элементы 134, 136 расположены прямо рядом друг с другом, то есть сдвиг между ними почти равен длине светодиодных элементов 134, 136. Таким образом, светодиодные элементы 134, 136 расположены радом друг с другом, чтобы сформировать компактную светоизлучающую конструкцию.
Угол поворота γ, под которым расположены светодиодные элементы 134, 136 (фиг. 13), приводит к углу света, определенному между главными направлениями света светодиодных элементов (показанных на фиг. 13 стрелками). Так как в настоящем примере светодиодные элементы содержат светодиодные чипы 140 без оптики, излучение идеально близко к ламбертовскому излучателю, поэтому главное оптическое направление будет перпендикулярно плоскости держателя 138. Таким образом, угол света в данном случае будет равен углу поворота γ.
Дополнительно, в показанном примере светодиодные элементы 136, 134 обеспечиваются в зеркальной конфигурации с тем, чтобы они - в виде вдоль оси вращения А - были по меньшей мере частично направлены друг к другу. Таким образом, их главные оптические направления формируют пересекающиеся линии в этом виде.
В конструкции светодиодной лампы 110, чтобы заменить лампу предшествующего уровня техники, показанную на фиг. 14, ось вращения А располагается параллельно местоположению намотанной нити 108 накала лампы предшествующего уровня техники. Светодиодная компоновка 120 располагается, посредством опоры на основании 112, в том же положении, что и нить накала в лампе предшествующего уровня техники.
Фиг. 16а, 16b показывают результирующее распределение света, то есть относительную интенсивность (измеренную в канделах, но показанную здесь в виде нормированных значений) света, излучаемого из лампы 110. Фиг. 16а показывает распределение интенсивности в горизонтальной плоскости Р (фиг. 13), в то время как фиг. 16b показывает распределение интенсивности в вертикальной плоскости, параллельной продольной оси L лампы 110 (фиг. 10). В виде пунктирной линии на фиг. 16b показана спецификация излучения минимальной интенсивности, требуемой автомобильными нормами. Для углов вокруг 180°, где расположено основание 112, излучение света не требуется. Кривые распределения света светодиодной лампы 110 с двумя светодиодными сборками 130, 132, каждая всего с одним светодиодным элементом 134, 136, показана на фиг. 15а, 15b пунктирными линиями.
В горизонтальной плоскости Р распределение интенсивности светодиодной лампы 110 фиг. 10 показывает два максимума при углах 90° и 270°, то есть, перпендикулярно охлаждающим ребрам 127 и светодиодным элементам 140. Затенение охлаждающими ребрами 127 происходит только под углами около 0° и 180°, то есть в направлениях, где интенсивность света уже минимальна. По существу, распределение интенсивности в горизонтальной плоскости Р приближается к таковому лампы накаливания предшествующего уровня техники (фиг. 14), где вольфрамовая нить 108 накала излучает свет относительно небольшой интенсивности в своем продольном направлении.
В вертикальной плоскости, параллельной продольной оси L, излучение света, показанное пунктирной линией, имеет центральный минимум 62, где свет затеняется на охлаждающих дисках 126. Под углами между 200° и 330° излучение света не требуется, поэтому это затенение не является проблемой.
Дополнительные провалы 60 заметны, где свет от одного светодиодного чипа 140 затеняется другим, соответственно. Тем не менее, требуемое распределение интенсивности (пунктирная линия) приближено в достаточной степени.
Фиг. 12 показывает альтернативную компоновку 120а из четырех светодиодных сборок, каждая, содержащая только один светодиодный элемент, расположенных повернутыми и разнесенными вдоль оси А.
Термины в единственном числе, в качестве используемых в материалах настоящей заявки, определены как один или более, чем один. Термин множество, в качестве используемого в материалах настоящей заявки, определен как два или более, чем два. Термин другой, в качестве используемого в материалах настоящей заявки, определен как по меньшей мере второй или более. Термины включающий в себя и/или имеющий, в качестве используемых в материалах настоящей заявки, определены как «содержащий» (то есть, открытый язык, не исключающий других элементов или этапов). Любые символы ссылок в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничивающих объем формулы изобретения.
Сам факт, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что комбинация этих критериев не может быть использована с выгодой.
Термин «соединенный», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, определен как «соединенный», хотя, не обязательно прямо, и не обязательно механически
Реферат
Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является улучшенное распределение и уменьшение размеров. Осветительное устройство или светодиодная лампа (10) содержит первую и вторую светодиодную сборку (30, 32). Каждая светодиодная сборка (30, 32) содержит по меньшей мере один светодиодный элемент (34a, 34b, 34c; 36a, 36b, 36c) со светодиодным кристаллом (40) и держателем (38) с плоской поверхностью для поддержания светодиодного кристалла (40). Светодиодный кристалл (40) излучает свет с главным оптическим направлением. Первая и вторая светодиодные сборки (30, 32) установлены относительно друг друга с тем, чтобы по меньшей мере первый светодиодный элемент (34a) из первой светодиодной сборки (30) и второй светодиодный элемент (36a) из второй светодиодной сборки (32) заключали угол поворота (γ) между их соответствующими плоскими поверхностями относительно оси вращения (A), чтобы включать угол света между первым и вторым главными оптическими направлениями. Ось вращения (A) параллельна плоскости плоской поверхности по меньшей мере одного светодиодного элемента (36a). Первая и вторая светодиодные сборки (30, 32) расположены со смещением относительно друг друга параллельно упомянутой оси вращения (A). 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 17 ил.
