Светоизлучающая конструкция для улучшенного охлаждения - RU2631418C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к твердотельным светоизлучающим конструкциям, в частности к таким, которые пригодны для замены обычных ламп.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Замена ламп накаливания в целях защиты окружающей среды в настоящее время реализуется посредством энергосберегающих флуоресцентных ламп, а также с использованием решений на основе твердотельных устройств, в частности светоизлучающих диодов (светодиодов). В то время как люминесцентные лампы излучают примерно в 6 раз больше света на ватт мощности и имеют срок службы до 10,000 часов, что в 10 раз дольше, чем лампы накаливания, светодиодная лампа требует энергии на 90% меньше, чем лампы накаливания и на 50% меньше, чем энергосберегающая люминесцентная лампа, и она может гореть до 50,000 часов. Другие преимущества светодиодных ламп по отношению к люминесцентным лампам заключаются в их мгновенном включении, возможности ослабления света и в использовании экологически чистых компонентов, которые можно утилизировать как обычный мусор, поскольку никакая ртуть в них не присутствует. Переход к освещению на основе светодиодов производится при полном соблюдении формы баллона ламп с низким световым выходом.

В заменяющих лампы накаливания лампах на основе светодиодов, которые обычно называют модернизированными лампами, поскольку эти лампы часто конструируются таким образом, чтобы иметь баллон с внешним видом обычной лампы, чтобы ввертываться в обычные цоколи и т.д., проводник нити накаливания заменен на один или более светодиодов. Атмосферой внутри баллона может быть воздух или гелий. Однако проблемой для модернизированных ламп на основе светодиодов является охлаждение светодиодов. Перегрев светодиодов может привести к снижению срока службы, снижению светового выхода или к выходу светодиодов из строя. Из-за недостаточного охлаждения некоторые виды ламп до сих пор не удалось реализовать, в частности светодиодные лампы с высоким световым выходом для замены ламп накаливания мощностью 60, 75 или 100 Вт.

Следовательно, в данной области техники существует потребность в усовершенствованных лампах на основе светодиодов, способных заменить лампы накаливания, имеющие высокий световой выход.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является устранить эту проблему и предложить светоизлучающее устройство с улучшенным управлением теплом.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения эта и другие задачи решены посредством светоизлучающей конструкции, содержащей

- набор светоизлучающих элементов, выполненных с возможностью испускания первичного света, расположенных на по меньшей мере частично цилиндрическом или кольцеобразном носителе, имеющем внутреннюю поверхность, обращенную во внутреннее пространство, по меньшей мере частично охваченное упомянутым носителем, и внешнее пространство, и в котором светоизлучающие элементы расположены так, что их светоизлучающие поверхности направлены внутрь, чтобы испускать свет в сторону внутреннего пространства, и

- трубчатый элемент преобразования длины волны, имеющий огибающее тело, содержащее внутреннюю огибающую светоприемную поверхность, направленную во внутреннее пространство, частично охваченное упомянутым элементом преобразования длины волны, и внешнюю огибающую поверхность, причем элемент преобразования длины волны расположен смежно с упомянутым носителем для приема света, испускаемого упомянутыми светоизлучающими элементами через упомянутую внутреннюю огибающую светоприемную поверхность, этот трубчатый элемент преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования части первичного света, испускаемого светоизлучающими элементами, во вторичный свет, и испускания упомянутого вторичного света с упомянутой внутренней огибающей поверхности, а также с упомянутой внешней огибающей поверхности и передачи части первичного света без преобразования.

Во время работы светоизлучающие элементы, главным образом, испускают свет внутрь конструкции, и по меньшей мере часть этого света принимается внутренней светоприемной поверхностью элемента преобразования длины волны.

Как правило, светоизлучающие элементы испускают свет только в одном направлении, причем это направление является направлением внутрь, в сторону внутренней области конструкции. Следовательно, светоизлучающие элементы расположены со своими светоизлучающими поверхностями, обращенными внутрь, и со своими задними неизлучающими сторонами, обращенными наружу. Такое расположение обеспечивает улучшенный теплоотвод от светоизлучающих элементов и носителя и, кроме того, предотвращает взаимное нагревание светоизлучающих элементов. Далее, распределение светоизлучающих элементов равномерно по окружности носителя также улучшает отвод тепла и исключает, насколько это возможно, нагрев светоизлучающими элементами друг друга.

В том смысле, как он здесь используется, термин "трубчатый" относится к удлиненной полой конструкции, возможно, имеющей один или более открытых концов. По меньшей мере часть трубчатой конструкции может иметь замкнутую огибающую поверхность. В контексте настоящего изобретения имеется в виду, что термин "трубчатый" относится к цилиндрическим структурам, а также к коническим, усеченным коническим, воронкообразным структурам и им подобным структурам, имеющим круговое поперечное сечение, и, кроме того, - к треугольным, прямоугольным и другим многоугольным структурам, имеющим многоугольное поперечное сечение. Элемент преобразования длины волны предпочтительно может иметь форму конуса или усеченного конуса. Далее, трубчатый элемент преобразования длины волны может иметь такое отношение размеров сторон, которое соответствует форме колбы обычной лампочки. Например, диаметр трубчатого элемента преобразования длины волны может быть около 3 см или меньше, чем 3 см, а отношение сторон при этом может быть около 4 или меньше, чем 4.

Носитель может быть по крайней мере частично изогнутым. Следовательно, его внутренняя поверхность может быть вогнутой, а внешняя поверхность может быть выпуклой.

Носитель по меньшей мере частично является цилиндрическим или имеет кольцевую форму. Однако этот носитель не обязательно закрыт, но мог бы иметь, например, спиральную форму. Светоизлучающие элементы могут быть равномерно распределены вдоль упомянутого носителя. В вариантах исполнения светоизлучающие элементы могут быть расположены по внутренней поверхности носителя, чтобы испускать свет во внутреннее пространство конструкции. Однако предусмотрено также, что светоизлучающие элементы могут быть расположены по внешней поверхности прозрачного носителя, чтобы испускать свет во внутреннее пространство конструкции через носитель.

Носитель и элемент преобразования длины волны, как правило, могут иметь поперечные сечения одной и той же или подобной формы и размера, так чтобы они легко могли быть соединены между собой без избыточной утечки наружу первичного света. Носитель обычно выставлен по оси с упомянутым элементом преобразования длины волны с образованием трубчатой конструкции. Внутренняя поверхность носителя может быть по меньшей мере частично отражающей.

В вариантах исполнения элемент преобразования длины волны образует трубчатую конструкцию с открытыми концами или образует ее часть (например, вместе с теплоотводом). "С открытыми концами" означает наличие по меньшей мере одного открытого конца. В некоторых вариантах исполнения трубчатая конструкция может иметь два открытых конца. Два открытых конца позволяют газу протекать через светоизлучающую конструкцию и обусловливают "эффект дымохода", который возникает, когда градиент температуры внутри трубчатой конструкции приводит к движению газа через эту конструкцию и вокруг нее. В результате дополнительно улучшается охлаждение светоизлучающей конструкции.

В вариантах исполнения носитель может быть выполнен на конце, как вариант, - на открытом конце трубчатого элемента преобразования длины волны. Альтернативно, носитель может быть расположен на огибающем теле трубчатого элемента преобразования длины волны или составлять его часть, например центральную область огибающего тела. Например, носитель может быть расположен на внутренней огибающей поверхности в окружном направлении.

В вариантах исполнения светоизлучающая конструкция в соответствии с изобретением дополнительно содержит обеспеченный на упомянутом носителе по меньшей мере один элемент перенаправления света, чтобы направлять свет, испускаемый упомянутыми светоизлучающими элементами, в направлении внутренней огибающей светоприемной поверхности элемента преобразования длины волны. Примеры таких легких элементов перенаправления света включают (зеркальные) отражатели, коллиматоры полного внутреннего отражения и линзы "свободной формы". В частности, элементом перенаправления света может являться отражатель. Как вариант, часть носителя может быть выполнена с возможностью выполнения функции элемента перенаправления света, т.е. элемент перенаправления света может быть выполнен интегрально с носителем. Элемент перенаправления света, если он изготовлен из теплопроводного материала, такого как металл, может дополнительно обеспечивать охлаждение.

По меньшей мере один элемент перенаправления света может быть выполнен с возможностью направления света, испускаемого одним светоизлучающим элементом, в сторону от другого светоизлучающего элемента. Таким образом, по меньшей мере, один из упомянутых светоизлучающих элементов посредством элемента перенаправления света может быть защищен от приема света, испускаемого другим из указанных светоизлучающих элементов. Такое экранирование светоизлучающих элементов от света, испускаемого другими светоизлучающими элементами, повышает оптическую эффективность.

В вариантах исполнения каждый светоизлучающий элемент может быть обеспечен элементом перенаправления света.

В некоторых вариантах исполнения носитель может быть выставлен по оси с элементом преобразования длины волны с образованием трубчатой конструкции и, таким образом, может образовать открытый конец упомянутой трубчатой конструкции. Элемент перенаправления света может быть выполнен таким образом, чтобы предотвращать, чтобы свет от связанного с ним светоизлучающего элемента выходил из трубчатой конструкции на том конце, где расположен носитель

В вариантах исполнения светоизлучающее устройство дополнительно содержит теплоотвод, соединенный с упомянутым носителем по стороне носителя, направленной от элемента преобразования длины волны. Такая конструкция еще больше улучшает перенос тепла от светоизлучающего элемента.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится к лампе, в частности к так называемой модифицированной лампе, содержащей светоизлучающую конструкцию, такую как описанную здесь, которая по меньшей мере частично окружена по меньшей мере частично прозрачной оболочкой. Оболочка может быть заполнена газом, например гелием или воздухом, или смесями из них, чтобы улучшить перенос тепла и обеспечить возможность охлаждения круговой циркуляцией газа внутри светоизлучающей конструкции и (или) через нее.

Светоизлучающая конструкция или лампа, содержащая эту светоизлучающую конструкцию, может быть выполнена с возможностью обеспечения высокого светового выхода, обычно по меньшей мере в 400 лм, например 400-1000 люмен. То есть эта светоизлучающая конструкция может содержать достаточное количество светоизлучающих элементов для получения по меньшей мере 400 лм. Такой высокий световой выход без перегрева, который приводит к сокращению срока службы, уменьшению светового выхода и (или) выходу светодиода из строя, обусловлен превосходным охлаждающим эффектом, обеспеченным светоизлучающей конструкцией в соответствии с настоящим изобретением.

Следует отметить, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, приведенных в пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, иллюстрирующие вариант(ы) исполнения изобретения.

Фиг.1 показывает вид в перспективе трубчатой конструкции, содержащей трубчатый элемент преобразования длины волны и множество светоизлучающих элементов, расположенных на носителе, в соответствии с вариантами исполнения изобретения.

Фиг.2 показывает вид в перспективе другой трубчатой конструкции, содержащей трубчатый элемент преобразования длины волны и множество светоизлучающих элементов, расположенных на носителе, в соответствии с вариантами исполнения изобретения.

Фиг.3 показывает вид сбоку поперечного сечения устройства по фиг.2.

Фиг.4 показывает вид сбоку поперечного сечения другой трубчатой конструкции, содержащей трубчатый элемент преобразования длины волны и множество светоизлучающих элементов, расположенных на носителе, в соответствии с вариантами исполнения изобретения.

На фиг.5 показан вид в перспективе другой трубчатой конструкции, содержащей трубчатый элемент преобразования длины волны, множество светоизлучающих элементов, расположенных на носителе, а также теплоотвод в соответствии с вариантами исполнения изобретения.

На фиг.6 представлен поэлементный вид конструкции по фиг.5.

На фиг.7 показан вид сбоку модифицированной лампы, содержащей светоизлучающее устройство в соответствии с вариантами исполнения настоящего изобретения.

На фиг.8 показан вид сбоку модифицированной лампы, содержащей светоизлучающее устройство в соответствии с другими вариантами исполнения изобретения.

На фиг.9 показан вид сбоку модифицированной лампы, содержащей светоизлучающее устройство в соответствии еще с одними вариантами исполнения изобретения.

Фиг.10 представляет собой график, показывающий световой выход (лм) в функции тока возбуждения (А) для лампы, содержащей светоизлучающее устройство в соответствии с вариантами исполнения настоящего изобретения.

Фиг.11 представляет собой график, показывающий температуру (°C) как функцию тока возбуждения (А) для лампы, содержащей светоизлучающее устройство в соответствии с вариантами исполнения изобретения.

В том виде, как это показано на чертежах, размеры слоев и областей в иллюстративных целях могут быть преувеличены и, таким образом, они предназначены для общих иллюстраций конструкций вариантов исполнения настоящего изобретения. Одинаковые ссылочные позиции везде относятся к подобным элементам.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение теперь будет описано более полно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты исполнения изобретения. Однако данное изобретение может быть выполнено во многих различных формах и не должно быть истолковано как ограниченное вариантами исполнения, изложенными в данном документе; эти варианты исполнения, скорее, предоставлены для широты и полноты описания, и специалистам в данной области полностью передают объем изобретения.

Фиг.1 иллюстрирует трубчатую конструкцию 100, содержащую кольцеобразный носитель 10, несущий множество светоизлучающих элементов 20, расположенных на конце трубчатого элемента 30 преобразования длины волны, имеющего форму цилиндра. Поперечные сечения носителя 10 и элемент 30 преобразования длины волны подобраны таким образом, что они могут образовывать единую сборку. Светоизлучающие элементы 20, которые могут быть светодиодными чипами с синим излучением, как вариант, помещенные в корпуса в соответствии с известными способами, упорядочены в ряд на внутренней вогнутой поверхности носителя. Как правило, светоизлучающие элементы 20 расположены вдоль носителя предпочтительно на одинаковых расстояниях друг от друга. Например, количество использованных светодиодных чипов может быть в диапазоне от 2 до 20, например от 2 до 10, от 3 до 10, от 4 до 10 или же от 5 до 10. Распределение светоизлучающих элементов, равномерное по окружности трубчатой конструкции, улучшает тепловое распространение и устраняет, насколько это возможно, нагрев светоизлучающими элементами друг друга.

Во время работы светоизлучающих элементов излучают свет, главным образом, во внутреннюю часть сборки, и по меньшей мере часть этого света принимается внутренней светоприемной поверхностью 31 элемента 30 преобразования длины волны. Как правило, светоизлучающие элементы испускают свет только в одном направлении, причем это направление является направлением внутрь во внутреннюю полость конструкции. Следовательно, светоизлучающие элементы расположены таким образом, что их светоизлучающая поверхность обращена внутрь, а их неизлучающая задняя сторона направлена наружу. Такое расположение обеспечивает повышенный отвод тепла от светоизлучающих элементов и носителя и еще более предотвращает светоизлучающие элементы от нагрева друг другом. Как вариант, к светоизлучающим элементам или к носителю со стороны внешней поверхности могут быть подсоединены дополнительные теплоотводящие конструкции для того, чтобы дополнительно улучшить отвод тепла.

Элемент преобразования длины волны содержит материал, преобразующий длину волны, который может преобразовывать первичный свет во вторичный свет, обычно в свет с большей длиной волны. Преобразованный вторичный свет испускается из элемента преобразования длины волны во всех направлениях, включая испускание света с внутренней вогнутой поверхности, а также с направленной наружу внешней выпуклой поверхности 32, которая здесь называется также светоизлучающей поверхностью, чтобы отличить ее от внутренней светоприемной поверхности 31. Эта внешняя выпуклая светоизлучающая поверхность 32 обычно не получает никакого первичного света, испускаемого светоизлучающими элементами 20.

В дополнение к излучению преобразованного света элемент преобразования длины волны, как правило, передает часть первичного света, испускаемого светоизлучающими элементами 20, без преобразования. Следовательно, в вариантах исполнения изобретения выходной свет может содержать смесь первичного света и вторичного (преобразованного) света. В зависимости от типа светоизлучающих элементов и выбора материала, преобразующего длину волны, выходной свет может быть белым светом или светом любого требуемого цвета.

Светоизлучающие элементы могут быть светодиодными кристаллами или светодиодными модулями или сборками. Светоизлучающие элементы, в частности, могут быть выполнены с возможностью излучения синего света. Множество светоизлучающих элементов может быть выполнено с возможностью получения общего светового выхода в диапазоне от 400 до 100 лм, например, по меньшей мере 500 лм или по меньшей мере 700 лм.

Носителем, на котором расположены светоизлучающие элементы, может быть, например, печатная плата, пластина из материала "флексфойл" или рамка с внешними выводами, и он имеет такую форму, чтобы соответствовала трубчатому элементу преобразования длины волны. Носитель может быть теплопроводным, обычно выполненный из теплопроводящего материала.

Элемент преобразования длины волны и, как вариант, любая пластина преобразования длины волны, как правило, содержит люминесцентный материал, или смесь нескольких люминесцентных материалов для преобразования первичного света во вторичный свет, имеющий другое спектральное распределение. Подходящие люминесцентные материалы, в том виде, как они используются в вариантах исполнения настоящего изобретения, включают неорганические люминофоры, такие как легированный алюмоиттриевый гранат (YAG) или алюмолютециевый гранат (LuAG), органические люминофоры, органические флуоресцентные красители и "квантовые точки", которые являются весьма подходящими для целей вариантов исполнения настоящего изобретения.

Квантовые точки представляют собой небольшие кристаллы полупроводникового материала, обычно имеющий ширину или диаметр всего в несколько нанометров. При возбуждении падающим светом квантовая точка излучает свет цвета, определенного размером и материалом кристалла. Поэтому свет определенного цвета может быть получен посредством "адаптации" размера точек. Наиболее известные квантовые точки с излучением в видимом диапазоне основаны на селениде кадмия (CdSe) с оболочкой, такой как сульфид кадмия (CdS) и сульфид цинка (ZnS). Кроме того, могут быть использованы бескадмиевые квантовые точки, такие как фосфид индия (InP), сульфид индия-меди (CuInS₂) и (или) сульфида индия-серебра (AgInS₂). Квантовые точки демонстрируют очень узкую полосу излучения и, таким образом, они излучают насыщенные цвета. Кроме того, цвет излучения может быть легко настроен адаптацией размера квантовых точек. В вариантах исполнения настоящего изобретения может быть использован любой тип квантовой точки, известной в данной области техники. Тем не менее по причинам безопасности и охраны окружающей среды может быть предпочтительным использование бескадмиевых квантовых точек или по крайней мере квантовых точек, имеющих очень низкое содержание кадмия.

Органические флуоресцентные красители, помимо всего прочего, имеют то преимущество, что их молекулярная структура может быть построена таким образом, чтобы положение спектрального максимума можно было "настраивать". Примерами подходящих материалов органических флуоресцентных красителей для использования в настоящем изобретении являются органические люминесцентные материалы на основе производных перилена, например соединения, продаваемые компанией BASF под наименованием Lumogen®. Примеры подходящих соединений включают, но ими не ограничиваются, Lumogen® Red F305 (красный), Lumogen® Orange F240 (оранжевый), Lumogen® Yellow F083 (желтый) и Lumogen® F170.

Примеры неорганических фосфорных материалов включают, но ими не ограничиваются, церий (Се), легированный алюминиево-иттриевый гранат YAG (Y₃Al₅O₁₂) или алюмолютециевый гранат LuAG (Lu₃Al₅O₁₂). Церий, легированный YAG, излучает желтоватый свет, в то время как церий, легированный LuAG, излучает желтовато-зеленоватый свет. Примеры других неорганических материалов люминофоров, которые излучают красный свет, могут включать в себя, но ими не ограничиваются, ECAS и BSSN; причем ECAS есть Ca_1-хAlSiN₃:Eu_х, где 0<х≤1, предпочтительно 0<х≤0,2; а BSSN есть Ba_2-х-zM_хSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z, где M представляет Sr или Ca, 0≤х≤1, 0≤у≤4, a 0,0005≤z≤0,05 и предпочтительно 0≤х≤0,2.

Фиг.2 иллюстрирует другую трубчатую конструкцию 200, содержащую кольцеобразный носитель 10, несущий множество светоизлучающих элементов 20 и элемент 40 преобразования длины волны, имеющий светоприемную внутреннюю поверхность 41 и светоизлучающую внешнюю поверхность 42. Конструкция 200 аналогична конструкции по фиг.1, за исключением особенной формы элемента 40 преобразования длины волны и положения носителя 10. В конструкции, показанной на фиг.2, элемент 40 преобразования длины волны имеет слегка коническую форму, образуя полый усеченный конус или воронку. Кроме того, носитель 10 не расположен на конце элемента 40 преобразования длины волны, а вместо этого обеспечен ближе к середине элемента 40 преобразования длины волны, как это видно в продольном направлении. Однако допустимо, что носитель 10 может быть предусмотрен в любом положении между концами 43, 44 элемента 40 преобразования длины волны. Во время работы светоизлучающие элементы 20 испускают первичный свет внутрь трубчатого элемента 40 преобразования длины волны, причем этот первичный свет принимается через светоприемную внутреннюю поверхность 41 элемента преобразования длины волны и после преобразования испускается в виде вторичного света, помимо всего прочего, через внешнюю поверхность 42.

Хотя тело преобразования длины волны изображено на фиг.1 и 2 в виде цилиндра, оно может иметь любую требуемую форму, включая коническую, усеченную коническую, прямоугольную, треугольную или (как вариант, усеченную) пирамидальную и т.д.

Хотя трубчатая конструкция по фиг.1 и 2 показана как имеющая открытые концы, в некоторых вариантах исполнения можно предпочтительно использовать устройство, которое на одном или обоих концах является закрытым. Например, по меньшей мере один из концов 43, 44 (см. фиг.2) может быть закрыт, например, отражающей пластинкой, как описано ниже со ссылкой на фиг.6, или пластиной преобразования длины волны. Другая возможность состоит в том, что элемент преобразования длины волны выполнен в виде одной детали, имеющей закрытый конец и один открытый конец (который, в свою очередь, может быть закрыт отражающей пластиной).

Фиг.3 показывает вид сбоку поперечного сечения конструкции 200, выполненного вдоль продольной оси, указанной на фиг.2. Как показано на фиг.3, на носителе 10 предусмотрены - в виде отражателей 50, окружающих каждый светоизлучающий элемент 20, чтобы направлять свет в сторону элемента преобразования длины волны. Отражатели 50 выполнены из высоко отражающего материала, обычно зеркально отражающего материала с высоким коэффициентом отражения. Отражатель 50 направляет свет, предпочтительно весь свет, испускаемый светоизлучающим элементом 20, прямо или косвенно - к светоприемной внутренней поверхности 41 элемента 40 преобразования длины волны. Отражатели обычно имеют такую форму и расположены таким образом, чтобы предотвращать выход первичного света, испускаемого светоизлучающими элементами из трубчатой конструкции непосредственно через открытый конец 43 или открытый конец 44. Следует отметить, что отражатели, изображенные на фиг.3, в равной степени применимы и к варианту с использованием цилиндрического элемента преобразования длины волны.

Отражатели могут быть сформированы в виде неразъемной части носителя, например, образованы обработкой, включающей в себя обрезку и придание формы, если носитель является рамкой с внешними выводами, или же это может быть установленная на носителе отдельная часть, прикрепленная к нему, например, сваркой. Альтернативно, отражатели могут составлять часть светодиодной сборки, и, таким образом, могут быть установлены вместе со светодиодом.

Как вариант, отражатели могут быть теплопроводными и способствовать рассеянию тепла от светоизлучающих элементов.

Фиг.4 показывает вид сбоку в поперечном сечении конструкции 400 с двумя открытыми концами, содержащей кольцевой носитель 10, несущий на своей внутренней поверхности 11 множество светоизлучающих элементов 20а, 20b, и элемент 60 преобразования длины волны, имеющий внутреннюю светоприемную поверхность 61 и внешнюю поверхность 62. Светоизлучающие элементы 20 упорядочены на внутренней поверхности, чтобы испускать первичный свет внутрь кольца, определенного носителем 10 и в сторону внутренней области элемента 60 преобразования длины волны, так что этот свет воспринимается светоприемной внутренней поверхностью 61. Вокруг каждого светоизлучающего элемента 20 обеспечены элементы перенаправления света в виде отражателей или участков 70, 71 отражателя, чтобы направлять первичный свет в сторону элемента 60 преобразования длины волны и чтобы по меньшей мере частично защищать нижний (как показано на чертеже) открытый конец от светового излучения, так чтобы предпочтительно никакой свет, испускаемый из светоизлучающего элемента 20, не мог выходить прямо из устройства 400, не будучи принятым элементом 60 преобразования длины волны или не будучи по меньшей мере единожды отраженным отражателем 70 или отражающим участком носителя 10. Участок 70 отражателя, имеющий эту функцию выходного экранирования, может быть расположен рядом со светоизлучающим элементом 20 на его противоположной стороне по отношению к элементу 60 преобразования длины волны. В частности, участки 70 отражателя могут быть расположены под светоизлучающими элементами, как это видно, когда это цилиндрическое или частично коническое устройство находится в вертикальном положении и наклонено в сторону светоизлучающих элементов. Кроме того, участку 71 отражателя может быть придана такая форма, чтобы исключить, чтобы свет, испускаемый одним светоизлучающим элементом 20а, прямо достигал другого светоизлучающего элемента 20b, и наоборот, что повышает оптическую эффективность устройства. В варианте исполнения, показанном на фиг.4, участок 71 отражателя имеет искривленную форму. Как можно видеть на фиг.4, участки 70, 71 отражателей могут быть асимметричными.

Каждый из отражателей 70, 71 может быть сформирован как интегральная часть носителя, светодиодной сборки или выполнен как установленная на носителе дополнительная часть и, как вариант, опционально может быть наделен теплоотводящей функцией, как описано выше.

Фиг.5 иллюстрирует еще один вариант исполнения конструкции 500, предназначенной для использования в светоизлучающем устройстве. Конструкция 500 содержит трубчатый элемент 30 преобразования длины волны, имеющий цилиндрическую форму, который может быть подобным элементу преобразования длины волны, описанному выше со ссылкой на фиг.1, и множество светоизлучающих элементов 20, расположенных на кольцеобразном носителе 10. Носитель подсоединен к элементу 30 преобразования длины волны на одном из открытых концов этого элемента преобразования длины волны. С носителем 10 физически и термически связан теплоотвод 80. Обычно носитель является теплопроводным для передачи тепла, создаваемого во время работы светоизлучающих элементов 20, теплоотводу, который может отводить тепло от этого устройства. Как вариант, как показано на фиг.6, который представляет собой поэлементный вид светоизлучающей конструкции 600, который также содержит теплоотвод 80, отражающая пластина 601 может представлять собой крышку, чтобы закрывать конец трубчатой конструкции, образованной носителем 10 и элементом 30 преобразования длины волны.

Теплоотвод 80 выполнен из теплопроводящего материала. Примеры подходящих материалов для теплоотводов специалистам в данной области техники известны и включают в себя графит, медь или другие в сильной степени теплопроводящие материалы. Этот теплоотвод может иметь форму и размер с поперечным сечением, соответствующим носителю 10, например, в общем, цилиндрическую или частично коническую форму. Однако возможно, чтобы теплоотвод имел любую форму и был прикреплен к носителю 10 в любом подходящем положении. Как правило, теплоотвод может иметь большую площадь поверхности. В вариантах исполнения, представленных на фиг.5 и 6, теплоотвод имеет цилиндрическую проксимальную часть, соединенную с элементом 30 преобразования длины волны и (или) с носителем 10 и расширенную дистальную часть с бульшим поперечным сечением, чем поперечное сечение элемента преобразования длины волны. Например, дистальная часть теплоотвода может содержать один или несколько фланцев, расположенных вдоль окружности цилиндрической проксимальной части. В других вариантах исполнения теплоотвод может не иметь цилиндрического участка. В некоторых вариантах исполнения теплоотвод может быть объединен с носителем 10, например, таким образом, что при этом носитель 10 образует цилиндрическую часть, соединенную с элементом 30 преобразования длины волны. В таких вариантах исполнения по окружности упомянутого носителя или участка носителя теплоотвода могут быть расположены один или несколько фланцев (см., например, фиг.9).

Фиг.7-9 иллюстрируют применение настоящего изобретения, в так называемой модифицированной лампе. Фиг.7 представляет собой вид сбоку модифицированной лампы 700, которая имеет цоколь 701 и оболочку 702, которая может иметь форму колбы обычной лампы накаливания. Цоколь выполнен с возможностью совмещения с обычным патроном для ламп накаливания. Светоизлучающая конструкция 703 расположена в корпусе и соединена с соответствующей управляющей электроникой (не показана), что специалисту будет понятно. Светоизлучающая конструкция 703 содержит множество светоизлучающих элементов 20, упорядоченных в виде матрицы на кольцеобразном носителе 710, который вставлен в элемент преобразования длины волны или пересекает его. Светоизлучающие элементы (не показаны) расположены так, чтобы испускать свет в направлении внутренней стороны кольца, определенного носителем 710 и трубчатым элементом 730 преобразования длины волны, таким образом, чтобы свет принимался светоприемной внутренней поверхностью элемента преобразования длины волны.

Преобразованный свет испускается из всего элемента преобразования длины волны, включая внешнюю поверхность 732. Кроме того, элементом преобразования длины волны может передаваться не преобразованный первичный свет. В результате, элемент преобразования длины волны воспринимается как светоизлучающий цилиндр, обеспечивающий равномерное световое излучение, которое может быть высокой интенсивности.

Оболочка 702 может быть прозрачной или полупрозрачной, например матовой. Оболочка может быть выполнена из стекла или любого другого подходящего материала, известного специалистам в данной области техники.

Пространство, заключенное в цоколе 701 и в оболочке 702, может быть заполнено газом, обычно воздухом или гелием, чтобы переносить тепло, создаваемое светоизлучающим устройством. Кроме того, использование открытой трубчатой конструкции может дополнительно улучшить охлаждение светоизлучающей конструкции, обусловленное "эффектом дымохода", который возникает, когда градиент температуры внутри трубчатой конструкции приводит к току газа через эту трубчатую конструкцию и к возникновению циркуляции внутри оболочки 702.

Чтобы исключить препятствия току газа внутри оболочки 702, трубчатая конструкция может быть устроена на одном или нескольких опорных проводах, присоединяющих цоколь 701 к концу трубчатой конструкции.

На фиг.8 показан вид сбоку варианта исполнения лампы 800, подобной лампе 700, показанной на фиг.7, но в варианте по фиг.8 светоизлучающее устройство содержит расположенный рядом и соосно выставленный с элементом 830 преобразования длины волны носитель 810, аналогичный описанным в вышеприведенных вариантах, например, по фиг.1 и 4. Светоизлучающие элементы расположены таким образом, чтобы испускать свет в направлении внутренней стороны кольца, определенного носителем 810 и трубчатым элементом 830 преобразования длины волны, так, чтобы этот свет воспринимался светоприемной внутренней поверхностью этого элемента преобразования длины волны. Преобразованный свет испускается из всего элемента преобразования длины волны, включая внешнюю поверхность 832. Кроме того, на нижней части светоизлучающей конструкции расположен теплоотвод 880, направленный в сторону цоколя 701, чтобы рассеивать тепло, выделяемое светоизлучающими элементами во время работы. Подобно вариантам исполнения, показанным на фиг.7, элемент 830 преобразования длины волны расположен в стоячем положении, при этом один конец, включающий в себя теплоотвод, расположен ближе к цоколю, а противоположный, открытый конец элемента преобразования длины волны расположен дальше от цоколя.

Наконец, фиг.9 показывает вид сбоку еще одного варианта исполнения лампы 900, содержащей светоизлучающую конструкцию 903, включающую в себя множество светоизлучающих элементов (не показаны), расположенных на внутренней поверхности кругового носителя 910, и элемент 930 преобразования длины волны. Носитель 910 вставлен в элемент преобразования длины волны или пересекает его, как описано выше, например, со ссылками на фиг.2, 3 или 7. Светоизлучающие элементы расположены таким образом, чтобы испускать свет в направлении внутренней стороны кольца, определенного носителем 910 и трубчатым элементом 930 преобразования длины волны, так, чтобы этот свет воспринимался светоприемной внутренней поверхностью этого элемента преобразования длины волны. Преобразованный свет испускается из всего элемента преобразования длины волны, включая внешнюю поверхность 932. В отличие от вариантов исполнения, показанных на фиг.7 и 8, светоизлучающая конструкция 903 находится не в вертикальном, стоячем положении, а расположена таким образом, что поверхность его образующей обращена к цоколю, а оба конца трубчатого элемента 930 преобразования длины волны обращены к оболочке 702. Кроме того, носитель 910 физически прикреплен к теплоотводу 980 и термически связан с ним, каковой в данном случае состоит из двух фланцев, продолжающихся из внешней поверхности носителя 910 на его боковой стороне и направленных в сторону цоколя 701. Предполагается, что носитель 910, как описано выше, может составлять часть теплоотвода.

Пример

Элемент преобразования длины волны был изготовлен путем нанесения 2% люминофора YAG:Ce на (поли)терефталатовую фольгу (PET-фольга). Эта фольга содержала также Lumogen F305, красный фосфор, от компании BASF. Фольге была придана форма усеченного цилиндрического конуса высотой в 5 см. Гибкая фольга из материала каптон с медными электропроводящими дорожками, несущая на себе 6 чипов масштабно собранных светодиодов с синим излучением от компании Lumileds, имеющих светоизлучающую поверхность в 0,5 мм², была сформирована в виде кольца (с окружностью 72 мм) таким образом, чтобы светодиоды были направлены внутрь, и прикреплена к коническому элементу преобразования длины волны с помощью теплоотвода, выполненного из графитовой пленки, соединенной с каптоновой пленкой, имеющей форму кольца с клапанами. Светодиоды на гибкой каптоновой фольге были размещены на расстоянии 12 мм друг от друга.

Лампа была изготовлена с использованием светоизлучающей конструкции, как она описана выше, расположенной внутри стеклянной колбы.

Световой выход и температура были записаны для увеличения тока возбуждения. Фиг.10 показывает световой выход (в люменах) в функции тока возбуждения (А). Температура измерялась с задней стороны светодиодов с помощью термопары. Общий световой выход измерялся в калиброванной интегрирующей сфере. Как можно видеть на этой иллюстрации, на этой установке может быть получено до 700 лм без какого-либо существенного отрицательного эффекта от нагрева. Фиг.11 показывает температуру (°С) в функции тока возбуждения. При токе в 0,7 А, который давал около 700 лм, температура достигала 120°C, что для этого приложения считается удовлетворительным.

Специалист в данной области техники понимает, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено вышеописанными предпочтительными вариантами исполнения. Напротив, в пределах объема, определенного приложенными пунктами формулы изобретения, возможны его многочисленные модификации и изменения.

Кроме того, специалистами в данной области при практической работе с заявленным изобретением в результате изучения чертежей, описания, а также приложенных пунктов формулы изобретения могут быть придуманы и внесены изменения в раскрытые варианты исполнения. В этих пунктах слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а признак единственного числа не исключает множественности. Тот простой факт, что некоторые размеры указываются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что для получения преимущества не может быть использована комбинация этих размеров.

Реферат

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение светового выхода за счет улучшения охлаждения. Светоизлучающая конструкция содержит набор светоизлучающих элементов (20), расположенных на носителе (10), имеющем внутреннюю поверхность (11), обращенную во внутреннее пространство, по меньшей мере, частично охваченное упомянутым носителем, и внешнюю поверхность (12), при этом светоизлучающие элементы (20) расположены своими светоизлучающими поверхностями внутрь, с возможностью испускания света в направлении внутреннего пространства, трубчатый элемент (30) преобразования длины волны, имеющий огибающее тело, содержащее внутреннюю огибающую светоприемную поверхность (31), направленную во внутреннее пространство, частично охваченное упомянутым элементом преобразования длины волны, и внешнюю огибающую поверхность (32). Элемент (30) преобразования длины волны расположен смежно с упомянутым носителем (10) для приема света, испускаемого упомянутыми светоизлучающими элементами (20) через упомянутую внутреннюю огибающую светоприемную поверхность (31). 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула