Лампы на основе сид и системы управления теплом от них - RU2523052C2

Чертежи

Показать все 10 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам управления теплом источников света. Более конкретно, различные способы и устройства согласно изобретению, раскрытые здесь, относятся к лампам, использующим источники света на основе СИД, сконфигурированным с возможностью эффективного рассеяния тепла в окружающее пространство посредством теплового излучения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цифровые технологии освещения, т.е. освещение на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИД), предлагают жизнеспособную альтернативу традиционным люминесцентным лампам, разрядным лампам высокой интенсивности и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИД включают в себя высокое преобразование энергии и оптическую эффективность, долговечность, меньшие эксплуатационные расходы и многое другое. Последние достижения в технологии СИД обеспечили эффективные и надежные источники полноспектрального освещения, которые делают возможным множество эффектов освещения во многих применениях. Некоторые из осветительных приборов и светильников, воплощающих эти источники, отличаются наличием осветительного модуля, включающего в себя один или более СИД, способных обеспечивать различные цвета, например красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления выходом СИД для создания множества цветов и эффектов освещения с изменением цвета, например, как подробно рассмотрено в патентах США №№ 6016038 и 6211626, включенных в настоящее описание путем ссылки.

Несмотря на повышение эффективностей, различные типы современных источников света по-прежнему могут вырабатывать существенные количества тепла. Это может представлять собой важный вопрос для рассмотрения в конфигурации ламп, использующих соответствующие источники света. Лампы на основе источников света накаливания, например, могут рассеивать большую часть создаваемого тепла в виде инфракрасного излучения. Другие типы источников света, включающие в себя СИД, обычно не рассеивают тепло посредством инфракрасного излучения настолько эффективно, насколько источники света накаливания.

Способность рассеивать тепло от источника света или лампы может рассматриваться как в качестве преимущества, так и также в качестве недостатка в зависимости от типа лампы. Она может быть выгодной для охлаждения источника света, а также лампы, но она также может рассматриваться в качестве недостатка, когда существует необходимость удерживать тепло в нити накала источника света накаливания и поддерживать нить накала при заданной температуре. В действительности, светильники, использующие источники света накаливания, выполнены для удерживания тепла так, чтобы обеспечить возможность поддерживать постоянную, достаточно высокую рабочую температуру нити накала и рассеивать только количество тепла в окружающее пространство, которое безопасно для эксплуатации лампы. В противоположность, источники света на основе СИД, например, обычно выполнены для поддержания СИД при заданной, в общем смысле, низкой рабочей температуре с тем, чтобы сохранить срок службы и эксплуатационные характеристики источников света на основе СИД.

Независимо от типа источника света, применяемого в лампе или светильнике, ее конструкция обычно определяется, по меньшей мере, двумя требованиями - во-первых, способностью освещать окружающую среду заданным образом и, во-вторых, типом применяемых источников света. В то время как первое требование обычно определяет оптическую конструкцию светильника, последнее определяет характеристики рассеяния тепла среди составных частей светильника, а также между светильником и окружающей средой.

Что касается охлаждения источников света на основе СИД, необходимо рассмотреть несколько аспектов. Хотя имея способность преобразовывать электрическую энергию в свет более эффективно, чем лампы накаливания, СИД могут создавать значительные количества ненужного тепла. Сверх того, СИД обычно вырабатывают свет и тепло, концентрирующееся на небольших площадях и окруженное конструкциями из сплошного материала, которые, причем являясь достаточно проницаемыми в видимой части электромагнитного спектра, могут препятствовать эффективному рассеянию тепла от инфракрасного излучения. Это может представлять собой особенно сложный вопрос для рассмотрения в конструкции источников света на основе СИД для освещения пространства.

Например, хотя является возможным использовать активное охлаждение посредством вентилятора для светильника, использующего источники света на основе СИД, это может вызвать другую проблему, заключающуюся в том, что срок службы вентилятора может быть меньше, чем срок службы составных частей СИД, что привело бы к ненужной замене светильника со все еще работающими составными частями. Дополнительный результат использования вентилятора заключается в том, что, где бы ни имел место поток воздуха, часто происходит нарастание пыли вследствие статического электричества. Заряженные частицы пыли часто притягиваются к заземленным теплоотводам, лопастям вентилятора и решеткам вентилятора, и это уменьшает эффективность любой системы охлаждения.

Некоторые из традиционных решений для улучшения рассеяния тепла стремятся обеспечить заданную тепловую взаимосвязь между источниками света и, по меньшей мере, некоторой частью светильника и, по существу, пытаются использовать светильник в качестве теплоотвода для источников света. Другие традиционные решения рассматривают улучшение способности светильника рассеивать тепло в окружающую среду и могут варьироваться от увеличения площади поверхности светильника до назначения заданных условий эксплуатации лампы, а также условий окружающей среды, включая схемы потребления электроэнергии и требования для минимальной вентиляции, интервала и ограничения использования светильников в диапазоне заданных температур окружающей среды.

Известные решения для управления теплом иногда включают применение распределителей тепла для увеличения площадей поверхности источников света на основе СИД, которые могут применяться в качестве замен для традиционных, например, галогенных и негалогенных ламп накаливания. Эти известные источники света на основе СИД, однако, типично стремятся обеспечить хорошее общее рассеяние тепла в относительно произвольных направлениях.

Составляющая охлаждения за счет излучения СИД типично является несущественной по сравнению с теплопроводностью и конвекцией, которые используются более традиционно. Тепловое излучение типично является неэффективным вследствие небольшого размера микросхемы СИД или блока СИД в сочетании с температурой, гораздо более близкой к комнатной температуре, чем у нити накала или разряда. Хотя радиаторные пластины могут быть включены в светильник в качестве средства охлаждения, может не быть достаточного физического пространства для включения радиаторов с достаточной площадью.

Другие известные системы освещения на основе СИД используют специально сконфигурированные окна дома или здания в качестве формы источника света для внутреннего освещения. Такие окна могут включать в себя два разнесенных оконных стекла, отделенных теплоизоляционным средством, с источниками света, которые размещены на одном оконном стекле для направления света в одном направлении и для направления тепла в противоположном направлении. Система освещения может применяться в окнах для обеспечения внутреннего освещения, при этом избегая распространения тепла через внутреннюю поверхность окна. Другая аналогичная система освещения на основе СИД включает в себя СИДы, размещенные на одной стороне оптического основания. Свет, излучаемый СИДами, излучается в и через оптическое основание по направлению к стороне, противоположной источникам света. Слой теплопроводного материала нанесен на сторону оптической подложки с СИД для работы в качестве теплораспределяющего средства. Обе системы освещения, однако, рассеивают тепло в пространство на одной стороне источника света, при этом освещая другую сторону.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание изобретения направлено на способы и устройства для улучшения рассеяния тепла в пределах осветительной системы и от осветительной системы в окружающую среду через передний конец осветительной системы в том же общем направлении, что и ее испускание света.

В общем смысле, в одном аспекте, изобретение относится к лампе, которая включает в себя источник света на основе СИД, сконфигурированный с возможностью излучения света в первом направлении, и оптически проницаемый элемент, который взаимодействует оптически и с возможностью теплопередачи с источником света на основе СИД. Оптически проницаемый элемент сконфигурирован с возможностью передачи через него тепла, создаваемого источником света на основе СИД, в окружающее пространство, по существу, в первом направлении.

В некоторых вариантах осуществления лампа дополнительно включает в себя оптическую систему, которая оптически взаимодействует с источником света на основе СИД и выполнена для перенаправления света к оптически проницаемому элементу. Оптически проницаемый элемент может быть покрыт одним или более слоями первого покрытия для улучшения испускания инфракрасного излучения от оптически проницаемого элемента на границе раздела между оптически проницаемым элементом и окружающим пространством. Первое покрытие может быть дополнительно сконфигурировано с возможностью обеспечения заранее определенного коэффициента теплопроводности. Также оптически проницаемый элемент может быть покрыт одним или более слоями второго покрытия для улучшения отражения инфракрасного излучения в оптически проницаемый элемент на границе раздела между оптически проницаемым элементом и внутренней частью лампы. Второе покрытие может быть дополнительно сконфигурировано с возможностью обеспечения заранее определенного коэффициента теплопроводности.

В одном варианте осуществления лампа дополнительно включает в себя тепловую трубку, обеспечивающую взаимодействие с возможностью теплопередачи источника света на основе СИД с оптически проницаемым элементом. Тепловая трубка может быть соединена с возможностью теплопередачи с первым и/или вторым покрытием.

Оптически проницаемый элемент может включать в себя один или более первых элементов, содержащих первый материал, имеющий первую теплопроводность, и один или более вторых элементов, содержащих второй материал, имеющий вторую теплопроводность, бόльшую, чем первая теплопроводность. В соответствии с определенными вариантами осуществления, первый материал является оптически прозрачным. Также, один или более вторых элементов могут образовывать сотовую конструкцию, соединенную с возможностью теплопередачи с одним или более первых элементов.

Во многих вариантах осуществления лампа дополнительно включает в себя уплотнительную систему, в которой оптическая система и оптически проницаемый элемент образуют внутреннее пространство, причем уплотнительная система, оптическая система и оптически проницаемый элемент совместно герметизируют внутреннее пространство относительно окружающего пространства. Внутреннее пространство может быть вакуумировано до заданного давления.

В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения оптически проницаемый элемент включает в себя выполненный в виде одного целого композиционный материал, например поликристаллическую керамику.

В общем смысле, в другом аспекте, изобретение относится к лампе, включающей в себя источник (54) света на основе СИД, излучающий свет в первом направлении; оптически проницаемый элемент, взаимодействующий оптически и с возможностью теплопередачи с источником света на основе СИД, при этом оптически проницаемый элемент сконфигурирован с возможностью передачи через него тепла, создаваемого источником света на основе СИД, в окружающее пространство, по существу, в первом направлении; и оптическую систему, оптически взаимодействующую с источником света на основе СИД и сконфигурированную с возможностью направления света к оптически проницаемому элементу. Оптическая система и оптически проницаемый элемент образуют внутреннее пространство, вакуумированное до заданного давления или заполненное теплоизоляционной текучей средой.

В еще одном другом аспекте предложен способ рассеяния тепла от источника света на основе СИД лампы через оптически проницаемый элемент лампы, причем способ содержит этапы, на которых обеспечивают взаимодействие оптически и с возможностью теплопередачи источника света на основе СИД и оптически проницаемого элемента и конфигурируют оптически проницаемый элемент для передачи через него тепла, создаваемого источником света на основе СИД, в окружающую среду снаружи от лампы.

Следует понимать, что использующийся здесь для целей настоящего описания изобретения термин "СИД" включает в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции носителей/p-n-перехода, которая способна создавать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин СИД включает, но не ограничиваясь этим, различные структуры на основе полупроводников, которые излучают свет в ответ на электрический ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИД), электролюминесцентные ленты и тому подобное. В частности, термин СИД относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть выполнены для создания излучения в одном или более из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных частей видимой области спектра (в общем смысле, включающей длины волн излучения приблизительно от 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИДов включают, но не ограничиваясь этим, различные типы инфракрасных СИДов, ультрафиолетовых СИДов, СИДов красного свечения, СИДов синего свечения, СИДов зеленого свечения, СИДов желтого свечения, СИДов янтарного свечения, СИДов оранжевого свечения и СИДов белого свечения (дополнительно рассмотренных ниже). Также следует понимать, что СИДы могут быть сконфигурированы и/или управляемы с возможностью создания излучения, имеющего различные диапазоны частот (например, полная ширина на половине максимума или ПШПМ) для данного спектра (например, узкий диапазон частот, широкий диапазон частот) и множество доминирующих длин волн в пределах данной общей цветовой категоризации.

Например, одно воплощение СИД, сконфигурированного с возможностью создания, по существу, белого света (например, СИД белого свечения), может включать в себя некоторое количество кристаллов, которые, соответственно, излучают разные спектры электролюминесценции, которые, в комбинации, смешиваются для образования, по существу, белого света. В другом воплощении СИД белого света может быть связан с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере этого воплощения электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкий спектр диапазона частот, "накачивает" кристаллический люминофор, который, в свою очередь, испускает излучение большей длины волны, имеющее несколько более широкий спектр.

Также следует понимать, что термин СИД не ограничивает тип физического и/или электрического исполнения СИД. Например, как рассмотрено выше, СИД может относиться к одному светоизлучающему устройству, имеющему множество кристаллов, которые выполнены так, чтобы соответственно излучать разные спектры излучения (например, которые могут быть или могут не быть управляемыми по отдельности). Также, СИД может быть связан с люминофором, который рассматривается в качестве составной части СИД (например, некоторые типы СИД белого свечения). В общем, термин СИД может относиться к корпусированным СИД, некорпусированным СИД, СИД поверхностного монтажа, СИД бескорпусного монтажа на печатной плате, СИД с монтажом Т-образного исполнения, СИД с радиальным исполнением, СИД силового исполнения, СИД, включающим в себя некоторый тип заключенного в оболочку элемента и/или оптического элемента (например, рассеивающую линзу), и т.д.

Следует понимать, что термин "источник света" ссылается на любой один или более из множества источников излучения, включающих, но не ограничиваясь этим, источники на основе СИД (включающие в себя один или более СИД, как определенные выше) и другие типы электролюминесцентных источников. Данный источник света может быть сконфигурирован с возможностью создания электромагнитного излучения в пределах видимой области спектра, вне видимой области спектра или комбинации и того и другого. Следовательно, термины "свет" и "излучение" используются в настоящем описании взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве выполненной в виде одного целого составной части один или более фильтров (например, цветовых фильтров), линз или других оптических составных частей. Также следует понимать, что источники света могут быть выполнены для множества применений, включающих, но не ограничиваясь этим, индикацию, визуальное отображение и/или освещение. "Источник освещения" представляет собой источник света, который, в частности, сконфигурирован с возможностью создания излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте "достаточная интенсивность" относится к достаточной мощности излучения в видимой области спектра, создаваемой в пространстве или окружающей среде (единица измерения "люмены" часто используется для представления полной светоотдачи от источника света во всех направлениях, с точки зрения мощности излучения или "светового потока"), для обеспечения освещения окружающего пространства (т.е. света, который может восприниматься косвенно и который может, например, отражаться от одной или более из множества промежуточных поверхностей до восприятия в целом или частично).

Термин "осветительный блок" используется здесь для ссылки на устройство, включающее в себя один или более источников света одинаковых или разных типов. Данный осветительный блок может иметь любую из множества схем расположения для источника(ов) света, конструкций и форм кожуха/корпуса и/или конфигураций электрического и механического соединения. Кроме того, данный осветительный блок по желанию может быть связан с (например, включать в себя, быть соединенным с и/или заключенным в корпус вместе с) различными другими составными частями (например, схемой управления), относящимися к работе источника(ов) света. "Осветительный блок на основе СИД" относится к осветительному блоку, который включает в себя один или более источников света на основе СИД, как рассмотренные выше, исключительно или в комбинации с другими источниками света не на основе СИД. "Многоканальный" осветительный блок относится к осветительному блоку на основе СИД или не на основе СИД, который включает в себя, по меньшей мере, два источника света, выполненных так, чтобы соответственно создавать разные спектры излучения, причем каждый спектр разных источников может называться "каналом" многоканального осветительного блока.

Термины "лампа", "осветительный прибор" или "светильник" используются здесь для ссылки на воплощение или конструкцию одного или более осветительных блоков в конкретном форм-факторе, сборке или корпусе. Более конкретно, термин "лампа", как использующийся здесь, относится к устройству для модульного применения в осветительном приборе и обеспечивает источник света для осветительного прибора. Лампа может быть выполнена с возможностью легкой замены другой лампой того же самого или взаимозаменяемого типа. Лампа, в общем смысле, включает в себя один или более источников света или осветительных блоков, обеспечивающих источник света для лампы.

Следует понимать, что все комбинации вышеприведенных идей и дополнительных идей, рассмотренных более подробно ниже (при условии, что такие идеи не являются взаимно несовместимыми), предполагаются как часть сущности изобретения, раскрытой здесь. В частности, все комбинации заявленной сущности изобретения, появляющиеся в конце настоящего описания изобретения, предполагаются как часть сущности изобретения, раскрытой здесь. Также следует понимать, что терминология, явно использующаяся здесь, которая также может появляться в любом описании изобретения, включенном путем ссылки, должна соответствовать значению, наиболее согласующемуся с конкретными идеями, раскрытыми здесь.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает продольный разрез лампы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 изображает продольный разрез лампы в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фиг.3A изображает вид сверху оптически проницаемого элемента лампы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.3B изображает вид сбоку оптически проницаемого элемента, показанного на фиг.3A;

фиг.4 изображает вид сверху оптически проницаемого элемента лампы в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фиг.5A изображает вид сверху окна для лампы в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фиг.5B изображает разрез по линии A-A на фиг.5A;

фиг.6 изображает продольный разрез лампы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.7 изображает продольный разрез лампы в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фиг.8 изображает продольный разрез лампы в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;

фиг.9 изображает продольный разрез лампы в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как и в случае конфигурации ламп вообще, рассеяние тепла в СИД лампах, использующих источник света на основе СИД, может быть сложным. СИД могут создавать существенные количества тепла, причем обычно требуя гораздо меньших рабочих температур, чем нити накала в лампах накаливания. Например, СИД лампа, которая предназначена для использования в качестве замены для одного из многих существующих типов ламп накаливания, может требовать других характеристик рассеяния тепла, чем ее аналог - лампа накаливания, для того, чтобы быть способной предотвратить перегрев СИД в лампе. Выполнение СИД лампы в качестве теплоотвода таким образом, что она легко выделяет тепло куда-либо в окружающую среду, может быть недостаточным для охлаждения СИД в лампе в достаточной мере. Рассеяние тепла в совершенно произвольных направлениях от совершенно любой части СИД лампы может вызвать накопление тепла, особенно когда СИД лампа используется в комбинации с определенными типами приборов. Следовательно, может быть необходимым, чтобы СИД лампа была выполнена для обеспечения требуемых характеристик управления теплом. В более общем смысле, заявители определили и осознали, что было бы выгодным рассеивать тепло в сторону от лампы, в сущности, в направлениях, в которых СИД лампа или соответствующий прибор излучают свет, в окружающую среду.

Ввиду вышеприведенного, различные варианты осуществления и воплощения настоящего изобретения направлены на лампу с управлением теплом.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения предложена СИД лампа, которая включает в себя источник света на основе СИД. Источник света на основе СИД может включать в себя один или более СИД. Лампа включает в себя оптически проницаемый элемент, который взаимодействует оптически и с возможностью теплопередачи с источником света на основе СИД. Лампа и, в частности, оптически проницаемый элемент сконфигурирован с возможностью передачи тепла, создаваемого источником света на основе СИД, наружу от лампы через оптически проницаемый элемент. Лампа может дополнительно использовать оптическую систему, которая оптически взаимодействует с источником света на основе СИД, причем оптическая система сконфигурирована с возможностью перенаправления света от СИД к оптически проницаемому элементу.

На фиг.1 показан продольный разрез лампы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Лампа включает в себя, по меньшей мере, один источник 110 света на основе СИД и оптически проницаемый элемент 120. Лампа, в общем смысле, выполнена для направления света, излучаемого источником 110 света на основе СИД, по существу, по оптическому пути 101 к оптически проницаемому элементу 120. Лампа дополнительно включает в себя тепловую трубку 130, которая соединяет с возможностью теплопередачи оптически проницаемый элемент 120 и источник 110 света на основе СИД и сконфигурирована с возможностью передачи тепла в окружающее пространство через оптически проницаемый элемент.

На фиг.2 показан продольный разрез лампы в соответствии с другими вариантами осуществления. Лампа включает в себя источник 210 света на основе СИД и оптически проницаемый элемент 220. Лампа дополнительно включает в себя отражатель 230, который оптически соединяет 201 оптически проницаемый элемент 220 и источник 210 света на основе СИД. Источник 210 света на основе СИД размещен таким образом, что он, по существу, излучает свет непосредственно на отражатель 230, от которого свет, по существу, отражается. Свет может отражаться на оптически проницаемый элемент 220 или отражатель 230. Лампа в соответствии с этими вариантами осуществления сконфигурирована с возможностью, по существу, перенаправления света, излучаемого источником 210 света на основе СИД, вдоль оптического пути через отражатель 230 к оптически проницаемому элементу 220. Более того, лампа сконфигурирована с возможностью передачи тепла от источника 210 света на основе СИД, по существу, к оптически проницаемому элементу 220 и через оптически проницаемый элемент 220 в окружающее пространство.

Оптически проницаемый элемент

Оптически проницаемый элемент может быть сконфигурирован с возможностью обеспечения, по меньшей мере, части внутренней или внешней оболочки лампы. Оптически проницаемый элемент может иметь плоскую, в общем смысле криволинейную, шарообразную, грушевидную, трубчатую или другую форму в зависимости от варианта осуществления. Оптически проницаемый элемент может иметь заданную кривую изменения толщины, текстуру поверхности или шероховатость поверхности, которые могут быть, по меньшей мере, частично, определены для обеспечения оптически проницаемого элемента с заданными оптическими характеристиками. Для рассеяния тепла по и через оптически проницаемый элемент в некоторых вариантах осуществления оптически проницаемый элемент сконфигурирован с возможностью обеспечения общей теплопроводности. Например, хорошая общая теплопроводность может обеспечить оптически проницаемый элемент со способностью принимать более гомогенный температурный профиль с малыми температурными градиентами и способностью рассеивать существенные количества тепла.

В некоторых вариантах осуществления оптически проницаемый элемент по желанию может быть покрыт одним или более слоев первого покрытия, по меньшей мере, на участке границы раздела между оптически проницаемым элементом и внешней частью лампы. Первое покрытие может быть сконфигурировано с возможностью обеспечения требуемой способности излучения для инфракрасного, а также видимого и другого невидимого излучения от оптически проницаемого элемента наружу от лампы. Первое покрытие может быть дополнительно выполнено для обеспечения заданного коэффициента теплопроводности. На теплоперенос через оптически проницаемый элемент может дополнительно воздействовать конвекция внешней среды. Внешней средой может являться воздух или вода, например, или другое вещество в зависимости от применения лампы. Первое покрытие может быть дополнительно сконфигурировано с возможностью обеспечения заданных коэффициентов совместного теплопереноса конвекцией и излучением.

В некоторых вариантах осуществления оптически проницаемый элемент по желанию может быть покрыт одним или более слоев второго покрытия для обеспечения отражения инфракрасного, а также видимого и другого невидимого излучения в оптически проницаемый элемент, по меньшей мере, на участке границы раздела между оптически проницаемым элементом и внутренней частью лампы. Второе покрытие также может быть дополнительно сконфигурировано с возможностью обеспечения заранее определенного коэффициента теплопроводности. Аналогичные соображения применимы относительно конвекции рядом со вторым покрытием, обращенным к внутренней части лампы, соответствуя соображениям для первого покрытия на внешней части. Следовательно, второе покрытие также может быть сконфигурировано с возможностью обеспечения заранее определенного коэффициента конвективного теплопереноса. Коэффициент конвективного теплопереноса второго покрытия может быть высоким или низким в зависимости от варианта осуществления.

Можно предвидеть некоторое количество конфигураций одно- и многослойных первого и второго покрытий. Следует отметить, что соображения относительно коэффициентов лучистого и конвективного теплопереноса первого и второго покрытия также могут быть применимы, если оптически проницаемый элемент не покрыт, или к соответствующим поверхностям оптически проницаемого элемента, которые не покрыты.

В некоторых вариантах осуществления первое и/или второе покрытие могут быть сконфигурированы с возможностью обеспечения заранее определенной пропускаемости для инфракрасного или невидимого излучения, при этом также обеспечивая заранее определенную пропускаемость для видимого света. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения покрытия могут быть выполнены для обеспечения заранее определенного соотношения между пропускаемостью для видимого света и пропускаемостью для инфракрасного или невидимого излучения. Аналогичные соображения могут быть применены для определения композиции материала оптически проницаемого элемента.

В некоторых вариантах осуществления оптически проницаемый элемент может содержать выполненный в виде одного целого композиционный материал. Например, оптически проницаемый элемент может содержать аморфный, кристаллический или поликристаллический материал, один из многих разновидностей стекла или прозрачных пластиков, или керамику, такую как высокочистый или легированный иттрий-алюминиевый гранат, поликристаллический оксид алюминия или нитрид алюминия, или другие подходящие материалы.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения оптически проницаемый элемент может быть выполнен таким образом, чтобы включать в себя выполненную в виде одного целого тепловую трубку или содержать, по меньшей мере, часть тепловой трубки для обеспечения хорошего рассеяния тепла внутри и обеспечения возможности эффективного теплового взаимодействия с оптически проницаемым элементом. Выполненная в виде одного целого тепловая трубка может быть сконфигурирована с возможностью очень эффективного рассеяния тепла по всему оптически проницаемому элементу. Выполненные в виде одного целого тепловые трубки могут быть сконфигурированы несколькими способами, как показано на фиг.3A и фиг.3B или фиг.4, например.

На фиг.3A показан вид сверху оптически проницаемого элемента 300, который включает в себя тепловую трубку 310 спиральной формы. Тепловая трубка 310 может быть, по меньшей мере, частично прозрачной или полупрозрачной. На фиг.3B показан вид сбоку оптически проницаемого элемента на фиг.3A. На фиг.3B также показана рама 340 для функционального размещения оптически проницаемого элемента 300, и, более того, показана часть внешней тепловой трубки 330, функционально соединенной с рамой 340, для соединения с возможностью теплопередачи с источником света на основе СИД (не показан). На фиг.4 показан другой пример оптически проницаемого элемента 400 без рамы. Тепловая трубка 410 оптически проницаемого элемента, показанного на фиг.4, имеет форму кольца с выступающими спицами. Кольцо и спицы могут быть выполнены в виде одного целого или отдельно в зависимости от варианта осуществления. Следует отметить, что оптически проницаемые элементы, такие как 300 или 400, например, могут быть сконфигурированы с возможностью обеспечения заданных коэффициентов теплопереноса в направлении, по существу, радиально внутрь, или наружу, или в обоих направлениях. В некоторых вариантах осуществления внешняя тепловая трубка и оптически проницаемый элемент взаимосвязаны с возможностью теплопередачи через раму. В других вариантах осуществления внешняя тепловая трубка может быть неразъемно соединена с тепловой трубкой оптически проницаемого элемента (не показано).

В соответствии с другими вариантами осуществления оптически проницаемый элемент может быть сконфигурирован с возможностью преломления света заданным образом. Характеристики преломления оптически проницаемого элемента могут определяться одним или более свойств, включающих геометрию или композицию материала оптически проницаемого элемента или одной или более из его поверхностей или границ раздела, например, а также первого покрытия и/или второго покрытия, если оптически проницаемый элемент покрыт.

В некоторых вариантах осуществления оптически проницаемый элемент может быть образован в виде плоского, неплоского или трехмерного геодезического составного объекта из одного или более первых элементов, содержащих первый материал, и одного или более вторых элементов, содержащих второй материал. Для обеспечения хорошей тепловой взаимосвязи по всему оптически проницаемому элементу требуется непосредственный тепловой контакт между первыми и вторыми элементами. Непосредственный тепловой контакт может быть обеспечен, например, посредством выполнения первых и вторых элементов в виде одного целого. Более того, тепловой контакт может быть облегчен, например, посредством применения материалов с достаточно схожими коэффициентами теплового расширения, посредством запрессовки первых и вторых элементов или посредством выполнения первых и вторых элементов таким образом, что они обеспечивают прессовую посадку, по меньшей мере, в условиях рабочей температуры.

Один или более вторых элементов могут быть сконфигурированы с возможностью образования плоской или неплоской конструкции для размещения одного или более первых элементов. Один или более первых элементов могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь неправильные или правильные формы, включающие в себя треугольную, квадратную, пятиугольную, шестиугольную или тому подобные формы, например. Второй материал может иметь теплопроводность, бόльшую, чем у первого материала. По меньшей мере, один из двух материалов может быть оптически прозрачным.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления границы раздела между первыми и вторыми элементами оптически проницаемого элемента могут быть сконфигурированы с возможностью обеспечения дополнительных заданных оптических характеристик. Например, границы раздела могут быть сконфигурированы с возможностью обеспечения заранее определенных профилированных сечений и/или шероховатости границы раздела.

На фиг.5A и фиг.5B показан подходящий составной оптически проницаемый элемент 500. На фиг.5A показан вид сверху, а на фиг.5B показан разрез по линии A-A на фиг.5A. Составной оптически проницаемый элемент 500 имеет сотовую конструкцию 510 и оптически прозрачные модули 515. Сотовая конструкция соединена с возможностью теплопередачи с тепловой трубкой 520, которая сконфигурирована с возможностью переноса тепла, создаваемого источником света на основе СИД (не показан), к оптически проницаемому элементу.

Тепловое соединение между источником света и оптически проницаемым элементом

Лампа в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может использовать тепловую трубку для обеспечения взаимодействия с возможностью теплопередачи источника света на основе СИД с оптически проницаемым элементом. Тепловая трубка по желанию может быть соединена с возможностью теплопередачи с первым или вторым покрытием или с обоими покрытиями. Кроме того, по меньшей мере, часть тепловой трубки по желанию может быть выполнена в виде одного целого с оптически проницаемым элементом.

Лампа в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может быть сконфигурирована таким образом, что тепловое соединение между источником света на основе СИД и оптически проницаемым элементом облегчено посредством оптической системы. Например, оптическая система может включать в себя одну или более тепловых трубок или материалов требуемой теплопроводности для обеспечения взаимодействия с возможностью теплопередачи источника света на основе СИД и оптически проницаемого элемента.

Лампа в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может быть выполнена таким образом, что источник света на основе СИД размещен на внутренней стороне оптически проницаемого элемента, причем оптически проницаемый элемент сконфигурирован с возможностью передачи тепла от внутренней стороны к его внешней стороне и от внешней стороны в окружающее пространство. Лампа может быть дополнительно сконфигурирована таким образом, что источник света на основе СИД соединен теплопроводным образом с внутренней стороной. СИД лампа может быть сконфигурирована таким образом, что источник света на основе СИД излучает свет по направлению к или непосредственно в оптически проницаемый элемент.

Следует отметить, что лампа в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может содержать одну или более тепловых трубок независимо от того, размещены ли СИД на или удаленно размещены относительно оптически проницаемого элемента.

Оптическая система

В некоторых вариантах осуществления оптическая система включает в себя некоторое количество оптических элементов, которые могут преломлять и/или отражать, по меньшей мере, видимый, но также инфракрасный и/или ультрафиолетовый свет, и может включать в себя элементы, содержащие фотолюминесцентные материалы. Оптическая система может быть сконфигурирована с возможностью обеспечения заданных характеристик смешения цветов и/или формирования луча или сама по себе, или в комбинации с оптически проницаемым элементом.

В некоторых вариантах осуществления оптическая система может быть сконфигурирована с возможностью обеспечения тепловой взаимосвязи между источником света на основе СИД и оптически проницаемым элементом. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения оптическая система включает в себя, по меньшей мере, одну тепловую трубку.

Уплотнительная система

Лампа может дополнительно использовать уплотнительную систему, которая, во взаимодействии с одной или более других составных частей лампы, таких как оптическая система и/или оптически проницаемый элемент, например, предназначена для герметического уплотнения внутреннего пространства лампы. Внутреннее пространство может быть образовано оптической системой и оптически проницаемым элементом, например. Внутреннее пространство может быть заполнено текучим веществом, выбранным для обеспечения заданной высокой или низкой теплопроводности в зависимости от требуемого эффекта. Текучее вещество может представлять собой газ и/или жидкость. Если заполнено газом, внутреннее пространство может быть заполнено до заданного давления. В соответствии с другими вариантами осуществления внутреннее пространство может быть вакуумировано до заранее определенного давления.

Изобретение теперь будет описано со ссылкой на конкретные примеры. Следует понимать, что нижеследующие примеры предназначены для описания вариантов осуществления изобретения и не предназначены для ограничения изобретения каким-либо образом.

ПРИМЕР 1

На фиг.6 показан продольный разрез еще одной иллюстративной лампы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Оптически проницаемый элемент лампы включает в себя окно 50, которое может быть выполнено так, как описано выше, например, из сконфигурированного в виде одного целого композиционного материала или части геодезического купола. Оптически проницаемый элемент имеет покрытие 58 низкой способности излучения и прозрачное алмазное покрытие 57, нанесенное, например, посредством химического осаждения из паровой фазы, на внутреннюю часть окна 50. Как показано на фиг.6, иллюстративная лампа дополнительно включает в себя тепловую трубку 52, которая сконфигурирована с возможностью передачи тепла, создаваемого СИД 54, от основания 53 к окну 50. Оптическая система включает в себя стенки 55, сконфигурированные с возможностью отражения света обратно во внутреннее пространство 56, например, по направлению к оптически проницаемому элементу. СИД 54 функционально соединены с контроллером и источником питания (не показаны).

Внутреннее пространство 56 может быть сконфигурировано с возможностью обеспечения низких коэффициентов теплопереноса (не показано). Лампа показанного примера сконфигурирована с возможностью обеспечения улучшенного теплового соединения между СИД 54 и окном 50 и уменьшения теплопроводности к остальному из составных частей лампы, например стенкам 55. Кроме того, например, стенки 55 также могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы быть плохими проводниками тепла, например, стенки могут быть изготовлены из материала, который работает в качестве теплоизолятора.

Внутреннее пространство 56 может быть заполнено текучей средой (не показана), которая обеспечивает плохой теплоперенос между составными частями лампы, такими как СИД 54, основание 53 или стенки 55, например, и окном 50 через текучую среду. В качестве альтернативы, внутреннее пространство может быть вакуумировано до заданного давления или заполнено текучей средой, которая обеспечивает небольшой теплоперенос, например текучей средой, которая работает в качестве теплоизолятора. Текучая среда может представлять собой соответствующий газ, например воздух, аргон, криптон, азот или углекислый газ, или другие вещества будут легко понятными для специалиста в данной области и могут быть выбраны на основании требуемой теплопроводности.

Другие лампы (не показаны) могут быть сконфигурированы с возможностью обеспечения хорошей теплоизоляции между стенками 55 и основанием 53. В зависимости, по меньшей мере, частично от площади наружной поверхности стенок 55, способность наружной поверхности стенок выделять тепло в окружающую среду, но, главным образом, от количества тепла, которое предполагается для передачи через стенки 55 наружу. Такая лампа этого примера может быть вакуумирована или заполнена подходящей текучей средой для обеспечения внутреннего пространства с низкими коэффициентами теплопереноса.

ПРИМЕР 2

На фиг.7 показан продольный разрез другой иллюстративной лампы. СИД 730 лампы функционально размещены на или рядом с внутренней поверхностью оптически проницаемого элемента 710. СИД 730 могут быть функционально размещены на отдельном основании (не показано), которое размещено на и соединено с возможностью теплопередачи с оптически проницаемым элементом.

СИД 730 функционально соединены с контроллером и источником питания (не показаны) для управления СИД. СИД ориентированы таким образом, что они излучают свет, по существу, от оптически проницаемого элемента 710. Оптически прозрачная мембрана 770 отделяет внутреннее пространство 740 от отделяющего пространства 760, образованного теплоизоляционным распорным кольцом 750. Отделяющее пространство может быть заполнено воздухом или вакуумировано, например.

Внутреннее пространство 740 лампы этого примера вакуумировано для подавления конвективного теплообмена через внутреннее пространство. Мембрана 770 и отражатель 720 сконфигурированы с возможностью отражения инфракрасного излучения вниз по направлению к оптически проницаемому элементу 710. Лампа выполнена таким образом, что тепло, создаваемое СИД 730, по существу, рассеивается в оптически проницаемом элементе, который, в свою очередь, сконфигурирован с возможностью распространения тепла, по существу, по всему оптически проницаемому элементу так, что он может принимать температурный профиль с малыми температурными градиентами. Оптически проницаемый элемент дополнительно сконфигурирован с возможностью, чтобы, по существу, выделять тепло с его наружной поверхности в окружающее пространство. Оптически проницаемый элемент может включать в себя выполненную в виде одного целого тепловую трубку, например.

ПРИМЕР 3

На фиг.8 показан продольный разрез еще одной иллюстративной лампы. СИД 830 лампы функционально размещены на или рядом с внутренней поверхностью оптически проницаемого элемента 810. СИД 830 могут быть функционально размещены на отдельном основании (не показано), которое размещено на и соединено с возможностью теплопередачи с оптически проницаемым элементом.

Оптически проницаемый элемент 810 этой лампы включает в себя покрытие 815 низкой способности излучения для инфракрасного излучения, покрытие 817 высокой теплопроводности и стеклянный диск 819. Покрытие низкой способности излучения для инфракрасного излучения размещено на и соединено с возможностью теплопередачи с покрытием, которое размещено на и также соединено с возможностью теплопередачи с диском 819. Покрытие низкой способности излучения для инфракрасного излучения сконфигурировано с возможностью подавления испускания инфракрасного тепла во внутреннее пространство 840. Покрытие может быть выполнено из ряда материалов, включающих оксид индия и олова, алмаз или другой соответствующий общеизвестный материал, например. Толщины покрытий 815 и 817, а также диска 819 не показаны в масштабе.

СИД 830 функционально соединены 833 с контроллером и источником питания для управления СИД, включенными в 835. СИД ориентированы таким образом, что они излучают свет от оптически проницаемого элемента 810 по направлению к отражателю 820. Внутреннее пространство 840 лампы этого примера вакуумировано для подавления конвективного теплообмена через внутреннее пространство. Отражатель 820 сконфигурирован с возможностью отражения инфракрасного излучения вниз по направлению к оптически проницаемому элементу 810.

Лампа сконфигурирована таким образом, что тепло, создаваемое СИД 830, по существу, рассеивается в оптически проницаемом элементе 810, который, в свою очередь, сконфигурирован с возможностью распространения тепла, по существу, во всем себе так, что он может принимать температурный профиль с малыми температурными градиентами. Оптически проницаемый элемент 810 дополнительно сконфигурирован так, чтобы, по существу, выделять тепло с его наружной поверхности в окружающее пространство. Оптически проницаемый элемент 810 может включать в себя выполненную в виде одного целого тепловую трубку, например.

ПРИМЕР 4

На фиг.9 показан продольный разрез еще другой иллюстративной лампы. СИД 930 лампы размещены на основании 920, которое сконфигурировано с возможностью обеспечения заранее определенной теплопроводности и, хотя функционально соединено с, теплоизолировано от верхней части 950 лампы. Основание может содержать один или более слоев электропроводящих или -изоляционных, а также теплопроводящих или -изоляционных материалов для облегчения функционального соединения между СИД и источником питания и/или контроллером (не показаны), которые могут быть включены в верхнюю часть 950 лампы. СИД 930 функционально соединены с контроллером и источником питания (не показаны).

Теплоизоляция 940 размещена рядом с основанием 920 противоположно СИД 930. Оптически проницаемый элемент этой иллюстративной лампы образует окно 910, которое сконфигурировано с возможностью обеспечения высокой тепловой способности излучения посредством излучения. Кроме того, тепло также может распространяться в окружающее пространство посредством конвекции с внешней поверхности окна, например. Механическое соединение между окном и основанием может быть сконфигурировано с возможностью обеспечения хорошей теплопроводности. Например, окно и основание могут быть сконфигурированы в виде одного целого и/или соединены с возможностью теплопередачи, используя тепловую трубку. В некоторых вариантах осуществления пространство между основанием 920 и окном 910 может быть заполнено прозрачной текучей средой, которая является хорошим проводником тепла, причем эта прозрачная текучая среда может представлять собой газ или жидкость.

Окно 910 может быть выполнено как сформованное в виде одного целого тело, содержащее один или более, по меньшей мере, оптически проницаемых материалов. Окно может быть сконфигурировано с возможностью обеспечения заданной одно- или многослойной композиции, кривой изменения толщины, текстуры поверхности или шероховатости поверхности с тем, чтобы обеспечить заданные характеристики преломления и/или отражения света. Окно может быть выполнено в составном виде и иметь форму части геодезического купола (не показан).

СИД 930 размещены таким образом, что они излучают свет по направлению к окну 910. Каждый из СИД может быть размещен в комбинации с отражателем для отражения света, излучаемого каждым из СИД. Поверхность основания 920 рядом с СИДами может быть покрыта отражающим свет и/или инфракрасное излучение покрытием. Лампа сконфигурирована с возможностью обеспечения комбинации заданных характеристик освещения и рассеяния тепла.

Хотя здесь были описаны и показаны несколько вариантов осуществления изобретения, специалисты в данной области легко представят себе множество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных здесь, и каждое из таких изменений и/или модификаций считается подпадающим под объем вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. В более общем смысле, специалисты в данной области легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, подразумеваются быть иллюстративными и что действительные параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используется/ются идеи изобретения. Специалисты в данной области определят или будут способными установить, используя не более чем стандартное экспериментирование, многие эквиваленты относительно конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. Следовательно, следует понимать, что вышеприведенные варианты осуществления представлены только в качестве примера и что, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и, кроме того, эквивалентов, варианты осуществления изобретения могут быть применены на практике иным образом, нежели конкретно описанным и заявленным. Варианты осуществления изобретения настоящего описания направлены на каждый отдельный признак, систему, предмет, материал, комплект и/или способ, описанные здесь. Кроме того, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, предметов, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, предметы, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в пределы объема изобретения настоящего описания.

Следует понимать, что все определения, как определенные и использующиеся здесь, управляют словарными определениями, определениями в документах, включенных путем ссылки, и/или обычными значениями определенных терминов.

Следует понимать, что единственное число, как использующиеся здесь в описании изобретения и в формуле изобретения, если ясно не обозначено наоборот, означает "по меньшей мере, один".

Следует понимать, что выражение "и/или", как использующееся здесь в описании изобретения и в формуле изобретения, означает "любой из двух или оба" из элементов, таким образом, объединенных, т.е. элементов, которые вместе присутствуют в некоторых случаях и отдельно присутствуют в других случаях. Множество элементов, перечисленных с помощью "и/или", следует рассматривать таким же образом, т.е. "один или более" элементов, таким образом, объединенных. По желанию, могут присутствовать другие элементы, отличные от элементов, конкретно обозначенных с помощью выражения "и/или", являясь ли связанными или несвязанными с теми конкретно обозначенными элементами.

Следует понимать, что, как используется здесь в описании изобретения и в формуле изобретения, "или" имеет такое же значение, что "и/или", как определено выше. Например, при отделении предметов в списке, "или" или "и/или" следует интерпретировать как включающие в себя, т.е. включение, по меньшей мере, одного, но также включая более чем один, из некоторого количества или списка элементов и, по желанию, дополнительных неперечисленных предметов. Только термины, ясно обозначенные наоборот, например "только один из" или "ровно один из" или, при использовании в формуле изобретения, "состоящий из", будут ссылаться на включение ровно одного элемента из некоторого количества или списка элементов.

Также следует понимать, что, если ясно не обозначено иное, в любых способах, заявленных здесь, которые включают более чем один этап или действие, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором перечислены этапы или действия способа.

В формуле изобретения, а также в описании изобретения выше, все переходные выражения, такие как "содержащий", "включающий в себя", "несущий", "имеющий", "вмещающий", "включающий", "обладающий", "составленный из" и тому подобное, следует понимать неограниченными, т.е. означающими включение, а не ограничение. Только переходные выражения "состоящий из" и "состоящий, по существу, из" будут закрытыми или полузакрытыми переходными выражениями, соответственно.

В заключение, ссылочные позиции в формуле изобретения предназначены только для удобства, и их не следует рассматривать каким-либо образом как ограничение.

Реферат

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение теплоотвода, который достигается за счет того, что лампа, включающая в себя источник (54) света на основе СИД, сконфигурированный с возможностью излучения света, содержит себя оптически проницаемое окно (50), взаимодействующее оптически и с возможностью теплопередачи с источником света, причем оптически проницаемое окно выполнено для излучения тепла, создаваемого источником света, в окружающее пространство. Лампа может дополнительно включать в себя оптическую систему, оптически взаимодействующую с источником света и сконфигурированную с возможностью перенаправления света к оптически проницаемому окну. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула