Светодиодное осветительное устройство и опорный узел для этого устройства

СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ОПОРНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА Светодиодное осветительное устройство может быть использовано при изготовлении светотехнического оборудования общего наружного и внутреннего освещения. Техническим результатом изобретения является повышение комфортности освещения и возможность управления величиной показателя ослепленности. Устройство содержит светорассеивающую оболочку из двух частей, по меньшей мере одна из которых включает частицы люминофора,опорный узел, размещенный между частями светорассеивающей оболочки, а источники светового излучения смонтированы на плате размещенной на поверхности опорной детали. Опорный узел содержит по меньшей мере одну опорную деталь, снабженную элементами механических соединений, часть поверхности которой ориентирована поперек оси опорной детали. Соколов Юрий Борисович (RU) Область техники Изобретение относится к светотехнике, а именно, к осветительным устройствам со светодиодами и может быть использовано при изготовлении светотехнического оборудования общего наружного и внутреннего освещения. Уровень техники Светодиоды являются эффективным источником света, обладают низким потреблением электроэнергии и большим сроком службы, отличаются высокой яркостью при малых угловых размерах. Использование светодиодов в качестве источников света без специальных мер защиты от световых бликов приводит к значительным зрительным нагрузкам, вызывающим ощущение дискомфорта и подсознательное желания покинуть помещение с таким осветительными устройствами. Во многих странах введен специальный показатель ослеплнности, нормирующий допустимую степень воздействия на зрение человека ярких источников света. Наиболее часто эта проблема решается путем рассеяния светового потока от источника излучения с помощью различных средств, чаще всего сочетающих в себе как защитно-декоративные функции, так и функции рассевания света. Другим путем решения указанной проблемы является распределение первичного излучения по обширной светоизлучающей поверхности, поверхностная яркость которой не вызывает дискомфорта и является достаточной для создания нормируемого уровня освещенности. С другой стороны, процесс преобразования светодиодами электрической энергии в световое излучение сопровождается выделением тепла. При этом стабильность яркости светодиодов заметно зависит от температуры кристалла светодиода. При повышении температуры квантовая эффективность кристалла уменьшается. Эффективность работы светодиодов в рабочем температурном диапазоне зависит от состава полупроводникового кристалла, излучательная способность которого сохраняет стабильность при термодинамическом равновесии, обеспеченном конструкцией охлаждающего устройства. Проблема создания термодинамического равновесия становится тем острее, чем более мощный световой поток необходимо получить для создания нормируемой освещенности. Особенно актуальной эта проблема становится при использовании светодиодов в светильниках, предназначенных для создания общего освещения. Задача обеспечения теплового баланса светодиода решается отводом тепла, в частности, с помощью радиаторов охлаждения. Процесс теплообмена поверхности радиатора с атмосферой осуществляется в основном излучением и конвекцией. Эффективность теплообмена определяется многими факторами, но чаще всего - величиной площади поверхности теплообмена и е конфигурацией. Известна светодиодная лампа, содержащая плату со светодиодами, размещенную с одной стороны радиатора, охлаждаемого с другой стороны потоком воздуха, созданного вентилятором (заявкаUS 2004/0222516, МКИ H 01L 27/15, опубликована 11.11.2004). Недостатком известного решения является использование принудительного охлаждения, привод вентилятора в котором сам по себе является источником тепла, к тому же расположенный в общей со светодиодами оболочке, имеющей ограниченный доступ воздуха. Кроме того, наличие вентилятора снижает надежность конструкции в целом и усложняет е сборку. Известна светодиодная осветительная система, содержащая профилированный протяженный опорный радиатор, вдоль оси которого на плоских профильных участках размещены линейные платы со светодиодами, излучение которых направлено в противоположные стороны на плоские или цилиндрические оптически прозрачные светорассеиватели (патентЕР 1967699, МКИ F 21S 8/10, опубликована 05.11.2008). В известном решении рациональным является использование общего радиатора для двух групп светодиодов, размещенных на его противоположных сторонах. Однако удаленные друг от друга светодиоды не создают проблем высоких температурных полей и при таком расположении площадь поверхности радиатора оказывается достаточной для поддержания рабочей температуры светодиодов. Прозрачные узкие светорассеиватели имеют, во-первых, небольшую светоизлучающую поверхность, а во-вторых,пропускают яркое излучение светодиодов практически без изменения, создавая световой дискомфорт для наблюдателя. Известное решение по патентуЕР 1967699 является ближайшим аналогом заявленного изобретения по основным конструктивным признакам и назначению. Техническим результатом изобретения является повышение комфортности освещения; нормирование показателя ослепленности; улучшение теплового режима источников света; расширение технологических и информационных возможностей осветительного устройства. Раскрытие сущности изобретения Изобретение характеризуется следующей совокупностью существенных признаков: светодиодное осветительное устройство, содержащее источники светового излучения, смонтированные по меньшей мере на одной плате; светорассеивающая оболочка, выполненная из двух частей по меньшей мере одна из которых снабжена средством преобразования длины волны светового излучения; опорный узел, имеющий по меньшей мере одну опорную деталь, размещенную между упомянутыми частями светорассеивающей оболочки, а упомянутая плата источников излучения размещена на поверхно-1 019771 сти опорной детали с возможностью теплообмена. Опорный узел светодиодного осветительного устройства, содержащий по меньшей мере одну опорную деталь, снабженную элементами механических соединений, по меньшей мере часть поверхности которой ориентирована поперек оси упомянутой опорной детали. Под выражением "опорный узел" понимается часть устройства, которая, в частности, выполняет функцию внутренней установки и обеспечивает определенное пространственное расположение всех функциональных элементов устройства. В качестве дополняющих и развивающих признаков устройства необходимо указать следующие: источники светового излучения сгруппированы в два кластера светодиодов, каждый из которых освещает внутреннюю поверхность одной из частей светорассеивателя; опорная деталь выполнена в виде полого кольцеобразного радиатора, имеющего внутреннюю полость цилиндрической формы и развитую внешнюю поверхность, а в качестве установочной поверхности использована торцевая поверхность радиатора; внешняя поверхность радиатора образована ребрами охлаждения, ориентированными вдоль или поперек оси опорного элемента; радиатор имеет сквозной вентиляционный канал, соединяющий полость и внешнюю поверхность радиатора; направляющая внутренней цилиндрической поверхности радиатора выполнена в виде произвольной линии, например в виде n-угольника с числом вершин n3; опорная деталь выполнена в виде пластины, одна из поверхностей которой приспособлена для размещения источников излучения; пластина снабжена элементами механических соединений и по меньшей мере одним сквозным отверстием, которое может быть использовано, в частности, для вентиляции или для размещения электрических проводников; опорный узел содержит опорную деталь в виде пластины, на которой торцевой поверхностью закреплен кольцеобразный радиатор, при этом поверхность пластины выполнена с возможностью размещения на ней источников излучения; опорный узел содержит две опорные детали в виде пластин, на которых торцевыми поверхностями закреплен кольцеобразный радиатор, при этом внешняя поверхность каждой из пластин выполнена с возможностью размещения источников излучения и светорассеивающей оболочки; между сопрягаемыми поверхностями опорных деталей нанесена теплопроводная паста для увеличения поверхности теплообмена; кластеры источников излучения смонтированы на каждой стороне платы, что в некоторых случаях позволяет уменьшить габариты устройства; плата источников излучения снабжена по меньшей мере одним сквозным вентиляционным отверстием, благодаря которому, при возникновении градиента температур, возможно выравнивание температурного поля внутри устройства; плата источников излучения размещена непосредственно на торцевой поверхности полого кольцеобразного радиатора, при этом тепловой контакт между поверхностями может улучшен посредством теплопроводящей пасты; плата источников излучения закреплена непосредственно на торцевой поверхности кольцеобразного радиатора. Теплообмен между платой, пластиной и радиатором может быть оптимизирован посредством теплопроводящей пасты; средство преобразования длины волны светового излучения выполнено в виде совокупности частиц люминофора, размещенных на поверхности и/или в оптически прозрачном материале светорассеивающей оболочки. В этом случае используются светодиоды, создающие световой поток в ультрафиолетовой или синей части спектра; средство преобразования длины волны образовано частицами люминофора разного спектра свечения. Такой вариант выполнения позволяет использовать светоизлучающую поверхность как для создания интерьерного освещения, так и для передачи графической информации. В последнем случае - за счет нанесения изображений люминесцирующими покрытиями соответствующего цвета свечения; средство преобразования длины волны содержит частицы люминофора с длительным временем послесвечения, что позволяет использовать светоизлучающую поверхность для выполнения функции аварийного или эвакуационного освещения; светорассеивающая оболочка, имеющая оптически прозрачную основу, может быть снабжена средствами рассеяния светового излучения, снижающими показатель ослепленности осветительного устройства. В случае использования полупроводниковых кристаллов функцию рассеяния выполняют частицы. люминофора. При использовании белых светодиодов, светорассеивающую оболочку выполняют из материала с диффузионным коэффициентом пропускания; любая из частей светорассеивающей оболочки может иметь плоскую светоизлучающую поверхность или быть выполненной в виде поверхности второго порядка; электронный преобразователь может быть установлен на плате источника питания, или в полости базового опорного блока, или за пределами светорассеивателя. Перечень графических материалов Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами: на фиг. 1 показан вид сверху опорного узла, содержащего опорную деталь в виде полого кольцеобразного радиатора; на фиг. 2 показано осевое сечение детали, изображенной на фиг. 1; на фиг. 3 показано осевое сечение опорного узла, содержащего опорные детали в виде пластин, между которыми размещен кольцеобразный радиатор; на фиг. 4 показан вид сверху опорного узла, представленного на фиг. 3; на фиг. 5 и 6 показано сечение светодиодного осветительного устройства, содержащего горизонтально (фиг. 5) и вертикально (фиг. 6) расположенный опорный узел, изображенный на фиг. 3; на фиг. 7 и 8 показано сечение светодиодного осветительного устройства, содержащего горизонтально (фиг. 7) и вертикально (фиг. 8) расположенный опорный узел, содержащий опорную деталь в виде пластины; на фиг. 9-13 показаны варианты светодиодного осветительного устройства, где средством соединения с цепью электропитания является резьбовой цоколь; на фиг. 14 и 15 показаны варианты выполнения светодиодного осветительного устройства, в которых светорассеивающая оболочка выполнена плоской, а опорный узел выполнен в виде радиатора, (фиг. 14) и в виде пластины (фиг. 15). Опорный узел, предназначенный для вариантов светодиодного осветительного устройства, показан на фиг. 3 и 4 и включает пластины 2 и полый кольцеобразный радиатор 1, прикрепленный к ним торцевой поверхностью, платы 3 с источниками излучения 4, электронный преобразователь 6, размещенный в полости радиатора 1 Пластины 2 и платы 3 могут иметь совмещенные отверстия 7, служащие для целей вентиляции и/или размещения проводников. На фиг. 5 и 6 показаны два варианта выполнения подвесного светодиодного осветительного устройства, содержащие опорный узел и светорассеивающую оболочку, составленную, в данном случае,двумя полусферами 5' и 5", каждая из которых закреплена на соответствующей пластине 2. В полости радиатора 1 может быть установлен электронный преобразователь 6, а также средства 8 закрепления осветительного устройства на потолке, которые можно использовать для размещения проводников, соединяющих источники 4 излучения с цепью электропитания. Предпочтительным для некоторых вариантов устройства, не показанных на фигурах, является размещение электронного -преобразователя 6 вне пределов светорассеивающей оболочки. Полости радиатора 1 и светорассеивающей оболочки снабжены системой вентиляционных каналов 9, организованных с возможностью теплообмена между указанными полостями и внешней средой. Оптические свойства частей 5' и 5 светорассеивающей оболочки выбирают в зависимости от характера источника 4 излучения. Например, в случае использования чипов синего спектра излучения для преобразования длины волны используют частицы люминофора, размещенные на поверхности и/или в оптически прозрачном материале светорассеивающей оболочки. Если в качестве источника 4 излучения использованы белые светодиоды, то светюрассеивающая оболочка выполняется из материала с диффузионным коэффициентом пропускания. На фиг. 7 и 8 показаны два варианта выполнения подвесного светодиодного осветительного устройства, содержащего в качестве опорной детали пластину 2. У этих вариантов нет других принципиальных отличий по сравнению с вариантами осветительного устройства, изображенными на фиг. 5 и 6. Важно отметить, что варианты, представленные на фиг. 7 и 8, обладают меньшей материалоемкостью, но требуют точного подбора площади теплообмена. На фиг. 9, 11 и 12 показаны варианты выполнения светодиодного осветительного устройства, содержащего опорный узел, включающий радиатор 1 и пластины 2, а в качестве средства соединения с цепью электропитания резьбовой цоколь 10. На этих фигурах также показаны варианты выполнения светорассеивающей оболочки, реализующие разные потребности освещения. Во всех вариантах выполнения с резьбовым цоколем 10 электронный преобразователь 6 может быть размещен как в переходном конусе 11, так и на прилегающей к оси устройства поверхности платы 3. На фиг. 10 и 13 показаны варианты выполнения осветительного устройства, содержащего резьбовой цоколь 10, а в качестве опорной детали - пластину 2. Причем на фиг. 13 опорная пластина 2 снабжена большим центральным вырезом для размещения платы 3, на обеих сторонах которой смонтированы источники излучения 4. Части 5' и 5" светорассеивающей оболочки (фиг. 14 и 15) выполнены плоскими. Внутренняя поверхность 12 опорной стенки 13 устройства, поддерживающей части светорассеивающей оболочки 5' и 5", может быть зеркальной или выполненной из оптически прозрачного материала, содержащего средство преобразования длины волны излучения. Возможность промышленного применения Приведенные в описании варианты комбинаций элементов осветительного устройства не являются исчерпывающими. Они могут быть изменены для реализации конретных целей освещения. Элементы конструкции осветительного устройства имеют простые формы, которые могут быть изготовлены с ис-3 019771 пользованием известных средств, имеющих автоматизированное управление. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Светодиодное осветительное устройство, содержащее источники светового излучения, образующие два кластера; светорассеивающую оболочку, выполненную из двух частей, при этом каждый из упомянутых кластеров установлен с возможностью освещения внутренней поверхности одной из частей светорассеивающей оболочки; опорный узел, включающий кольцеобразный радиатор, размещенный между упомянутыми частями светорассеивающей оболочки и снабженный по периметру развитой поверхностью, выполненной с возможностью теплообмена с атмосферой, а упомянутые источники излучения связаны с торцевой поверхностью упомянутого кольцеобразного радиатора, с возможностью отвода к нему тепла. 2. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный узел включает кольцеобразный радиатор и опорную деталь, закрепленную на торце радиатора и выполненную в виде пластины из теплопроводного материала, на поверхности которой размещены источники излучения. 3. Светодиодное осветительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что внешняя поверхность радиатора снабжена ребрами охлаждения, ориентированными вдоль или поперек оси устройства. 4. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что радиатор снабжен сквозным вентиляционным каналом, соединяющим полость и внешнюю поверхность радиатора. 5. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющая внутренней цилиндрической поверхности радиатора выполнена в виде произвольной линии, например, в виде nугольника с числом вершин n3. 6. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что кластеры источников излучения смонтированы на каждой торцевой поверхности кольцеобразного радиатора. 7. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна часть светорассеивающей оболочки снабжена средством преобразования длины волны светового излучения, выполненным в виде совокупности частиц люминофора, размещенных на поверхности и/или в оптически прозрачном материале оболочки. 8. Светодиодное осветительное устройство по п.7, отличающееся тем, что средство преобразования длины волны образовано частицами люминофора разного спектра свечения. 9. Светодиодное осветительное устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что средство преобразования длины волны содержит частицы люминофора с длительным временем послесвечения. 10. Светодиодное осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что любая из частей светорассеивающей оболочки имеет плоскую светоизлучающую поверхность и/или поверхность второго порядка.