Лампа, по меньшей мере, с одним светодиодом

Изобретение относится к лампам со светодиодами. Техническим результатом является оптимальное отведение образующегося тепла. Лампа содержит, по меньшей мере, один СИД (светоизлучающий диод) (4) в качестве средства свечения и состоит из корпуса лампы с окружающим светодиод зонтиком и несущим светодиод цоколем, корпус лампы (1) полностью состоит из керамического материала, в цоколе (3) имеются каналы для соединения проводов (5) светодиода (4). Светодиод имеет корпус SMD, а к цоколю он припаян в предусмотренном для этого месте к точкам пайки своим анодным контактом к анодному проводу, а своим катодным контактом к катодному проводу соединительного провода (5). Зонтик может иметь ребра охлаждения, расположенные по наружной образующей зонтика. Керамический материал представляет собой оксид алюминия. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение касается лампы, по меньшей мере, с одним светодиодом LED (Light Emitting Diode), СИД (светоизлучающий диод), СД), которая располагается на цоколе и окружена зонтикообразным каркасом, играющим роль радиатора. Цоколь и зонтик могут состоять из керамического материала.

Из соображений энергосбережения обычные светильники все в большей мере заменяют светодиодами. Чем более высокого светового выхода удается добиться, тем выше, однако, и потери из-за теплового излучения. Особенно это касается светодиодов высокой мощности.

Например, светодиод, потребляющий на входе 4 Вт при силе тока 1 А, излучает световую энергию с мощностью 1,2 Вт, а 2,8 Вт теряются в виде тепла, которое необходимо отводить. Из патента Германии DE 112006001536 Т5 известен так называемый твердотельный светильник высокой мощности. Для отведения вырабатываемого СИД тепла под металлическим рефлектором имеется подложка из пористого керамического материала, что требует дорогостоящей конструкции.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предоставить светодиодную лампу с простой конструкцией.

Лампа согласно изобретению состоит из цоколя и зонтика, окружающего по меньшей мере один светодиод. В цоколе размещаются проводники - анодный провод и катодный провод, которые выходят на поверхность цоколя на обращенной к зонтику стороне. У светодиода может быть корпус типа SMD (Surface Mounted Device - приспособление для поверхностного монтажа), посредством которого светодиод припаян к цоколю - контактами к проводникам. Если у светодиода имеются провода, то соединение светодиода с анодным и катодным проводниками можно осуществлять еще и так, как это описано ниже в примере исполнения. Зонтик, окружающий СИД, играет троякую роль. Он защищает светодиод от повреждений, а его цветовое исполнение влияет на цвет испускаемого света. В основном, однако, он служит радиатором, то есть для отведения вырабатываемой светодиодом теплоты в окружающий воздух. Для увеличения площади поверхности возможны распределенные по обхвату зонтика структуры, такие как ребра, форма сечения которых может быть произвольной. Форма зонтика также может быть любой. Помимо круглой возможна, например, форма многоугольника, овала или эллипса.

Корпус лампы может состоять из одной или двух частей, т.е. из цоколя с посаженным на него зонтиком. При этом зонтик может быть приклеен к цоколю или жестко соединен с ним иным образом. Эта конструкция особо целесообразна, если светодиод с корпусом SMD можно соединить с цоколем пайкой, поскольку благодаря этому до сборки цоколя с зонтиком точки пайки оказываются доступны.

Материал, из которого изготовлена лампа, должен обладать термостойкостью. Особо подходящий материал для лампы - это керамический материал с высокой теплопроводностью, например оксид алюминия, с содержанием стекла, или чистый, или же с добавками, например Cr₂O₃, с теплопроводностью от 20 до 40 (Вт/м)·К, или нитрид алюминия с теплопроводностью от 160 до 200 (Вт/м)·К. В зависимости от предполагаемых эффектов освещения материал может быть прозрачным или светопроницаемым, просвечиваемым. Предел прочности керамических материалов на излом должен составлять от 100 до 1000 МПа.

Основной цвет керамического материала - белый или стеклоподобный. Благодаря соответствующим добавкам к керамическому материалу, известным на нынешнем техническом уровне, керамический материал может также быть цветным. Посредством комбинации светодиодов, излучающих белый или цветной свет, с соответствующим керамическим материалом можно получить различные цветовые эффекты. Кроме того, у зонтика возможна светопроницаемая крышка для СИД, которая может быть прозрачной или цветной. Возможны следующие цветовые сочетания.

Основной цвет светодиода белый, а керамический материал белый или стекловидный.

Основной цвет светодиода белый, а керамический материал цветной.

Основной свет светодиода окрашен, а керамический материал белый или стекловидный.

Основной свет светодиода окрашен, а керамический материал цветной.

Основной свет светодиода белый, керамический материал белый или стекловидный, а крышка над светодиодом бесцветная.

Основной свет светодиода белый, керамический материал белый или стекловидный, а крышка над светодиодом цветная.

Основной свет светодиода белый, керамический материал цветной, а крышка над светодиодом бесцветная.

Свет светодиода цветной, керамический материал белый или стекловидный, а крышка над светодиодом бесцветная.

Свет светодиода цветной, керамический материал цветной, а крышка над светодиодом бесцветная.

Свет светодиода цветной, керамический материал цветной, а крышка над светодиодом также цветная.

Цоколи корпусов лампы можно также выполнять в виде штекеров для создания штекерных соединений с соответствующими розетками, или же с резьбой для ввинчивания в держатели, или - в случае цоколей, снабженных соединительными контактами, - в виде патронов для ламп.

Более подробное пояснение изобретения дано на основании чертежей и примеров исполнения.

На фигуре 1 представлен вид варианта исполнения лампы согласно изобретению с корпусом из керамического материала,

на фигуре 2 - продольный разрез состоящего из двух частей корпуса лампы согласно фиг.1 в аксонометрической проекции,

на фигуре 3 - продольный разрез состоящего из двух частей корпуса лампы согласно фиг.1,

на фигуре 4 - продольный разрез состоящего из двух частей корпуса лампы согласно фиг.1 с припаянным светодиодом в корпусе SMD и с крышкой,

на фигуре 5 - вариант исполнения согласно фигуре 4 со штекерными разъемами,

на фигуре 6 - вид сверху цоколя лампы, оснащенного несколькими светодиодами,

на фигуре 7 - продольный разрез состоящего из одной детали керамического корпуса лампы на один заменяемый СИД, оснащенный проводами,

на фигуре 8 - цоколь лампы с резьбой для ввинчивания в держатель,

на фигуре 9 - цоколь лампы со стандартной резьбой для ввинчивания в ламповый патрон,

на фигуре 10 - цоколь лампы с кабельным вводом (с зажимом для разгрузки от натяжения) для соединительных проводов.

На фигуре 1 показана фотография варианта исполнения лампы 1 согласно изобретению. Зонтик 2 и цоколь 3 образуют корпус лампы и состоят из белого светопроницаемого керамического материала. При использовании светодиодов малой мощности и с низкой теплопродукцией материал может также состоять из термостойкой пластмассы. Расположенный по центру зонтика лампы 2 светодиод (СИД) 4 в настоящем примере исполнения испускает белый свет. С нижней стороны цоколя 3 выступают соединительные провода 5 СИД 4. По образующей зонтика 2 равномерно распределены охлаждающие ребра 6, так что со стороны отверстия зонтик 2 имеет очертания, подобные шестерне. Ребра охлаждения, особенно в случае СИД высокой мощности, полезны в смысле отведения образующейся теплоты в окружающий воздух. Их сечение может также иметь любую возможную форму, например, полукруга или половины эллипса. При использовании СИД с низкими теплопотерями зонтик также может быть гладким. Форма самого зонтика также может быть различной, например овальной или многоугольной.

На фигуре 2 показан разрез корпуса лампы 2 в аксонометрической проекции. Разрез в каждом случае проходит через ребра охлаждения 6. Зонтик 2 и цоколь 3 по образующей склеены по месту склейки 7. В цоколе 3 проходят два канала 8, через которые проведены соединительные провода, видимые на фигуре 1, анодный и катодный провод, к точке контакта СИД 4.

На фигуре 3 изображен продольный разрез через корпус лампы 1. С правой и с левой сторон разрез в каждом случае проходит через ребро охлаждения. В отверстии 10 зонтика 2 имеется проем 11, в который можно вставить крышку для защиты СИД (не показан). Эта крышка может быть изготовлена, например, из стекла или из синтетического материала и в зависимости от цвета СИД и керамического материала может быть цветной или прозрачной.

На фигуре 4 изображен продольный разрез через корпус лампы 1 с припаянным светодиодом 4 в корпусе SMD. Зонтик закрыт крышкой 10а. Цвет крышки 10а можно выбирать соответственно желательному цвету света. На данном чертеже схематически представлен СИД 4. На субстрат 12, например, из керамического материала нанесен слой люминофора (светящегося состава) 13, который защищен представленной в данном случае в разрезе линзой 14, например стеклянной. СИД 4 в предусмотренном месте 9 припаян в точках пайки 15 своим анодным контактом 16 к анодному проводнику 17, а катодным контактом 18 к катодному проводнику 19. Соединительные провода 5 проходят через каналы 8 в цоколе 3 к точкам пайки 15, а в этих точках они не имеют изоляции 20. Для различения анодного и катодного контактов возможно либо наличие на соединительных проводах 5 изоляции разных цветов, либо нанесение на цоколь 3 соответствующего указания. Для снятия натяжения с соединительных проводов 5 их можно вклеивать в каналы 8.

На фигуре 5 представлен пример исполнения лампы согласно фигуре 4, которую цоколем 3 можно вставить в штекерное соединение. Для вставки в штекерное соединение вместо гибких проводов в цоколь 3 введены сплошные металлические стержни 21, играющие роль штекерных контактов для замыкания цепи. Сам цоколь 3 может снаружи иметь форму, необходимую для вставки в штекерное соединение, например в настенную розетку, в розетку соединительного провода или в разъем световой гирлянды (на чертеже это не представлено).

На фигуре 6 изображен в виде сверху цоколь 3, оснащенный несколькими СИД, причем масштаб изображения увеличен по сравнению с предыдущими. Элементы, совпадающие с предыдущими примерами исполнения, обозначены теми же цифрами. Этот пример исполнения представляет собой схематическое изображение. На верхней стороне цоколя 3 расположены четыре светодиода. При этом в каждом случае анодные контакты 16 и катодные контакты 18 двух соседствующих СИД припаяны к общим точкам пайки. На цоколе 3 в этом случае имеются либо четыре соединительных провода (два анодных провода 17 и два катодных провода 19), либо же в каждом случае по две точки пайки 15 анодных контактов 16 и катодных контактов 18 соединяют друг с другом проводящими дорожками на поверхности цоколя 3, что здесь не представлено, так что можно использовать исходную форму цоколя 3 с двумя каналами 8. На фигуре 7 представлен еще один вариант исполнения 30 лампы согласно изобретению в продольном разрезе. Отличие от предыдущих примеров исполнения состоит в том, что корпус лампы 31 выполнен в виде одной детали. Зонтик 32 и цоколь 33 образуют единое целое. В этом случае плоскость разреза также проходит через ребра охлаждения 32а зонтика 32. При использовании светодиодов, снабженных кабелем, из корпуса СИД выходят анодный контакт 35 и катодный контакт 36 в виде проводов. На фигуре 7 линза 37 схематически представленного светодиода 34 дана в разрезе, открыты основной корпус 38 со слоем светящегося состава 39, анод 40 которого соединен с анодным контактом 35, а катод 41 - с катодным контактом 41.

В настоящем примере исполнения лампа 30 выполнена так, что СИД 34 можно заменять. Для этого анодный контакт 35 и катодный контакт 36 в каждом случае вставлены в установленные для этого в цоколе 33 и подходящие к контактам трубки 42. Эти трубки 42 находятся в каналах 43 и непрерывно простираются от дна 44 цоколя 33 до верхнего конца 45 цоколя 33. Там, где трубки 42 проходят через верхний конец 45 цоколя 33, в цоколе 33 выполнены отверстия 46 конической формы, так что концы 47 трубок 42 могут иметь форму соответствующих конических расширений. Это защищает их положение в цоколе 33 от вытягивания при нагрузке контактных проводов 48 натяжением. Кроме того, конические расширения трубок 42 облегчает вставление контактных кабелей светодиода. До введения трубок 42 в цоколь 33 и придания им расширения в отверстиях 46 к трубкам присоединяют соединительные провода 48. Для этого соединительные провода 48 освобождают от изоляции 49 и впаивают анодный провод 50 и катодный провод 51 в соответствующие трубки 42, а затем вводят последние в цоколь 33. Для защиты от соприкосновения с оголенными металлическими контактами в проемы 52 цоколя 33 можно ввести изоляцию 49 соединительных проводов 48. Чтобы повысить защищенность от вытягивания, можно дополнительно вклеить соединительные провода 48 в эти проемы 52. Как известно, кабели светодиодов с кабелями имеют разную длину, чтобы нельзя было спутать анод с катодом. Катодный контакт 36 короче анодного контакта 35. Чтобы в настоящем примере исполнения нельзя было спутать контакты светодиода при вставке в трубки, анодный провод 50 и катодный провод 51 в каждом случае вводят в трубки 42 настолько, чтобы, когда контакты 35 и 36 полностью введены в трубки 42, а светодиод 34 полностью прилегает к верхнему концу 45 цоколя 33, анодный контакт 35 упирался в анодный провод 50, а катодный контакт 36 - в катодный провод 51. Если в трубки вставляют светодиод, у которого перепутаны контакты, то более длинный анодный контакт 35 упрется в более длинный катодный провод 51. Поэтому СИД будет выступать из верхнего конца 45 цоколя 33, что указывает на перепутанные контакты.

Лампа с заменяемым светодиодом возможна также в варианте исполнения со штекерным контактом, как это показано на фигуре 5. Для этого в массивных штекерных контактах 21 должны иметься сверленые отверстия, подходящие по длине к анодному и катодному контактам.

Чтобы облегчить замену светодиода 34, в цоколе 33 возможно расположенное по центру сквозное отверстие 53, которое заканчивается под основным корпусом 38 светодиода 34. Если в это отверстие 53 вдвигают соответствующий тонкий предмет, например проволоку, то анодный контакт 35 и катодный контакт 36 можно вытянуть из трубок 42. На фигуре 8 показан вариант исполнения корпуса лампы согласно фигуре 3 в разрезе, с цоколем 3, имеющим на своей наружной поверхности резьбу 54 для ввинчивания в винтовую оправку не представленного на рисунке держателя, например, в мебели или в витрине. Резьбу 54 можно также, что здесь не показано, нанести на цоколь корпуса лампы, выполненного как одна деталь соответственно примеру исполнения по фигуре 7. Для защиты керамического материала резьбу 54 можно закрыть втулкой из металлического листа 55 соответствующей формы.

На фигуре 9 показана опирающаяся на примеры исполнения по фигурам 4 и 8 лампа 1 с цоколем 61, резьба 55 которого пригодна для ввинчивания в стандартные ламповые патроны и служит для электроснабжения. Элементы, совпадающие с предыдущими примерами исполнения, обозначены теми же цифрами. Цоколь 61 в данном случае также оснащен резьбой 54, которая окружена соответствующим образом сформованной металлической втулкой 55. В отличие от цоколей согласно фигурам 4 и 8 у цоколя 61 имеется расположенный по центру канал 62, в котором проходит анодный провод 63, соединенный в точке пайки 15 с анодным контактом 16 светодиода 4. К нижнему концу 64 цоколя 61 анодный провод 63 припаян к контактной пластинке 65, которая контактирует с соответствующим полюсом в патроне, через который подается напряжение. Катодный контакт 18 светодиода 4 соединен в точке пайки 15 с катодным проводом 66. Катодный провод 66 выведен наружу через соответствующим образом выполненную прорезь 67 в цоколе 61 и в точке пайки 68 соединен с втулкой 55, которая контактирует с соответствующим полюсом в патроне, через каковой полюс подается напряжение. Представленный здесь вариант исполнения предназначен для подключения к сети постоянного тока соответствующей полярности. Для подключения к сети переменного тока лампу, как это здесь не представлено, необходимо оснастить выпрямительной схемой. На фигуре 10 представлен в разрезе корпус лампы согласно фигурам 3 или 4 с разгрузкой от натяжения 56 для контактного провода 5. Цоколь 3 и контактный провод 5 окружены имеющим соответствующую форму эластомером, например резиной, обеспечивающей защиту от вытягивания контактного провода. Разгрузка от напряжения 56 может, например, быть частью не представленной на чертеже световой гирлянды, в которую вставляют корпус лампы. Чтобы лучше закрепить разгрузку от натяжения 56 на цоколе 3, на его образующей можно разместить канавки 57. Оба контактных провода 5 можно выводить из этой разгрузки от натяжения 56 либо по отдельности, либо же объединять их, как показано на чертеже, в общий провод 59, окруженный общей изоляцией 58. На разгрузке от натяжения 56 можно дополнительно сформировать проушину 60, например, для подвески или закрепления корпуса лампы. Разгрузку от натяжения 56 можно также, что здесь не показано, нанести на цоколь корпуса лампы, выполненного как одна деталь соответственно примеру исполнения по фигуре 7.

Ниже описаны варианты исполнения изобретения.

1. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что свет светодиода (4, 34) белый.

2. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что свет светодиода (4, 34) цветной.

3. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что керамический материал по крайней мере зонтика (2, 32) цветной, а свет светодиода (4, 34) белый.

4. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что керамический материал по крайней мере зонтика (2, 32) цветной, а свет светодиода (4, 34) цветной.

5. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что у зонтика (2, 32) имеется светопроницаемая крышка (10а) светодиода (4, 34), которая бесцветна.

6. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что у зонтика (2, 32) имеется светопроницаемая крышка (10а) светодиода (4, 34), которая выполнена цветной.

7. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что в цоколе (3, 33, 61) имеются каналы (8, 43, 62) для соединительных проводов (5, 48, 63) светодиода (4, 34).

8. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что по меньшей мере один светодиод (4) имеет корпус SMD, а к цоколю (3, 61) он припаян в предусмотренном для этого месте (9) к точкам пайки (15) - своим анодным контактом (16) к анодному проводу (17; 63), а своим катодным контактом (18) - к катодному проводу (19; 66) соединительного провода (5).

9. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что по меньшей мере один светодиод (34) снабжен проводами и его можно заменять.

10. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что анодный контакт (35) и катодный контакт (36) светодиода (34) в каждом случае вставлены в размещенные для этого в цоколе (33) и подходящие к контактам трубки (42), причем эти трубки (42) находятся в каналах (43) в цоколе (33) и простираются на всю длину от дна (44) цоколя (33) до верхнего конца (45) цоколя (33).

11. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что там, где трубки (42) проходят через верхний конец (45) цоколя (33), выходные отверстия (46) каналов (43) выполнены в виде конусов, и что концы (47) трубок (42) имеют форму соответствующих отверстиям (46) конических расширений.

12. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что анодный провод (50) и катодный провод (51) соединительных проводов (48) в каждом случае введены в трубки (42) настолько глубоко (и припаяны там), что когда в трубки (42) полностью введены анодный контакт (35) и катодный контакт (36), а к верхнему концу (45) цоколя (33) полностью прилегает светодиод (34), анодный контакт (35) упирается в анодный провод (50), а катодный контакт (36) - в катодный провод (51).

13. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что в цоколе (33) имеется сквозное заканчивающееся под светодиодом (34) сверленое отверстие (53) для выдвигания светодиода из трубки (42).

14. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что на цоколе (3, 61) имеется резьба (54).

15. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что резьба (54) защищена имеющей соответствующую форму втулкой (55) из металлического листа.

16. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что металлическая втулка (55) охватывает на цоколе (61) резьбу (54), предназначенную для ввинчивания в служащий для подачи электроэнергии стандартный патрон, что на нижнем конце (64) цоколя (61) по центру расположена контактная пластинка (65) для установления контакта с подающим напряжение полюсом патрона, и что эта контактная пластинка (65) и втулка (55) в каждом случае проводами (63, 66) соединены с контактами (16, 18) светодиода (4)

17. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что цоколь (3) оснащен разгрузкой от натяжения (56) для соединительных проводов (5).

18. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что разгрузка от натяжения (56) состоит из эластомера.

19. Лампа согласно изобретению, отличающаяся тем, что разгрузка от натяжения (56) имеет проушину (60).

1. Лампа по меньшей мере с одним СИД (светоизлучающим диодом, светодиодом) (4) с анодным контактом (16) и катодным контактом (18) в качестве средства свечения, состоящая из корпуса лампы с окружающим светодиод зонтиком (2, 32) и несущим светодиод цоколем, причем корпус лампы (1, 30) полностью состоит из керамического материала и в цоколе (3, 33, 61) имеются каналы (8, 43, 62) для соединительных проводов (5, 48, 63) светодиода (4, 34), отличающаяся тем, что по меньшей мере один светодиод (4) имеет корпус SMD, а к цоколю (3, 61) он припаян в предусмотренном для этого месте (9) к точкам пайки (15) своим анодным контактом (16) к анодному проводу (17, 63), а своим катодным контактом (18) к катодному проводу (19, 66) соединительного провода (5).

2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что корпус лампы (1) собран из двух деталей - зонтика (2) и цоколя (3, 61).

3. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что образованный зонтиком (32) и цоколем (33) корпус (31) лампы (30) выполнен как одна деталь.

4. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что у зонтика (2, 32) имеются ребра охлаждения (6, 32а).

5. Лампа по п. 4, отличающаяся тем, что ребра охлаждения (6, 32а) расположены по наружной образующей зонтика (2, 32).

6. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что предел прочности керамического материала на излом составляет от 100 до 1000 МПа.

7. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что теплопроводность керамического материала составляет от 20 до 40 (Вт/м)·К.

8. Лампа по п. 7, отличающаяся тем, что керамический материал представляет собой оксид алюминия.

9. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что теплопроводность керамического материала составляет от 160 до 200 (Вт/м)·К.

10. Лампа по п. 9, отличающаяся тем, что керамический материал представляет собой нитрид алюминия.

11. Лампа по одному из пп. 1-10, отличающаяся тем, что по крайней мере зонтик (2, 32) изготовлен из просвечиваемого керамического материала.

12. Лампа по одному из пп. 1-10, отличающаяся тем, что по крайней мере зонтик (2, 32) изготовлен из прозрачного керамического материала.

13. Лампа по одному из пп. 1-10, отличающаяся тем, что по крайней мере зонтик (2, 32) изготовлен из белого или стекловидного прозрачного керамического материала.