СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ

Изобретение относится к области светотехники, а именно к осветительным устройствам и/или источникам света, с использованием полупроводниковых устройств - светодиодов. Изобретение может быть использовано в качестве светодиодного источника света для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.

Определение терминов

Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока (http://ru.wikipedia.org/wiki/Светодиод).

Светодиодный модуль - это печатная плата с установленными на ней светодиодами, возможно, электронными компонентами и вторичной оптикой (http://light.rtcs.ru/products/list.php?SECTION_ID=89).

Светодиодные модули (кластеры) представляют собой герметичные блоки из ударопрочного полистирола с расположенными внутри светодиодам. (http://nlt-trading.ru/catalog/index.php?SECTION_ID=4).

Линейные светодиодные кластеры представляют собой прямоугольную печатную плату на алюминиевом основании с напаянными мощными светодиодами Cree XLamp®. Питание светодиодов осуществляется через контактные площадки "+" и "-", расположенные на плате. Соединение светодиодов последовательное. (http://www.xlight.ru/products/catalog/380573/473250/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTsyOTM4NDk4OzE3ODE5MzkzOTt5YW5kZXgucnU6cHJlbWl1bQ).

Светодиодные осветительные устройства получили широкое распространение в силу присущих им достоинств - высокой световой отдачи, малого энергопотребления, длительного срока службы, высокого уровня безопасности, компактности и малого веса, стойкости к механическим воздействиям, чистоты света, направленности излучения и др.

Известен светодиодный светильник по патенту РФ № 111248 на полезную модель, МПК F21S 8/00, опубл. 10.12.2011 г., включающий плоский коробчатый корпус с окном из светопрозрачного материала, светодиоды, смонтированные на имеющих форму сплошных полос печатных платах, электрически соединенных друг с другом, распределенных по площади задней стенки корпуса и закрепленных на ней крепежными деталями. Платы выполнены из фольгированного текстолита, при этом электрическое соединение печатных плат друг с другом выполнено с помощью коммутационных проводов. Недостатком этого светильника является низкая эффективность освещения из-за небольшой площади окна и из-за его плохих оптических свойств, также относительно высокая стоимость изготовления.

Известен светодиодный потолочный светильник по патенту РФ на полезную модель № 104809, МПК H05K 5/00, опубл. 20.05.2011 г., фронтальная сторона которого выполнена из светопрозрачного материала, содержащего светоотражающие частицы, задняя сторона светильника имеет светоотражающее покрытие, торцевые стороны светильника выполнены из алюминиевого профиля, с радиаторными ребрами охлаждения, в алюминиевый профиль вмонтированы печатные платы с расположенными на них светодиодами, соединенными между собой в единую электрическую сеть параллельным способом. Печатные платы соединены между собой разъемами. При этом в местах расположения светодиодов на фронтальной стороне светильника имеются полукруглые сквозные отверстия. На печатных платах светодиоды соединены между собой в единую электрическую сеть параллельным способом. Недостатками светильника являются слепящий эффект, сложность конструкции и высокая стоимость.

Известен светодиодный потолочный светильник по патенту РФ № 87598 на полезную модель, МПК H05K5/00, H01L33/00, опубл. 10.10.2009 г., содержащий источник питания, светопропускающий элемент и светодиодный источник излучения, расположенные в едином корпусе. Корпус имеет замкнутый профиль и содержит: верхнее основание, нижнее основание и боковые стенки. Светопропускающий элемент размещен в нижнем основании корпуса. Светодиодный источник излучения размещен на задней стенке корпуса; светодиоды смонтированы на печатных платах с алюминиевой основой, закрепленных в корпусе крепежными деталями. Корпус имеет прямоугольный профиль и выполнен с возможностью установления в ячейки подвесного потолка. Недостатком известного изделия является узкая направленность светового потока и высокий слепящий эффект.

Известен светильник с отражателями по патенту РФ № 2401395 на изобретение, МПК F21S 8/10, опубликован 10.10.2010 г., характеризующийся сниженным слепящим действием. Светильник состоит из блока питания, корпуса с платой, на которой установлены три ряда светодиодных ламп, пластин-отражателей с высокой отражательной способностью, установленных за первым рядом под углом 60° к плоскости платы, за вторым рядом - под углом 45° к плоскости платы и за третьим рядом - под углом 90° к плоскости платы. Такой светодиодный светильник обладает сниженным слепящим действием, когда он располагается относительно на большом расстоянии от освещаемой точки. Однако на небольших расстояниях, например, внутри помещений, слепящее действие светильника остается высоким, так как на яркость светодиодов в определенных направлениях применение отражательных пластин не оказывает влияния.

Известен светильник светодиодный с оптическим элементом по патенту РФ № 110816 на полезную модель, состоящий из одного или группы светодиодов. Напротив источника света установлен прозрачный оптический элемент, формирующий световой поток светильника. В этом светильнике для рассеяния излучения, т.е. для уменьшения яркости каждого конкретного светодиода, оптический элемент образован защитным стеклом, имеющим локальные и/или регулярные изменения кривизны, и/или толщины, и/или оптических свойств. Возможно выполнение стекла оптического элемента в виде линзы Френеля; либо выполнение на поверхности стекла оптического элемента микропризм. На стекле оптического элемента может быть выполнена по крайней мере одна групповая линза на все или часть светодиодов; либо на поверхности стекла оптического элемента выполнены линзы или группы линз, расположенные над каждым или частью светодиодов. Такая конструкция устраняет ослепляющий эффект, однако характеризуется высокой степенью сложности изготовления упомянутых оптических элементов (линзы Френеля, микропризмы, групповая линза, линзы и/или группы линз, расположенные над каждым или частью светодиодов).

Известен светильник с оптическим элементом по патенту РФ на полезную модель № 88769, МПК F21S 13/10, опубл. 20.11.2009, содержащий оптическую линзу светораспределения, установленную поверх каждого светодиода, и корпус, снабженный крепежными стыковочными элементами соединения по типу «ласточкин хвост». Дополнительно в корпусе установлено защитное стекло. Недостатком известного светильника также является сложность изготовления.

Известен светодиодный светильник с оптическим элементом по патенту на полезную модель РФ № 110814, МПК F 21S 13/00, опубл. 27.11.2011 г., содержащий П-образный удлиненный корпус из теплоотводящего материала, имеющий оребрение по наружной поверхности, с передней и задней стенками, герметично закрытый оптически прозрачным рассеивателем, выполненным из стекловидного материала, во внутренней полости корпуса размещены две платы с установленными на них светодиодами, первый и второй боковые зеркальные отражатели, верхние кромки которых примыкают к внутренней поверхности прозрачного рассеивателя и внутренним боковым плоскостям П-образного удлиненного корпуса, источник постоянного тока для питания светодиодов, узел крепления, размещенный на наружной поверхности основания П-образного удлиненного корпуса. Недостатком известного светильника является возможное проникновение осадков внутрь светильника.

Известен наиболее близкий к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату светодиодный светильник с оптическим элементом по патенту США № 7473022, МПК F21V7/04, опубл. 06.01.2009 г., содержащий основание, прозрачный оптический элемент, формирующий световой поток, светодиодный модуль и источник питания. Прозрачный оптический элемент закреплен на основании, в качестве которого может быть использован отражатель. На верхней поверхности прозрачного оптического элемента выполнены прямолинейные, взаимно перпендикулярные насечки, параллельные его торцевым сторонам. Светодиодный модуль прикреплен к одной из торцевых сторон прозрачного оптического элемента. Известный светодиодный светильник с оптическим элементом характеризуется сниженным слепящим действием, однако имеет недостаточно равномерное освещение по всей поверхности рассеивателя и недостаточно высокую степень пылевлагозащиты.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание светодиодного осветительного устройства, характеризующего улучшенными техническими показателями.

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи во всех случаях выполнения изобретения, заключаются в обеспечении равномерного освещения по всей поверхности рассеивателя и снижении трудоемкости изготовления.

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи в отдельных случаях выполнения изобретения, заключаются в снижении массогабаритных размеров и повышении степени пылевлагозащиты.

Указанные технические результаты достигаются тем, что светодиодный светильник с оптическим элементом содержит основание, прозрачный оптический элемент, формирующий световой поток, два светодиодных модуля и источник питания. В качестве основания использован отражатель, на котором закреплен прозрачный оптический элемент, содержащий на верхней поверхности взаимно параллельные прямолинейные насечки. Светодиодные модули прикреплены к противоположным торцевым сторонам прозрачного оптического элемента, при этом насечки прозрачного оптического элемента выполнены таким образом, что угол между линиями насечек и направлениями световых потоков составляет 90°.

В некоторых случаях выполнения светодиодный светильник может содержать дополнительный светодиодный модуль, прикрепленный к одной из боковых сторон прозрачного оптического элемента таким образом, что его световой поток направлен параллельно линиям насечек прозрачного оптического элемента.

В других случаях выполнения светодиодный светильник может содержать дополнительные светодиодные модули, прикрепленные к каждой из боковых сторон прозрачного оптического элемента таким образом, что их световые потоки направлены параллельно линиям насечек прозрачного оптического элемента.

Предпочтительно, чтобы светодиодный светильник дополнительно содержал крышку-рассеиватель, прикрепленную к основанию-отражателю таким образом, что прозрачный оптический элемент, светодиодные модули и источник питания располагались под крышкой-рассеивателем.

Предпочтительно, чтобы крышка-рассеиватель имела в разрезе П-образный профиль.

Предпочтительно, чтобы крышка-рассеиватель была выполнена жестко прикрепленной к основанию-отражателю, например, посредством клея-герметика.

Предпочтительно, чтобы светодиодный модуль представлял собой печатную плату с припаянными n светодиодами, где n ≥1.

Предпочтительно, чтобы высота прозрачного оптического элемента превышала ширину светодиодов на светодиодном модуле на величину ± 10 %.

Предпочтительно, чтобы свободные от светодиодного модуля торцевые стороны прозрачного оптического элемента содержали слой светоотражающей краски.

Предпочтительно также, чтобы ширина а прозрачного оптического элемента составляла диапазон 100 мм ≤ а ≤ 550 мм, а отношение расстояния s между насечками к ширине прозрачного оптического элемента а составляла диапазон s/а = (0,01 ч 0,1) мм.

В отдельных случаях выполнения светодиодный светильник может содержать один и более дополнительных прозрачных оптических элементов с взаимно параллельными прямолинейными насечками и светодиодными модулями, прикрепленными к торцевым, или к торцевым и боковым сторонам оптического элемента, при этом насечки прозрачного оптического элемента выполнены таким образом, что угол между линиями насечек и направлениями светового потока по меньшей мере одного из светодиодных модулей составляет 90°.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях выполнения оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

­ наличием дополнительного светодиодного модуля, прикрепленного к противоположной торцевой стороне прозрачного оптического элемента;

­ выполнением насечек прозрачного оптического элемента таким образом, что угол между линиями насечек и направлениями световых потоков составляет 90°.

В отдельных случаях выполнения заявляемое изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

­ наличием дополнительного светодиодного модуля, прикрепленного к одной из боковых сторон прозрачного оптического элемента таким образом, что его световой поток направлен параллельно линиям насечек прозрачного оптического элемента;

­ наличием дополнительных светодиодных модулей, прикрепленных к каждой из боковых сторон прозрачного оптического элемента таким образом, что их световые потоки направлены параллельно линиям насечек прозрачного оптического элемента;

­ наличием крышки-рассеивателя, прикрепленной к основанию- отражателю;

­ расположением прозрачного оптического элемента, светодиодного модуля и источника питания под крышкой-рассеивателем;

­ выполнением крышки-рассеивателя, имеющей в разрезе П-образный профиль;

­ выполнением крышки-рассеивателя, жестко прикрепленной к основанию-отражателю, посредством клея-герметика;

­ выполнением светодиодного модуля в виде печатной платы с припаянными n светодиодами, где n ≥1;

­ выполнением высоты прозрачного оптического элемента, не превышающей ширину светодиодов на светодиодном модуле на величину ± 10 %;

­ наличием слоя светоотражающей краски на свободных от светодиодного модуля сторонах прозрачного оптического элемента;

­ выполнением ширины а прозрачного оптического элемента, составляющей диапазон 100 мм ≤ а ≤ 550 мм, и отношением расстояния s между насечками к ширине а прозрачного оптического элемента, составляющим диапазон s/а = (0,01 ч 0,1) мм;

­ наличием одного и более дополнительных прозрачных оптических элементов с взаимно параллельными прямолинейными насечками и светодиодными модулями, прикрепленными к торцевым или к торцевым и боковым сторонам оптического элемента, при этом насечки прозрачного оптического элемента выполнены таким образом, что угол между линиями насечек и направлениями светового потока по меньшей мере одного из светодиодных модулей составляет 90°.

Выполнение насечек прозрачного оптического элемента таким образом, что угол между линиями насечек и направлениями световых потоков составляет 90°, и наличие дополнительного светодиодного модуля, прикрепленного к противоположной торцевой стороне прозрачного оптического элемента, обеспечивает равномерное освещение по всей поверхности рассеивания. Наличие дополнительных светодиодных модулей, прикрепленных к боковым сторонам прозрачного оптического элемента таким образом, что их световые потоки направлены параллельно линиям насечек прозрачного оптического элемента, повышает равномерность и степень освещения. Наличие крышки-рассеивателя П-образного профиля, жестко прикрепленной, например, посредством клея-герметика к основанию-отражателю таким образом, что под ней располагаются: прозрачный оптический элемент, светодиодный модуль и источник питания, обеспечивает высокую степень пылевлагозащиты. Выполнение ширины прозрачного оптического элемента, не превышающей ширину светодиодов на светодиодном модуле на величину ± 10 %, обеспечивает снижение массогабаритных размеров светильника и возможность создания ультратонких светильников. Наличие слоя светоотражающей краски на сторонах прозрачного оптического элемента обеспечивает повышение осветительного эффекта. Выполнение ширины а прозрачного оптического элемента, составляющей диапазон 100 мм ≤ а ≤ 550 мм, а отношения расстояния s между насечками к ширине а прозрачного оптического элемента 2, составляющим диапазон s/а = (0,01 ч 0,1) мм, позволяет получить наиболее оптимальный результат освещения. Выполнение светильника содержащим один и более дополнительных прозрачных оптических элементов со светодиодными модулями, прикрепленными к противоположным торцевым его сторонам, и источников питания, размещенных под крышкой-рассеивателем, позволяет повысить мощность устройства.

Изобретение иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 представлен светодиодный светильник с оптическим элементом, общий вид с вырезами.

На фиг. 2 представлен светодиодный светильник с оптическим элементом, выноска узла А на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен светодиодный светильник с оптическим элементом, содержащий дополнительный оптический элемент со светодиодными модулями, общий вид.

На фиг. 4 представлен светодиодный светильник с оптическим элементом, разрез А-А на фиг. 2.

На фиг. 5 представлен светодиодный светильник с оптическим элементом, разрез Б-Б на фиг. 2.

Светодиодный светильник с оптическим элементом содержит основание-отражатель 1, прозрачный оптический элемент 2, формирующий световой поток, два светодиодных модуля 3 и источник питания 4. На основании-отражателе 1 закреплен прозрачный оптический элемент 2, содержащий на верхней поверхности взаимно параллельные прямолинейные насечки 5. Светодиодные модули 3 прикреплены к противоположным торцевым сторонам прозрачного оптического элемента 2, при этом насечки 5 прозрачного оптического элемента 2 выполнены таким образом, что угол между линиями насечек 5 и направлением светового потока составляет 90°. Светодиодный светильник с оптическим элементом может содержать имеющую в разрезе П-образный профиль крышку-рассеиватель 6, жестко прикрепленную, например, посредством клея-герметика к основанию-отражателю 1 таким образом, что прозрачный оптический элемент 2, светодиодные модули 3 и источник питания 4 располагаются под крышкой-рассеивателем 6. Светодиодный модуль 3 представляет собой печатную плату с припаянными n светодиодами, где n ≥1 (на чертеже не показаны). Высота прозрачного оптического элемента 2 превышает ширину светодиодов (на чертеже не показаны) на светодиодном модуле 3 на величину ± 10 %. Свободные стороны прозрачного оптического элемента 2 содержат слой светоотражающей краски (на чертеже не показан). Опытные данные показали, что наиболее оптимальными для получения результата освещенности и равномерности распределения светового потока являются выполнение ширины а прозрачного оптического элемента 2, составляющей диапазон 100 мм ≤ а ≤ 550 мм, а отношение расстояния s между насечками 5 к ширине а прозрачного оптического элемента 2, составляющим диапазон s/а = (0,01 ч 0,1) мм. Для увеличения мощности светильника последний может дополнительно содержать один и более прозрачных оптических элементов со светодиодными модулями и источников питания (на чертеже не показаны), размещенных под крышкой-рассеивателем 6.

Светильник работает следующим образом.

Светодиодные модули 3, подключенные через источник питания 4 к стандартной электрической сети, начинают излучать световой поток, направленный вглубь прозрачного оптического элемента 2 с прямолинейными насечками 5. Прямолинейные насечки 5 начинают светиться и равномерно распределяют световой поток по крышке–рассеивателю 6, а основание–отражатель 1 помогает минимизировать потери светового потока на переотражении. Слой светоотражающей краски (на чертеже не показан) усиливает световой поток. Герметичное соединение крышки-рассеивателя 6 предотвращает попадание влаги и пыли на светодиодные модули и другие элементы светодиодного светильника, увеличивая срок службы устройства. Наличие дополнительных светодиодных модулей (на чертеже не показаны), формирующих световые потоки, направленные параллельно линиям насечек, также как наличие дополнительных оптических элементов повышает светоизлучательные возможности светильника.