RU193054U1 - LED TAPE FOR LAMP - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к конструкции светодиодной ленты для лампы, заменяющей лампу накаливания в осветительных устройствах бытового и производственного назначения.Светодиодная лента для лампы, содержащая протяженную подложку с металлическими наконечниками на краях, на которой размещены излучающие кристаллы синего цвета свечения, электрически соединенные проволокой согласно и последовательно вместе с наконечниками, отличающаяся тем, что на кристаллы нанесена люминофорная композиция, поверх которой размещен слой компаунда с диффузантом, концентрация которого составляет от 3% до 10%.Установлено, что пространственная неравномерность распределения коррелированной цветовой температуры в предлагаемой конструкции в четыре раза меньше, чем у прототипа при одинаковых значениях светового потока. 4 ил.The utility model relates to lighting engineering, in particular, to the design of an LED strip for a lamp that replaces an incandescent lamp in lighting devices for domestic and industrial use. An LED strip for a lamp containing an extended substrate with metal tips at the edges, on which emitting blue crystals of the glow color is placed, is electrically connected by a wire according to and sequentially together with tips, characterized in that a phosphor composition is applied to the crystals, on top of which p A compound layer with a diffusant is placed, the concentration of which is from 3% to 10%. It is established that the spatial unevenness of the distribution of the correlated color temperature in the proposed design is four times less than that of the prototype with the same light flux. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к конструкции светодиодной ленты для лампы, заменяющей лампу накаливания в осветительных устройствах бытового и производственного назначения.The utility model relates to lighting engineering, in particular, to the design of an LED strip for a lamp that replaces an incandescent lamp in lighting devices for domestic and industrial use.

Последнее десятилетие характеризуется все более широким использованием светодиодных ламп в осветительных приборах различного назначения. Для бытового сектора освещения лампа должна быть адаптирована к традиционной технологии производства ламп накаливания. Это позволяет при минимальной модернизации технологических линеек организовать массовое производство светодиодных ламп. Кроме того сохранение традиционной формы лампы позволит использовать привычные способы ее применения и вместе с наблюдаемым постоянным снижением цены «завоевать» широкого потребителя.The last decade is characterized by the increasing use of LED lamps in lighting devices for various purposes. For the domestic lighting sector, the lamp must be adapted to the traditional technology for the production of incandescent lamps. This allows for minimal modernization of technological lines to organize the mass production of LED lamps. In addition, the preservation of the traditional form of the lamp will allow you to use the usual methods of its application and, together with the observed constant decline in prices, “win” a wide consumer.

Светодиоды (СД) в последнее время становятся основными источниками света из-за их высокой светоотдачи и надежности, быстрого достижения яркости, длительного срока службы, низкой потребляемой мощности, низкой стоимости их обслуживания, а также из-за их экологической безопасности для окружающей среды. Для решения задач энергосбережения наиболее важным параметром светодиодов является такой показатель как светоотдача. Потому ведущие мировые фирмы активно соревнуются в достижении все более высоких значений этого параметра. За счет совершенствования технологического процесса выращивания эпитаксиальных гетероструктур GaN/InGaN (повышение внутренней квантовой эффективности) и множества технических решений по конструкции излучающего кристалла удалось за последние 8-10 лет увеличить светоотдачу белых светодиодов с 70-80 лм/Вт до 260-270 лм/Вт. В июне 2014 г. фирма CREE сообщила о достижении светоотдачи 303 лм/Вт.LEDs (LEDs) have recently become the main sources of light due to their high light output and reliability, fast achievement of brightness, long life, low power consumption, low cost of maintenance, and also because of their environmental safety for the environment. To solve energy saving problems, the most important parameter of LEDs is such an indicator as light output. Therefore, the world's leading firms are actively competing in achieving ever higher values of this parameter. Due to the improvement of the technological process for growing GaN / InGaN epitaxial heterostructures (increasing the internal quantum efficiency) and many technical solutions for the design of the emitting crystal, it has been possible over the past 8-10 years to increase the light output of white LEDs from 70-80 lm / W to 260-270 lm / W . In June 2014, CREE announced a light output of 303 lm / W.

Светодиодные лампы уже подтвердили свои преимущества во всех сферах практических применений. Рынок светодиодных ламп бурно развивается [1].LED lamps have already proven their worth in all areas of practical applications. The market for LED lamps is booming [1].

Настоящим прорывом на рынке светодиодных ламп стало появление конструкций с использованием излучающих элементов в виде светодиодных лент (нитей) (Filament LED Bulb) [2]. В таких лампах преобразование электрической энергии в световую осуществляется светодиодными лентами (нитями), представляющими собой протяженную сборку множества излучающих кристаллов на единой подложке. Вся сборка (или каждый отдельный кристалл) покрыта люминофорной композицией, преобразующей синее излучение кристаллов в желто-красное излучение, так что суммарный световой поток (излучение кристалла плюс преобразованное люминофором излучение) имеет характер белого света. Светодиодные ленты скомпонованы в виде объемной конструкции, закрепленной на держателе в колбе лампы и электрически соединенной с устройством питания, размещенным в цоколе лампы. Охлаждение светоизлучающих элементов осуществляется конвекционными потоками в газовой среде в колбе, то есть, отсутствует радиатор. Лампы максимально приближены по форме и весу к традиционным лампам накаливания, а различные формы объемных излучающих конструкций из светодиодных лент позволяют приблизиться к пространственному распределению света, характерному для ламп накаливания. Эти особенности ламп на основе светодиодных лент привлекли большое внимание многих производителей осветительного оборудования, в том числе и в России [3].A real breakthrough in the LED lamp market was the emergence of designs using emitting elements in the form of LED strips (filaments) (Filament LED Bulb) [2]. In such lamps, the conversion of electrical energy into light is carried out by LED strips (filaments), which are an extended assembly of many emitting crystals on a single substrate. The entire assembly (or each individual crystal) is coated with a phosphor composition that converts the blue radiation of the crystals into yellow-red radiation, so that the total luminous flux (crystal radiation plus radiation converted by the phosphor) has the character of white light. LED strips are arranged in the form of a three-dimensional structure mounted on a holder in the bulb of the lamp and electrically connected to a power device located in the lamp base. The cooling of the light-emitting elements is carried out by convection flows in a gaseous medium in a flask, that is, there is no radiator. The lamps are as close as possible in shape and weight to traditional incandescent lamps, and various forms of volumetric emitting structures made of LED strips allow you to approach the spatial distribution of light characteristic of incandescent lamps. These features of lamps based on LED strips have attracted much attention of many manufacturers of lighting equipment, including in Russia [3].

Известна светодиодная лента для лампы, содержащая протяженную подложку, на концах которой имеются металлические наконечники для крепления ленты в лампе и подачи на них питающего напряжения. На поверхности подложки с помощью теплопроводящего клея размещены кристаллы, излучающие свет. Наконечники и контактные выводы кристаллов соединены проволокой так, что образуется последовательная цепь для присоединения к токовводам лампы. На кристаллы и подложку нанесен люминофорный компаунд [2]. Это техническое решение по наибольшему совпадению признаков выбрано в качестве прототипа. Используется кристалл планарной конструкции, т.е., планарная топология омических контактов на одной стороне кристалла. Для получения белого света кристаллы на основе гетероструктур GaN/InGaN (могут быть и другие материалы), излучающие синий свет, покрываются люминофорным компаундом, преобразующим синий свет в желто-красное излучение. От смешения этих излучений на выходе получается белый свет с оттенком от холодного до теплого белого света в зависимости от соотношения потоков излучения составляющих цветов.Known LED tape for the lamp, containing an extended substrate, at the ends of which there are metal tips for mounting the tape in the lamp and supplying them with a supply voltage. Crystals emitting light are placed on the surface of the substrate using heat-conducting glue. The tips and terminals of the crystals are wired so that a series circuit is formed for connection to the lamp current leads. A phosphor compound is applied to the crystals and the substrate [2]. This technical solution for the greatest coincidence of features is selected as a prototype. A crystal of planar design is used, i.e., the planar topology of ohmic contacts on one side of the crystal. To obtain white light, crystals based on GaN / InGaN heterostructures (there may be other materials) emitting blue light are coated with a phosphor compound that converts blue light to yellow-red radiation. By mixing these radiations at the output, white light is obtained with a tint from cold to warm white light depending on the ratio of the radiation fluxes of the constituent colors.

Недостатком прототипа является большая пространственная неоднородность распределения коррелированной цветовой температуры (КЦТ).The disadvantage of the prototype is the large spatial heterogeneity of the distribution of the correlated color temperature (CCT).

Целью предлагаемой полезной модели является создание светодиодной ленты с повышенной пространственной однородностью распределения КЦТ.The purpose of the proposed utility model is the creation of LED strip with increased spatial uniformity of distribution of CCT.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении пространственной однородности распределения КЦТ светодиодной ленты.The technical result of the proposed utility model is to increase the spatial uniformity of the distribution of the CCT of the LED strip.

Указанный технический результат достигается тем, что на светодиодной ленте для лампы, содержащей протяженную подложку с металлическими наконечниками на краях, на которой размещены излучающие кристаллы синего цвета свечения, электрически соединенные проволокой согласно и последовательно вместе с наконечниками, на кристаллы нанесена люминофорная композиция, поверх которой размещен слой компаунда с диффузантом.The specified technical result is achieved by the fact that on the LED strip for the lamp containing an extended substrate with metal tips at the edges, on which emitting blue crystals of glow, placed electrically connected by a wire according to and in series with the tips, a phosphor composition is deposited on the crystals, on top of which compound layer with diffuser.

Слой компаунда с диффузантом служит для дополнительного перемешивания излучений кристалла и люминофора, что позволяет получить равномерное распределение КЦТ в пространстве над излучающей поверхностью ленты.The compound layer with a diffusant serves to additionally mix the radiation of the crystal and phosphor, which makes it possible to obtain a uniform distribution of CCT in the space above the radiating surface of the tape.

Далее сущность полезной модели поясняется чертежами.Further, the essence of the utility model is illustrated by drawings.

Фиг. 1 - Схематический вид предлагаемой конструкции светодиодной ленты. Здесь: 1 - подложка, 2 - излучающие кристаллы, 3 - металлические наконечники, 4 - изолятор, 5 - соединительная проволока, 6 - слой люминофорной композиции, 7 - смесь компаунда с диффузантом.FIG. 1 - Schematic view of the proposed design of the LED strip. Here: 1 - substrate, 2 - emitting crystals, 3 - metal tips, 4 - insulator, 5 - connecting wire, 6 - layer of the phosphor composition, 7 - mixture of compound with diffusant.

Фиг. 2 - Распределения коррелированной цветовой температуры вдоль продольной оси светодиодной ленты для конструкции прототипа (квадраты) и предложенного технического решения (треугольники).FIG. 2 - Distributions of the correlated color temperature along the longitudinal axis of the LED strip for the prototype design (squares) and the proposed technical solution (triangles).

Для подтверждения положительного эффекта проведены экспериментальные исследования. Светодиодные нити изготовлены на подложке 1 длиной Z=38 мм из никелированной стали. Одним из контактов крайний светодиодный кристалл 2 приваривается к металлическому наконечнику 3, изолированному от подложки изолятором 4. Все светодиодные кристаллы (N=21 шт.) монтируются на подложку с помощью клея, обладающего высокой теплопроводностью и электрической прочностью, и электрически соединяются последовательно друг с другом и наконечниками проволокой 5. Применены светодиодные кристаллы Epistar ES-CEBHV10F, рассчитанные на прямой ток 10 мА; обладающие излучением с длиной волны 460…465 нм. На каждый кристалл нанесен слой люминофорной композиции 6 (7,5% люминофора L-550S, смешанный с компаундом Elastosil RT 604) методом заливки. После полимеризации люминофорной композиции, на него равномерным слоем нанесена смесь диффузанта 7 (порошок двуокиси кремния белого цвета) с компаундом Elastosil RT 604 толщиной 1 мм с концентрацией диффузанта 6%.To confirm the positive effect, experimental studies have been conducted. LED strands are made on a substrate 1 with a length of Z = 38 mm from nickel-plated steel. One of the contacts of the extreme LED crystal 2 is welded to a metal tip 3, insulated from the substrate by an insulator 4. All LED crystals (N = 21 pcs.) Are mounted on the substrate using an adhesive having high thermal conductivity and electric strength, and are electrically connected in series with each other and wire ends 5. Epistar ES-CEBHV10F LED crystals are used, designed for a direct current of 10 mA; possessing radiation with a wavelength of 460 ... 465 nm. A layer of phosphor composition 6 (7.5% phosphor L-550S mixed with Elastosil RT 604 compound) was applied to each crystal by pouring. After polymerization of the phosphor composition, a mixture of diffusant 7 (white silica powder) with Elastosil RT 604 compound 1 mm thick with a diffusant concentration of 6% was applied on it with a uniform layer.

Измерения светотехнических характеристик ленты (яркости, цветовых координат и коррелированной цветовой температуры) проводились при прямом токе 10 мА при помощи CS-200 Chromameter Konica Minolta. Установлено, что неравномерность КЦТ ленты в предлагаемой конструкции в четыре раза меньше неравномерности КЦТ ленты-прототипа (Фиг. 2) при одинаковых значениях светового потока.The lighting characteristics of the tape (brightness, color coordinates, and correlated color temperature) were measured at a direct current of 10 mA using a CS-200 Chromameter Konica Minolta. It was found that the non-uniformity of the CCT tape in the proposed design is four times less than the non-uniformity of the CCT tape of the prototype (Fig. 2) with the same values of the light flux.

Экспериментально установлено, что при концентрации диффузанта менее 3% пространственная неравномерность КЦТ предлагаемой конструкции близка к неравномерности конструкции - прототипа, а при концентрации диффузанта 10% и более наблюдается уменьшение значения светового потока ленты. Таким образом наиболее предпочтительное значение концентрации диффузанта составляет от 3 до 10%.It was experimentally established that at a diffusant concentration of less than 3%, the spatial non-uniformity of the CCT of the proposed design is close to the non-uniformity of the prototype design, and at a diffusant concentration of 10% or more, a decrease in the luminous flux of the tape is observed. Thus, the most preferred concentration of diffusant is from 3 to 10%.

Предлагаемая конструкция светодиодной ленты доступна для массового производства ламп практически без изменения технологического заводского процесса, в том числе и для автоматизированной сборки.The proposed design of the LED strip is available for mass production of lamps with virtually no change in the technological factory process, including for automated assembly.

Выполненные патентные исследования и анализ других источников информации показали, что предлагаемое техническое решение является новым, возможным для промышленного производства с экспериментально подтвержденным положительным эффектом.Performed patent research and analysis of other sources of information showed that the proposed technical solution is new, possible for industrial production with experimentally confirmed positive effect.

Источники информации, использованные при составлении описания.Sources of information used in the preparation of the description.

1. Светодиодная лампа (варианты) Патент РФ 102746 U1 от 27.10.10 МПК F21S 8/09 (2006/01) // Голубев В.В., Алексеев А.П., Кассирова Г.В., Малофеева Л.А.1. LED lamp (options) RF patent 102746 U1 dated 10.27.10 IPC F21S 8/09 (2006/01) // Golubev V.V., Alekseev A.P., Kassirova G.V., Malofeeva L.A.

2. Светодиодная лампа Патент РФ 2546469 от 01.09.11 МПК F21V 19/00 (2006/01) // ГЭ Шичао, ГЭ Техань, ЛЮ Хуабинь.2. LED lamp RF Patent 2546469 from 09/01/11 IPC F21V 19/00 (2006/01) // GE Shichao, GE Techan, BJ Huabin.

3. М. Абрашкина, И. Доброзраков, И. Кошин, Т. Рожкова. Филамент светодиодный на смену вольфрамовой спирали // Полупроводниковая светотехника. - 2015. - №4. - С. 6-10.3. M. Abrashkina, I. Dobrozrakov, I. Koshin, T. Rozhkova. LED filament to replace a tungsten spiral // Semiconductor lighting technology. - 2015. - No. 4. - S. 6-10.

Claims (1)

Светодиодная лента для лампы, содержащая протяженную подложку с металлическими наконечниками на краях, на которой размещены излучающие кристаллы синего цвета свечения, электрически соединенные проволокой согласно и последовательно вместе с наконечниками, отличающаяся тем, что на кристаллы нанесена люминофорная композиция, поверх которой размещен слой компаунда с диффузантом, концентрация которого составляет от 3% до 10%.LED strip for a lamp, containing an extended substrate with metal tips at the edges, on which emitting blue glowing crystals are placed, electrically connected by a wire according to and in series with the tips, characterized in that a phosphor composition is deposited on the crystals, on top of which a compound layer with a diffusant is placed whose concentration is from 3% to 10%.

Images