МНОГОКРИСТАЛЬНАЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩАЯ МАТРИЦА
MULTICHIP LIGHT-EMITTING MATRIX

Изобретение относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым светоизлучающим устройствам, в частности к многокристальным светоизлучающим матрицам.
Известны конструкции полупроводниковых светоизлучающих устройств, в которых в качестве источника излучения используются светоизлучающие матрицы, содержащие множество смонтированных на общем основании полупроводниковых светоизлучающих кристаллов. Рассматриваемые светоизлучающие матрицы за счет наличия в них множества кристаллов имеют высокую мощность и, соответственно, обеспечивают высокую силу света.
При последовательном соединении кристаллов в матрице увеличивается ее суммарное напряжение питания, что позволяет запитывать матрицу высоким напряжением, в частности напряжением стандартных сетей электропитания, без использования специализированных блоков питания или преобразователей напряжения, обычно применяемых для адаптации питающего напряжения к условиям электропитания кристаллов.
Известна светоизлучающая матрица [US 2011073879], содержащая изолирующую подложку, на которой расположено множество полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, которые сформированы монолитно в процессе эпитаксии и соединены последовательно или последовательно - параллельно.
Рассматриваемая многокристальная матрица обеспечивает достижение высокой мощности и высокого напряжения питания. Однако после изготовления данной матрицы в ней не обеспечивается возможность варьирования напряжения питания с целью улучшения совместимости матрицы с конкретным источником питающего напряжения, в частности с конкретной сетью электропитания. Кроме того, данная матрица имеет сложную технологию изготовления.
Известна светоизлучающая матрица [RU 99245], которая выбрана авторами в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемая светоизлучающая матрица содержит полупроводниковые светоизлучающие кристаллы, расположенные на общем пластинчатом основании, выполненном из теплопроводного материала, при этом светоизлучающие кристаллы соединены последовательно - параллельными группами.
Поверх основания сформирована рамка из эпоксидного компаунда, заполненная люминофором. Над излучающей поверхностью матрицы помещена световыводящая линза.
Рассматриваемая матрица обеспечивает достижение высокой мощности и высокого напряжения питания, при этом технология ее изготовления является относительно простой.
Однако после изготовления данной матрицы в ней, также как и в вышеописанной матрице, не обеспечивается возможность варьирования напряжения питания с целью улучшения совместимости матрицы с конкретным источником питающего напряжения, в частности с конкретной сетью электропитания.
Задачей заявляемого изобретения является возможность варьирования напряжения питания светоизлучающей матрицы после ее изготовления.
Сущность изобретения заключается в том, что в светоизлучающей матрице, включающей выполненное из теплопроводного материала пластинчатое основание, на котором установлена группа полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, включенных в последовательную электрическую цепь, согласно изобретению электрическая цепь содержит включенные параллельно части кристаллов участки шунтирования, имеющие в замкнутом состоянии практически нулевое сопротивление, расположенные на основании с возможностью свободного доступа к зонам их замыкания.
В частном случае выполнения изобретения матрица содержит расположенную поверх основания пластину из диэлектрического материала, имеющую сквозное отверстие, образующее углубление, в котором помещены светоизлучающие кристаллы, причем указанное углубление заполнено светопрозрачным компаундом.
Наличие в заявляемой светоизлучающей матрице группы светоизлучающих кристаллов обеспечивает ее высокую мощность и, соответственно, высокую силу света. При этом за счет последовательного соединения кристаллов высокая мощность заявляемой матрицы достигается при высоком суммарном напряжении питания и малых протекающих через кристаллы токах. Это позволяет запитывать заявляемую матрицу высоким напряжением без использования специализированных блоков питания или преобразователей напряжения, обычно применяемых для адаптации питающего напряжения к условиям электропитания кристаллов. Заявляемую матрицу, в частности, можно запитывать напряжением стандартных сетей электропитания в диапазоне от 100 до 1000 В.
Количество кристаллов в заявляемой матрице, в частности, составляет 50-300 штук.
Выполнение основания из теплопроводного материала способствует отводу тепла от светоизлучающих кристаллов. В частности, основание может быть изготовлено из металла или теплопроводной керамики.
Принципиально важным в заявляемом изобретении является возможность шунтирования части кристаллов в матрице, благодаря чему можно изменять количество кристаллов, включенных в последовательную цепь, и, соответственно, изменять величину напряжения питания матрицы, добиваясь лучшей совместимости указанного напряжения с напряжением конкретного источника питания, в частности с напряжением конкретной сети электропитания.
При этом, поскольку участки шунтирования расположены на основании с возможностью свободного доступа к зонам их замыкания, шунтирование части кристаллов осуществляется уже в изготовленной матрице с учетом конкретных условий ее питания.
Количество шунтируемых кристаллов составляет, в частности, от 2 до 6 штук.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемой светоизлучающей матрицы, является возможность варьирования напряжения питания светоизлучающей матрицы после ее изготовления с целью улучшения совместимости матрицы с конкретным источником питающего напряжения.
В случае когда матрица содержит расположенную поверх основания пластину из диэлектрического материала, имеющую сквозное отверстие, образующее углубление, в котором помещены светоизлучающие кристаллы, и указанное углубление заполнено светопрозрачным компаундом, обеспечивается компактность конструкции, при этом сформированное углубление служит в качестве емкости для компаунда, выполняющего защитную и световыводящую функции, а в случае использования в составе компаунда люминофора, дополнительно выполняющего светопреобразующую функцию. Кроме того, выбирая материал пластины с высокими диэлектрическими свойствами, оказывается возможным обеспечить заданную электробезопасность матрицы, запитываемой от высоковольтного источника питания.
На фигуре представлен общий вид заявляемого устройства.
Светоизлучающая матрица содержит выполненное из теплопроводного материала пластинчатое основание 1, на котором сформированы распределенные по площади основания 1 дорожки 2, предназначенные для установки на них включенных в последовательную электрическую цепь полупроводниковых светоизлучающих кристаллов (на чертеже не показаны). Указанные кристаллы могут быть, в частности, напаяны или наклеены с помощью токопроводящего клея на дорожки 2. Количество кристаллов выбирают, в частности, из условия обеспечения суммарного напряжения электрической цепи питания матрицы от 100 до 1000 В и оно составляет, в частности, от 50 до 300 штук. На основании 1 сформированы площадки 3, служащие для установки на них предназначенных для шунтирования светоизлучающих кристаллов (на чертеже не показаны). Количество предназначенных для шунтирования кристаллов, в частности, составляет от 2 до 6 штук. Электрическая цепь питания матрицы содержит участки 4 шунтирования кристаллов, установленных на площадках 3. Участки 4 шунтирования включены параллельно указанным кристаллам и имеют в замкнутом состоянии практически нулевое сопротивление. Замыкание участков 4 шунтирования осуществляется в зонах 5 замыкания, в частности, с помощью переключателей (на чертеже не показаны) или путем пайки.
Светоизлучающая матрица содержит расположенную поверх основания 1 пластину 6 из диэлектрического материала, в которой выполнено сквозное отверстие 7, имеющее, в частности, форму квадрата, площадь которого соответствуют площади основания 1, занимаемой кристаллами, расположенными на дорожках 2 и площадках 3.
Образованное отверстием 7 углубление, в котором помещены указанные кристаллы, заполнено светопрозрачным компаундом, в частности, содержащим люминофор.
Зоны 5 замыкания участков 4 шунтирования расположены на основании 1 таким образом, что они выступают за пределы пластины 6, что обеспечивает свободный доступ к указанным зонам в изготовленной светоизлучающей матрице.
На основании 1 расположены присоединительные выводы 8, предназначенные для подключения светоизлучающей матрицы к источнику питания (на чертеже не показан).
На основании также выполнено сквозное отверстие 9, предназначенное для прохождения подключаемых к присоединительным выводам 8 электрических проводов от источника питания, а также сквозные отверстия 10, предназначенные для крепежных деталей (на чертеже не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Перед подключением светоизлучающей матрицы к конкретному внешнему источнику питания контролируют величину его напряжения. В случае несоответствия величины напряжения источника и величины напряжения питания светоизлучающей матрицы осуществляют шунтирование необходимого количества расположенных на площадках 3 кристаллов путем замыкания в зонах 5 соответствующих участков 4 шунтирования.
При подключении одного из присоединительных выводов 8 к положительному полюсу, а другого присоединительного вывода 8 к отрицательному полюсу источника питания по электрической цепи светоизлучающей матрицы протекает электрический ток. При протекании тока через включенные в последовательную цепь светоизлучающие кристаллы последние излучают свет. Световое излучение кристаллов выводится из светоизлучающей матрицы через компаундное покрытие, сформированное в углублении, образованном отверстием 7.
Благодаря наличию множества кристаллов светоизлучающая матрица обладает высокой мощностью, при этом за счет включения кристаллов в последовательную цепь она имеет высокое напряжение питания от 100 до 1000 В при относительно малой величине тока, протекающего через кристаллы.