ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к светотехнике, а именно, к полупроводниковым источникам света, содержащим множество полупроводниковых светоизлучающих кристаллов.
Известны полупроводниковые светоизлучающие устройства, содержащие множество полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, размещенных на общем основании. Наличие множества светоизлучающих кристаллов позволяет увеличить мощность светоизлучающего устройства, и, соответственно, его световой поток.
Известно полупроводниковое светоизлучающее устройство [RU99245], которое содержит группу размещенных на общем основании светоизлучающих кристаллов, имеющих, так называемую, вертикальную конструкцию, у которых положительный и отрицательный электроды расположены с разных сторон кристалла. Светоизлучающие кристаллы соединены в электрическую цепь с помощью проволочных элементов, соединяющих контакты кристаллов со сформированными на основании контактными площадками.
Вокруг светоизлучающих кристаллов на основании помещена рамка из эпоксидного полимера, а свободное пространство внутри рамки заполнено люминофором.
Рассматриваемое устройство обладает достаточно высокой оптической мощностью и позволяет получить излучение требуемого цвета.
Недостатком рассматриваемого устройства является невозможность достижения в нем плотной посадки светоизлучающих кристаллов на общем основании, что обусловлено наличием проволочных соединений. Это приводит к увеличению габаритов устройства и ограничивает количество используемых кристаллов.
Известно полупроводниковое светоизлучающее устройство [US2009101930], которое выбрано в качестве ближайшего аналога.
Данное устройство содержит множество расположенных на общем теплоотводящем основании полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, каждый из которых снабжен положительным и отрицательным электродами.
Светоизлучающие кристаллы соединены в электрическую цепь. Устройство также содержит общее для всех светоизлучающих кристаллов полимерное покрытие, содержащее люминофор.
Наличие множества светоизлучающих кристаллов способствует увеличению мощности излучения рассматриваемого устройства. При этом за счет применения общего для светоизлучающих кристаллов полимерного покрытия, содержащего люминофор, обеспечивается защита светоизлучающих кристаллов от механических повреждений и воздействия внешней среды, что повышает надежность работы устройства, а также достигается требуемая цветность излучения.
Однако в рассматриваемом устройстве светоизлучающие кристаллы расположены на значительном расстоянии друг от друга, вследствие чего не обеспечивается плотная посадка светоизлучающих кристаллов на общем основании. Это приводит к увеличению его габаритов, особенно при большом количестве кристаллов.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение плотной посадки светоизлучающих кристаллов на основании и хорошего отвода от них тепла.
Сущность полезной модели заключается в том, что в полупроводниковом светоизлучающем устройстве, содержащем электрическую цепь, включающую множество помещенных на общем теплоотводящем основании полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, имеющих положительные и отрицательные электроды, а также общее для всех светоизлучающих кристаллов полимерное покрытие, содержащее люминофор, согласно полезной модели устройство содержит токопроводящие металлизированные области, сформированные на основании, суммарная площадь которых превышает не занятую указанными металлизированными областями площадь поверхности основания, обеспечивающие соединение светоизлучающих кристаллов, по меньшей мере, в одну электрическую цепь, при этом каждая металлизированная область включает положительную и отрицательную контактные зоны, а каждый светоизлучающий кристалл установлен на одной из металлизированных областей таким образом, что ее положительная и отрицательная контактные зоны контактируют с обеспечением электрической связи соответственно с положительным и с отрицательным электродами светоизлучающего кристалла.
В частном случае выполнения полезной модели площадь светоизлучающего кристалла в проекции на горизонтальную плоскость соответствует площади металлизированной области.
В частном случае выполнения полезной модели положительная контактная зона одной металлизированной области электрически соединена с отрицательной контактной зоной смежной металлизированной области.
В частном случае выполнения полезной модели положительная контактная зона одной металлизированной области электрически соединена с положительной контактной зоной смежной металлизированной области.
Наличие множества расположенных на общем теплоотводящем основании включенных в электрическую цепь светоизлучающих кристаллов позволяет достигнуть в заявляемом устройстве относительно высокую мощность излучения, тем большую, чем больше количество используемых кристаллов.
При этом с помощью общего для светоизлучающих кристаллов полимерного покрытия, содержащего люминофор, обеспечивается защита светоизлучающих кристаллов от механических повреждений и воздействия внешней среды, что повышает надежность работы устройства, а также достигается требуемая цветность излучения, в том числе, обеспечивается возможность получения белого света.
В качестве полимерного покрытия может быть, в частности, использован светопрозрачный силиконовый эластомер с распределенными в его объеме частицами люминофора.
При большом количестве светоизлучающих кристаллов в светоизлучающем устройстве важным, с точки зрения обеспечения компактности конструкции устройства, является возможность плотной посадки кристаллов (как можно более близкое расположение кристаллов друг относительно друга) на общем основании, а также эффективный отвода от кристаллов тепла, поскольку, чем больше количество кристаллов, и чем ближе они расположены друг относительно друга, тем сильнее они нагреваются.
Наличие сформированных на общем основании металлизированных областей обеспечивает требуемое электрическое соединение светоизлучающих кристаллов в одну электрическую цепь или в несколько электрических цепей.
При этом благодаря наличию под каждым кристаллом металлизированной области, а также большой их суммарной площади в заявляемом устройстве
достигается возможность размещения на общем теплоотводящем основании большого количества светоизлучающих кристаллов при обеспечении их плотной посадки и хорошем отводе тепла от кристаллов через рассматриваемые металлизированные области на указанное теплоотводящее основание.
Преимущественным является использование в заявляемом устройстве светоизлучающих кристаллов, у которых положительный и отрицательный электроды расположены с одной стороны кристалла, что позволяет монтировать кристаллы на основании без контактных проволок, в частности, кристаллы флип - чип конструкции.
То, что суммарная площадь металлизированных областей превышает не занятую указанными областями часть площади поверхности основания, означает, что указанные области занимают более 50% площади поверхности основания.
Как показывает практика, для лучшего отвода тепла от кристаллов следует формировать металлизированные области на площади, составляющей не менее 80% от площади поверхности основания.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является обеспечение плотной посадки светоизлучающих кристаллов на основании и хорошего отвода от них тепла.
В случае, когда площадь светоизлучающего кристалла в проекции на горизонтальную плоскость соответствует площади металлизированной области, достигается более рациональная компоновка кристаллов на основании, при этом вся нижняя поверхность кристалла находится в тепловом контакте с соответствующей металлизированной областью, что способствует лучшему отводу тепла.
При этом наиболее рациональным с точки зрения организации лучшего электрического и теплового контакта кристалла с металлизированной областью является, чтобы конфигурация и месторасположение положительной и отрицательной контактных зон металлизированной области соответствовали конфигурации и местоположению соответственно положительного и отрицательного электродов светоизлучающего кристалла (дизайн металлизированной области соответствовал дизайну светоизлучающего кристалла).
В случае, когда положительная контактная зона одной металлизированной области электрически соединена с отрицательной контактной зоной смежной
металлизированной области, обеспечивается соединение светоизлучающих кристаллов в последовательную электрическую цепь.
В случае, когда положительная контактная зона одной металлизированной области электрически соединена с положительной контактной зоной смежной металлизированной области обеспечивается соединение светоизлучающих кристаллов в параллельную электрическую цепь.
На фиг.1 представлен общий вид устройства (вид сбоку); на фиг.2 представлен общий вид основания (вид сверху); на фиг.3 представлен фрагмент общего основания с токопроводящими металлизированными областями.
Устройство содержит теплоотводящее основание 1, выполненное, в частности, из теплопроводной керамики. На основании 1 сформированы токопроводящие металлизированные области 2 (на фиг.1 и фиг.3 позицией обозначена одна металлизированная область). Устройство также содержит светоизлучающие кристаллы 3 (на фиг. 1 позицией обозначен один светоизлучающий кристалл), в частности, кристаллы флип - чип конструкции, имеющие расположенные с одной стороны кристалла положительный и отрицательный электроды (на чертеже не показаны).
Каждый светоизлучающий кристалл 3 установлен на одной из металлизированных областей 2.
Каждая металлизированная область 2 имеет изолированные друг от друга положительную контактную зону 4 и отрицательную контактную зону 5 (на фиг.2 позицией обозначены указанные зоны для двух областей).
Каждый светоизлучающий кристалл 2 установлен на металлизированной области 2 таким образом, что его положительный и отрицательный электроды контактируют с обеспечением электрической связи соответственно с положительной контактной зоной 4 и отрицательной контактной зоной 5.
Площадь светоизлучающего кристалла 3 в проекции на горизонтальную плоскость соответствует площади металлизированной области 2.
При этом, в частности, дизайн металлизированной области 2 соответствует дизайну кристалла 3.
Так, положительная контактная зона 4 выполнена в виде двух электрически связанных участков, выполненных в виде полос, охватывающих расположенную между ними отрицательную контактную зону 5.
В качестве светоизлучающих кристаллов 3 использованы прямоугольные в плане кристаллы, у которых положительный и отрицательный электроды выполнены в виде металлизированных участков на поверхности кристалла, образованных металлическими p- и n- контактными слоями, контактирующими соответственно со слоями p- и n типа проводимости полупроводникового кристалла. При этом положительный электрод имеет форму двух полос, расположенных на двух противоположных краевых участках поверхности кристалла, а отрицательный электрод выполнен в виде участка прямоугольной формы, расположенного между указанными полосами.
Светоизлучающие кристаллы 3 соединены с помощью металлизированных областей 2 в несколько электрических цепей 6 (на фиг. 2 позицией обозначена одна электрическая цепь).
В частности положительная контактная зона 4 одной области 2 электрически связана с отрицательной контактной зоной 5 ниже расположенной смежной области 2. При этом обеспечивается последовательное соединение кристаллов 3 друг с другом.
Устройство также содержит сформированные на основании 1 положительный и отрицательный контактные выводы 7, с помощью которых обеспечивается подключение расположенных на металлизированных областях 2 светоизлучающих кристаллов 3 к внешнему источнику электропитания (на чертеже не показан).
В частности, контактные выводы 7 расположены на одной и той же стороне верхней поверхности основания 1. При этом металлизированные области 2, в частности, конфигурированы и расположены на основании 1 с обеспечением соединения кристаллов 3 в параллельные электрические цепи 6, в каждой из которых кристаллы 3 соединены друг с другом последовательно. Металлизированные области 2 в каждой цепи 6 расположены двумя параллельными рядами, соединенными друг с другом с помощью токопроводящей дорожки 8 (на чертеже позицией обозначена одна токопроводящая дорожка). Указанная дорожка 8 расположена с противоположной относительно контактных выводов 7 стороны верхней поверхности основания 1. Тем самым достигается компактное матричное расположение светоизлучающих кристаллов 3 на основании 1.
Устройство содержит полимерное покрытие 9, содержащее люминофор 10. Указанное покрытие выполнено, в частности, из силиконового эластомера, в объеме которого распределены частицы люминофора 8. Вид люминофора выбирают из условия получения требуемого цвета излучения.
Устройство работает следующим образом.
При подключении контактных выводов 7 к внешнему источнику электропитания через светоизлучающие кристаллы 3 протекает электрический ток, и они излучают .свет с определенной длиной волны. При прохождении света через слой полимерного покрытия 9 с распределенными в нем частицами люминофора происходит преобразование излучаемого кристаллами 3 света в излучение с требуемой длиной волны.