СВЕТОДИОДНАЯ МАТРИЦА
LIGHT-EMITTING DIODE MATRIX

Изобретение относится к электронной технике, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано при производстве осветительных и сигнальных устройств.
Светодиодные матрицы (СМ) широко используются в промышленности. СМ применяются в светофорах, устройствах бытового освещения и т.д. Высокие эксплуатационные параметры CM - оптическая мощность излучения, коэффициент преобразования электрической энергии в световую, высокая надежность и низкая себестоимость делают эти источники света весьма перспективными. Во многих случаях требуются СМ с широкой гаммой цветов и оттенков светового потока, включая белый и полноцветный.
Известна СМ (Заявка Японии №3-6601, 30.01.1991), которая содержит монтажную плату, на которой размещены светодиоды, расположенные на оптических осях, в фокальных плоскостях конденсорных линз. Количество линз внешнего рассеивателя превышает количество светодиодов.
Известная СМ обладает следующими недостатками: светодиоды, закрепленные на основании, не центрированы относительно оптической системы и требуют юстировки при монтаже или ремонте изделия. Отсутствует возможность повышения светоотдачи и формирования равномерного излучения в заданном диапазоне длин волн.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой СМ является СМ (Патент РФ №2189523), избранная в качестве прототипа, включающая в себя светодиоды, конденсорную линзу и линзы растра рассеивателя, установленные в специальной оправе, обеспечивающей позиционирование светодиодов. Светодиоды, расположенные в переднем фокусе конденсорной линзы, создают на выходе из нее параллельный пучок света, который линзами рассеивателя отклоняется на требуемый угол, обеспечивая заданную диаграмму направленности излучения светодиодов.
Недостатками известного устройства являются: низкая светоотдача боковых поверхностей светодиодов, а также невозможность формирования равномерной диаграммы направленности излучения в заданном диапазоне длин волн.
Сущность изобретения.
Техническим результатом предложенного изобретения является формирование равномерной диаграммы направленности излучения в заданном диапазоне длин волн.
Технический результат достигается тем, что в светодиодной матрице, содержащей не менее двух полупроводниковых светодиодов с электрическими контактами, установленных на основании, и крышку из прозрачного материала, укрепленную на основании, крышка выполнена с не менее чем двумя фиксирующими штырями на стороне, обращенной к основанию, совпадающими с установочными отверстиями в основании, на противоположной стороне крышки сформировано не менее двух линз с полостями, границы которых совпадают с поверхностью крышки, обращенной к основанию, каждая полость покрывает не менее одного светодиода с электрическими контактами и содержит светопроводящую среду, минимальные расстояния от каждой точки поверхности каждой полости до поверхности ближайшего к этой точке полупроводникового светодиода равны друг другу, при этом каждая полость сообщается с окружающей средой не менее чем через одно сквозное отверстие, выполненное в основании для заполнения полости светопроводящей средой. При этом светопроводящая среда может дополнительно содержать частицы люминофора и частицы светорассеивающего вещества.
На фиг.1 представлен вид светодиодной матрицы сверху.
На фиг.2 представлен боковой разрез светодиодной матрицы.
Светодиодная матрица содержит полупроводниковые светодиоды 1 с электрическими контактами 2, закрепленные на основании 3, изготовленном из материала с высокой теплопроводностью и выполненном со сквозными установочными отверстиями 4, светодиоды 1 могут быть также приклеены с помощью электропроводящего клея к слою металла 5, покрывающему основание, на котором может быть сформирована топология разводки контактов светодиодов. СМ содержит крышку 6 из прозрачного материала, укрепленную на основании, крышка 6 выполнена с не менее чем двумя фиксирующими штырями 7 на стороне, обращенной к основанию, совпадающими с установочными отверстиями 4 в основании 3. CM выполнена с выступающими линзами 8 на поверхности крышки 6, противоположной поверхности, соединенной с основанием 3, которые сформированы с полостями 9 на поверхности, соединенной с основанием 3, и юстировочными штырями 7, совпадающими со сквозными установочными отверстиями 4 в основании 3, при этом каждая полость 9 покрывает один или несколько светодиодов 1 с их электрическими контактами 2 и содержит светопроводящую среду 10, которая может содержать частицы светорассеивающего вещества и/или частицы люминофора. Каждая полость 9 сообщается с окружающей средой через одно или несколько дополнительных сквозных отверстий 11 в основании 3 для заполнения полостей светопроводящей средой 10.
С целью формирования однородной диаграммы направленности излучения светодиодов 1 в заданном диапазоне длин волн в светопроводящую среду, которая после полимеризации является преимущественно эластичной, равномерно вносят частицы светорассеивающего вещества и/или частицы люминофора. Заполнение полостей СМ, выполненных таким образом, что минимальные расстояния от каждой точки поверхности каждой полости до поверхности ближайшего к этой точке полупроводникового светодиода равны друг другу, позволяет создавать такой слой светопроводящей среды, что рассеяние излучения всех точек поверхностей светодиодов 1 и его переизлучение частицами люминофора в заданном диапазоне длин волн наиболее равномерно.
С целью более эффективного использования излучения боковых поверхностей светодиодов 1 части 12 крышки 6, соединенные с основанием, и формирующие полости могут быть выполнены в виде усеченного тела вращения, плоскость поперечного сечения которого совпадает с поверхностью основания. Поверхности частей 12 крышки 6, соединенные с основанием 3, формируются таким образом, чтобы излучение боковых поверхностей светодиодов 1, прошедшее через светопроводящую среду 10 в полости 9, испытывало на границе соприкосновения поверхности крышки 6 с окружающей средой полное внутреннее отражение.
Несколько дополнительных сквозных отверстий 10 в основании 3, соединяющих полости 9 с окружающей средой, выполнены для полного и равномерного заполнения полостей светопроводящей средой 10. В случае соединения полости 9 с окружающей средой одним дополнительным отверстием 10, часть его границы на поверхности основания, соединенной с крышкой 6, предпочтительно совпадает с границей полости 9 в плоскости, совпадающей с плоскостью, в которой лежит поверхность основания 3, соединенная с крышкой 6, или располагается вблизи этой границы. Неравномерность распределения светопроводящей среды 10 вокруг светодиодов 1, а также наличие в ней пузырьков газа, является одним из существенных факторов, нарушающих равномерное распределение излучения на выходе аналогичных устройств.
2
В состав светопроводящей среды 10, с целью равномерного распределения излучения на выходе устройства, могут включаться светорассеивающие частицы, например, мелкодисперсные частицы SiO. Указанные частицы с той же целью могут также включаться в материал крышки.
Для формирования спектра в необходимом диапазоне в светопроводящую среду могут быть введены частицы люминофора, например, на основе граната.
С целью увеличения отвода тепла от светодиодов 1 поверхности котировочных штырей 7 и установочных отверстий 4 могут быть покрыты слоем металла. Указанная металлизация котировочных штырей 7 может быть также использована для соединения с источником электропитания при соответствующем их расположении относительно топологии разводки контактов светодиода.
Реализация изобретения.
Сборка предложенного устройства осуществляется в следующей последовательности.
На основании 3 или, в зависимости от применяемой топологии разводки контактов, на металлизирующем слое 5, например с помощью токопроводящего клея, закрепляются полупроводниковые светодиоды 1. Затем в соответствии с применяемой топологией разводки производят пайку одного или нескольких контактов 2 к поверхности каждого светодиода 1 и металлизирующему слою 5. Места пайки для упрочения порывают слоем токопроводящего клея или герметика. Изготовленную матрицу со светодиодами 1 и разводкой накрывают сформованной крышкой 6, совмещая единичный светодиод 1 или группы светодиодов с полостью 9 крышки 6. Совмещенные крышку 6 и основание фиксируют юстировочными штырями 7, вводя их с натяжением в установочные отверстия 4 основания 3. В случае выполнения нескольких сквозных отверстий 10 для заполнения каждой полости 9 светопроводящей средой 10 изделие располагают таким образом, чтобы крышка была обращена вниз, а плоскость основания 3 была зафиксирована строго горизонтально. Затем через одно из дополнительных отверстий 11 в основании 3 в полость 9 подают подготовленную светопроводящую среду до полного заполнения полости, которое фиксируется при появлении светопроводящей среды из другого дополнительного отверстия 11. В случае выполнения одного дополнительного отверстия 11 для заполнения каждой полости 9 светопроводящей средой 10 изделие располагают таким образом, чтобы плоскость основания была зафиксирована строго вертикально, а дополнительное отверстие 11 располагалось в крайнем верхнем положении. В полость 9 через дополнительное отверстие 10 дозированно подают подготовленную светопроводящую среду до полного заполнения полости.
Режим подачи светопроводящей среды подбирают в соответствии с вязкостью светопроводящей среды и смачиваемостью поверхностей светодиодов, основания, слоя металлизации, крышки и электрических проводников.
После заполнения полостей 9 светопроводящая среда 10 полимеризуется и обеспечивает равномерное распределение по всему заполненному объему полостей 9 светорассеивающих частиц и частиц люминофора. В случае применения эластичной светопроводящей среды значительно сокращается скорость деградации светодиодов.
Устройство работает следующим образом.
2
2
При пропускании прямого тока через светодиоды в нем инжектируются неравновновесные носители, которые рекомбинируют с выделением фотонов видимого спектра излучения. Излучение боковых поверхностей собирается за счет полного внутреннего отражения в заданный угол. Наличие рассеивающих излучение частиц в светопроводящей среде (SiO или SiO + люминофор) позволяет формировать равномерную диаграмму направленности излучения в заданном диапазоне длин волн.