Полупроводниковый источник света

Полезная модель относится к светодиодной технике, к источникам света, предназначенным для локального освещения и для замены ламп накаливания в аппаратуре гражданского и специального назначения с малым диаметром цоколя (типа E10/13 и др.). Лампочки с малым цоколем используются в аппаратуре для подсветки шкал электроприборов, в приборах сигнализации, в индикаторной аппаратуре, и других устройствах.
Известен миниатюрный полупроводниковый источник света, аналогичного назначения (патент №95182 от 10.06.2010 г.), выполненный в виде монолитной гибридной интегральной схемы, состоящей из стандартного лампового цоколя, теплопроводной керамической подложки, спаянной с теплоотводящим основанием, с размещенными на ней излучающими кристаллами и согласующими элементами, и световыводящей линзы, для центрального электрода цоколя. В центре керамической подложки выполнено отверстие, а световыводящая линза имеет куполообразную форму и изготовлена из материала, содержащего рассеивающие излучение вещества.
Наиболее близким по технической сути является полупроводниковый источник света (патент №109330 от 10.10.2011 г.), состоящий из стандартного лампового цоколя, световода из рассеивающего свет материала, двусторонней печатной платы, на внешней стороне которой размещен, по крайней мере, один светодиод, состоящий из параллельно-последовательно соединенных излучающих кристаллов, а на внутренней - стабилизатор тока и выпрямительный диодный мост. На периферии печатной платы выполнено полукруглое металлизированное отверстие для электрического соединения одного из выводов диодного моста с внутренней поверхностью цоколя.
Недостатками известного полупроводникового источника света являются его недостаточная надежность и долговечность, так как при больших механических напряжениях, возникающих при полимеризации эпоксидного компаунда и нагревании световода в процессе работы лампы при температуре p-n перехода более 90°C, происходит ускоренная деградация светового потока лампы более чем на 30%, а также проявляется химическая несовместимость эпоксидного и силиконового компаундов за счет проникновения летучих органических веществ в силиконовый компаунд.
Целью данного изобретения является увеличение надежности и долговечности источников света.
Новая техническая задача - создание полупроводникового источника света имеющего высокую надежность и долговечность.
В предлагаемом варианте конструкции лампы между силиконовым компаундом с люминофором, покрывающим светодиод, и эпоксидным компаундом, из которого изготовлен оптически прозрачный или диффузно рассеивающий световод, находится воздушная прослойка, предотвращающаяся взаимодействие между конструктивными компаундами. В такой конструкции лампы из-за отсутствия взаимодействия эпоксидного и силиконового компаундов как в процессе полимеризации эпоксидного компаунда, так и при повышении температуры работающей лампы не возникают механические напряжения в светодиоде, которые действовали бы на термокомпрессионные соединения кристалла с выводными площадками корпуса. Кроме того, воздушная прослойка замедляет процессы химического взаимодействия между эпоксидным и силиконовым компаундами, выражаемые в проникновении летучих органических веществ, приводящих к деградации силиконового компаунда с люминофором.
Этого можно добиться, например, сформировав на дне световода углубление, превосходящее в поперечном сечении используемый светодиод. При этом высота углубления может быть произвольной и зависит от технологии изготовления. Двусторонняя плата со светодиодом на одной стороне и стабилизатором тока на другой закрепляется в цоколе с помощью клея или герметика таким образом, чтобы световое окно светодиода выходило наружу и находилось в плоскости, проходящей через основание цоколя.
Светодиод, размещенный на двусторонней печатной плате, помещается в углубление световода, а сам световод закрепляется на печатной плате с помощью клея или герметика. Таким образом, создается зазор между эпоксидным и силиконовым компаундами.
Пример реализации такой конструкции (фигура 1).
С использованием цоколей B9s/14 и E10/13 диаметром 9 и 10 мм была изготовлена партия полупроводниковых источников света предлагаемой конструкции в количестве 100 шт. Светодиоды белого цвета (фирм REFOND, тип светодиода RF-WNFA50DS-FF) (2), содержащий три кристалла (сила света одного светодиода - 20000 мкд, световой поток одного кристалла 6,6 лм, ток на каждый кристалл - 20 мА) припаиваются к проводящим площадкам двусторонней платы таким образом, чтобы кристаллы были соединены последовательно. На другой стороне печатной платы монтируется известная схема стабилизации тока (4) с применением микросхемы LM317, ограничивающего ток резистора и диодного моста MB6S. Данная микросборка монтируется в цоколь (3) таким образом, чтобы схема стабилизации находилась внутри цоколя, а плоскость печатной платы со светодиодом находилась в плоскости, проходящей через основание цоколя. В таком положении микросборка распаивается: один из электрических выводов схемы через полукруглое металлизированное отверстие в печатной плате соединяется с внутренней поверхностью цоколя, а другой вывод электрической схемы через центральный металлический электрод с центральным электродом цоколя. Отдельно из эпоксидной смолы с использованием специальной заливочной формы изготавливаются световоды (1) с углублением в основании, превосходящим по габаритным размерам используемый светодиод. Светодиод помещается в отверстие световода, световод крепится на печатной плате с помощью эпоксидного клея (5).
В результате достигается прочность конструкции лампы и формируется световод диаметром 9 мм и высотой 10 мм. Рабочее напряжение полученных образцов составляет 28 В, рабочий ток - не более 25 мА.
Другой вариант конструкции источника света (фигура 2) заключается в формировании небольшого колпачка (2), например, из эпоксидного компаунда, которым накрывается светодиод и который приклеивается на печатную плату со светодиодом (5). В дальнейшем при формировании световода (1) стандартным образом этот колпачок и создает воздушную прослойку между эпоксидным и силиконовым компаундами.
В рамках данного предложения вместо светодиода может быть использован гибридно-интегральный модуль из параллельно-последовательно соединенных излучающих кристаллов.
Поскольку предлагаемый источник света имеет стандартный ламповый цоколь, то в находящемся в эксплуатации оборудовании легко заменить применяемые лампы накаливания предлагаемыми источниками света, работает источник аналогично лампам накаливания.
Световой поток изготовленных по такой конструкции источников света уменьшается со временем как представлено на фигуре 3, что говорит о большем сроке службы, нежели лампы изготовленные по конструкции прототипа (фигура 4).
Заявляемая конструкция оказалась более надежной, техническая задача - создание полупроводникового источника света, имеющего высокую надежность и долговечность, при использовании такой конструкции выполненной.