СВЕТОИЗЛУЧАЮЩАЯ МАТРИЦА

Полезная модель относится к светодиодной технике, а именно к мощным многокристальным источникам света и предназначена для использования при создании осветительных устройств бытового и промышленного назначения.
Известен патент РФ №22951741 на светоизлучающее устройство (аналог). Светоизлучающее устройство выполнено так, что на изолирующей подложке сформировано множество светодиодных элементов на основе GaN. Множество светодиодных элементов расположено на изолирующей подложке в виде двумерной структуры. Светодиодные элементы сгруппированы в первую группу и вторую группу с одинаковым количеством элементов, при этом первая и вторая группы включены между двумя электродами встречно-параллельно для подачи питания переменного тока. Электрод одного из светодиодных элементов первой группы электрически соединен и является общим с электродом одного из светодиодных элементов второй группы, соседним с указанным одним из светодиодных элементов первой группы. Множество светоизлучающих элементов сформировано на одной подложке в едином технологическом процессе, и излучающие элементы соединены между собой последовательно либо параллельно, в зависимости от того какое напряжение подается - постоянное или переменное. При такой структуре светоизлучающее устройство может работать при высоком напряжении возбуждения. К недостаткам этого устройства относится необходимость сопряжения со сложной системой теплоотвода, так как возникающее тепло светодиодов высокой мощности должно отводиться с очень небольшой площади.
Преимущество многокристальных светоизлучающих устройств в сравнении с однокристальными при приблизительно одинаковом световом потоке заключается в гомогенном распределении тепла.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели, прототипом, является светодиодная матрица (патент РФ №2369943). Это изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования при производстве осветительных и сигнальных устройств. Светодиодная матрица содержит кристаллы полупроводниковых светодиодов с электрическими контактами, закрепленные на теплоотводящем основании и крышку из прозрачного материала, укрепленную на основании. На поверхности крышки над каждым светодиодным кристаллом сформированы линзы, которым изнутри соответствуют полости, заполняющиеся светопроводящей средой, обеспечивающие равномерное распределение излучения в заданном диапазоне длин волн на выходе устройства. К недостаткам изобретения №2369943 следует отнести невысокую плотность светового потока с единицы площади, высокую трудоемкость изготовления и сборки.
Техническим результатом предложенной полезной модели является создание полупроводникового источника света, обладающего высокой оптической мощностью и надежностью работы.
Сущность изобретения заключается в том, что многокристальная светоизлучающая матрица (СИМ) выполнена в виде гибридной интегральной микросхемы (ГИС) (фиг.1.). Корпус СИМ представляет собой пластину из материала с высокой теплопроводностью 1, в частном случае алюминия, на которую нанесен диэлектрический слой 2 из полиамида толщиной d=2÷10 мкм. Толщина слоя выбирается таким образом, чтобы его тепловое сопротивление не превышало 20 град\Вт, а напряжением пробоя составляло не менее 500 В. На слое полиамида нанесена многослойная пленка из металлов Ti d=0.1 мкм (3), Сu d=7÷10 мкм (4), d=3÷4 мкм Аu (5) и методом фотолитографии сформирована топология ГИС. На контактные площадки корпуса СИМ с помощью припойной пасты, либо токопроводящего клея крепятся излучающие кристаллы 6, разводка которых между собой выполнена методом термокомпрессии золотой проволокой 7 диаметром 40 мкм. Вокруг области с излучающими кристаллами выполнена формирующая геометрию светящейся области рамка 8 из эпоксидного компаунда. Область, ограниченная рамкой заполнена люминофором 9, в частном случае из алюмоиттриевого граната с добавлением Ga или Gd.
На фиг.2 показан пример коммутационного рисунка заявляемой светоизлучающей матрицы рисунка, а на фиг.3, в внешний вид матрицы для постоянного и для переменного напряжения питания. На фиг.4 для постоянного напряжения, на фиг.5 показана схема электрического соединения излучающих диодов для переменного напряжения.
В частном случае над излучающей поверхностью формируется полимерная световыводящая линза, формирующая распределение светового потока в пространстве. Форма линзы зависит от заданного распределения светового потока.
Пример практического выполнения матрицы.
2
Были изготовлены две партии светоизлучающих матриц по данному предложению в количестве 20 шт. каждая. Источник света в первой партии СИМ-10Б представлял собой группу из 36 шт. светоизлучающих кристаллов диодов InGaN синего цвета свечения площадью 580×580 мкм, размещенных на алюминиевой подложке. Все кристаллы электрически соединены между собой последовательно-параллельно (фиг.4). Стабилизатор обеспечивал при напряжении 10 В заданное значение прямого рабочего тока 1.2 А, возбуждающее оптическое излучение полупроводниковых кристаллов. Световой поток матрицы СИМ-10Б составлял 550 лм, угол излучения составил 120 градусов. Масса матрицы 5 г, диаметр алюминиевой подложки 22 мм, площадь излучающей области 4 см. Цвет излучения белый. Цветовая температура составила 4000÷6500°С.
2
Источник света второй партии СИМ-8Б-220 представлял собой группу из 144 шт. светоизлучающих кристаллов диодов InGaN синего цвета свечения площадью 580×580 мкм, размещенных на алюминиевой подложке. Все кристаллы электрически соединены между собой последовательными группами из двух диодов противоположной полярности (фиг.5). При напряжении 220 В заданное значение прямого рабочего тока 40 мА, возбуждающее оптическое излучение полупроводниковых кристаллов. Световой поток матрицы СИМ-10Б составлял 400 лм, угол излучения составил 120 градусов. Масса матрицы 5 г, диаметр алюминиевой подложки 22 мм, площадь излучающей области 4 см. Цвет излучения белый. Цветовая температура составила 4000÷6500°С.