ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2003 года по МПК H01L33/00 

Изобретение относится к светотехнике, а точнее к устройству источников света для светосигнальных приборов различного назначения.

Известно применение лампы накаливания в составе светосигнальных приборов [1] . К недостаткам данного источника света относится наличие хрупкой стеклянной оболочки, сравнительно небольшой срок службы (500-1000 ч), особенно, при работе в прерывистом режиме, когда сопротивление нити накала в момент переключения изменяется в 5-10 раз. Во многих типах светосигнальных устройств применяются цветные монохроматические светофильтры, которые в 4-5 раз сокращают дальность видимости по сравнению с белым огнем той же интенсивности.

Использование светодиодов различного цвета свечения в светосигнальной аппаратуре [2] устраняет основные недостатки ламп накаливания.

Известен также источник света для навигационного светосигнального прибора [3] (прототип), выполненный в виде модуля, состоящего из 8 светоизлучающих диодов, расположенных на плате, которая укреплена в типовом ламповом цоколе.

Указанный источник света, собранный из светоизлучающих диодов по патенту [3] , неудобен при монтаже его в патрон светосигнального прибора: в тех случаях, когда цоколь модуля плотно входит в упомянутый патрон, при неосторожном обращении с модулем может быть сломан корпус одного или нескольких светодиодов или оборваны их электрические выводы. Из-за отсутствия эффективного отвода тепла от кристаллов светоизлучающих диодов при длительной работе модуля возможен существенный саморазогрев р-n-переходов светоизлучающих диодов, что снижает надежность и срок службы последних. Для формирования заданной диаграммы направленности излучения светосигнального прибора с использованием данного модуля в конструкции светосигнального прибора должны быть предусмотрены фокусирующие элементы. Количество используемых светоизлучающих диодов ограничено размерами последних.

Задача: повышение механической прочности источников света, увеличение их надежности и долговечности, обеспечение заданной диаграммы направленности излучения, обеспечение возможности увеличения количества светоизлучающих диодов.

Технический результат достигается тем, что источник света, содержащий типовой ламповый цоколь и светоизлучающие диоды, выполнен в виде монолитной гибридной интегральной микросхемы, корпус которой состоит из упомянутого цоколя и оптически прозрачного световода, внутри которого размещены светоизлучающие диоды в виде кристаллов с р-n-переходом на теплопроводящем кристаллодержателе и встроенный отражатель, формирующий необходимую диаграмму направленности излучения.

На фиг. 1 изображена одна из возможных конструкций заявляемого устройства, адаптированная для использования в навигационных светосигнальных приборах на внутренних водных путях.

Источник света состоит из типового лампового цоколя 1, оптически прозрачного монолитного световода 2, светоизлучающих диодов в виде кристаллов с р-n-переходами 3, закрепленных на боковой грани теплопроводящего стержневого кристаллодержателя 4. Кристаллы светоизлучающих диодов 3 электрически соединены параллельно. Электрический ток через р-n-переходы кристаллов 3 обеспечивается по цепи: кристаллодержатель 4, электрически соединенный с одним из электродов цоколя 1 - источник тока (на фиг. 1 не показан) - проволочные выводы (на фиг. 1 не показаны), электрически соединенные со вторым электродом цоколя 1 - кристаллы светоизлучающих диодов 3. Монолитная конструкция источника света обеспечивает высокую механическую прочность, а использование теплопроводящего кристаллодержателя обеспечивает работу источника света в облегченном тепловом режиме по сравнению с прототипом. Оптические оси светоизлучающих диодов в данной конструкции перпендикулярны геометрической оси источника света. В зависимости от применения кристаллы располагаются равномерно по окружности, либо по дуге окружности. Диаграмма направленности излучения источника света формируется встроенным отражателем 5, поэтому он может использоваться без внешних фокусирующих элементов. В связи с тем, что размеры кристаллов обычно не превышают 0,5•0,5 мм, их можно разместить в объеме типового источника света значительно больше, чем дискретных светоизлучающих диодов.

На фиг. 2 представлена другая конструкция заявляемого источника света, в которой кристаллы светоизлучающих диодов 3 закреплены на торце теплопроводящего стержневого кристаллодержателя 4. Встроенный отражатель 5 формирует пространственное светораспределение в направлении геометрической оси источника света. Источники света данной конструкции предназначены для использовании в светосигнальных устройствах прожекторного типа.

Пример практического исполнения. Была изготовлена партия источников света конструкции типа фиг. 1 с использованием цоколей от ламп СГВ 2,5-0,16. Кристаллы (12 шт.) размером 0,2•0,2 мм гетероэпитаксиальных структур GaAlAs были припаяны n-областью р-n-перехода равномерно по окружности к боковой поверхности цилиндрического медного кристаллодержателя, который был приварен к центральному контакту цоколя источника света. Р-области кристалла тонкими проводниками соединялись с торцевой гранью отражателя, выполненного из отполированной до зеркального блеска бронзы. Отражатель, электрически развязанный от кристаллодержателя, соединен с боковым контактом цоколя. Далее весь блок герметизировался эпоксидным оптическим клееем ОК-72ф так, что весь модуль становился монолитным, а его габаритные размеры принимали значения, соответствующие лампам СГВ 2,5-0,16. Ток через каждый светоизлучающий кристалл изготовленной модели составляет порядка 20 мА от источника питания напряжением 2 В. Разработанная конструкция допускает автоматизированную сборку. На натурных испытаниях экспериментальные образцы в составе речных бакенов показали увеличение в 2 раза дальности видности и сокращение в 3 раза энергопотребления по сравнению с аналогичными устройствами на лампах накаливания и удобство технического обслуживания по сравнению со сборками из дискретных светодиодов. По сравнению с прототипом пространственное распределение света изготовленных образцов в плоскости горизонта было более равномерным из-за использования большего числа светоизлучающих диодов.

Источники информации
1. И. Е. Шмерлинг. Навигационное оборудование внутренних водных путей. "Транспорт", М., 1988, с.30-32.

2. Б.Ф.Тринчук. Светосигнальная аппаратура на светодиодах. /Светотехника, 1997, 5, с.6-11.

3. Абрамов Г. И. и др. Навигационный светосигнальный прибор для речных условий (варианты). Пат. РФ 2095273.

Использование: в составе светосигнальной аппаратуры различного назначения. Сущность изобретения: источник света представляет собой гибридную монолитную интегральную схему, корпус которой состоит из типового лампового цоколя и оптически прозрачного световода. Кристаллы светодиодов закреплены на теплопроводящем кристаллодержателе, а диаграмма направленности излучения формируется встроенным отражателем. Технический результат изобретения заключается в повышении механической прочности источников света, увеличении их надежности и долговечности, обеспечении заданной диаграммы направленности излучения, обеспечении возможности увеличения количества светоизлучающих диодов. 2 ил.

Источник света, содержащий типовой ламповый цоколь и светоизлучающие диоды, отличающийся тем, что он выполнен в виде монолитной гибридной интегральной микросхемы, корпус которой состоит из упомянутого цоколя и оптически прозрачного световода, внутри которого размещены светоизлучающие диоды в виде кристаллов с р-п переходами на теплопроводящем кристаллодержателе и встроенный отражатель, формирующий необходимую диаграмму направленности излучения.