ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2006 года по МПК H01L33/00 H01L25/75 

Изобретение относится к светодиодной технике, а точнее к устройству источников света, предназначенным для локального освещения рабочих поверхностей.

Известно широкое применение ламп накаливания для освещения объектов, размещенных в ограниченном пространстве (например, рабочие места сборщиков изделий микроэлектроники, клетки с молодняком в птицеводческих и животноводческих комплексах, тепличные и комнатные растения и др.). К недостаткам упомянутых источников света относится низкий КПД и вытекающий отсюда большой расход электроэнергии, а также сравнительно небольшой срок службы (500-1000 часов).

Использование светодиодов разного цвета свечения, в том числе и белого, в светильниках различных конструкций устраняет основные недостатки ламп накаливания [1].

Известно устройство светодиода с несколькими излучающими кристаллами с р-n-переходами и сопряженного с ними полимерного полусферического купола [2]. Использование упомянутого изделия для локального освещения позволяет обеспечить засветку сравнительно небольшой площади, что в ряде случаев оказывается недостаточным для практического использования. Кроме того, производство данного источника света является весьма трудоемким.

Известен также полупроводниковый источник света, выполненный в виде монолитной гибридной интегральной схемы в корпусе из стандартного лампового цоколя и оптически прозрачного цилиндрического световода с коническом углублением на торце [3]. Конструкция световода обеспечивает разворот большей части светового пучка от излучающих кристаллов с р-n-переходами в плоскость, перпендикулярную геометрической оси прибора.

Известный источник света характеризуется хорошими экономическими показателями при массовом производстве, высоким внешним квантовым выходом излучения и эффективно используется в составе светосигнальных устройств различного назначения. При использовании упомянутого источника света для локального освещения достигается засветка гораздо большей площади, чем светодиодом по патенту [2], однако освещенность по площади поверхности, в этом случае, крайне неравномерна (яркое кольцо света по периферии и темное пятно в центре круга).

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, состоит в формировании требуемого светораспределения для локального освещения рабочих поверхностей.

Положительный результат достигается тем, что в источнике света, выполненном в виде монолитной гибридной интегральной схемы, включающей стандартный ламповый цоколь, оптически прозрачный световод, кристаллы излучающих р-n-переходов, размещенных на теплоотводящем основании, по данному предложению с каждым кристаллом сопряжен цилиндрический выступ световода с коническим углублением на торце.

Целесообразно кристаллы излучающих р-n-переходов укреплять на выступах теплоотводящего основания, сопряженно с цилиндрическими выступами световода.

В цоколь лампы может быть встроен преобразователь напряжения.

На чертеже изображена одна из возможных конструкций заявляемого устройства.

Источник света состоит из типового лампового цоколя 1, оптически прозрачного монолитного световода 2, светоизлучающих кристаллов 3, прикрепленных n-областью р-n-перехода к теплоотводящему основанию 4. Лучи света от кристаллов излучающих р-n-переходов 3 падают на внутреннюю поверхность конических углублений 5 цилиндрических выступов 4 световода 2 таким образом, что часть из этих лучей попадает на внутреннюю поверхность конических углублений 5 под углом больше критического и выводится во внешнюю среду через боковую поверхность цилиндрических выступов 4 световода 2. Этим достигается достаточно широкая диаграмма направленности излучения от каждого кристалла излучающих р-n-переходов, обеспечивая тем самым необходимую площадь засветки при локальном освещении рабочих поверхностей. Суперпозиция световых потоков от всех кристаллов излучающих р-n-переходов обеспечивает приближающуюся к равномерной освещенность рабочей поверхности. Электрические межсоединения на чертеже не показаны.

Для удобства сборки источника света и обеспечения максимального внешнего квантового выхода излучения кристаллы излучающих р-n-переходов целесообразно размещать на выступах теплоотводящего основания. Этим облегчается пространственное сопряжение кристаллодержателя, кристаллов излучающих р-n-переходов и цилиндрических выступов световода.

Если напряжение источника электропитания не совпадает с рабочим напряжением источника света, то в ламповый цоколь устройства может быть встроен преобразователь напряжения.

Пример практического исполнения. Была изготовлена партия источников света предлагаемой конструкции с использованием цоколей от бытовых лампочек накаливания в количестве 10 шт. Кристаллы желтого цвета свечения (20 шт.) площадью 0,3х0,3 мм² гетероэпитаксиальных структур GaAlInP были припаяны n-областью р-n-перехода к торцевой поверхности теплоотводящего основания, который был электрически соединен с корпусом цоколя источника света. Р-область кристаллов тонкими проводниками соединялись с центральным электродом цоколя. Далее весь блок герметизировался, с использованием специальной заливочной формы, оптическим клеем ОК-72ф. В результате достигалась монолитность конструкции и формировались цилиндрические выступы световода с коническими углублениями. Внутри цоколя источника света был встроен преобразователь сетевого напряжения, который обеспечивал ток через каждый кристалл 10 мА.

Экспериментальные образцы источников света были использованы для освещения цыплят на Томской птицефабрике. Экономический анализ показал, что за счет сокращения потребления электроэнергии по сравнению с лампами накаливания и большого срока службы полупроводниковых источников света срок окупаемости изделий составляет 3 месяца.

Источники информации

1. А.Рябов. FAQ про LED, обзор, ч.2, ж. Цоколь, № 2, 2004, с.60-67.

2. Гальчина Н.А, Коган Л.М. Патент RU 2207663 С2,. 2003.06.27/

3. Абрамовский А.П., Бакин Н.Н., Нетесов Ю.А., патент на ПМ RU 41547, U1, 2004.10.27

Изобретение относится к устройству светодиодных источников света, предназначенных для локального освещения рабочих поверхностей. Сущность: источник света выполнен в виде монолитной гибридной интегральной схемы в корпусе из стандартного лампового цоколя и оптически прозрачного световода, внутри которого кристаллы излучающих р-n-переходов размещены на теплоотводящем основании, причем с каждым кристаллом сопряжен цилиндрический выступ световода с коническим углублением на торце. Технический результат изобретения: обеспечение требуемого светораспределения для локального равномерного освещения рабочих поверхностей. 1 ил.

1. Источник света, выполненный в виде монолитной гибридной интегральной схемы, включающей стандартный ламповый цоколь, оптически прозрачный световод, кристаллы излучающих р-n-переходов, размещенных на теплоотводящем основании, отличающийся тем, что с каждым кристаллом сопряжен цилиндрический выступ световода с коническим углублением на торце.2. Источник света по п.1, отличающийся, тем, что кристаллы излучающих р-n-переходов укреплены на выступах теплоотводящего основания сопряженно с цилиндрическими выступами световода.3. Источник света по п.1, отличающийся тем, что в ламповый цоколь встроен преобразователь напряжения.