МАТРИЦА ИЗ МАСШТАБИРУЕМЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЕЙ ДИОДОВ СО СВЕТОДИОДАМИ Российский патент 2015 года по МПК F21S2/00 H01L23/373 H01L23/15 F21V29/00 F21K99/00 H01L23/36 

Настоящее изобретение касается керамического носителя диодов согласно ограничительной части пункта 1.

Носители для мощных светодиодов (СИД) могут состоять из керамических материалов, например AlN или Аl2O3, в зависимости от необходимой теплопроводности. В качестве альтернативы возможно применение металлических носителей из таких материалов, как алюминий, которые, однако, в силу своей электропроводности нуждаются в склеивании (укрытии) неметаллическим материалом до монтажа СИД, либо же СИД следует монтировать на отдельных непроводящих монтажных устройствах (пластинах-носителях), что в этом случае, несмотря на хорошую теплопроводность металлического радиатора, из-за плохой теплопроводности клеев и пластмасс (обычно ниже 3 Вт/мК) вызывает увеличение потребности в монтажной площади (и площади охлаждения) или снижает плотность упаковки мощных светодиодов.

Из международной заявки WO 2007/107601 А2 известны керамические теплоотводы 1 (см. фигуры 2а-2d), которые также называют радиаторами. Эти теплоотводы 1 состоят из керамического каркаса 2, который выполнен в виде одной детали с отводящими тепло охлаждающими элементами 7, также называемыми гребнями, которыми он оснащен, причем на поверхность 3 каркаса 2 нанесены спеченные участки металлизации 41, так что теплоотвод 1 можно использовать как монтажную плату.

Предпочтительно, чтобы участки металлизации 41 состояли из вольфрама и были никелированы химическим путем. На фигуре 2а каркас 2 с охлаждающими элементами 7 представлен в трехмерном изображении, а на фигуре 2b показан вид снизу на охлаждающие элементы 7. Фигура 2с демонстрирует продольный разрез, а фигура 2d - поверхность 3 теплоотвода 1.

В основе изобретения лежит задача изготовить из носителей диодов согласно ограничительной части пункта 1 осветительные приборы.

Согласно изобретению эту задачу решают посредством того, что по меньшей мере два идентичных керамических носителя диодов соединяют в матрицу. Благодаря этому требуется только изготавливать идентичные керамические носители диодов, которые для изготовления осветительного прибора физически и электрически соединяют друг с другом в матрицу. Под матрицей подразумевают размещение одинаковых элементов (в данном случае носителей диодов) заданным образом.

В предпочтительной форме исполнения носители диодов вставлены в раму - предпочтительно из металла или пластмассы. Рама служит устройством размещения для носителей диодов. Рама может быть выполнена и плоской, и трехмерной.

Предпочтительно, чтобы в качестве электрических и/или механических соединительных элементов носители диодов были оснащены штекерами и/или втулками, посредством которых соседствующие носители диодов прямо или косвенно соединены друг с другом. В этом случае без рамы можно обойтись, если эту функцию берут на себя штекеры и втулки. Штекеры и/или втулки можно, однако, использовать и только для электрического соединения носителей диодов друг с другом. Для электрического соединения полюса штекеров и/или втулок должны быть соединены с проводящими дорожками либо же участками металлизации.

В предпочтительной форме исполнения штекеры представляют собой стержни (штифты), в частности, в соответствии с нормативом GU 5,3 (см. http:/de.wikipedia.org/wiki/Lampensockel), а втулки адаптированы к стержням. В этой форме исполнения стержни и втулки также берут на себя как механическое, так и электрическое соединение.

В альтернативной предпочтительной форме исполнения носители диодов соединены друг с другом через отдельные соединительные элементы. Эти соединительные элементы также могут представлять собой электрические и/или механические соединительные элементы либо же выполнять обе функции (механического и электрического соединения).

В предпочтительной форме исполнения по меньшей мере на одном краю носителя диодов расположена полоса без участков металлизации и СИД. Эта полоса образуеткерамический шпунт для крепления на раме или на шине. В этом случае по меньшей мере две шины образуют раму.

Предпочтительно, чтобы для закрепления с помощью винта на полосе имелся по меньшей мере один проем. Предпочтительно, чтобы этот проем имел полукруглую форму и располагался посредине полосы (по длине). На противоположной стороне носителя диодов также располагается полоса с проемом, причем проем находится в том же месте.

В предпочтительной форме исполнения рама одновременно обеспечивает и подачу тока к свето диодам. Для этого рама должна быть изготовлена из электропроводящего материала, например из металла.

В предпочтительной форме исполнения рама сделана гибкой, благодаря чему носители диодов легко расположить выпуклым или вогнутым образом. Так, например, носители диодов можно расположить относительно друг друга с формированием вогнутой поверхности, чтобы свет СИД был сфокусирован примерно на расстоянии 100 см. Для плоскостного освещения матрицу делают ровной, а для точечного освещения - вогнутой со стороны СИД.

Предпочтительно, чтобы носители диодов были смонтированы в раме, вставлены в нее, подвешены или зажаты с возможностью замены; таким образом дефектные носители диодов можно легко заменять, а матрица оказывается проста в производстве.

В предпочтительной форме исполнения на носителе диодов размещены параллельные друг другу проводящие дорожки. В каждом случае соседствующие проводящие дорожки формируют электроснабжение светодиодов.

Согласно изобретению описана матрица по меньшей мере с двумя идентичными керамическими носителями диодов, причем на носителях диодов закреплены СИД, электрические подключения которых соединены в электрическом отношении с проводящими дорожками носителей диодов.

Керамические теплоотводы, например выполненные в виде монолита из AlN (180 Вт/мК) в виде пластины с керамическими гребнями на тыльной стороне, благодаря возможности непосредственного монтажа СИД на металлизированные теплоотводы с помощью пайки, обладающей высокой теплопроводностью (например, AuSn, примерно 60-80 Вт/мК), настолько эффективны, что непосредственно рядом друг с другом можно разместить и несколько теплоотводов в матрице с возможностью масштабирования по размеру и количеству. Эту матрицу удерживает вместе рама, например, из металла с зажимами для отдельных теплоотводов. В матрице носители диодов можно зафиксировать под различным углом, так что образуется фокусированная, или рассеивающая матрица, или же регулируемая матрица. Цвет испускаемого диодами света может быть различным. В сочетании с надлежащей электрической схемой диоды можно включать попеременно в определенное время. Охлаждение теплоотводов может быть конвекционным или жидкостным.

Ниже приведено дальнейшее пояснение изобретения с опорой на фигуры.

На фигуре 2а-2d показаны керамические теплоотводы 1 соответственно международной заявке WO 2007/107601 А2, как это описано выше.

На фигуре 1 показаны девять идентичных квадратных керамических носителей диодов 10, у каждого из которых площадь схем составляет по 4∗4 см и которые в каждом случае оборудованы шестью СИД 13 мощностью по 1 ватт, одинакового цвета, которые соединены в матрицу. Отдельные носители диодов 10 смонтированы или подвешены в металлической раме 11 (показана лишь схематически), которая одновременно служит для подачи тока к СИД 13 (подача тока на этой фигуре не показана). На четырех углах 12 металлическая рама 11 либо же матрица, в противоположность центральному носителю диодов 10а, несколько согнута, так что носители диодов 10 смонтированы относительно друг друга так, что формируют вогнутую поверхность (на фигуре не видно). Вследствие вогнутого размещения свет СИД матрицы фокусируется примерно на удалении 100 см от носителей диодов 10.

Матрица из носителей диодов 10 служит для освещения плоскостей, но, как описано, ее можно применять и для точечного освещения. Для этого носители диодов 10 фиксируют в металлической раме 11 под различными углами так, что получается сфокусированный свет.

Отклонение углов 12, например, формирует параболическое расположение с точкой концентрации света. Матрица также может иметь плоскую форму для плоскостного освещения или изогнутую для точечного освещения.

Носители диодов 10 состоят из керамического каркаса 2, который выполнен в виде одной детали с отводящими тепло охлаждающими элементами 7, также называемыми гребнями, которыми он оснащен, причем на поверхность 3 каркаса 2 нанесены спеченные участки металлизации 2 (см. фигуру 2), так что каркас 2 использован как монтажная плата.

Участки металлизации предпочтительно состоят из вольфрама и никелированы химическим путем.

Предпочтительно применение матрицы в хирургическом операционном зале. Другие целесообразные возможности применения:

Уличное освещение

Освещение объектов в помещениях и вне их

Заливающий свет

На фигурах 3а, 3b показан в виде сверху 3а и в разрезе 3b керамический носитель диодов 10 согласно изобретению, который состоит из теплоотвода 1 либо же из керамического каркаса 2, который оснащен керамическими охлаждающими элементами 7, отводящими тепло, в данном случае гребнями, с которыми он выполнен в виде одной детали. Эти охлаждающие элементы 7, как показано на фигуре 2, расположены на одной стороне каркаса 2 и отходят от каркаса 2 перпендикулярно, подобно гребешку. На поверхности 3 каркаса 2 в качестве проводящих дорожек 42 размещены спеченные участки металлизации 41, так что носитель диодов 10 обладает функцией монтажной платы с чрезвычайно хорошим теплоотводом. В этой форме исполнения на носителе диодов 10 закреплены пять СИД 13, которые своими электрическими проводами припаяны к участкам металлизации 41. Для токопроводящего и/или механического соединения двух или более носителей диодов 10 в матрицу у носителей диодов 10 имеются штекеры и/или втулки, играющие роль соединительных элементов, посредством которых носители диодов прямо или косвенно соединены друг с другом.

В показанной здесь форме исполнения штекеры представляют собой стержни (штифты) 6, в частности, в соответствии с нормативом GU 5,3, а втулки адаптированы к стержням. На фигуре 3 показана форма исполнения только со штекерами, которые в данном случае состоят из штифтов 6. Эти штифты 6, по два на каждый штекер, размещены по краю носителя диодов 10, причем штекеры 6 находятся на противолежащих сторонах носителя диодов 10. Для соединения двух носителей диодов 10 в данном случае применяют отдельный соединительный элемент 8. В показанном здесь варианте этот соединительный элемент 8 представляет собой пластину прямоугольной или квадратной формы со сквозными сверлеными отверстиями 14. В эти сверленые отверстия 14 вставлены штифты 6 на носителе диодов 10 с формированием электрического контакта. У каждого соединительного элемента 8 имеются по четыре сверленых отверстия 14. В каждом случае два сверленых отверстия 14 на соединительном элементе 8 соединены друг с другом в электрическом отношении.

Для закрепления носителей диодов 10 в раме у них по меньшей мере на одном краю имеется полоса 4 без участков металлизации 41 и без светодиодов 13. Эта полоса 4 образует керамический шпунт для крепления в раме или же шине. В этом случае по меньшей мере две шины образуют раму.

Предпочтительно, чтобы для закрепления, предпочтительно с помощью винта, на полосе 4 имелся по меньшей мере один проем 5.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для изготовления осветительных приборов. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств. Керамический носитель (10) для светодиодов включает в себя керамический каркас (2), который выполнен монолитно с отводящими тепло керамическими охлаждающими элементами (7), причем на поверхности (3) каркаса (2) в качестве проводящих дорожек размещены спеченные участки металлизации (41), а также светодиоды (13), электрические соединения которых выполнены с возможностью соединения в электрическом отношении с проводящими дорожками. Для достижения технического результата по меньшей мере два идентичных керамических носителя (10) соединены в матрицу. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Керамический носитель (10) для светодиодов, включающий в себя керамический каркас (2), который выполнен монолитно с отводящими тепло керамическими охлаждающими элементами (7), причем на поверхности (3) каркаса (2) в качестве проводящих дорожек размещены спеченные участки металлизации (41), а также светодиоды (13), электрические соединения которых выполнены с возможностью соединения в электрическом отношении с проводящими дорожками, отличающийся тем, что по меньшей мере два идентичных керамических носителя (10) соединены в матрицу.

2. Носитель по п. 1, отличающийся тем, что носители (10) вставлены в раму (11), предпочтительно из металла или пластмассы.

3. Носитель по п. 1, отличающийся тем, что носители (10) оснащены штекерами и/или втулками в качестве электрических и/или механических соединительных элементов, посредством которых соседствующие носители (10) прямо или косвенно соединены друг с другом.

4. Носитель по п. 3, отличающийся тем, что штекеры представляют собой стержни (6), а втулки адаптированы к стержням (6).

5. Носитель по п. 1, отличающийся тем, что носители (10) соединены друг с другом отдельными соединительными элементами (8).

6. Носитель по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере на одном краю носителей диодов (10) расположена полоса (4) без участков металлизации (41) и светодиодов (13).

7. Носитель по п. 6, отличающийся тем, что полоса (4) имеет по меньшей мере один проем (5) для закрепления.

8. Носитель по п. 2, отличающийся тем, что в случае выполнения рамы (11) из металла она одновременно служит для подачи тока к светодиодам (13).

9. Носитель по п. 2, отличающийся тем, что рама (11) выполнена гибкой.

10. Носитель по п. 1, отличающийся тем, что матрица имеет плоскую форму для осуществления плоскостного освещения, а для точечного освещения она выполнена вогнутой на стороне светодиодов (13).

11. Носитель по п. 2, отличающийся тем, что носители (10) смонтированы в раме (11), вставлены в нее, подвешены или зажаты с возможностью замены.

12. Носитель по одному из пп. 1-11, отличающийся тем, что на носителе (10) расположены параллельные друг другу проводящие дорожки (42).

13. Матрица по меньшей мере с двумя керамическими носителями (10) по одному из пп. 1-12, отличающаяся тем, что на носителях (10) закреплены светодиоды (13), электрические подключения которых в электрическом отношении соединены с проводящими дорожками (42) носителей (10).