СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ МОДУЛЬ Российский патент 2017 года по МПК F21S4/00 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к светоизлучающим модулям, используемым в осветительных приборах.

В настоящее время в светодиодных осветительных системах широко применяются светоизлучающие модули, содержащие смонтированные на общей плате и электрически соединенные друг с другом полупроводниковые источники света.

Так, например, известен светоизлучающий модуль [RU 102278], используемый в составе светодиодного светильника, который содержит цепочку полупроводниковых источников света, расположенных на общей печатной плате из фольгированного текстолита, выполненной в виде полосы (светодиодная линейка).

В качестве источников света применены светодиоды, корпуса которых припаяны к фольгированной плате. В печатной плате выполнены сквозные металлизированные отверстия, которые имеют размер, меньший, чем размер поперечного сечения корпуса светодиода, при этом под каждым светодиодом размещено, по меньшей мере, одно указанное отверстие. Данные сквозные отверстия служат для отвода тепла от светодиодов.

Рассматриваемый светоизлучающий модуль имеет значительные массогабаритные характеристики, что связано в том числе с использованием корпусных светодиодов в качестве источников света.

Известен светоизлучающий модуль [JP 2008294309], который выбран в качестве ближайшего аналога.

Данный светоизлучающий модуль включает группу (матрицу) электрически соединенных расположенных на общей плате, изготовленной из текстолита, в частности из стеклотекстолита, полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, имеющих полимерное, в частности силиконовое, покрытие. Указанное покрытие выполнено в виде совокупности линз, каждая из которых покрывает один из кристаллов, и размещенных между линзами дорожек, нанесенных на верхнюю поверхность платы.

Использование в рассматриваемом светоизлучающем модуле в качестве источников света светоизлучающих кристаллов способствует снижению его массогабаритных характеристик по сравнению со светоизлучающими модулями, содержащими корпусные светодиоды.

Однако данный светоизлучающий модуль, в котором в качестве материала платы использован стеклотекстолит, имеющий относительно низкую теплопроводность, обладает недостаточно высокими теплоотводящими свойствами.

Между тем, недостаточно эффективный отвод тепла из активной области кристаллов, выделяющегося в процессе их работы, может привести к перегреву указанных областей, что негативно сказывается на световых характеристиках и долговечности работы кристаллов.

Проблемой, решение которой достигается при осуществлении изобретения, является обеспечение высоких теплоотводящих свойств светоизлучающего модуля.

Сущность изобретения заключается в том, что в светоизлучающем модуле, включающем группу электрически соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, расположенных на общей плате, изготовленной из текстолита, и имеющих покрытие, выполненное из полимерного компаунда, согласно изобретению верхняя и нижняя поверхности платы имеют металлическое покрытие, в плате сформированы сквозные металлизированные отверстия, посредством которых металлическое покрытие, имеющееся на верхней поверхности платы, и металлическое покрытие, имеющееся на нижней поверхности платы, сообщены друг с другом, при этом указанные отверстия выполнены на участках, не занятых кристаллами, а покрытие из полимерного компаунда выполнено в виде слоя полимерного материала, расположенного поверх платы с расположенными на ней кристаллами.

В частном случае изобретения плата выполнена в виде полосы, а кристаллы расположены на ней в один ряд с образованием светоизлучающей линейки.

В частном случае изобретения отношение площади металлического покрытия, имеющегося на нижней поверхности платы, к суммарной площади поперечного сечения металлизированной части сквозных отверстий составляет величину не более 65.

Наличие в заявляемом устройстве установленных на общем основании (на плате из текстолита) электрически соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов обеспечивает возможность устройства излучать свет, что позволяет использовать его в составе осветительных приборов.

Каждый полупроводниковый светоизлучающий кристалл выполнен на основе полупроводниковой светоизлучающей гетероструктуры и снабжен электрическими контактами, обеспечивающими подвод к нему электропитания.

Использование в заявляемом устройстве текстолита для изготовления платы, который является относительно дешевым и технологичным материалом, хорошо поддающимся механической обработке, позволяет получать тонкие гибкие платы, обладающие малыми массогабаритными характеристиками, в том числе платы, пригодные для использования в конструкциях нитевидных светоизлучающих элементов - филаментов.

Принципиально важным в заявляемом устройстве является наличие расположенных на верхней и нижней поверхностях платы металлических покрытий и сформированных в плате сквозных металлизированных отверстий.

За счет наличия на плате указанных металлических покрытий, обладающих высокой теплопроводностью и занимающих практически всю площадь верхней и нижней поверхностей платы, а также за счет наличия сквозных металлизированных отверстий, посредством которых указанные поверхности сообщены друг с другом, достигается высокая теплоотводящая способность заявляемого устройства. Указанные металлизированные конструктивные элементы светоизлучающего модуля образуют единую тепловую цепь и являются эффективным теплоотводом, обеспечивающим рассеяние выделяющегося при работе светоизлучающих кристаллов тепла.

При этом с помощью указанных металлизированных поверхностей платы организуется требуемая топология светоизлучающего модуля, в том числе электрическая схема соединения светоизлучающих кристаллов и схема подключения их к внешней электрической цепи.

Используемое в светоизлучающем модуле покрытие из полимерного компаунда выполняет защитную функцию, а также служит для достижения требуемых световых и цветовых характеристик заявляемого устройства.

В частности, в качестве указанного покрытия используют смесь силикона с люминофором.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является обеспечение высоких теплоотводящих свойств светоизлучающего модуля.

В случае когда плата выполнена в виде полосы и кристаллы расположены на ней в один ряд с образованием светоизлучающей линейки, светоизлучающий модуль приобретает форму нитевидного светоизлучающего элемента (филамента).

Такие светоизлучающие элементы находят широкое применение, в частности, в филаментных лампах, заменяющих лампы накаливания.

Для улучшения отвода тепла с учетом того, что нижняя металлизированная поверхность является главной теплоотводящей поверхностью светоизлучающего модуля, целесообразным является, чтобы отношение площади металлического покрытия, имеющегося на нижней поверхности платы, к суммарной площади поперечного сечения металлизированной части сквозных отверстий составляло величину не более 65.

Как показали исследования авторов, при таком соотношении указанных площадей создаются условия, при которых температура р-n перехода светоизлучающих кристаллов в рабочем режиме не превышает 115°С, что свидетельствует об эффективном отводе тепла.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства (вид сверху); на фиг. 2 - то же (вид спереди).

Устройство содержит плату 1, выполненную в виде тонкой пластины, имеющей форму полосы, изготовленной из текстолита, в частности из стеклотекстолита. Толщина пластины, в частности, выбрана из диапазона 80-150 мкм.

На верхней и нижней поверхностях платы 1 нанесены металлические покрытия, аналогичные по конфигурации и местоположению. В частности, металлическое покрытие, нанесенное на верхнюю поверхность платы 1, содержит верхние краевые зоны 2 и 3 металлизации и верхнюю центральную зону 4 металлизации, занимающую большую часть верхней поверхности платы 1 и электрически изолированную от верхних краевых зон 2 и 3, в частности, с помощью участков изоляции 5 и 6, сформированных вблизи краевых участков платы 1 за счет формирования разрыва металлического покрытия на указанных участках. Аналогично металлическое покрытие, нанесенное на нижнюю поверхность платы 1, содержит нижние краевые зоны 7 и 8 металлизации и нижнюю центральную зону 9 металлизации, занимающую большую часть нижней поверхности платы 1 и электрически изолированную от нижних краевых зон 7 и 8, в частности, с помощью участков изоляции 10 и 11, сформированных вблизи краевых участков платы 1 за счет формирования разрыва металлического покрытия на указанных участках.

С помощью указанных зон металлизации организуется выбранная топология светоизлучающего модуля. В частности, зоны 7 и 8 образуют контактные площадки, предназначенные для подключения светоизлучающего модуля к внешней электрической цепи.

На верхних металлизированных участках платы 1 установлены, в частности приклеены с помощью теплопроводного клея, полупроводниковые светоизлучающие кристаллы 12 (на чертеже позицией обозначен один кристалл). В частности, кристаллы расположены на металлизированных участках 2, 3, 4 платы 1 в один ряд с образованием светоизлучающей линейки.

В плате 1 выполнены сквозные металлизированные отверстия 13 (на чертеже позицией обозначены два сквозных отверстия), посредством которых верхняя и нижняя краевые зоны 2 и 7 и 3 и 8, а также верхняя и нижняя центральные зоны 4 и 9 сообщены друг с другом. При этом (со стороны верхней поверхности платы 1) отверстия 13 расположены на участках, не занятых кристаллами 12.

Кристаллы 12 имеют электрические положительный и отрицательный выводы 14 (на чертеже позицией обозначены два вывода), выполненные, в частности, в виде проволочных разварок, с помощью которых кристаллы соединены друг с другом с образованием последовательной электрической цепи.

При этом каждый из крайних кристаллов 12 в светоизлучающей линейке с помощью одного из выводов 14 соединен с одним из верхних металлизированных участков 2 или 3.

Сверху плата 1 и кристаллы 12 залиты светопрозрачным полимерным компаундом 15 (см. фиг. 2), в частности силиконом, с распределенными в нем частицами люминофора.

Устройство работает следующим образом.

Обеспечивают подачу тока в светоизлучающий модуль от внешней электрической цепи (на чертеже не показана) через подключаемые к контактам внешней цепи положительную и отрицательную контактные площадки 7 и 8. Ток протекает по цепи, включающей металлизированные сквозные отверстия 13, верхние металлизированные участки 2 и 3, выводы 14 и кристаллы 12. Кристаллы 12 излучают свет. При работе кристаллов 12 выделяется тепло, которое рассеивается во внешнюю среду с верхней металлизированной поверхности платы 1, отводится через металлизированные сквозные отверстия 13 и также рассеивается во внешнюю среду с нижней металлизированной поверхности платы 1.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно, к светоизлучающим модулям, используемым в осветительных приборах. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является обеспечение высоких теплоотводящих свойств светоизлучающего модуля. Технический результат достигается за счет того, что в светоизлучающем модуле, включающем группу электрически соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, расположенных на общей плате, изготовленной из текстолита, и имеющих покрытие, выполненное из полимерного компаунда, верхняя и нижняя поверхности платы имеют металлическое покрытие. В плате сформированы сквозные металлизированные отверстия, посредством которых металлическое покрытие, имеющееся на верхней поверхности платы, и металлическое покрытие, имеющееся на нижней поверхности платы, сообщены друг с другом. Указанные отверстия выполнены на участках, не занятых кристаллами, а покрытие из полимерного компаунда выполнено в виде слоя полимерного материала, расположенного поверх платы с расположенными на ней кристаллами. При этом отношение площади металлического покрытия, имеющегося на нижней поверхности платы, к суммарной площади поперечного сечения металлизированной части сквозных отверстий составляет величину не более 65. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Светоизлучающий модуль, включающий группу электрически соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, расположенных на общей плате, изготовленной из текстолита, и имеющих покрытие, выполненное из полимерного компаунда, отличающийся тем, что верхняя и нижняя поверхности платы имеют металлическое покрытие, в плате сформированы сквозные металлизированные отверстия, посредством которых металлическое покрытие, имеющееся на верхней поверхности платы, и металлическое покрытие, имеющееся на нижней поверхности платы, сообщены друг с другом, указанные отверстия выполнены на участках, не занятых кристаллами, а покрытие из полимерного компаунда выполнено в виде слоя полимерного материала, расположенного поверх платы с расположенными на ней кристаллами, при этом отношение площади металлического покрытия, имеющегося на нижней поверхности платы, к суммарной площади поперечного сечения металлизированной части сквозных отверстий составляет величину не более 65.

2. Светодиодный модуль по п. 1, отличающийся тем, что плата выполнена в виде полосы, а кристаллы расположены на ней в один ряд с образованием светоизлучающей линейки.