Полупроводниковый источник света

Полезная модель относится к полупроводниковым излучателям видимого диапазона длин волн, предназначенных для освещения небольших помещений, кабин транспортных средств и для замены ламп накаливания в осветительных плафонах различного назначения. Полупроводниковый источник света представляет собой монолитную гибридную интегральную схему, состоящую из стандартного лампового цоколя, прозрачного монолитного световода, внутри которого расположен кристаллодержатель из теплопроводной керамики, на плоскую поверхность которого, параллельную геометрической оси прибора, напаяны электролюминесцентные кристаллы и нанесены токопроводящие участки металлизации. На торце световода, противоположном цоколю, расположен внешний теплоотводящий радиатор, находящимся в тепловом контакте с кристаллодержателем. Цвет свечения источника света может быть белым или монохроматическим любой длины волны из видимого диапазона.

Полезная модель относится к полупроводниковым излучателям видимого диапазона длин волн, а точнее к устройству источников света, предназначенных для освещения небольших- помещений, кабин транспортных средств или подсветки шкал приборов в кабинах транспортных средств.

Общеизвестно использование ламп накаливания в плафонах, устанавливаемых в кабинах транспортных средств (железнодорожный транспорт, автотранспорт, бронетанковая техника) как для рабочего освещения, так и для специального освещения панелей приборов в условиях ослепляющего воздействия встречного транспорта, К основным недостаткам ламп накаливания относятся малый срок службы, слабая механическая прочность и низкий КПД.

Использование полупроводниковых источников света вместо ламп накаливания значительно повышает надежность, механическую прочность и снижает энергопотребление аппаратуры.

Известен полупроводниковый источник света [RU 2220478 С2], представляющий собой гибридную монолитную интегральную схему, корпус которой состоит из стандартного лампового цоколя и сопряженного с ним оптически прозрачного световода, внутри которого размещены полупроводниковые электролюминесцентные кристаллы на тепло-проводящем кристаллодержателе и встроенный отражатель, формирующий диаграмму направленности излучения.

Однако, использование данного источника света в плафонах для освещения кабин транспортных средств не обеспечивает необходимого уровня освещенности. Отвод тепла от кристаллодержателя упомянутого устройства осуществляется только через цоколь источника света, что не дает возможности увеличения плотности рабочего тока через электролюминесцентные кристаллы и тем самым повышения силы света.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, состоит в улучшении световых и тепловых параметров полупроводникового источника света и адаптации его конструкции для использования в штатных осветительных плафонах, устанавливаемых в кабинах транспортных средств.

Положительный результат достигается тем, что полупроводниковый источник света, выполненный в виде гибридной монолитной интегральной схемы, включающей стандартный ламповый цоколь, сопряженный с ним оптически прозрачный монолитный световод, внутри которого расположены отражатель света и теплопроводный кристаллодержатель с электролюминесцентными полупроводниковыми кристаллами, по данному предложению кристаллодержателем является стерженек из теплопроводной керамики, имеющий, по крайней мере, одну плоскую поверхность параллельную геометрической оси источника света, на которую напаяны электролюминесцентные кристаллы и нанесены токопроводящие участки металлизации, а на торце световода, противоположном цоколю, расположен внешний теплоотводящий радиатор, находящийся в тепловом контакте с кристаллодержателем.

Цвет свечения источника света может быть как белым, так и монохроматическим с любой длиной волны из видимого диапазона.

Целесообразно, в случае необходимости, ввести в световод диспергатор.

Суть предлагаемого технического решения поясняется фигурой 1.

Полупроводниковый источник света состоит из типового лампового цоколя 1, оптически прозрачного монолитного световода 2, отражателей света 6, кристаллодержателя из теплопроводной керамики 3, на плоскую поверхность которого, параллельную геометрической оси устройства, напаяны электролюминесцентные кристаллы 4 и нанесены токопроводящие участки металлизации (не показано). На торце световода 2, противоположном цоколю 1 расположен теплоотводящий радиатор 5, находящийся в тепловом контакте с кристаллодержателем 3, например посредством спая керамики с металлом (не показано). Керамический стерженек 3 может быть, например, прямоугольным параллелепипедом или круглым цилиндром с сечением боковой поверхности параллельно образующей. Нами экспериментально было установлено, что предлагаемая конструкция источника света оптимально адаптирована для использования в составе стандартных плафонов, применяемых для внутреннего освещения транспортных средств.

Наличие внешнего теплоотводящего радиатора 5 обеспечивает более эффективный, по сравнению с прототипом, отвод тепла от электролюминесцентных кристаллов, что позволяет повысить плотность рабочего тока через кристаллы, а следовательно и световой поток на выходе источника света.

Использование кристаллодержателя из теплопроводной керамики позволяет осуществить последовательно-параллельное соединение кристаллов современными методами гибридно-интегральных технологий и обеспечить заданное значение рабочего напряжения питания источника света.

Введение в световод диспергатора производится с учетом конкретного использования источника света (в составе плафонов различного типа или для непосредственного освещения).

Современный уровень производства электролюминесцентных полупроводниковых кристаллов позволяет производить источники света как белого, так и любого монохроматического света из видимого оптического диапазона.

Пример практического исполнения. Была изготовлена партия полупроводниковых источников света белого цвета свечения с использованием цоколей В15 s/17 в количестве 20 шт. Электролюминесцентные кристаллы площадью 0,3*0,3 мм ² гетероэпитаксиальных структур GaA1N были припаяны п-областью р-п перехода к проводящим площадкам на плоской поверхности кристаллодержателя из нитрида галлия и соединены между собой последовательно. Начало и конец последовательной цепи из восьми кристаллов проводниками соединялись с электродами цоколя. К торцу кристаллодержателя, противоположном цоколю, припаивался внешний теплоотводящий радиатор, а на кристаллы наносился тонкий слой люминофора. Далее весь блок герметизировался эпоксидным компаундом с использованием специальной заливочной формы. Рабочее напряжение полученных образцов составляло 28 В, рабочий ток - 50 мА.

Полученные образцы испытывались в составе плафонов ПМВ-71, предназначенных для внутреннего освещения машин специального назначения. Сравнительные результаты испытаний плафонов со штатными лампами накаливания (ЛН) и полупроводниковыми источниками света (ЛИС) белого цвета свечения представлены в таблице.

Из таблицы видно, что замена ламп накаливания на предлагаемый источник света в плафонах ПМВ-71 приводит к снижению рассеиваемой электрической мощности более, чем в 7 раз и увеличению осевой силы света на 20%. Срок службы ПИС не менее 10 тыс.часов - на порядок превышает срок службы ЛН, что также является существенным преимуществом предлагаемого источника света.

1. Полупроводниковый источник света, выполненный в виде гибридной монолитной интегральной схемы, включающей стандартный ламповый цоколь, сопряженный с ним оптически прозрачный монолитный световод, внутри которого расположены отражатели света и теплопроводный кристаллодержатель с электролюминесцентными полупроводниковыми кристаллами, отличающийся тем, что кристаллодержателем является стерженек из теплопроводной керамики, имеющий, по крайней мере, одну плоскую поверхность, параллельную геометрической оси источника света, причем на упомянутую поверхность напаяны электролюминесцентные кристаллы и нанесены токопроводящие участки металлизации, а на торце световода, противоположном цоколю, расположен внешний теплоотводящий радиатор, находящийся в тепловом контакте с кристаллодержателем.

2. Полупроводниковый источник света по п.1, отличающийся тем, что цвет свечения упомянутого источника света может быть как белым, так и монохроматическим любой длины волны видимого диапазона.

3. Полупроводниковый источник света по п.1, отличающийся тем, что в световод вводится диспергатор.