RU2220478C2

RU2220478C2 - Light source

Info

Publication number: RU2220478C2
Application number: RU2001131699A
Authority: RU
Inventors: В.В. Антонов; Н.Н. Бакин; Л.П. Гусев; В.С. Лукаш
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2003-12-27

Abstract

FIELD: miscellaneous pilot lights. SUBSTANCE: light source is, essentially, integrated circuit whose case has standard lamp base and hybrid monolithic optically transparent light-emitting diode; quantity of light-emitting diodes can be increased as much as desired. Chips of light-emitting diodes are secured on heat-conducting chip holder; desired radiation directivity pattern is ensured by built-in reflector. EFFECT: enhanced mechanical strength, reliability, and service life of light source. 1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к светотехнике, а точнее к устройству источников света для светосигнальных приборов различного назначения. The invention relates to lighting technology, and more specifically to the device of light sources for lighting devices for various purposes.

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. It is known the use of incandescent lamps in the composition of light-signal devices [1]. The disadvantages of this light source include the presence of a fragile glass shell, a relatively short service life (500-1000 h), especially when operating in intermittent mode, when the resistance of the filament at the time of switching varies 5-10 times. Many types of light-signaling devices use color monochromatic filters, which reduce the visibility range by 4–5 times compared to white light of the same intensity.

Использование светодиодов различного цвета свечения в светосигнальной аппаратуре [2] устраняет основные недостатки ламп накаливания. The use of LEDs of various glow colors in light-signal equipment [2] eliminates the main disadvantages of incandescent lamps.

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. Also known is a light source for a navigation light-signal device [3] (prototype), made in the form of a module consisting of 8 light-emitting diodes located on a circuit board, which is mounted in a typical lamp base.

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. The specified light source, assembled from the light emitting diodes according to the patent [3], is inconvenient when mounting it in the cartridge of a light-signaling device: in cases where the module base fits tightly into the said cartridge, the case of one or several LEDs may be broken if the module is carelessly handled or their electrical leads are cut off. Due to the lack of effective heat removal from the crystals of light-emitting diodes during prolonged operation of the module, significant self-heating of the pn junctions of light-emitting diodes is possible, which reduces the reliability and service life of the latter. To form a given radiation pattern of the light-signaling device using this module, focusing elements must be provided in the design of the light-signaling device. The number of light emitting diodes used is limited by the size of the latter.

Задача: повышение механической прочности источников света, увеличение их надежности и долговечности, обеспечение заданной диаграммы направленности излучения, обеспечение возможности увеличения количества светоизлучающих диодов. Objective: increasing the mechanical strength of light sources, increasing their reliability and durability, providing a given radiation pattern, providing the possibility of increasing the number of light emitting diodes.

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. The technical result is achieved in that the light source containing a typical lamp base and light-emitting diodes is made in the form of a monolithic hybrid integrated circuit, the casing of which consists of the mentioned base and an optically transparent light guide, inside which light-emitting diodes are placed in the form of crystals with a pn junction on a heat-conducting crystal holder and an integrated reflector, forming the necessary radiation pattern.

На фиг. 1 изображена одна из возможных конструкций заявляемого устройства, адаптированная для использования в навигационных светосигнальных приборах на внутренних водных путях. In FIG. 1 shows one of the possible designs of the claimed device, adapted for use in navigation light-signaling devices on inland waterways.

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. The light source consists of a typical lamp base 1, an optically transparent monolithic fiber 2, light-emitting diodes in the form of crystals with pn junctions 3, mounted on the side of the heat-conducting rod crystal holder 4. The crystals of the light-emitting diodes 3 are electrically connected in parallel. The electric current through the pn junctions of the crystals 3 is provided through the circuit: a crystal holder 4, electrically connected to one of the electrodes of the cap 1 - a current source (not shown in Fig. 1) - wire leads (not shown in Fig. 1), electrically connected with the second electrode of the cap 1 - crystals of light-emitting diodes 3. The monolithic design of the light source provides high mechanical strength, and the use of a heat-conducting crystal holder provides the light source in lightweight thermal mode compared with prototype. The optical axis of the light emitting diodes in this design are perpendicular to the geometric axis of the light source. Depending on the application, the crystals are evenly spaced around a circle, or along an arc of a circle. The radiation pattern of the light source is formed by the built-in reflector 5, so it can be used without external focusing elements. Due to the fact that the size of the crystals usually does not exceed 0.5 • 0.5 mm, they can be placed in the volume of a typical light source much more than discrete light-emitting diodes.

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. In FIG. 2 shows another design of the inventive light source, in which crystals of light emitting diodes 3 are mounted on the end face of a heat-conducting rod crystal holder 4. An integrated reflector 5 forms a spatial light distribution in the direction of the geometric axis of the light source. Light sources of this design are intended for use in projection-type light-signaling devices.

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. An example of practical implementation. A batch of light sources of the design of the type of FIG. 1 using the caps from the lamps SGV 2.5-0.16. Crystals (12 pcs.) Of size 0.2 • 0.2 mm of GaAlAs heteroepitaxial structures were soldered by the n-region of the pn junction uniformly around the circumference to the lateral surface of the cylindrical copper crystal holder, which was welded to the central contact of the base of the light source. P-regions of the crystal were connected by thin conductors to the end face of the reflector made of bronze polished to a mirror shine. The reflector, electrically isolated from the crystal holder, is connected to the side contact of the base. Further, the whole block was sealed with OK-72f epoxy optical adhesive so that the entire module became monolithic, and its overall dimensions took on values corresponding to SGV 2.5-0.16 lamps. The current through each light-emitting crystal of the manufactured model is about 20 mA from a 2 V power supply. The developed design allows automated assembly. In full-scale tests, experimental samples of river beacons showed a 2-fold increase in visibility range and a 3-fold reduction in energy consumption compared to similar devices on incandescent lamps and ease of maintenance compared to assemblies of discrete LEDs. Compared with the prototype, the spatial distribution of light of the manufactured samples in the horizon plane was more uniform due to the use of a larger number of light-emitting diodes.

Источники информации
1. И. Е. Шмерлинг. Навигационное оборудование внутренних водных путей. "Транспорт", М., 1988, с.30-32.Sources of information
1. I.E. Schmerling. Navigation equipment of inland waterways. "Transport", M., 1988, p.30-32.

2. Б.Ф.Тринчук. Светосигнальная аппаратура на светодиодах. /Светотехника, 1997, 5, с.6-11. 2. B.F. Trinchuk. Light-signaling equipment on LEDs. / Lighting engineering, 1997, 5, p. 6-11.

3. Абрамов Г. И. и др. Навигационный светосигнальный прибор для речных условий (варианты). Пат. РФ 2095273. 3. Abramov G. I. et al. Navigation light-signal device for river conditions (options). Pat. RF 2095273.

Claims

A light source containing a typical lamp base and light emitting diodes, characterized in that it is made in the form of a monolithic hybrid integrated circuit, the housing of which consists of the aforementioned socle and an optically transparent light guide, inside which light-emitting diodes are placed in the form of crystals with pn junctions on a heat-conducting crystal holder and built-in reflector, forming the necessary radiation pattern.