Матриця світлодіодів

Винахід стосується світловипромінюючих пристроїв, а саме світлодіодних джерел світла і може бути використаний для освітлення в дорожньо-транспортних пристроях, наприклад світлофорах, для різноманітних твердотільних дисплеїв. Відомий оптичний елемент для змінних ознак, що включає світловипромінюючі елементи, коаксіальне розташування лінз [Патент США, №6249375, G02B18/00, 2001р.]. До причин, що заважають отримати описаний нижче результат при використанні відомого пристрою, відноситься те, що необхідний світловий розподіл від світлових точок вузькоконцентрованої оптики в оптичному елементі для змінних ознак досягається за рахунок коштовної складної оптики, яка не може бути універсальною для різних світлодіодів, що мають різні випромінюючі характеристики. При необхідності зміни випромінюючих характеристик для узгодження з потрібним світловим розподілом оптики необхідно додатково використовува ти іншу геометрію оптичних лінз і (або) їх інше взаєморозміщення впродовж оптичної (геометричної) осі оптичного елемента, тобто використовувати дискретний оптичний елемент із зміненими габаритними розмірами, що призводить до зміни конструкції пристроїв. Тобто даний пристрій досить складний у вигото вленні, громіздкий. Крім того, при побудові матриць з використанням оптичного елемента для змінних ознак крім світлодіодів необхідні додаткові компоненти для забезпечення механічної стійкості оптичних елементів з платою, на якій ці оптичні елементи монтуються, а забезпечення їх паралельної орієнтації з іншими дискретними оптичними елементами, що значно збільшує габарити і суттєво збільшує витрати. Найбільш близьким пристроєм того ж призначення до заявленого винаходу за сук упністю ознак є модуль світлових сигналів, який включає світловипромінюючі елементи, підкладку, рефлектори [Патент США №6283613, G02B18/00, 2001р.]. До причин, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату є те, що розташування індивідуальних рефлекторів матриці навколо індивідуальних світлодіодів матриці потребує формування їх як частини вставки (включення), яка (яке) пристосовує світлодіодну матрицю таким чином, щоб об'єднати кожний світлодіод з його відповідним рефлектором, що достатньо ускладнює те хнологічне виготовлення, крім того тепловідведення від джерел світловипромінювання за рахунок механізму конвекції недостатнє, що знижує ефективність роботи світлодіодної матриці при високих робочих стр умах та температурах. В основу винаходу поставлено задачу в матриці світлодіодів шляхом розташування n-випромінюючих елементів на теплопровідній підкладці, твердіння лінз в процесі виготовлення матриці світлодіодів та контроль процесу твердіння за допомогою комп'ютера забезпечити виготовлення термостійких матриць світлодіодів, що суттєво підвищує відтік тепла та світловіддачу, тобто термостійкість, надійність роботи та забезпечити інтегральне формування системи мікрорефлекторів та мікролінз з контролюванням процесу твердіння за допомогою комп'ютера, що підвищує оптимізацію світлопотоків, тобто підвищує якість матриці світлодіодів, зменшує витрати на виготовлення. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій матриці світлодіодів, що включає nсвітловипромінюючих елементів, підкладку, рефлектори, мікролінзи згідно з винаходом n-кристалів світлодіодів з'єднано з гнучким носієм з визначеною топологією розташування n-кристалів світлодіодів і струмових провідників, змонтованих на поверхні підкладки, що має призматичну або подібну до конічної форму з рефлекторами у вигляді кілець конусоподібної, параболічної або іншої форми на відстані оптичного контакту до n-кристалів світлодіодів, і розташовані в середині багатокутників, що вписані у рефлектори або в кутах багатокутників, що описані навколо рефлекторів, причому n-кристалів світлодіодів розташовані у кутах багатокутників, утворених з дотичних до внутрішніх рефлекторів із забезпеченням заданого кута відбиття та збору випромінювання. В іншій конкретній формі виконання згідно з винаходом п-рефлекторів виготовлені в тілі окремого ізольованого блоку рефлекторів, розташованого на підкладці, на якій змонтовано гнучкий носій з n-кристалами світлодіодів, що соосні з рефлекторами, а струмові провідники розташовані між блоком рефлекторів і підкладкою. В іншій конкретній формі виконання згідно з винаходом n-кристалів світлодіодів розташовані на бічних поверхнях призматичної теплопровідної підкладки, на яких розміщені окремі ізольовані блоки рефлекторів. В іншій конкретній формі виконання згідно з винаходом до гнучкого носія із змонтованими n-кристалами світлодіодів приєднано кристали фотоприймачів та схем керування, а струмові провідники гнучкого носія об'єднані в єдину електричну схему, в якій закінчення струмових провідників гнучкого носія є вхідними та вихідними електричними виводами матриці. В іншій конкретній формі виконання згідно з винаходом мікролінзи сформовані поверх рефлекторів з nкристалами світлодіодів із рідкої речовини, твердіння якої та створення заданої форми здійснено випромінюванням світлодіодів матриці з одночасним контролем форми за допомогою комп'ютера. Ознаки, що відрізняють технічне рішення від прототипу не виявлені в інших технічних рішеннях при вивченні даної і суміжних областей техніки. На Фіг.1а та Фіг.2а зображено поперечний розріз (вид спереду) узагальненої матриці світлодіодів відповідно з двома контактними площадками на одній стороні і на двох протилежних, а на Фіг.1б та Фіг.2б відповідні узагальнені матриці n-світлодіодів (вид зверху). В матриці світлодіодів як показано на Фіг.1а, Фіг.2а, Фіг.1б, Фіг.2б на теплопровідній підкладці розташовані n-світловипромінюючих елементів. Теплопровідна підкладка покрита ізолюючим шаром. На світловипромінюючій стороні в тілі підкладки виготовлено n-рефлекторів. На поверхні кожного рефлектора коаксіально до оптичної осі розташовані один або декілька кристалів (чіпів) світлодіодів (світловипромінюючих елементів). Електричні виводи кристалів (чіпів) з'єднані з металевими струмовими провідниками, розташованими на поверхні ізолюючого шару теплопровідної підкладки згідно заданій топології. Над рефлекторами з кристалами (чіпами) світлодіодів коаксіально розташовані лінзи. Лінзи монтуються або із готових елементів, або в процесі виготовлення матриці формуються поверх рефлекторів з кристалами (чіпами) із рідких речовин з наступним їх затвердінням, в процесі якого створюється задана форма оптичної поверхні лінзи, наприклад, еліпсоїдна. Необхідно відзначити, що в матриці світлодіодів теплопровідна підкладка може бути виготовлена із алюмінію, і в цьому випадку ізолюючий шар являє собою окис алюмінію Аl2О3 , який з однієї або обох сторін покриває цю теплопровідну підкладку. Підкладка із алюмінію сформована і розташована під необхідним кутом збору випромінювання. При цьому в матриці світлодіодів відповідно до Фіг.1а, Фіг.2а, Фіг.1б, Фіг.2б процес затвердіння рідкої речовини та створення заданої форми кожної лінзи стимулюють випромінюванням кристалів (чіпів) зовнішнього джерела світла або тепла з одночасним їх контролем, наприклад, за допомогою комп'ютера. Таким чином в матриці світлодіодів кристали (чіпи) світлодіодів розміщують на дні рефлекторів в тілі теплопровідної підкладки. Теплопровідна підкладка повинна бути відповідної достатньої товщини та певної форми, необхідної для забезпечення умов мікрооптики, щоб отримане пряме світло від кожного з nрефлекторів не змогло попасти на поверхні інших рефлекторів та забезпечувало необхідний кут збору випромінювання. Електричні виводи кристалів (чіпів) світлодіодів паралельно-послідовно з'єднані з топологією (монтажем) металевих стр умових провідників, що розташовані на поверхні ізолюючого шару Аl2О 3 в безпосередній близькості від країв рефлекторів і далі - з клемами джерела живлення. Все це дає можливість отримати відносно компактну одноплатну термостійку матрицю світлодіодів з інтегральними рефлекторами в тілі теплопровідної підкладки та мікрооптикою. Інший варіант з'єднання - випромінюючі елементи з'єднуються безпосередньо гнучким носієм виготовленим із фольгованого діелектрика, наприклад ΑΙ-Pi (поліімід), який слугує і як комутаційна плата і як з'єднувач із зовнішнім джерелом живлення. На Фіг.3а зображений вищезгадана підкладка конічної форми (1), на бічній поверхні якого розташовані світлодіодні чіпи (2), розміщені на відстані оптичного контакту від поверхні внутрішніх призматичних рефлекторних кілець (3) і конусоподібного зовнішнього рефлектора (4). Як відомо, випромінення з бічних поверхонь світлодіодного чіпа може перевищувати 30%, тому підвищення зовнішнього квантового виходу світлодіодного пристрою вирішується завдяки наступному конструктивному розташуванню: світло, випромінюване з бокових поверхонь кожного світлодіодного чіпа, не потрапляє на бокові поверхні інших чіпів. Саме у кутах, утворених з дотичних до вищезгаданого зовнішнього рефлектора і знаходяться світлодіодні випромінюючі елементи, розташовані на бічній поверхні підкладки конічної або призматичної (по одному елементу на кожній грані) автоматично, а на поверхні їх основи вищезгаданої конічної або призматичної підкладки це можна реалізувати, наприклад, у кутах рівнобічних багатокутників, вписаних у внутрішні рефлекторні кільця. На Фіг.3б зображена поверхня основи вищезгаданої підкладки конічної форми (1), на якій розміщуються світлодіодні чіпи (2), розташовані у кута х рівнобічних 6-кутників, вписаних у вн утрішні рефлекторні кільця (3). Завдяки такому розташуванню світло з бокових поверхонь чіпів потрапляє виключно на поверхні рефлекторних кілець, запобігаючи значним втратам випромінення. Застосування комп'ютерних систем при виготовленні заданої форми підкладки та оптичних лінз і контролю процесу їх затвердіння знизить собівартість виготовлення всієї матриці в цілому.