ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА С ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
POLYMER-COATED SEMICONDUCTOR LIGHT SOURCE

Изобретение относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым источникам света.
В современных полупроводниковых источниках света, содержащих полупроводниковый светоизлучающий элемент, широко применяются полимерные покрытия, наносимые на светоизлучающий элемент, образующие внешние оболочки указанных элементов, защищающие их от механических повреждений, а также выполняющие световыводящую и светопреобразующую функции. Кроме того, полимерные массы, образующие рассматриваемые покрытия, часто используются в качестве сред для диспергирования в них рассеивающих частиц или частиц люминофора, и в таких случаях полимерные покрытия с распределенными в них частицами дополнительно выполняют функцию преобразования света.
Рассматриваемые полимерные покрытия могут быть образованы путем заполнения полимерной заливочной массой полости, сформированной внутри полупроводникового источника света, в частности полости, образованной стенками отражателя, в котором помещен полупроводниковый светоизлучающий элемент, или поверхностью выемки, выполненной в линзе, расположенной поверх указанного светоизлучающего элемента. При этом форма сформированного указанным образом полимерного покрытия определяется формой описанных выше полости или выемки.
Так, например, известен полупроводниковый источник света [RU 67340], содержащий полупроводниковый светоизлучающий кристалл, помещенный в расположенном в металлокерамическом корпусе отражателе, имеющем наклонные стенки. Полость отражателя заполнена оптически прозрачным компаундом.
Указанное покрытие служит для защиты кристалла от механических повреждений. Однако рассматриваемое покрытие, сформированное в полости отражателя и имеющее плоскую верхнюю поверхность, не обеспечивает равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения, что в ряде случаев не позволяет достигнуть требуемых оптических характеристик полупроводникового источника света.
Известен полупроводниковый источник света [RU 2251761], содержащий подложку, на которой установлен, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий кристалл, имеющий покрытие, выполненное из оптически прозрачной полимерной заливочной массы. Покрытие образовано путем заполнения указанной массой выемки, имеющей куполообразную форму, сформированной в расположенном на подложке поверх светоизлучающего кристалла оптически прозрачном элементе, в качестве которого использованы рефлектор или линза.
Рассматриваемое покрытие выполняет защитную и световыводящую функции, при этом благодаря тому, что сформированное покрытие имеет куполообразную форму, в рассматриваемом полупроводниковом источнике света обеспечивается равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения.
Однако в рассматриваемом полупроводниковом источнике света обязательным является наличие такого оптического конструктивного элемента, как рефлектор или линза, что усложняет конструкцию рассматриваемого устройства и может ограничить возможность его применения в светодиодных сборках, в которых полупроводниковые источники света используются в качестве сборочных единиц.
Известен полупроводниковый источник света [RU 2069418], выбранный авторами в качестве ближайшего аналога. Рассматриваемое устройство содержит несущий элемент - подложку, имеющую верхнее и нижнее основания и боковую поверхность. На верхнем основании подложки помещен, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий элемент, поверх которого нанесено покрытие, выполненное из оптически прозрачного эпоксидного полимерного компаунда. При этом покрытие имеет куполообразную форму и расположено на несущем элементе таким образом, что основание покрытия вписано в площадь верхнего основания несущего элемента.
Рассматриваемое эпоксидное покрытие, имеющее куполообразную форму, покрывающее полупроводниковый светоизлучающий элемент и расположенное на верхнем основании подложки в границах ее площади поверхности, защищает светоизлучающий элемент от механических повреждений, а также повышает выход света и обеспечивает равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения. При этом покрытие формируют без использования каких-либо оптических конструктивных элементов, что позволяет упростить конструкцию рассматриваемого полупроводникового источника света и расширяет возможности его применения в светодиодных сборках.
Однако в рассматриваемом полупроводниковом источнике света выполненное из эпоксидного полимерного компаунда покрытие обладает хрупкостью и недостаточной устойчивостью к воздействию тепла и света, что снижает надежность конструкции. В эпоксидном полимерном компаунде в процессе его отверждения появляются микроскопические пузырьки воздуха, что ухудшает оптические свойства покрытия и соответственно полупроводниковых источников света светодиодного модуля. Кроме того, наличие несущего элемента в рассматриваемом устройстве ограничивает возможность минимизации его габаритов.
Задачей заявляемого изобретения является уменьшение габаритов, повышение надежности конструкции и улучшение оптических свойств полупроводникового источника света.
Сущность изобретения заключается в том, что в полупроводниковом источнике света с полимерным покрытием, включающем полупроводниковый светоизлучающий элемент и нанесенное на него покрытие из оптически прозрачного полимерного компаунда, имеющее куполообразную форму, согласно изобретению полупроводниковый светоизлучающий элемент выполнен в виде объемного тела, имеющего верхнее и нижнее основания и боковую поверхность, угол между боковой поверхностью полупроводникового светоизлучающего элемента и его верхним основанием составляет величину не более 120°, в качестве полимерного компаунда использован силиконовый компаунд, покрытие расположено непосредственно на верхнем основании полупроводникового светоизлучающего элемента таким образом, что основание покрытия вписано в площадь верхнего основания полупроводникового светоизлучающего элемента, при этом покрытие сформировано путем нанесения на верхнее основание полупроводникового светоизлучающего элемента капли указанного компаунда, который имеет вязкость от 2000 до 20000 сПз, с последующим отверждением нанесенного компаунда.
За счет того что в заявляемом устройстве полимерное покрытие расположено поверх полупроводникового светоизлучающего элемента таким образом, что основание покрытия вписано в площадь поверхности верхнего основания полупроводникового светоизлучающего элемента, покрытие надежно защищает последний от механических повреждений. Указанное покрытие, сформированное путем нанесения капли компаунда на полупроводниковый светоизлучающий элемент, имеет куполообразную форму и образует световыводящую внешнюю оболочку, способствующую повышению выхода света и обеспечивающую равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения. При этом благодаря тому, что покрытие формируют непосредственно на поверхности полупроводникового светоизлучающего элемента без применения каких-либо дополнительных конструктивных элементов, минимизируются габариты и упрощается конструкция заявляемого устройства, а также расширяется возможность его применения в светодиодных сборках, в которых полупроводниковый источник света используется в качестве сборочной единицы.
Принципиально важным в заявляемом устройстве является то, что в качестве полимерного компаунда использован силиконовый компаунд, который не обладает хрупкостью, обладает высокой устойчивостью к воздействию тепла и света и не содержит микроскопических пузырьков воздуха.
Известно использование покрытий из силиконового компаунда, применяемых в полупроводниковых источниках света, в которых совокупность индивидуальных полупроводниковых светоизлучающих элементов расположена на общей печатной плате [JP 2009010184]. Каждое покрытие сформировано путем нанесения капли указанного компаунда на печатную плату в месте расположения единичного светоизлучающего элемента. При этом в рассматриваемой конструкции в связи с тем, что светоизлучающие элементы расположены на общей печатной плате, которая имеет относительно большие габариты, не возникает проблем, связанных с необходимостью нахождения формируемых покрытий в строго определенных пространственных границах и с необходимостью предотвращения стекания формируемых покрытий с поверхности индивидуальных светоизлучающих элементов.
Между тем, как показали исследования авторов, для того чтобы покрытие из силиконового компаунда, сформированное путем нанесения капли указанного компаунда поверх светоизлучающего элемента, сохраняло куполообразную форму и при этом не стекало с его верхней поверхности, а оставалось в границах площади указанной поверхности, требуется выполнение определенных условий, которым должны удовлетворять силиконовый компаунд и полупроводниковый светоизлучающий элемент.
Так, в ходе экспериментальных исследований авторы определили, что для того, чтобы покрытие из силиконового полимера сохраняло куполообразную форму и при этом не стекало с поверхности полупроводникового светоизлучающего элемента, а располагалось в границах площади его верхнего основания, угол, который составляет боковая поверхность светоизлучающего элемента с его верхним основанием, должен иметь величину не более 120°, а для нанесения покрытия должен быть использован силиконовый компаунд, вязкость которого находится в диапазоне от 2000 до 20000 сПз, при этом покрытие должно быть сформировано путем нанесения на поверхность светоизлучающего элемента капли указанного компаунда с последующим его отверждением.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является уменьшение габаритов, повышение надежности конструкции и улучшение оптических свойств полупроводникового источника света, что обусловлено выбором материала полимерного покрытия и вышеуказанными условиями его формирования.
На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства.
Устройство содержит полупроводниковый светоизлучающий элемент 1, выполненный в виде объемного тела, имеющего верхнее основание 2, нижнее основание 3 и боковую поверхность 4. В качестве полупроводникового светоизлучающего элемента 1 может быть, в частности, использована полупроводниковая эпитаксиальная гетероструктура, сформированная на подложке 5.
Устройство также содержит расположенное поверх полупроводникового светоизлучающего элемента 1 на его верхнем основании 2 покрытие 6, выполненное из оптически прозрачного силиконового компаунда, имеющее куполообразную форму и расположенное таким образом, что основание (на чертеже не обозначено) покрытия 6 вписано в площадь верхнего основания 2 полупроводникового светоизлучающего элемента 1.
Угол между боковой поверхностью 4 полупроводникового светоизлучающего элемента 1 и его верхним основанием 2 составляет величину не более 120°.
Покрытие 6 сформировано путем нанесения на поверхность верхнего основания 2 полупроводникового светоизлучающего элемента 1 капли силиконового компаунда, имеющего вязкость от 2000 до 20000 сПз, и последующего отверждения нанесенного компаунда.
В качестве указанного компаунда может быть, в частности, использован силиконовый эластомер LS-6257.
Достижение требуемой вязкости компаунда обеспечивается, в частности, его выдержкой при определенной температуре, в частности при температуре отверждения, в течение времени, по истечении которого компаунд приобретает указанную вязкость, но полностью не полимеризуется. Процесс последующего отверждения нанесенного покрытия 6 осуществляется по стандартному режиму, указанному производителем компаунда. Нанесение покрытия осуществляется, в частности, методом дозирования.
Покрытие 6 может включать частицы люминофора (на чертеже не показаны), распределенные по его объему, обуславливающие преобразование спектра светового излучения. Распределение частиц люминофора по объему покрытия 6 достигается при вязкости компаунда, лежащей в приведенных выше пределах, поскольку при указанной вязкости частицы люминофора не оседают вниз под действием силы тяжести, а остаются во взвешенном состоянии до окончательного отверждения указанной смеси.
Устройство работает следующим образом.
Полупроводниковый источник света подключают к цепи внешнего питания. При протекании тока через полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 последний излучает свет. Излучаемое световое излучение выводится через покрытие 6, которое выполняет световыводящую и светопреобразующую функции, а также защищает полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 от механических повреждений.