СВЕТОДИОДНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано при производстве осветительных и сигнальных устройств.
Светодиодные устройства (СДУ) широко используются в промышленности. СДУ применяются для сигнализации о режиме работы различной аппаратуры, для подсветки экранов, для источников информации типа информационного табло, бегущих строк, используются также в светофорах, устройствах бытового освещения и т.д. Высокие эксплуатационные параметры СДУ - оптическая мощность излучения, коэффициент преобразования электрической энергии в световую, высокая надежность и низкая себестоимость делают эти источники света весьма перспективными. Во многих случаях требуются СДУ с широкой гаммой цветов и оттенков светового потока, включая белый и полноцветный.
Известно СДУ (Патент РФ №2114492), содержащее светоизлучающий кристалл, укрепленный на держателе, соединенном с одним из электрических выводов, и размещенный в пластмассовом корпусе, представляющем собой полусферическую линзу, собирающую излучение.
Недостатком этого СДУ является невысокая технологичность изготовления, необходимость коренной переделки всего инструментария при выпуске вариантов изделий того же класса, но отличающихся номенклатурой.
Известно СДУ (Патент РФ №2251761), содержащее светодиодные кристаллы на общем основании, окруженные рефлекторами и залитые светопроводящей массой с распределенными в ней частицами люминофора.
Недостатком этого технического решения является невысокие параметры СДУ по светоотдаче и большой разброс их от образца к образцу за счет неравномерного распределения светопроводящей массы и
содержания в ней пузырьков воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому светодиодному устройству является СДУ (Патент РФ №2133068), избранное в качестве прототипа, содержащее металлическое или металлизированное основание с присоединительными выводами, основание содержит углубление с отражающей излучение боковой поверхностью и плоским дном на котором укреплены два или более светоизлучающих кристалла, крышку, содержащую концентрирующую линзу, а внутренняя поверхность крышки имеет полость, полость крышки и углубление в основании заполнены светопроводящей средой в виде светопроводящего полимерного герметизирующего компаунда.
Недостатками известного устройства являются: невысокие параметры СДУ по светоотдаче и большой разброс их от образца к образцу за счет неравномерного распределения заливочной массы и содержания в ней пузырьков воздуха, спектральная и пространственная неоднородность формируемого светового потока за счет растрескивания корпуса в результате теплового воздействия, а также недостаточный теплоотвод от светодиодов и их быстрая деградация в результате повышения внутреннего напряжения, возникающего при тепловом расширении.
Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является упрощение технологии изготовления устройства, формирование равномерного распределения излучения в заданном спектральном диапазоне, преимущественно в видимом диапазоне, и замедление деградации светодиодов.
Технических результат достигается тем, что в светодиодном устройстве, включающем не менее одного полупроводникового светодиода с
электрическими контактами, установленного на основании, и крышку из прозрачного материала, выполненную с полостью на поверхности соединенной с основанием, которая покрывает светодиод с электрическими контактами и содержит светопроводящую среду, указанная полость сообщается с окружающей средой не менее чем через одно сквозное отверстие выполненное в основании для заполнения полости светопроводящей средой, минимальные расстояния от каждой точки поверхности полости до поверхности ближайшего к этой точке светоизлучающего полупроводникового кристалла равны друг другу. При этом светопроводящая среда может являться эластичным веществом
На иллюстрации представлено предлагаемое светодиодное устройство в разрезе.
Светодиодное устройство содержит полупроводниковый светодиод 1 с электрическими контактами 2 закрепленный на основании 3 изготовленном из материала с высокой теплопроводностью и выполненной со сквозными установочными отверстиями 4, светодиод 1 может быть также приклеен с помощью электропроводящего клея к слою металла 5 покрывающему основание, на котором сформирована топология разводки контактов светодиодов. Устройство также содержит крышку 6 в виде концентрирующей или иной линзы из прозрачного материала, выполненную с полостью 7 на поверхности соединенной с основанием 3, и юстировочными штырями 8, совпадающими со сквозными установочными отверстиями 4 в основании 3, при этом полость 7 поверхности крышки покрывает светодиод с его электрическими контактами 2 и содержит светопроводящую среду 9 содержащую частицы светорассеивающего вещества. Полость 7 сообщается с окружающей средой через одно или несколько дополнительных сквозных отверстия 10 в основании 3.
С целью более эффективного использования излучения боковых
поверхностей светодиода 1 центральная часть крышки 6 соединенная с основанием может быть выполнена в виде усеченного тела вращения, при этом плоскость сечения совпадает с поверхностью основания.
2
Полость 7 поверхности крышки 6 выполнена в такой форме, которая обеспечивает равномерное распределение светопроводящей среды 9 вокруг поверхностей светодиодов 1. Эта форма определяется путем расчета удаления от точек поверхности полости 2 до ближайших точек ближайших светодиодов 1. Такое распределение светопроводящей среды 9, которая может содержать светорассеивающие частицы, например, SiO, позволяет сформировать практически равномерную диаграмму излучения светодиодов. Включение в светопроводящую среду частиц люминофора позволит формировать заданный спектр светового потока СДУ.
Плоскость сечения полости располагается параллельно поверхности светодиода, а поверхность части крышки, соединенной с основанием, формируется таким образом, чтобы излучение боковых поверхностей светодиода, прошедшее через светопроводящую среду в полости, испытывало на границе соприкосновения поверхности крышки с окружающей средой полное внутреннее отражение.
Одно или несколько дополнительных сквозных отверстия в основании, соединяющих полость с окружающей средой, выполнены для полного и равномерного заполнения полости светопроводящей средой. В случае выполнения одного дополнительного отверстия часть его границы на поверхности основания соединенной с крышкой предпочтительно совпадает с границей полости в плоскости, совпадающей с плоскостью, в которой лежит поверхность основания соединенная с крышкой, или располагается вблизи этой границы. Неравномерность распределения светопроводящей среды вокруг светодиода, также наличие в ней пузырьков газа, является
одним из существенных факторов нарушающих равномерное распределение излучения на выходе аналогичных устройств.
В случае выполнения светопроводящей среды 9 эластичной, она может снимать внутреннее напряжение светодиода 1, возникающее при его тепловом расширении, за счет собственного расширения и изменения границ своего расположения в отверстии 10.
2
В состав светопроводящей среды 9, с целью равномерного распределения излучения на выходе устройства, могут включаться светорассеивающие частицы, например, мелкодисперсные частицы SiO. Указанные частицы с той же целью могут также включаться в материал крышки.
Для формирования спектра в необходимом диапазоне в светопроводящую среду могут быть введены частицы люминофора, например, на основе граната.
С целью увеличения отвода тепла от светодиода поверхности юстировочных штырей и установочных отверстий могут быть покрыты слоем металла. Указанная металлизация юстировочных штырей может быть также использована для соединения с источником электропитания при соответствующем их расположении относительно топологии разводки контактов светодиода.
Сборка предложенного устройства осуществляется в следующей последовательности.
На основании 3 или, в зависимости от применяемой топологии разводки контактов, на металлизирующем слое 5, например, с помощью токопроводящего клея, закрепляются один или несколько полупроводниковых светодиодов 1. Затем, в соответствии с применяемой топологией разводки, производят пайку одного или нескольких контактов 2 к поверхности светодиода 1 и металлизирующему слою 5. Места пайки для
упрочения порывают слоем токопроводящего клея или герметика. Изготовленную матрицу с светодиодами и разводкой накрывают сформованной крышкой 6, совмещая светодиоды 1 с полостью 7 крышки 6. Совмещенные крышку 6 и основание фиксируют юстировочными штырями 8 вводя их с натяжением в установочные отверстия 4 основания 3. Изделие располагают таким образом, чтобы крышка была обращена вниз, а плоскость основании была зафиксирована строго горизонтально. Затем через одно из дополнительных отверстий 10 в основании 3 в полость 7 подают подготовленную светопроводящую среду до полного заполнения полости, которое фиксируется при появлении светопроводящей среды из второго дополнительного отверстия. В случае выполнения одного дополнительного отверстия изделие располагают таким образом, чтобы плоскость основания была зафиксирована строго вертикально, а дополнительное отверстие 10 располагалось в крайнем верхнем положении. В полость 7 через введенную через дополнительное отверстие 10 трубку подают подготовленную светопроводящую среду до полного заполнения полости, которое фиксируется при появлении светопроводящей среды из дополнительного отверстия.
Режим подачи светопроводящей среды подбирают в соответствии с вязкостью светопроводящей среды и смачиваемостью поверхностей светодиода, основания, слоя металлизации, полости и электрических проводников.
После заполнения светопроводящая среда полимеризуется и обеспечивает равномерное распределение по всему заполненному объему светорассеивающих частиц и частиц люминофора.
Устройство работает следующим образом.
При пропускании прямого тока через диод в нем инжектируются неравновновесные носители, которые рекомбинируют с выделением фотонов видимого спектра излучения. Излучение боковых поверхностей собирается
за счет полного внутреннего отражения в заданный угол.
2
2
Наличие рассеивающих излучение частиц в равномерно распределенной светопроводящей среде (SiO или SiO + люминофор) позволяет формировать равномерную диаграмму излучения в заданном диапазоне длин волн. При нагреве светодиод может, расширяясь, сжимать и вытеснять эластичную светопроводящую среду в отверстие или в дополнительные полости в основании.