СВЕТОДИОД С ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ
LIGHT-EMITTING DIODE WITH OPTICAL ELEMENT

Изобретение относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым источникам света на основе светодиодов.
Известен светодиод с оптическим элементом (патент РФ №2055420, МПК: H01L 33/00, опубл. 27.02.1996), содержащий светоизлучающий кристалл, покрытый выполненным из светопрозрачного материала оптическим элементом, часть наружной поверхности которого представляет собой плоскость и является световыводящей поверхностью, а другая часть является не выводящей излучение поверхностью и имеет асферическую форму, образованную вращением вокруг оси симметрии кривой f(x), уравнение которой удовлетворяет условиям полного внутреннего отражения света, излучаемого кристаллом, в любой точке данной поверхности. При этом кривая f(x) получена с учетом оптических свойств кристалла и оптического элемента, а именно с учетом значений их показателей преломления.
В рассматриваемом устройстве оптический элемент собирает и выводит через световыводящую поверхность практически все излучение, испускаемое кристаллом, что обуславливает повышение выходной мощности излучения светодиода, однако с помощью данного устройства не удается получить требуемое распределение светового потока в заданном пространственном угле.
Известен светодиод (патент РФ №2265917, МПК: Н01B 33/00, опубл. 10.12.2005) с оптическим элементом, содержащий светоизлучающий кристалл, покрытый выполненным из светопрозрачного материала оптическим элементом, который имеет асферическую форму наружной поверхности, полученную вращением вокруг оси симметрии светодиода кривой f(x). Указанная поверхность является световыводящей, при этом кривая f(x) в системе координат, точка начала которой совпадает с геометрическим центром активной области светоизлучающего кристалла и образована множеством точек, координаты которых определены с учетом оптических свойств кристалла и оптического элемента, а именно с учетом значений их показателей преломления. В рассматриваемом устройстве оптический элемент обеспечивает формирование требуемой диаграммы направленности излучения светового потока.
Недостатками данного устройства являются существенное влияние точности позиционирования светоизлучающего кристалла относительно начальной точки системы координат кривой f(x) на формирование диаграммы направленности излучения светового потока, а также высокие требования к обеспечению точности выполнения световыводящей поверхности.
Задачей заявляемого изобретения является создание светодиода, обеспечивающего формирование требуемой диаграммы направленности излучения светового потока, конструкция которого позволяет снизить технологические требования и стоимость изготовления.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный светодиод с оптическим элементом согласно изобретению содержит по меньшей мере один излучающий кристалл со сверхузкой диаграммой направленности потока излучения, заключенный в корпус из оптически прозрачного материала, выполняющий функцию оптического элемента, причем световыводящая поверхность оптического элемента выполнена сферической формы, при этом радиус сферы и высота оптического элемента, расстояние от излучающей поверхности кристалла до полюса сферы, связаны соотношением из условия обеспечения требуемой расходимости потока излучения светодиода:
где α - угол расходимости потока излучения светодиода;
l - высота оптического элемента;
r - радиус сферы оптического элемента;
γ - угловая величина диаграммы направленности светового потока излучающего кристалла;
n - показатель преломления материала оптического элемента.
Техническим результатом изобретения является создание светодиода с требуемой диаграммой направленности потока излучения, конструкция которого позволяет снизить технологические требования при изготовлении и в итоге уменьшить стоимость светодиода.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлено схематическое изображение светодиода с оптическим элементом.
Светодиод содержит основание 1, на котором установлен как минимум один излучающий кристалл 2, корпус 3, изготовленный из оптически прозрачного материала, выполняющий функцию оптического элемента, световыводящая поверхность которого имеет сферическую форму, образованную вращением вокруг оси симметрии светодиода, причем высота оптического элемента и радиус сферы связаны указанным выше соотношением.
Предложенное устройство работает следующим образом.
При подаче электропитания кристалл 2 излучает световой поток, который испускается через оптический элемент 3, конфигурация световыводящей поверхности которого и ее расположение от кристалла 2 обеспечивают распространение светового потока в заданном угле излучения α, что позволяет сформировать требуемую диаграмму направленности излучения светового потока с высокой степенью точности и упростить конструкцию светодиода.
Использование предложенного технического решения позволит создать светодиод, обеспечивающий формирование требуемой диаграммы направленности излучения светового потока, конструкция которого позволяет снизить технологические требования и стоимость изготовления.