СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД Российский патент 2012 года по МПК H01L33/30 

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светоизлучающим полупроводниковым приборам.

В современных светоизлучающих приборах, содержащих в качестве источника света полупроводниковые светоизлучающие элементы, широко применяются выполненные из светопрозрачного компаунда покрытия, наносимые на светоизлучающий элемент. Указанные покрытия защищают светоизлучающие элементы от механических повреждений, а также выполняют световыводящую функцию.

Кроме того, указанные компаунды используются в качестве сред для диспергирования в них частиц люминофора, за счет присутствия которых рассматриваемые покрытия из компаунда дополнительно выполняют функцию преобразования частотного спектра излучения. При этом выбранный вид распределения частиц люминофора в компаунде оказывает существенное влияние на световые характеристики полупроводникового светоизлучающего прибора.

Известен светоизлучающий диод [ЕР 1768195], который содержит полупроводниковый светоизлучающий элемент, покрытый оптически прозрачным компаундом, в котором диспергированы частицы люминофора. При этом с целью получения заданных цветовых характеристик излучения и заданного пространственного изменения интенсивности излучения частицы люминофора образуют в объеме компаунда два слоя, в нижнем из которых, расположенном вблизи верхней поверхности светоизлучающего элемента, концентрация частиц люминофора выше, чем в верхнем слое.

Известен светоизлучающий диод [ЕР 2074668], который выбран авторами в качестве ближайшего аналога.

Рассматриваемый светоизлучающий диод содержит полупроводниковый светоизлучающий элемент с нанесенным поверх него покрытием из оптически прозрачного компаунда, который содержит частицы люминофора, распределенные в объеме компаунда. При этом с целью получения требуемых световых характеристик светодиода частицы люминофора распределены в компаунде заданным образом, а именно концентрация частиц люминофора в компаунде увеличивается по толщине покрытия в направлении снизу вверх.

В рассматриваемом светоизлучающем диоде при описанном выше характере распределения частиц люминофора в компаунде их взаимное пространственное расположение носит хаотичный характер, при этом в верхней части покрытия, где концентрация частиц люминофора мала, частицы расположены на значительном удалении друг от друга. При неупорядоченном взаимном расположении частиц люминофора в компаунде и наличии значительных промежутков между ними существенное влияние на световые характеристики компаунда оказывает происходящее в его объеме переотражение излучения светоизлучающего кристалла и частиц люминофора, которое приводит к изменению спектральных характеристик компаунда и, как следствие, к изменению светового потока и цветности излучения.

Задачей заявляемого изобретения является повышение постоянства светового потока и цветности излучения светоизлучающего диода.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в светоизлучающем диоде, включающем полупроводниковый светоизлучающий элемент с нанесенным поверх него покрытием из оптически прозрачного компаунда, содержащего частицы люминофора, распределенные в компаунде заданным образом, согласно изобретению распределение частиц люминофора в компаунде характеризуется их послойным гексагональным расположением, при этом расстояние между краевыми участками соседних частиц люминофора не превышает 1,5 среднего диаметра совокупности частиц используемого люминофора.

В заявляемом изобретении частицы люминофора в компаунде расположены близко друг от друга, поскольку расстояние между краевыми участками соседних частиц люминофора не превышает 1,5 их среднего диаметра. При этом распределение частиц люминофора в слое компаунда носит упорядоченный характер, характеризующийся гексагональным расположением частиц, что способствует уменьшению промежутков между ними. Тем самым достигается распределение частиц люминофора в компаунде, характерное для плотно упакованных систем с гексагональным расположением элементов, которое является наиболее выгодным с точки зрения снижения свободного пространства между элементами.

Таким образом, в заявляемом изобретении обеспечивается высокая объемная доля частиц люминофора в компаунде и минимизируется объем промежутков между ними.

При высокой объемной доле и упорядоченном послойном гексагональном расположении частиц люминофора в объеме компаунда переотражение излучения светоизлучающего кристалла и частиц люминофора снижается, благодаря чему уменьшается доза облучения компаунда и улучшается постоянство его спектральных характеристик, что способствует повышению постоянства светового потока и цветности излучения заявляемого устройства.

Как следует из практики, лучшие результаты с точки зрения улучшения постоянства спектральных характеристик компаунда достигаются в случае, когда не менее 80% частиц люминофора имеют упорядоченное послойное гексагональное расположение в объеме компаунда.

При этом следует отметить, что частицы люминофора могут иметь описанное выше распределение в компаунде как во всем объеме покрытия, так и некоторой его части, например в нижней части покрытия, примыкающей к светоизлучающему элементу.

Указанное выше предельное значение для соотношения среднего диаметра частиц люминофора и расстояний между ними было подобрано авторами экспериментально из условия достижения распределения частиц люминофора в компаунде, характерного для плотно упакованных систем с гексагональным расположением элементов.

В качестве характеристики линейных размеров частиц люминофора и расстояний между ними выбран средний диаметр частиц, который, согласно ГОСТ 16887-71, характеризует средний линейный размер совокупности полидисперсных твердофазных частиц сферической или неправильной формы без значительной разницы между линейными размерами этих частиц. Как следует из практики, в каждой конкретной партии частиц люминофора не менее чем у 80% частиц средний линейный размер отличается не более чем в 1,2 раза, что позволяет рассматривать совокупность частиц люминофора как совокупность частиц без значительной разницы между их линейными размерами.

Указанные выше расстояние между частицами люминофора и их послойное гексагональное расположение обеспечиваются подбором объемной концентрации частиц люминофора в исходном компаунде, а также проведением процесса термоотверждения компаунда в два этапа, на первом из которых процесс ведут не менее двух часов при температуре, обеспечивающей вязкость компаунда не более 500 сПз, а на втором этапе процесс осуществляют в соответствии со стандартным режимом, заданным производителем для конкретного вида компаунда.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение постоянства светового потока и цветности излучения светоизлучающего диода.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства; на фиг.2 представлен рисунок, иллюстрирующий вид послойного расположения частиц люминофора в компаунде на примере двух слоев.

Светоизлучающий диод (фиг.1) включает полупроводниковый светоизлучающий элемент 1, а также корпус 2, имеющий полость 3, в донной части которой помещен светоизлучающий элемент 1. Светоизлучающий элемент 1 имеет покрытие (на чертеже не обозначено), выполненное из оптически прозрачного компаунда, заполняющего полость 3, в котором диспергированы частицы 4 люминофора (условно изображены на фиг.2).

Расстояние 5 (фиг.2) между краевыми участками соседних частиц 4 люминофора не превышает 1,5 среднего диаметра совокупности частиц 4 используемого люминофора. При этом распределение частиц 4 люминофора в компаунде характеризуется их послойным гексагональным расположением, при котором каждая частица 4 окружена шестью близко расположенными вокруг нее соседними частицами 4, а местоположение последних соответствует местоположению вершин описанного вокруг рассматриваемой частицы условного шестиугольника (на фиг.2 представлено гексагональное расположение частиц 4 в двух слоях люминофора).

Как следует из практики, средний диаметр совокупности частиц 4 люминофоров в зависимости от вида люминофора лежит в пределах от 1 до 25 мкм.

Светоизлучающий диод работает следующим образом.

При протекании тока через светоизлучающий элемент 1 последний излучает свет в некоторой области видимого спектра. Находящиеся в компаунде частицы 4 люминофора частично поглощают указанное излучение и, в свою очередь, излучают свет в другой области видимого спектра, изменяя цветность суммарного излучения.

При этом за счет упорядоченного расположения частиц 4 в люминофоре, характерного для плотно упакованных систем с гексагональным расположением элементов, обеспечивается повышение постоянства светового потока и цветности излучения светоизлучающего диода.

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светоизлучающим полупроводниковым приборам. Светоизлучающий диод включает полупроводниковый светоизлучающий элемент с нанесенным поверх него покрытием из оптически прозрачного компаунда, содержащего частицы люминофора, распределенные в компаунде. Согласно изобретению распределение частиц люминофора в компаунде характеризуется их послойным гексагональным расположением, при этом расстояние между краевыми участками соседних частиц люминофора не превышает 1,5 среднего диаметра совокупности частиц используемого люминофора. Изобретение обеспечивает повышение постоянства светового потока и цветности излучения светоизлучающего диода. 2 ил.

Светоизлучающий диод, включающий полупроводниковый светоизлучающий элемент с нанесенным поверх него покрытием из оптически прозрачного компаунда, содержащего частицы люминофора, распределенные в компаунде заданным образом, отличающийся тем, что распределение частиц люминофора в компаунде характеризуется их послойным гексагональным расположением, при этом расстояние между краевыми участками соседних частиц люминофора не превышает 1,5 среднего диаметра совокупности частиц используемого люминофора.