СВЕТОДИОДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H01L33/58 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к классу мощных светодиодов «Chip-on-board», которые используются в качестве аналогов галогенных ламп, а также для потолочных, индустриальных, фасадных и других светильников.

Использование кристаллов, излучающих свет в различной цветовой гамме оптического диапазона, дает возможность получения светодиодных устройств с широким разнообразием цветов и оттенков светового потока. Основным достоинством этих устройств является их большая энергосберегаемость и большие, практически неограниченные, сроки службы, по сравнению с обычными галогенными светильниками.

Наиболее важными энергетическими параметрами светодиодного устройства являются осевая сила света и индикатриса распределения светового потока по углу расходимости светового излучения на выходе устройства.

Известны промышленные образцы СОВ фирмы «Оптоган» [1], описание конструкций которых даны в статье [2]. Они представляют собой массив из одного или нескольких светодиодных чипов, установленных по различной топографии на единую плоскую подложку и покрытых общим слоем компаунда-геля с кристаллами люминофора, причем наружная поверхность геля, контактирующая с воздухом, является плоской. По технической сущности эти устройства наиболее близки к предлагаемому светодиодному устройству и являются прототипом.

Данная конструкция системы не позволяет получить высокие энергетические параметры, так как используемый угол охвата прямого излучения кристалла не превышает ±40°, в то время как прямое излучение кристалла распространяется в углах ±90°, что соответствует индикатрисе излучения кристалла, представленной на Фиг.1. Это приводит к потере энергии не менее 25%, что является основным недостатком прототипа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение энергетических параметров светодиодных устройств типа СОВ, а именно, значительное увеличение осевой силы света при использовании прямого излучения кристалла чипа с углом охвата излучения не менее ±75°.

Эта цель достигается тем, что светодиодное устройство состоит из одного или нескольких излучателей-чипов, установленных по любой топографии на единую плоскую подложку и покрытых общим слоем компаунда-геля, возможно, с кристаллами люминофора, причем на плоскую поверхность геля установлена без воздушного промежутка пластина из оптического материала, на внутренней стороне которой, граничащей с гелем, нарезаны взаимноперпендикулярные канавки, грани которых наклонены к поверхности геля на угол α=55°…65°, глубина нарезки канавок не более h=0,8 мм. Вершины канавок образуют квадраты, стороны которых составляют D=(1,75…2,3)D_c, где D_c - размер стороны чипа, причем D=D₀, где D₀ - расстояние между оптическими осями излучателей-чипов, при этом оптические оси квадратов нарезки и соответствующих чипов совпадают.

На Фиг.2 в качестве примера представлена принципиальная схема предлагаемого светодиодного устройства. В его состав входят излучатели-чипы (1), размещенные на плоской подложке (2) и покрытые общим слоем компаунда-геля (3), с плоской поверхностью на границе гель-воздух. На поверхность геля установлена без воздушного промежутка пластина (4) из оптического материала. На внутренней стороне пластины нарезаны взаимноперпендикулярные канавки (5), грани которых наклонены к поверхности геля на угол α=55°…65°, причем глубина нарезки канавок не более h=0,8 мм. Вершины канавок образуют квадраты, стороны которых равны D=(1,75…2,3)D_c, где D_c - размер стороны чипа, при этом D=D₀, где D₀ - расстояние между оптическими осями излучателей-чипов, при этом оптические оси квадратов нарезки и соответствующих чипов совпадают.

Конкретная конструкция светодиодного устройства, соответствующая приведенному выше описанию предлагаемого изобретения, разработана на базе СОВ, чипы (1) которого толщиной t=0,15 мм имеют форму квадрата с размером стороны D_c=1,15 мм, при этом чипы расположены на подложке (2) с расстоянием между оптическими осями соседних чипов D₀=2,5 мм. На подложке размером 10×10 мм размещены 9 чипов и залиты компаундом-гелем (3), причем расстояние от излучающей поверхности чипа до плоской поверхности гель-воздух равно d=0,35 мм. Показатель преломления компаунда-геля n₁=1,54. На плоскую поверхность геля установлена без воздушного промежутка пластина (4) из оптического материала - полиметилметакрилата (ПММА), показатель преломления которого n₂=1,49.

На внутренней стороне пластины нарезаны взаимноперпендикулярные канавки (5), грани которых наклонены к поверхности геля на угол α=60°, причем глубина нарезки h=0,8 мм, при общей толщине пластины 1,5 мм. Вершины канавок образуют квадраты, стороны которых равны D=2,5 мм, что соответствует соотношению D=2,17 D_c и равно величине D₀. Оптические оси квадратов нарезки и соответствующих чипов совпадают.

Данная конструкция обеспечивает использование углов охвата излучения кристаллов чипа:

- прямое излучение через гель и пластину в пределах σ₁=±42°;

- излучение через гель, отраженное по закону полного внутреннего отражения от граней в среде ПММА, в пределах σ₁=±(42°…75°).

Таким образом, общий угол охвата излучения кристалла чипа для данного светодиодного устройства равен Σσ₁=±75°, за счет чего величина используемой энергии излучения чипа составляет ΣЕ=~90% Е₀, где Е₀ - энергия излучения чипа, то есть потери энергии уменьшаются до 10%.

Положительный эффект предлагаемой конструкции светодиодного устройства заключается в том, что она обеспечивает увеличение энергетических параметров на выходе системы за счет использования значительно увеличенного угла охвата излучения чипа в пределах σ₁=±75° (против σ₁=±40° в прототипе), и за счет этого уменьшение потерь энергии до ~10% (против ~25% в прототипе).

Источники информации

[1] Электронный документ. «Мощные светодиоды»« Chip-on-board» http://www.optogan.ru/products/leds/chip-on-board.

[2] Статья. Е.Мухина, П.Блашто. «Технология CHIP-on-BoARD: Основные процессы и оборудование». Электроника. Наука. Технология. Бизнес, 2008 г., №3, 2008 г., стр.54-58.

Изобретение относится к области оптического приборостроения. Светодиодное устройство согласно изобретению включает один или несколько излучателей-чипов, установленных по любой топографии на единую плоскую подложку и покрытых общим слоем компаунда-геля, возможно с кристаллами люминофора, и пластину из оптического материала, размещенную без воздушного промежутка на плоской поверхности геля. На внутренней стороне пластины, граничащей с гелем, нарезаны взаимноперпендикулярные канавки, грани которых наклонены к поверхности геля на угол α=55°…65°, глубина нарезки канавок не более h=0,8 мм. Вершины канавок образуют квадраты, стороны которых составляют D=(1,75…2,3)D_c, где D_c - размер стороны чипа, причем D=D₀, где D₀ - расстояние между оптическими осями излучателей-чипов, при этом оптические оси квадратов нарезки и соответствующих чипов совпадают. Изобретение обеспечивает повышение энергетических параметров устройства, а именно значительное увеличение осевой силы света и уменьшение энергетических потерь за счет увеличения угла охвата излучения кристалла чипа до σ₁=±75°. 2 ил.

Светодиодное устройство, состоящее из одного или нескольких излучателей-чипов, размещенных по любой топографии на единой плоской подложке и покрытых общим слоем компаунда-геля, возможно с кристаллами люминофора, отличающееся тем, что на плоскую поверхность геля установлена без воздушного промежутка пластина из оптического материала, на внутренней стороне которой, граничащей с гелем, нарезаны взаимноперпендикулярные канавки, грани которых наклонены к поверхности геля на угол α=55°…65°, глубины нарезки канавок не более h=0,8 мм, а вершины канавок образуют квадраты, стороны которых составляют D=(1,75…2,3)D_c, где D_c - размер стороны чипа, причем D=D₀, где D₀ - расстояние между оптическими осями излучателей-чипов, при этом оптические оси квадратов нарезки и соответствующих чипов совпадают.