СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДА Российский патент 2016 года по МПК H01L33/58 

Изобретение относится к светодиодным источникам света и может быть использовано в оптико-механическом, оптико-электронном и голографическом приборостроении, когда осветительную часть прибора необходимо оснащать источником с повышенной концентрацией светового потока.

Известен способ изготовления светодиода, в конструкции которого в качестве излучающего элемента применяют полупроводниковый излучатель. В изготовленном светодиоде поверхность излучателя непосредственно соприкасается с поверхностью прозрачного световыводящего элемента (см. Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю.Б. Айзенберга. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с. 100-110).

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления светодиода (см. Труды VII Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики». - г. Саранск, 2009 г., с. 15-20 - прототип), по которому полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий оптический элемент соединяют в единый излучающий элемент, при этом прозрачный пластмассовый световыводящий оптический элемент изготавливают в форме полусферы, причем излучатель устанавливают в центре полусферы.

По мнению авторов, недостатком известных способов является то, что изготовленные светодиоды имеют большие потери светового потока при прохождении световых лучей через пластмассовый элемент, а также невозможность посредством этих светодиодов концентрировать световой поток в локальной области.

Задачей изобретения является разработка новой технологии изготовления светодиода с уменьшенными потерями светового потока и возможностью концентрации светового потока, тем самым, обладающего большой световой эффективностью.

Технический результат, заключающийся в повышении концентрации светового потока изготовленного светодиода, достигается тем, что в способе изготовления светодиода, по которому полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий оптический элемент соединяют в единый излучающий элемент, согласно настоящему изобретению прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают в форме нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов со световыводящими поверхностями, которые устанавливают сферическими поверхностями навстречу друг другу с возможностью концентрации светового потока в фокальной плоскости верхнего плосковыпуклого оптического элемента, полупроводниковый излучатель устанавливают в фокальной плоскости нижнего плосковыпуклого оптического элемента, а на световыводящие поверхности нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов наносят защитное просветляющее покрытие.

Таким образом, технический результат достигается за счет того, что, во-первых, разработана принципиально новая технология изготовления оптической системы светодиода, по которой прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают в форме нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов со световыводящими поверхностями, которые устанавливают сферическими поверхностями навстречу друг другу, а во-вторых, на наружную поверхность световыводящих оптических элементов наносят просветляющее покрытие, выполняющее в то же время роль защитной поверхности от возможных механических повреждений.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема светодиода, изготовленного согласно предлагаемому способу.

Цифрами на чертеже (см. фиг. 1) обозначены:

1 - контакты для подключения питающего напряжения,

2 - полупроводниковый излучатель,

3 - нижний плосковыпуклый оптический элемент,

4 - верхний плосковыпуклый оптический элемент,

5 - защитное просветляющее покрытие,

6 - точка концентрации светового потока.

Согласно способу изготовления светодиода полупроводниковый излучатель 2 и прозрачный световыводящий оптический элемент соединяют в единый излучающий элемент.

Предлагаемый способ изготовления светодиода отличается тем, что прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают в форме нижнего 3 и верхнего 4 плосковыпуклых оптических элементов со световыводящими поверхностями, которые устанавливают сферическими поверхностями навстречу друг другу с возможностью концентрации светового потока в фокальной плоскости верхнего плосковыпуклого оптического элемента 4, а полупроводниковый излучатель 2 устанавливают в фокальной плоскости нижнего плосковыпуклого оптического элемента 3.

На световыводящие поверхности оптических элементов 3 и 4 наносят защитное просветляющее покрытие 5. Защитное просветляющее покрытие 5 повышает световую эффективность светодиода и защищает его поверхность от механических повреждений.

Пример конкретного исполнения.

Прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают из оптической пластмассы с показателем преломления, равным n=1,5. Прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают в форме нижнего 3 и верхнего 4 плосковыпуклых оптических элементов со световыводящими поверхностями. Диаметр оснований нижнего 3 и верхнего 4 плосковыпуклых оптических элементов составляет 8 мм, а радиус кривизны сферических поверхностей равен 4 мм. Оптические элементы 3 и 4 конструктивно соединяют в одном пластмассовом корпусе. Оптические элементы 3 и 4 устанавливают сферическими поверхностями навстречу друг другу с возможностью концентрации светового потока в фокальной плоскости верхнего плосковыпуклого оптического элемента 4, а полупроводниковый излучатель 2 устанавливают в фокальной плоскости нижнего плосковыпуклого оптического элемента 3.

На поверхности элементов 3 и 4 наносят защитное просветляющее покрытие 5 из материала двуокиси кремния.

Нанесение покрытия 5 производят в вакуумной установке ВУ-1А при давлении в камере 10^-5 мм рт. ст. Толщина покрытия 5 составила 1 мкм.

В качестве полупроводникового излучателя 2 используют светодиод АЛ-107 со спектром излучения в видимой области спектра.

Полупроводниковый излучатель 2 и прозрачный световыводящий оптический элемент соединяют в единый излучающий элемент.

Светодиод, изготовленный согласно предлагаемому способу, может быть применен в качестве источника света в спектральном приборостроении, в голографических интерферометрах на стадии восстановления волновых фронтов с голограммы, в качестве собственно концентратора светового потока в малых исследуемых объектах и т.д.

Принцип действия светодиода, изготовленного согласно предлагаемому способу, состоит в следующем.

Полупроводниковый излучатель 2 установлен в фокальной плоскости нижнего плосковыпуклого оптического элемента 3. Фокальная плоскость этого элемента определяется радиусом кривизны R₃ сферической поверхности и равна величине f₃=R₃/2. На выходе нижнего плосковыпуклого оптического элемента 3 формируется квазипараллельный пучок лучей, который падает на верхний плосковыпуклый оптический элемент 4. С помощью элемента 4 пучок световых лучей концентрируется в точке 6. Расстояние от светодиода до точки 6 концентрации светового потока определяется радиусом кривизны сферической поверхности верхнего плосковыпуклого оптического элемента 4. Если радиус кривизны сферической поверхности элемента 4 равен R₄, то расстояние до точки 6 концентрации светового потока будет равно f₄=R₄/2.

Следовательно, задавая параметры R₃ и R₄, можно изготавливать светодиоды с различными техническими характеристиками, удовлетворяющими практическим потребностям. Авторам неизвестны технические решения по изготовлению светодиодов, которые были бы идентичны предлагаемому изобретению.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит изготавливать светодиоды с уменьшенными потерями светового потока и возможностью концентрации светового потока, тем самым, обладающего большой световой эффективностью.

Изобретение относится к светодиодным источникам света и может быть использовано в оптико-механическом, оптико-электронном и голографическом приборостроении, когда осветительную часть прибора необходимо оснащать источником с повышенной концентрацией светового потока. Согласно изобретению в способе изготовления светодиода полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий оптический элемент соединяют в единый излучающий элемент, при этом прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают в форме нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов со световыводящими поверхностями, которые устанавливают сферическими поверхностями навстречу друг другу с возможностью концентрации светового потока в фокальной плоскости верхнего плосковыпуклого оптического элемента, полупроводниковый излучатель устанавливают в фокальной плоскости нижнего плосковыпуклого оптического элемента, а на световыводящие поверхности нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов наносят защитное просветляющее покрытие. Изобретение обеспечивает повышение концентрации светового потока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления светодиода, по которому полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий оптический элемент соединяют в единый излучающий элемент, отличающийся тем, что прозрачный световыводящий оптический элемент изготавливают в форме нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов со световыводящими поверхностями, которые устанавливают сферическими поверхностями навстречу друг другу с возможностью концентрации светового потока в фокальной плоскости верхнего плосковыпуклого оптического элемента, а полупроводниковый излучатель устанавливают в фокальной плоскости нижнего плосковыпуклого оптического элемента.

2. Способ изготовления светодиода по п. 1, отличающийся тем, что на световыводящие поверхности нижнего и верхнего плосковыпуклых оптических элементов наносят защитное просветляющее покрытие.