RU2187175C1 - Light-emitting diode device - Google Patents

Light-emitting diode device Download PDF

Info

Publication number
RU2187175C1
RU2187175C1 RU2001108879/28A RU2001108879A RU2187175C1 RU 2187175 C1 RU2187175 C1 RU 2187175C1 RU 2001108879/28 A RU2001108879/28 A RU 2001108879/28A RU 2001108879 A RU2001108879 A RU 2001108879A RU 2187175 C1 RU2187175 C1 RU 2187175C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
recesses
radiation
light
substrate
emitters
Prior art date
Application number
RU2001108879/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Абрамов
Д.Р. Агафонов
П.А. Михеев
А.Э. Пуйша
Н.В. Щербаков
А.В. Шишов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Корвет-Лайтс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Корвет-Лайтс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Корвет-Лайтс"
Priority to RU2001108879/28A priority Critical patent/RU2187175C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2187175C1 publication Critical patent/RU2187175C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electronic engineering; semiconductor devices. SUBSTANCE: device has light-emitter semiconductor crystals placed in substrate depression provided with light-reflecting side surface as well as concentric lens in the form of linear conical raster; all crystals are disposed on same straight line parallel to direction of linear conical raster structure; side surface of substrate depression is made in the form of surface of body of revolution, primarily in the form of conical surface. Crystals used in device emit monochromatic or polychromatic light, crystal thickness to its reflector depth ratio being constant. Device incorporates provision for varying angle of vision and spatial radiation directivity pattern. EFFECT: enhanced resolving power, minimized divergence of beams at different wavelength. 6 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к светодиодным устройствам, и предназначено для использования в полупроводниковой промышленности. The invention relates to the field of electronic technology, in particular to LED devices, and is intended for use in the semiconductor industry.

Светодиодные устройства широко применяются в полноцветных экранах коллективного пользования любого формата, в информационных табло, в светофорах, осветительных приборах и т.д. LED devices are widely used in full-color collective-use screens of any format, in information boards, in traffic lights, lighting devices, etc.

Использование светодиодных устройств вместо ламп накаливания значительно повышает надежность и снижает энергопотребление аппаратуры. При этом во многих случаях требуются светодиодные устройства с широкой гаммой цветов и оттенков светового потока, различной величины и равномерностью светящегося пятна и разной мощностью (силой света) излучения. The use of LED devices instead of incandescent lamps significantly increases reliability and reduces power consumption of the equipment. Moreover, in many cases, LED devices with a wide range of colors and shades of light flux, different sizes and uniformity of the luminous spot and different power (light intensity) of the radiation are required.

Наиболее важным параметром светодиодных устройств является мощность излучения, зависящая прежде всего от силы прямого электрического тока и от значения величины теплового сопротивления держателя, на котором установлен кристалл излучателя света, а для полноцветных светодиодов, состоящих, как правило, из набора кристаллов красного, зеленого и синего цветов свечения, является смешивание цветов в пределах индикатрисы излучения. The most important parameter of LED devices is the radiation power, which depends primarily on the strength of the direct electric current and on the value of the thermal resistance of the holder on which the crystal of the light emitter is mounted, and for full-color LEDs, which usually consist of a set of crystals of red, green and blue color glow, is the mixing of colors within the indicatrix of radiation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому светодиодному устройству является устройство, содержащее кристаллы излучателя света, размещенные в углублении подложки, имеющей светоотражающую боковую поверхность, а также концентрирующую линзу (международная заявка PCT/RU97/00070, международная публикация W098/42031, дата публикации 24.09.98). Недостатками данных устройств являются: недостаточная концентрация направленности излучения, большая расходимость лучей с разной длиной волны. The closest in technical essence to the proposed LED device is a device containing crystals of a light emitter placed in a recess of a substrate having a reflective side surface and a concentration lens (international application PCT / RU97 / 00070, international publication W098 / 42031, publication date 24.09. 98). The disadvantages of these devices are: insufficient concentration of the directivity of the radiation, a large divergence of rays with different wavelengths.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность варьирования угла обзора и пространственной диаграммы направленности излучения, увеличение разрешающей способности, а также минимизация расходимости лучей с разной длиной волны. The technical result of the invention is the possibility of varying the viewing angle and spatial radiation pattern, increasing resolution, as well as minimizing the divergence of rays with different wavelengths.

Технический результат достигается тем, что в светодиодном устройстве, содержащем концентрирующую линзу и полупроводниковые излучатели, формирующие излучение красного, синего и зеленого цветов, размещенные на одной подложке, дополнительно подложка выполнена с группой из трех разнесенных углублений со светоотражающей боковой поверхностью, причем в каждом из углублений группы размещен один полупроводниковый излучатель, формирующий излучение, цвет которого отличается от цвета излучения, формируемого излучателями, находящимися в других углублениях группы, а концентрирующая линза выполнена в виде линейчатого конического растра, при этом все углубления группы находятся на одной прямой, параллельной направлению растров линейчатой конической растровой структуры. При этом для использования в больших индикаторных панелях подложка может быть выполнена более чем с одной группой углублений. The technical result is achieved by the fact that in the LED device containing a concentrating lens and semiconductor emitters that generate red, blue and green radiation, placed on one substrate, the substrate is additionally made with a group of three spaced recesses with a reflective side surface, and in each of the recesses groups there is one semiconductor emitter forming radiation, the color of which differs from the color of radiation formed by emitters located in other recesses group and concentrating lens is formed in the form of a line raster conical, all recesses of one group are located on a line parallel to the direction of raster scanning ruled conical structure. Moreover, for use in large indicator panels, the substrate can be made with more than one group of recesses.

Боковая поверхность углублений подложки может быть выполнена в виде поверхности вращения, например в виде конусной поверхности. The lateral surface of the recesses of the substrate can be made in the form of a surface of revolution, for example, in the form of a conical surface.

Излучение каждого из полупроводниковых излучателей может быть сходно или тождественно по спектральному составу с излучением других полупроводниковых излучателей, а цветовые эффекты могут быть достигнуты установкой светофильтров или окрашиванием линзы. При этом формирование излучения красного, синего или зеленого цветов обеспечивается за счет светофильтров, исключающих ненужные спектральные линии в формируемом излучателями излучении. The radiation of each of the semiconductor emitters can be similar or identical in spectral composition to the radiation of other semiconductor emitters, and color effects can be achieved by installing light filters or tinting the lens. In this case, the formation of red, blue or green radiation is ensured by light filters eliminating unnecessary spectral lines in the radiation generated by the emitters.

Также спектральный состав излучения каждого из излучателей, установленных в углублениях одной группы углублений может отличаться от спектрального состава излучения других излучателей, установленных в углублениях одной группы углублений. Also, the spectral composition of the radiation of each of the emitters installed in the recesses of one group of recesses may differ from the spectral composition of the radiation of other emitters installed in the recesses of one group of recesses.

Дополнительно, все полупроводниковые излучатели установлены в углублениях, глубина которых прямо пропорциональна толщине кристаллов соответствующих полупроводниковых излучателей. Additionally, all semiconductor emitters are mounted in recesses whose depth is directly proportional to the crystal thickness of the respective semiconductor emitters.

Таким образом, светодиодное устройство содержит кристаллы излучателя света, размещенные в трех разнесенных друг от друга углублениях подложки, имеющих светоотражающую боковую поверхность, а также концентрирующую поверхность в виде линейчатого конического растра, при этом все углубления находятся на одной прямой, проходящей через центр подложки и совпадающей с направлениями линейчатой конической растровой структуры, а в качестве кристаллов (полупроводниковых излучателей) могут устанавливаться кристаллы одноцветного или разноцветного излучения. Thus, the LED device contains crystals of the light emitter located in three spaced apart recesses of the substrate having a reflective side surface, as well as a concentrating surface in the form of a line conical raster, while all the recesses are on one straight line passing through the center of the substrate and matching with directions of a linear conical raster structure, and crystals (semiconductor emitters) can be set crystals of one color or multi-colored go radiation.

Глубина углубления подложки выбирается таким образом, что ее отношение к толщине кристаллов есть величина постоянная при различных высотах кристаллов. The depth of the recess of the substrate is selected in such a way that its relation to the thickness of the crystals is a constant value at different crystal heights.

На фиг.1 представлено устройство в разрезе. Figure 1 shows the device in section.

На фиг.2 представлен вид сверху устройство - вид сверху с линзой в виде растра. Figure 2 presents a top view of the device - a top view with a lens in the form of a raster.

Предлагаемое светодиодное устройство содержит подложку 1 с углублением 2, в котором размещены кристаллы 3 излучателя света. Углубление подложки имеет плоское дно 4. Число посадочных мест равно числу кристаллов излучателей света. The proposed LED device contains a substrate 1 with a recess 2, which contains crystals 3 of the light emitter. The recess of the substrate has a flat bottom 4. The number of seats is equal to the number of crystals of light emitters.

Благодаря светоотражающей боковой поверхности углубления подложки все боковое излучение каждого кристалла направляется в сторону оптического элемента-линзы 5, формирующего индикатрису излучения. Due to the reflective side surface of the recess of the substrate, all side radiation of each crystal is directed towards the optical element-lens 5, which forms the indicatrix of radiation.

Линза установлена на прозрачной крышке 6 устройства или может быть выполнена как единое целое с ней, в виде плоского растра 7. На нижней грани основания крышки выполнены направляющие штыри 8, размещенные соответственно позиционным отверстиям в подложке. The lens is mounted on the transparent cover 6 of the device or can be made integral with it, in the form of a flat raster 7. On the lower edge of the base of the cover, guide pins 8 are made, which are respectively positioned in the substrate.

Объем между основанием концентрирующей линзой и верхней поверхностью подложки заполнен полимерным герметизирующим компаундом 6. The volume between the base of the concentrating lens and the upper surface of the substrate is filled with a polymer sealing compound 6.

Размер посадочного места кристалла 10 излучателя света превышает размер диагонали его нижней грани в 1,5-2 раза. Это позволяет максимально концентрировать излучение вдоль оптической оси светодиодного устройства. The size of the footprint of the crystal 10 of the light emitter exceeds the size of the diagonal of its lower face by 1.5-2 times. This allows maximum concentration of radiation along the optical axis of the LED device.

Работа светодиодного устройства может быть описана следующим образом. The operation of the LED device can be described as follows.

При подаче на присоединительные выводы 11 светодиодного устройства электрического напряжения, обеспечивающего протекание прямого электрического тока через кристаллы 3 излучателя света, кристаллы 3 начинают испускать свет. Излучение с верхней поверхности кристалла 3 излучателя света и с его боковых граней после отражения боковой поверхностью углубления попадает в слой полимерного герметизирующего компаунда, а затем на оптический элемент - линзу, формирующий излучение нужной индикатрисы. When applied to the connecting leads 11 of the LED device of the electric voltage, which ensures the flow of direct electric current through the crystals 3 of the light emitter, the crystals 3 begin to emit light. The radiation from the upper surface of the crystal 3 of the light emitter and from its side faces after reflection by the side surface of the recess falls into the layer of the polymer sealing compound, and then onto the optical element, the lens, which forms the radiation of the desired indicatrix.

Для получения различных цветов свечения через кристаллы 3 излучателей света светодиодного устройства пропускают постоянный прямой ток заданной величины или импульсный прямой ток требуемой амплитуды и скважности импульсов. To obtain different colors of light through the crystals 3 of the light emitters of the LED device, a direct forward current of a given value or a pulsed direct current of the required amplitude and duty cycle of the pulses is passed.

В зависимости от требуемой диаграммы направленности излучения применяется соответствующая конфигурация линзы. Наличие полимерного герметизирующего компаунда, а также цилиндрического основания полусферической линзы, имеющего толщину, не превышающую величину радиуса линзы, обеспечивает снижение потерь мощности излучения и требуемую диаграмму направленности излучения. Предлагаемая конструкция светодиодного устройства позволяет использовать боковое свечение кристаллов излучателей света и в два раза увеличить мощность излучения. Depending on the desired radiation pattern, the appropriate lens configuration is used. The presence of a polymer sealing compound, as well as a cylindrical base of a hemispherical lens having a thickness not exceeding the magnitude of the radius of the lens, provides a reduction in radiation power loss and the required radiation pattern. The proposed design of the LED device allows you to use the lateral glow of the crystals of the light emitters and double the radiation power.

Металлическая подложка, толщина которой равна или превышает четыре толщины кристалла излучателя света, обеспечивает эффективное рассеяние потребляемой мощности с нижней грани подложки. A metal substrate, the thickness of which is equal to or greater than four thicknesses of the crystal of the light emitter, provides efficient dissipation of power consumption from the lower edge of the substrate.

При монохромном одноцветном исполнении светодиодного устройства в устройстве могут быть использованы кристаллы излучателей света 3 с красным, оранжевым, желтым, зеленым, голубым или синим цветом свечения. With a monochrome monochrome design of an LED device, crystals of light emitters 3 with red, orange, yellow, green, blue, or blue light can be used in the device.

Насыщенность цвета и адекватное восприятие информации могут быть достигнуты дополнительной окраской крышки красителем с соответствующим цветом посредством введения красителя при изготовлении крышки или путем введения диспергатора, в качестве которого может быть использован, например, измельченный оптический кварц. Применение диспергатора позволяет улучшить восприятие свечения из-за увеличения размера светящегося пятна без ухудшения физико-химических свойств материалов крышки. Color saturation and adequate perception of information can be achieved by additionally coloring the lid with a dye with an appropriate color by introducing dye in the manufacture of the lid or by introducing a dispersant, which can be used, for example, ground optical quartz. The use of a dispersant can improve the perception of luminescence due to the increase in the size of the luminous spot without compromising the physicochemical properties of the lid materials.

Конструктивно светодиодное устройство, изготовленное согласно изобретению, содержит металлостеклянный держатель из стали толщиной 1 мм с присоединенными выводами диаметром 0,55 мм. Отражательная коническая поверхность имеет глубину 0,6 мм, диаметр на поверхности подложки равен 2,4 мм, диаметр плоского дна с посадочными местами для кристаллов составляет 0,5 мм. Крышка отлита из пластической массы - поликарбоната типа "Лексан". Кристаллами излучателей света служат кристаллы, излучающие красный свет с длиной волны 633 нм, зеленый свет с длиной волны 525 нм и синий свет с длиной волны 470 нм. Для установки кристаллов излучателей света и покрытия мест соединения проводников с изолированными присоединительными выводами на основе серебра используется токопроводящий клей марки ТОК-2. Structurally, the LED device manufactured according to the invention comprises a metal-glass holder made of steel 1 mm thick with connected terminals with a diameter of 0.55 mm. The reflective conical surface has a depth of 0.6 mm, the diameter on the surface of the substrate is 2.4 mm, the diameter of the flat bottom with seats for crystals is 0.5 mm. The lid is molded from plastic mass - polycarbonate type "Lexan". Crystals of light emitters are crystals that emit red light with a wavelength of 633 nm, green light with a wavelength of 525 nm and blue light with a wavelength of 470 nm. To install crystals of light emitters and cover the junction points of conductors with insulated connection leads based on silver, TOK-2 conductive adhesive is used.

Описанная конструкция светодиодного устройства обеспечивает величину теплового сопротивления 170oС/Вт и увеличение прямого тока через светодиод до 80 мА без потери линейности люкс-амперной характеристики. Это позволяет получать силу света более 1,5 кд при угле 90o.The described design of the LED device provides a thermal resistance of 170 o C / W and an increase in direct current through the LED up to 80 mA without loss of linearity of the lux-ampere characteristic. This allows you to get a luminous intensity of more than 1.5 cd at an angle of 90 o .

Ниже приведены характеристики разработанных на основании предлагаемого изобретения сверхярких полноцветных светодиодных устройств. Below are the characteristics developed on the basis of the invention of superbright full-color LED devices.

Устройства содержат по три кристалла излучателя света (красного, зеленого, синего), смонтированных под общим оптическим куполом в герметизированном пластмассовом корпусе с квадратным основанием и пластмассовой крышкой, диаметром 10 мм, являющейся растровой линзой. Примеры конкретного выполнения предлагаемого светодиодного устройства иллюстрируются показателями, приведенными в таблице 1 и таблице 2. The devices contain three crystals of a light emitter (red, green, blue) mounted under a common optical dome in a sealed plastic case with a square base and a plastic cover with a diameter of 10 mm, which is a raster lens. Examples of specific performance of the proposed LED device are illustrated by the indicators shown in table 1 and table 2.

В таблице 1 представлены характеристики полноцветных ярких полупроводниковых светодиодных устройств. Table 1 presents the characteristics of full-color bright semiconductor LED devices.

В таблице 2 представлены максимальные рабочие характеристики и другие показатели полупроводниковых светодиодных устройств. Table 2 presents the maximum performance and other indicators of semiconductor LED devices.

Описанная конструкция светоизлучающего диодного устройства обеспечивает высокие технические характеристики, позволяющие обеспечить мощное узконаправленное излучение. Предлагаемое устройство может найти широкое промышленное применение в производстве полупроводниковых приборов различных отраслей промышленности. The described design of the light-emitting diode device provides high technical characteristics, allowing to provide powerful narrow radiation. The proposed device can find wide industrial application in the manufacture of semiconductor devices of various industries.

Claims (6)

1. Светодиодное устройство, содержащее концентрирующую линзу и полупроводниковые излучатели, формирующие излучение красного, синего и зеленого цветов, размещенные на одной подложке, отличающееся тем, что подложка выполнена с группой из трех разнесенных углублений со светоотражающей боковой поверхностью, причем в каждом из углублений группы размещен один полупроводниковый излучатель, формирующий излучение, цвет которого отличается от цвета излучения, формируемого излучателями, находящимися в других углублениях группы, а концентрирующая линза выполнена в виде линейчатого конического растра, при этом все углубления группы находятся на одной прямой, параллельной направлению растров линейчатой конической растровой структуры. 1. An LED device comprising a concentrating lens and semiconductor emitters that generate red, blue and green radiation, placed on one substrate, characterized in that the substrate is made with a group of three spaced recesses with a reflective side surface, and in each of the recesses of the group is placed one semiconductor emitter forming radiation, the color of which differs from the color of radiation formed by emitters located in other recesses of the group, and concentrate Single lens is formed in the form of a line raster conical, all recesses of one group are located on a line parallel to the direction of raster scanning ruled conical structure. 2. Светодиодное устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена с более чем одной группой углублений. 2. The LED device according to claim 1, characterized in that the substrate is made with more than one group of recesses. 3. Светодиодное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что боковая поверхность, по крайней мере, одного из углублений подложки выполнена в виде поверхности вращения. 3. The LED device according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the side surface of at least one of the recesses of the substrate is made in the form of a surface of revolution. 4. Светодиодное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что боковая поверхность, по крайней мере, одного из углублений подложки выполнена в виде конусной поверхности. 4. The LED device according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the side surface of at least one of the recesses of the substrate is made in the form of a conical surface. 5. Светодиодное устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что спектральный состав излучения каждого из излучателей, установленных в углублениях одной группы углублений, отличается от спектрального состава излучения других излучателей, установленных в углублениях другой группы углублений. 5. The LED device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the spectral composition of the radiation of each of the emitters installed in the recesses of one group of recesses differs from the spectral composition of the radiation of other emitters installed in the recesses of another group of recesses. 6. Светодиодное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что все полупроводниковые излучатели установлены в углублениях, глубина которых прямо пропорциональна толщине кристаллов соответствующих полупроводниковых излучателей. 6. The LED device according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that all semiconductor emitters are installed in recesses, the depth of which is directly proportional to the crystal thickness of the corresponding semiconductor emitters.
RU2001108879/28A 2001-04-05 2001-04-05 Light-emitting diode device RU2187175C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108879/28A RU2187175C1 (en) 2001-04-05 2001-04-05 Light-emitting diode device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108879/28A RU2187175C1 (en) 2001-04-05 2001-04-05 Light-emitting diode device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2187175C1 true RU2187175C1 (en) 2002-08-10

Family

ID=20247961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001108879/28A RU2187175C1 (en) 2001-04-05 2001-04-05 Light-emitting diode device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2187175C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011056097A1 (en) * 2009-11-09 2011-05-12 Abramov Vladimir Semenovich Led radiation source for transport control systems
RU2503881C2 (en) * 2009-07-06 2014-01-10 Шарп Кабусики Кайся Backlight device, display device and television receiver
US9024340B2 (en) 2007-11-29 2015-05-05 Nichia Corporation Light emitting apparatus and method for producing the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9024340B2 (en) 2007-11-29 2015-05-05 Nichia Corporation Light emitting apparatus and method for producing the same
US9853194B2 (en) 2007-11-29 2017-12-26 Nichia Corporation Light emitting apparatus and method for producing the same
US10522727B2 (en) 2007-11-29 2019-12-31 Nichia Corporation Light emitting apparatus and method for producing the same
US11257996B2 (en) 2007-11-29 2022-02-22 Nichia Corporation Light emitting apparatus and method for producing the same
US11735699B2 (en) 2007-11-29 2023-08-22 Nichia Corporation Light emitting apparatus and method for producing the same
RU2503881C2 (en) * 2009-07-06 2014-01-10 Шарп Кабусики Кайся Backlight device, display device and television receiver
WO2011056097A1 (en) * 2009-11-09 2011-05-12 Abramov Vladimir Semenovich Led radiation source for transport control systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100576892B1 (en) Light emitting device
US8729573B2 (en) LED lighting device
US8212466B2 (en) Solid state lighting devices including light mixtures
US9818919B2 (en) LED package with multiple element light source and encapsulant having planar surfaces
US9048113B2 (en) Cost-effective LED lighting instrument with good light output uniformity
US20130328074A1 (en) Led package with multiple element light source and encapsulant having planar surfaces
KR20120027338A (en) Solid state lighting devices having remote luminescent material-containing element, and lighting methods
CN105378952A (en) Light-emitting device package, manufacturing method thereof, and vehicle lamp and backlight unit including same
KR20090019871A (en) Lighting device and method of lighting
WO2015008476A1 (en) Lighting device
JP2007258202A (en) Illumination light source
WO2013186977A1 (en) Light-source device and illumination device
RU2133068C1 (en) Light-emitting diode unit
RU2134000C1 (en) Light-emitting diode unit
WO2018073219A1 (en) Lighting device comprising a plurality of different light sources with similar off-state appearance
RU2187175C1 (en) Light-emitting diode device
US11353163B2 (en) Lighting device with sparkle effect
RU2170995C1 (en) Light-emitting diode device
JP5187749B2 (en) Light emitting device
US10883672B1 (en) Reflector structures for lighting devices
JP2003512727A (en) Light emitting diode
US11585502B2 (en) Light emitting device
CN209169146U (en) Light emitting device
KR101816311B1 (en) Lighting device
KR101791173B1 (en) Light emitting package array

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20050616

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20051027

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100127

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100205

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100406