RU2442240C1 - The light-emitting diode module - Google Patents

The light-emitting diode module Download PDF

Info

Publication number
RU2442240C1
RU2442240C1 RU2010129786A RU2010129786A RU2442240C1 RU 2442240 C1 RU2442240 C1 RU 2442240C1 RU 2010129786 A RU2010129786 A RU 2010129786A RU 2010129786 A RU2010129786 A RU 2010129786A RU 2442240 C1 RU2442240 C1 RU 2442240C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
led module
module according
protective layer
printed circuit
circuit board
Prior art date
Application number
RU2010129786A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Тофикович Алиев (RU)
Евгений Тофикович Алиев
Александр Олегович Устинов (RU)
Александр Олегович Устинов
Александр Валериевич Шишов (RU)
Александр Валериевич Шишов
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Лайт Энджинс Корпорейшн"
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 Закрытое Акционерное Общество "Лайт Энджинс Корпорейшн" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Лайт Энджинс Корпорейшн"
Priority to RU2010129786A priority Critical patent/RU2442240C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2442240C1 publication Critical patent/RU2442240C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/183—Connection portion, e.g. seal
    • H01L2924/18301—Connection portion, e.g. seal being an anchoring portion, i.e. mechanical interlocking between the encapsulation resin and another package part

Abstract

FIELD: optics. ^ SUBSTANCE: light-emitting diode module containing the printing plate thereon with one light-emitting crystal protected by translucent sealing of the first polymeric material and the semiconductor elements of surface-mount; the above light-emitting crystal has electrical contacts and wires for connecting with the foresaid semiconductor elements and the power source; the printing plate is at least partially coated with at least one protecting layer of the second polymeric material. ^ EFFECT: in accordance with the invention provision the light-emitting diode module has improved optical characteristics and high efficiency due to the optical system of heat sinking and the design features of the printing plate of the module and the alleviated level of protection from impacts of the negative factors of the environment. ^ 26 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники и техники освещения на основе полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД).The invention relates to the field of electronic and lighting technology based on semiconductor light emitting diodes (LEDs).

Полупроводниковые приборы на основе СИД, например, гетероструктуры из нитридов индия-галлия, получили очень большое распространение в технике освещения и информатике. На их основе уже построены многоэлементные многоцветные экраны и очень мощные устройства освещения на транспорте, в жилых помещениях, в аэропортах. По своим светотехническим параметрам светодиодные лампы уже во многом превышают традиционные накальные источники света и безусловно будут развиваться в дальнейшем.Semiconductor devices based on LEDs, for example, heterostructures made of indium gallium nitrides, have become very widespread in lighting technology and computer science. On their basis, multi-element multi-color screens and very powerful lighting devices for transport, in residential premises, at airports have already been built. In terms of their lighting parameters, LED lamps already far exceed traditional incandescent light sources and will certainly develop in the future.

Использование светоизлучающих диодов 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, разными мощностями излучения и угловым распределением силы света. Мощность излучения, являющаяся наиболее важным параметром светодиодных устройств, зависит, прежде всего, от силы прямого электрического тока и от значения величины теплового сопротивления светодиодного устройства.The use of light emitting diodes 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 the light flux, different radiation powers and angular distribution of light intensity are required. The radiation power, which is the most important parameter of LED devices, depends primarily on the strength of the direct electric current and on the value of the thermal resistance of the LED device.

Известны светодиодные устройства, например, устройство по патенту RU 2134000, которое содержит источник излучения света оптического диапазона с одним или несколькими кристаллами, размещенными в углублении подложки с отражающей излучение боковой поверхностью, и собирающую линзу, выполненную из оптически прозрачного термопластичного материала с кольцевой растрово-конической ступенчатой поверхностью.Known LED devices, for example, the device according to patent RU 2134000, which contains a light source of optical light with one or more crystals placed in the recess of the substrate with the radiation-reflecting side surface, and a collecting lens made of optically transparent thermoplastic material with a raster-conical ring stepped surface.

Известно светодиодное устройство по патенту US 6069440, включающее InGaN светоизлучающую структуру, которая размещена в лунке одного из электрических контактов, люминофор, преобразующий коротковолновое излучение в более длинноволновое, а также оптическую систему. Данное устройство применимо только для маломощных светодиодных кристаллов, поскольку не обеспечивает необходимый отвод тепла.Known LED device according to patent US 6069440, including InGaN light-emitting structure, which is located in the hole of one of the electrical contacts, a phosphor that converts short-wave radiation into longer-wave, as well as an optical system. This device is applicable only to low-power LED crystals, because it does not provide the necessary heat dissipation.

Технология посадки светодиодного кристалла непосредственно на печатную плату, называемая Chip-on-Board (COB), позволяет обеспечить улучшенный отвод тепла и создавать световые системы повышенной яркости. Данная технология наиболее перспективна с точки зрения создания эффективных светодиодных модулей, кластеров.The technology of landing an LED chip directly on a printed circuit board, called Chip-on-Board (COB), allows for improved heat dissipation and the creation of high-brightness lighting systems. This technology is the most promising in terms of creating effective LED modules, clusters.

Новый подход к технологии корпусирования светодиодов и создания светодиодных модулей был предложен в устройстве по публикации W0 2004070839, проиллюстрированном на Фиг.1 и 2. В устройстве светодиодные кристаллы размещены непосредственно на плате (СОВ-технология) с металлической основой. Также на плате закреплена линза с поднутрением, где и располагается светодиодный кристалл. Поднутрение линзы заполнено полимерным материалом. Данный подход позволяет формировать протяженные светодиодные модули с хорошей первичной оптикой, однако использование предложенных светодиодных систем для наружного освещения имеет ограничение, поскольку требует обеспечения защиты светодиодов и платы от влияния внешней среды: воды, влажности, пыли, хим. реагентов и др. При создании осветительных систем на основе подобных модулей, необходимо помещать светодиодные модули внутри какого-либо корпуса, который будет обеспечивать защиту модуля от влияния негативных факторов внешней среды.A new approach to the technology of housing LEDs and the creation of LED modules was proposed in the device according to the publication W0 2004070839, illustrated in Figs. 1 and 2. In the device, LED crystals are placed directly on the board (COB technology) with a metal base. Also, an undercut lens is fixed on the board, where the LED crystal is located. The undercut of the lens is filled with polymer material. This approach allows the formation of extended LED modules with good primary optics, however, the use of the proposed LED systems for outdoor lighting has a limitation, since it requires protection of the LEDs and the board from the influence of the external environment: water, humidity, dust, chemical. reagents, etc. When creating lighting systems based on such modules, it is necessary to place LED modules inside any enclosure that will protect the module from the influence of negative environmental factors.

Таким образом, имеющиеся светодиодные системы обычно требуют решения следующих технических вопросов:Thus, existing LED systems usually require the solution of the following technical issues:

- обеспечение защиты печатной платы и светодиодов от воздействия внешней среды: воды, повышенной влажности, пыли и др.;- ensuring the protection of the printed circuit board and LEDs from the effects of the external environment: water, high humidity, dust, etc .;

- формирование сложных электрических соединений в светодиодной системе;- the formation of complex electrical connections in the LED system;

- достижение требуемого углового распределения света и высокой эффективности светодиодной системы;- achieving the required angular distribution of light and high efficiency LED system;

- решение вопроса отвода выделяющегося тепла.- solving the issue of heat removal.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных светодиодных систем путем решения вышеуказанных проблем, благодаря созданию конструкции светодиодного модуля с улучшенными оптическими характеристиками в широком спектральном диапазоне и высокой эффективностью, обусловленными оптимальной системой теплоотвода и конструктивными особенностями печатной платы, а также повышенным уровенем защиты конструкции от влияния негативных факторов окружающей среды. Такой светодиодный модуль можно рассматривать как завершенный осветительный элемент, не требующий установки в дополнительный защитный корпус.The objective of the present invention is to eliminate the disadvantages of known LED systems by solving the above problems, by creating the design of the LED module with improved optical characteristics in a wide spectral range and high efficiency, due to the optimal heat sink system and design features of the printed circuit board, as well as an increased level of protection of the structure from the effects of negative environmental factors. Such an LED module can be considered as a complete lighting element that does not require installation in an additional protective housing.

Поставленная задача решена за счет того, что в светодиодном модуле, содержащем печатную плату, на которой размещены полупроводниковые элементы поверхностного монтажа и по крайней мере один защищенный светопрозрачным герметизирующим первым полимерным материалом светоизлучающий кристалл, имеющий электрические контакты и провода для соединения с упомянутыми полупроводниковыми элементами и источником питания, в соответствии с изобретением печатная плата по меньшей мере частично покрыта по крайней мере одним защитным слоем второго полимерного материала.The problem is solved due to the fact that in the LED module containing a printed circuit board on which surface-mounted semiconductor elements and at least one light-emitting crystal protected by a translucent sealing first polymeric material are provided, having electrical contacts and wires for connecting to said semiconductor elements and a source power supply, in accordance with the invention, the printed circuit board is at least partially covered with at least one protective layer of the second floor measured material.

Для формирования требуемого спектра излучения светодиодов допускается, чтобы светопрозрачный герметизирующий первый полимерный материал светодиодного модуля содержал по крайней мере один люминофор.To form the required emission spectrum of the LEDs, it is allowed that the translucent sealing first polymer material of the LED module contains at least one phosphor.

Предпочтительно, чтобы любой из двух вышеописанных светодиодных модулей содержал линзы, снабженные средствами крепления к плате. Линзы выполнены с поднутрением и установлены так, что накрывают защищенный светопрозрачным герметизирующим первым полимерным материалом светоизлучающий кристалл. Желательно чтобы средства крепления были выполнены в виде пинов, которые одновременно служат юстировочными элементами.Preferably, either of the two LED modules described above contains lenses provided with means for attaching to the board. The lenses are undercut and installed so that they cover a light-emitting crystal protected by a translucent sealing first polymer material. It is desirable that the fastening means are made in the form of pins, which simultaneously serve as adjustment elements.

Желательно, чтобы в любом из вышеописанных светодиодных модулей упомянутая печатная плата содержала теплоотводящую основу с размещенными на ней последовательно слоями из диэлектрического и металлического материала. На одном или нескольких слоях из металлического материала выполняется топология/трассировка печатной платы.It is desirable that in any of the LED modules described above the printed circuit board contains a heat sink with successive layers of dielectric and metallic material placed on it. On one or more layers of metallic material, topology / tracing of the printed circuit board is performed.

Упомянутый защитный слой второго полимерного материала может быть светопрозрачным. Возможно добавление в упомянутый светопрозрачный защитный слой второго полимерного материала светорассеивающего материала. При этом концентрация распределения светорассеивающего материала в светопрозрачном защитном слое второго полимерного материала может варьироваться по поверхности печатной платы. Защитный слой второго полимерного материала может иметь цветовую окраску. В защитный слой второго полимерного материала может быть интегрирована визуальная информация в виде рисунков, изображений, текстов и др.Said protective layer of the second polymeric material may be translucent. It is possible to add to said translucent protective layer a second polymeric material of light-scattering material. In this case, the concentration distribution of the light-scattering material in the translucent protective layer of the second polymer material may vary over the surface of the printed circuit board. The protective layer of the second polymeric material may be colored. Visual information in the form of drawings, images, texts, etc. can be integrated into the protective layer of the second polymeric material.

Желательно, чтобы светодиодный модуль содержал нескольких защитных слоев второго полимерного материала с различной степенью твердости.It is desirable that the LED module contains several protective layers of the second polymer material with varying degrees of hardness.

Предпочтительно, чтобы любой из вышеописанных вариантов выполнения светодиодного модуля дополнительно имел слой светоотражающего материала на поверхности печатной платы под защитным слоем второго полимерного материала.Preferably, any of the above embodiments of the LED module further has a layer of reflective material on the surface of the printed circuit board under the protective layer of the second polymeric material.

Еще более предпочтительно, чтобы любой из описанных вариантов выполнения светодиодного модуля дополнительно имел слой светоотражающего материала на поверхности печатной платы под светодиодным кристаллом.Even more preferably, any of the described embodiments of the LED module further has a layer of reflective material on the surface of the printed circuit board under the LED chip.

Далее предложенное изобретение поясняется с помощью чертежей, на которых:Further, the proposed invention is illustrated using the drawings, in which:

Фиг.1 и Фиг.2 - ранее известное светоизлучающее устройство, описанное в публикации WO 2004070839;Figure 1 and Figure 2 is a previously known light-emitting device described in publication WO 2004070839;

Фиг.3 - вертикальное сечение варианта осуществления светодиодного модуля, в котором печатная плата частично покрыта защитным слоем второго полимерного материала;Figure 3 is a vertical section of an embodiment of an LED module in which a printed circuit board is partially coated with a protective layer of a second polymeric material;

Фиг.4 - вертикальное сечение варианта осуществления светодиодного модуля, в котором печатная плата полностью покрыта защитным слоем второго полимерного материала;Figure 4 is a vertical section of an embodiment of an LED module in which a printed circuit board is completely coated with a protective layer of a second polymer material;

Фиг.5 - вертикальное сечение варианта осуществления светодиодного модуля, содержащего множество светоизлучающих кристаллов, в котором печатная плата полностью покрыта защитным слоем второго полимерного материала;5 is a vertical sectional view of an embodiment of an LED module comprising a plurality of light emitting crystals, in which the printed circuit board is completely coated with a protective layer of a second polymeric material;

Фиг.6 - вертикальное сечение варианта выполнения светодиодного модуля с основой печатной платы из металла;6 is a vertical section of an embodiment of an LED module with a metal printed circuit board base;

Фиг.7 - вертикальное сечение варианта выполнения светодиодного модуля с основой печатной платы из теплоотводящей керамики;7 is a vertical section of an embodiment of an LED module with a base of a printed circuit board made of heat-releasing ceramic;

Фиг.8 - вертикальное сечение варианта выполнения светодиодного модуля с двумя защитными слоями второго полимерного материала;Fig. 8 is a vertical section through an embodiment of an LED module with two protective layers of a second polymeric material;

Фиг.9 - вертикальное сечение варианта выполнения светодиодного модуля, в котором второй полимерный материал защитного слоя содержит светорассеивающий материал, диспергатор;Fig. 9 is a vertical section of an embodiment of an LED module in which the second polymeric material of the protective layer comprises light-scattering material, a dispersant;

Фиг.10 - вертикальное сечение варианта выполнения светодиодного модуля, имеющего светоотражающие слои из светоотражающего материала.Figure 10 is a vertical section of an embodiment of an LED module having reflective layers of reflective material.

На фиг.3 показан один из предпочтительных вариантов выполнения светодиодного модуля, содержащего печатную плату, имеющую изолирующую основу 1 и металлический слой 2 с выполненной на нем топологией/трассировкой печатной платы, а также светоизлучающим кристаллом 3 с электрическими контактами и проводами 4, защищенным светопрозрачным герметизирующим первым полимерным материалом 5, в качестве которого может быть использован инкапсулирующий материал, например, силикон. Область светоизлучающего кристалла 3 покрыта оптической линзой 6 с заданными характеристиками, выполненной с поднутрением, в котором заключен упомянутый светопрозрачный герметизирующий первый полимерный материал 5, формируя тем самым единую оптическую систему со светоизлучающим кристаллом 3. Линза 6 имеет крепежные пины 7, с помощью которых линза закреплена и выровнена на печатной плате. Введение различных люминофоров в первое полимерное покрытие 5 позволяет получать различные спектры эмиссии светодиода. Для использования модуля как самостоятельного элемента освещения, т.е. без размещения его в дополнительный защитный корпус, обеспечивая при этом высокий уровень защиты от влияния негативных факторов окружающей среды, предусмотрено покрытие платы защитным слоем 8 второго полимерного материала. В настоящем варианте осуществления изобретения защитный слой 8 второго полимерного материала покрывает печатную плату не полностью, а только ее верхнюю часть.Figure 3 shows one of the preferred embodiments of the LED module containing a printed circuit board having an insulating base 1 and a metal layer 2 with the topology / tracing of the printed circuit board, as well as a light-emitting crystal 3 with electrical contacts and wires 4, protected by a translucent sealing the first polymeric material 5, which can be used as an encapsulating material, for example, silicone. The region of the light-emitting crystal 3 is covered with an optical lens 6 with desired characteristics, made with an undercut, in which the said translucent sealing first polymer material 5 is enclosed, thereby forming a single optical system with a light-emitting crystal 3. The lens 6 has fixing pins 7, with which the lens is fixed and aligned on the circuit board. The introduction of various phosphors in the first polymer coating 5 makes it possible to obtain various emission spectra of the LED. To use the module as an independent lighting element, i.e. without placing it in an additional protective case, while ensuring a high level of protection against the influence of negative environmental factors, it is provided that the board is coated with a protective layer 8 of the second polymeric material. In the present embodiment, the protective layer 8 of the second polymeric material does not completely cover the printed circuit board, but only its upper part.

В светодиодных модулях на печатной плате могут быть установлены различные полупроводниковые элементы поверхностного монтажа: микросхемы, диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и т.д., формирующие схему электрического питания. Для обеспечения более надежной защиты модуля, особенно при наличии развитой поверхностной структуры и/или в случаях применения в условиях вредной окружающей среды, печатная плата вместе со всеми установленными на ней полупроводниковыми элементами полностью покрыта защитным слоем второго полимерного материала, как это показано на фиг.4, иллюстрирующей защитный слой 8, покрывающий плату со всех сторон: сверху, снизу и с боков.Various modules of surface-mounted semiconductor elements can be installed in LED modules on a printed circuit board: microcircuits, diodes, transistors, resistors, capacitors, etc. that form an electric power circuit. To provide more reliable protection of the module, especially in the presence of a developed surface structure and / or in cases of use in hazardous environments, the printed circuit board, together with all semiconductor elements installed on it, is completely covered with a protective layer of the second polymer material, as shown in Fig. 4 , illustrating the protective layer 8, covering the board on all sides: from above, from below and from the sides.

Таким образом, получают завершенный светильник с интегрированной схемой электрического питания и с необходимым уровнем защиты от воздействий внешней среды.Thus, a complete lamp with an integrated circuit of electric power and with the necessary level of protection against environmental influences is obtained.

При приложении напряжения к светодиодному кристаллу 3 через проводник 4 и трассировку слоя 2 печатной платы, кристалл 3 начинает излучать свет с определенной длиной волны. Оптическая согласованная система, состоящая из линзы 6 и первого полимерного материала 5 обеспечивает вывод излучения от светодиодного кристалла и формирование определенного углового распределения света. Тепло, выделяемое в светодиодном кристалле 3, отводится на основание 1 платы и рассеивается. Защитный слой 8 предохраняет плату и все элементы поверхностного монтажа от воздействия внешних факторов.When voltage is applied to the LED chip 3 through the conductor 4 and the trace of layer 2 of the printed circuit board, the chip 3 begins to emit light with a certain wavelength. An optical coordinated system consisting of a lens 6 and a first polymeric material 5 provides the output of radiation from the LED crystal and the formation of a certain angular distribution of light. The heat generated in the LED chip 3 is removed to the base 1 of the board and dissipated. The protective layer 8 protects the board and all surface mount elements from external factors.

Используемый защитный слой 8 второго полимерного материала может быть как прозрачным, так и пигментированным, цветным, в том числе и многоцветным. Такие светодиодные модули помимо освещения, также могут выполнять декоративные или рекламные функции: известно, что бренды многих компаний ассоциируются с каким-либо цветом или сочетанием цветов, так, например, цвет компании Coca Cola - красный, а у Банка Райффайзен - черный и желтый, ВР - зеленый и т.д. Цветные или многоцветные модули могут быть использованы для формирования информационных панелей, а также служить в качестве декоративного освещения. Также можно в защитном слое 8 размещать на светодиодных модулях различную визуальную информацию в виде рисунков, изображений, текста и т.д., размещая ее под полимерным покрытием или же формируя визуальную информацию за счет применения разноцветных полимерных материалов и/или разноцветных пигментных включений в полимерный материал.The protective layer 8 of the second polymeric material used can be both transparent and pigmented, colored, including multicolor. Such LED modules, in addition to lighting, can also perform decorative or advertising functions: it is known that brands of many companies are associated with any color or combination of colors, for example, Coca Cola's color is red, and that of Raiffeisen Bank is black and yellow, BP - green, etc. Color or multicolor modules can be used to form information panels, and also serve as decorative lighting. It is also possible in the protective layer 8 to place various visual information on the LED modules in the form of drawings, images, text, etc., placing it under a polymer coating or forming visual information through the use of multi-colored polymer materials and / or multi-colored pigment inclusions in the polymer material.

На основе вышеуказанного подхода можно формировать светодиодные модули любого размера, которые будут содержать любое количество светодиодных кристаллов, как показано на фиг.5.Based on the above approach, it is possible to form LED modules of any size, which will contain any number of LED crystals, as shown in Fig.5.

Для обеспечения лучшего теплоотвода от светодиодных модулей возможно использование печатных плат с металлической или керамической основой. На фиг.6 показан вариант выполнения светодиодного модуля с массивной основой 1 из металла, например, Al. В этом случае между металлической основой 1 и металлическим слоем 2, содержащим топологию, трассировку, печатной платы, находится слой изолирующего материала, препрег 9, обеспечивающий электрическую развязку между металлической основой 1 и металлическим слоем 2.To ensure better heat dissipation from LED modules, it is possible to use printed circuit boards with a metal or ceramic base. Figure 6 shows an embodiment of the LED module with a massive base 1 of metal, for example, Al. In this case, between the metal base 1 and the metal layer 2 containing the topology, tracing, printed circuit board, there is a layer of insulating material, prepreg 9, providing electrical isolation between the metal base 1 and the metal layer 2.

В настоящее время разработано большое количество композиционных, керамических материалов, которые имеют высокую теплопроводность, при этом сохраняя электроизоляционные свойства. Использование этих материалов в качестве теплоотводящей основы платы позволяет существенно упростить конструкцию платы. На фиг.7 показан вариант выполнения светодиодного модуля с массивной основой 1 из теплопроводящей керамики, обеспечивающей лучший отвод тепла от светодиодного модуля. В этом случае слой 2, содержащий топологию печатной платы, например, медная трассировка, располагается непосредственно на основании платы, что обусловлено тем, что керамика является электрическим изолятором.Currently, a large number of composite, ceramic materials have been developed that have high thermal conductivity, while maintaining electrical insulation properties. The use of these materials as the heat sink base of the board can significantly simplify the design of the board. 7 shows an embodiment of an LED module with a massive base 1 of heat-conducting ceramics, providing better heat dissipation from the LED module. In this case, layer 2 containing the topology of the printed circuit board, for example, copper tracing, is located directly on the base of the board, due to the fact that the ceramic is an electrical insulator.

Для защиты элементов поверхностного монтажа, расположенных на печатной плате, от возможного влияния механических напряжений, возникающих в результате как различия коэффициентов теплового расширения защитного полимерного слоя и корпусов компонентов, так и в результате прямых механических воздействий, например, ударов, предлагается использовать многослойные защитные покрытия, где чередуются защитные слои эластичных вторых полимерных материалов со слоями вторых полимерных материалов с высокой твердостью. Толщина и количество защитных слоев определяются как конструктивными особенностями платы, так и необходимым уровнем защиты платы от механических воздействий. Такой вариант выполнения показан на Фиг.8, где печатная плата светодиодного модуля покрыта двумя защитными слоями второго полимерного материала: первый эластичный слой 10 и второй твердый слой 11. Для создания защитных полимерных слоев с разной твердостью могут быть использованы различные материалы, например, силиконы, эпоксидные смолы, сополимерные материалы и т.д.To protect surface mount elements located on a printed circuit board from the possible effects of mechanical stresses resulting from both differences in the thermal expansion coefficients of the protective polymer layer and the component housings, as well as from direct mechanical stresses, such as impacts, it is proposed to use multilayer protective coatings, where the protective layers of the elastic second polymeric materials alternate with the layers of the second polymeric materials with high hardness. The thickness and number of protective layers are determined both by the design features of the board, and the necessary level of protection of the board from mechanical stress. Such an embodiment is shown in Fig. 8, where the printed circuit board of the LED module is coated with two protective layers of the second polymer material: the first elastic layer 10 and the second hard layer 11. Various materials, for example, silicones, can be used to create protective polymer layers with different hardness. epoxy resins, copolymer materials, etc.

Защитный слой полимерного материала может быть прозрачным. Однако известно, что одной из проблем, характерных для систем светодиодного освещения, является наличие эффекта ослепления. Светодиодный источник света можно рассматривать как высокоинтенсивный точечный источник света. Предложенный защитный слой полимерного материала может использоваться также для уменьшения эффекта ослепления от ярких, точечных источников света. Прозрачный защитный слой можно рассматривать как оптический волновод, который будет способствовать выводу части оптического излучения из отдельных точечных источников света, и обеспечивать распространение света вдоль защитного слоя полимерного материала. Диффузионное рассеивание света в защитном слое может быть достигнуто за счет введения во второй полимерный материал светорассеивающих материалов, диспергаторов, например, микронного размера частиц двуокиси кремния, окиси аллюминия, двуокиси титана и др. Пузырьки воздуха микронного размера также могут эффективно исполнять роль рассеивающих свет центров. На фиг.9 показан вариант осуществления светодиодного модуля с введенным в защитный слой 8 диспергатором 12.The protective layer of the polymer material may be transparent. However, it is known that one of the problems characteristic of LED lighting systems is the presence of a blinding effect. LED light source can be considered as a high-intensity point source of light. The proposed protective layer of polymeric material can also be used to reduce the effect of blinding from bright, point sources of light. The transparent protective layer can be considered as an optical waveguide, which will facilitate the removal of part of the optical radiation from individual point sources of light, and ensure the propagation of light along the protective layer of the polymer material. Diffuse light scattering in the protective layer can be achieved by introducing light-scattering materials, dispersants, for example, micron-sized particles of silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide, etc. into the second polymeric material. Micron-sized air bubbles can also effectively act as light-scattering centers. Fig. 9 shows an embodiment of an LED module with a dispersant 12 introduced into the protective layer 8.

Меняя тощину защитного слоя 8 с добавкой диспергатора 12, можно менять количество света, выводимого из отдельного светодиода, и, таким образом, менять уровень фоновой засветки всей поверхности модуля.By changing the thickness of the protective layer 8 with the addition of dispersant 12, you can change the amount of light output from a separate LED, and thus change the level of background illumination of the entire surface of the module.

При изменении концентрации диспергатора в отдельных областях защитного слоя, соответственно меняется и интенсивность рассеивания света в этих областях. Таким образом, обеспечивая различную концентрацию диспергатора 12 в отдельных областях защитного слоя 8, можно формировать меняющуюся световую засветку различных участков модуля.When changing the concentration of dispersant in certain areas of the protective layer, the intensity of light scattering in these areas also changes. Thus, providing a different concentration of dispersant 12 in separate areas of the protective layer 8, it is possible to form a changing light illumination of various sections of the module.

Защитный слой 8 можно использовать для размещения в нем различной визуальной информации, например изображений, символов, надписей и т.п.The protective layer 8 can be used to place various visual information in it, for example, images, symbols, inscriptions, etc.

Рассеивание света в защитном слое 8 с диспергатором 12 в вариантах исполнения светодиодного модуля с многослойным защитным покрытием может использоваться для подсветки вышележащих защитных слоев, например, слоев, содержащих различную визуальную информацию.Light scattering in the protective layer 8 with dispersant 12 in the versions of the LED module with a multilayer protective coating can be used to illuminate the overlying protective layers, for example, layers containing various visual information.

Для уменьшения потерь света, распространяющегося вдоль защитного полимерного слоя, поверхность печатный платы непосредственно перед нанесением защитного слоя можно покрыть светоотражающим материалом, например серебром, белым лаком, сульфатом бария, окисью алюминия и т.д.To reduce the loss of light propagating along the protective polymer layer, the surface of the printed circuit board immediately before applying the protective layer can be coated with reflective material, such as silver, white varnish, barium sulfate, aluminum oxide, etc.

С целью повышения эффективности светодиодного модуля и улучшения вывода излучения из светодиодного кристалла область посадки светодиодного кристалла также может быть хотя бы частично покрыта слоем светоотражающего материала, таким как серебро, окись алюминия, сульфатом бария, окисью титана и т.д. На фиг.10 показан вариант выполнения светодиодного модуля, в котором светоотражающий слой 13 нанесен под светодиодным кристаллом 3, а также второй светоотражающий слой 14 нанесен на поверхность платы под защитным слоем 8.In order to increase the efficiency of the LED module and improve the output of radiation from the LED crystal, the landing area of the LED crystal can also be at least partially covered with a layer of reflective material such as silver, aluminum oxide, barium sulfate, titanium oxide, etc. Figure 10 shows an embodiment of the LED module, in which a reflective layer 13 is deposited under the LED chip 3, and a second reflective layer 14 is deposited on the surface of the board under the protective layer 8.

Claims (27)

1. Светодиодный модуль, содержащий печатную плату, на которой размещены: по крайней мере один светоизлучающий кристалл, защищенный светопрозрачным герметизирующим первым полимерным материалом, а также полупроводниковые элементы поверхностного монтажа, упомянутый светоизлучающий кристалл имеет электрическими контакты и провода для соединения с упомянутыми полупроводниковыми элементами и источником питания, отличающийся тем, что печатная плата по меньшей мере частично покрыта по крайней мере одним защитным слоем второго полимерного материала.1. An LED module comprising a printed circuit board on which: at least one light emitting crystal protected by a translucent sealing first polymer material, as well as surface mounted semiconductor elements, said light emitting crystal has electrical contacts and wires for connecting to said semiconductor elements and a source power, characterized in that the printed circuit board is at least partially coated with at least one protective layer of the second polymer material. 2. Светодиодный модуль по п.1, отличающийся тем, что печатная плата содержит: теплоотводящую основу с размещенными на ней последовательно слоями из диэлектрического и металлического материалов, при этом на слоях из металлического материала выполнена топология печатной платы.2. The LED module according to claim 1, characterized in that the printed circuit board contains: a heat sink with successive layers of dielectric and metallic materials placed on it, and a printed circuit board topology is made on layers of metallic material. 3. Светодиодный модуль по п.2, отличающийся тем, что защитный слой второго полимерного материала является светопрозрачным.3. The LED module according to claim 2, characterized in that the protective layer of the second polymeric material is translucent. 4. Светодиодный модуль по п.3, отличающийся тем, что светопрозрачный защитный слой второго полимерного материала содержит светорассеивающий материал.4. The LED module according to claim 3, characterized in that the translucent protective layer of the second polymeric material contains light-scattering material. 5. Светодиодный модуль по п.4, отличающийся тем, что концентрация распределения светорассеивающего материала в светопрозрачном защитном слое второго полимерного материала варьируется по поверхности печатной платы.5. The LED module according to claim 4, characterized in that the concentration distribution of the light-scattering material in the translucent protective layer of the second polymeric material varies over the surface of the printed circuit board. 6. Светодиодный модуль по п.2, отличающийся тем, что защитный слой второго полимерного материала имеет цветовую окраску.6. The LED module according to claim 2, characterized in that the protective layer of the second polymeric material has a color. 7. Светодиодный модуль по п.2, отличающийся тем, что в защитный слой второго полимерного материала интегрирована визуальная информация в виде рисунков, изображений, текстов и др.7. The LED module according to claim 2, characterized in that visual information is integrated into the protective layer of the second polymeric material in the form of drawings, images, texts, etc. 8. Светодиодный модуль по п.2, отличающийся тем, что содержит нескольких защитных слоев второго полимерного материала различной степени твердости.8. The LED module according to claim 2, characterized in that it contains several protective layers of the second polymer material of varying degrees of hardness. 9. Светодиодный модуль по п.1, отличающийся тем, что светопрозрачный герметизирующий первый полимерный материал содержит по крайней мере один люминофор.9. The LED module according to claim 1, characterized in that the translucent sealing first polymer material contains at least one phosphor. 10. Светодиодный модуль по п.9, отличающийся тем, что печатная плата содержит: теплоотводящую основу с размещенными на ней последовательно слоями из диэлектрического и металлического материалов, при этом на слоях из металлического материала выполнена топология печатной платы.10. The LED module according to claim 9, characterized in that the printed circuit board contains: a heat sink based on successive layers of dielectric and metallic materials, and a printed circuit board topology is made on layers of metallic material. 11. Светодиодный модуль по п.10, отличающийся тем, что защитный слой второго полимерного материала является светопрозрачным.11. The LED module of claim 10, wherein the protective layer of the second polymeric material is translucent. 12. Светодиодный модуль по п.11, отличающийся тем, что светопрозрачный защитный слой второго полимерного материала содержит светорассеивающий материал.12. The LED module according to claim 11, characterized in that the translucent protective layer of the second polymeric material contains light-scattering material. 13. Светодиодный модуль по п.12, отличающийся тем, что концентрация распределения светорассеивающего материала в светопрозрачном защитном слое второго полимерного материала варьируется по поверхности печатной платы.13. The LED module according to item 12, characterized in that the concentration distribution of the light-scattering material in the translucent protective layer of the second polymer material varies on the surface of the printed circuit board. 14. Светодиодный модуль по п.10, отличающийся тем, что защитный слой второго полимерного материала имеет цветовую окраску.14. The LED module according to claim 10, characterized in that the protective layer of the second polymeric material has a color. 15. Светодиодный модуль по п.10, отличающийся тем, что в защитный слой второго полимерного материала интегрирована визуальная информация в виде рисунков, изображений, текстов и др.15. The LED module according to claim 10, characterized in that visual information is integrated into the protective layer of the second polymeric material in the form of drawings, images, texts, etc. 16. Светодиодный модуль по п.10, отличающийся тем, что содержит нескольких слоев защитных слоев второго полимерного материала различной степени твердости.16. The LED module of claim 10, characterized in that it contains several layers of protective layers of the second polymer material of varying degrees of hardness. 17. Светодиодный модуль по п.1 или 9, отличающийся тем, что содержит линзы, снабженные средствами крепления к плате и имеющие поднутрение, где размещен светодиодный кристалл и светопрозрачный герметизирующий полимер.17. The LED module according to claim 1 or 9, characterized in that it contains lenses equipped with means for attaching to the board and having undercut, where an LED crystal and a translucent sealing polymer are placed. 18. Светодиодный модуль по п.17, отличающийся тем, что средствами крепления линзы к печатной плате являются пины, которые одновременно выполняют роль юстировочных элементов.18. The LED module according to claim 17, characterized in that the means of attaching the lens to the printed circuit board are pins, which simultaneously act as alignment elements. 19. Светодиодный модуль по п.18, отличающийся тем, что печатная плата содержит: теплоотводящую основу с размещенными на ней последовательно слоями из диэлектрического и металлического материалов, при этом на слоях из металлического материала выполнена топология печатной платы.19. The LED module according to claim 18, characterized in that the printed circuit board contains: a heat sink with successive layers of dielectric and metallic materials placed on it, and a printed circuit board topology is made on layers of metallic material. 20. Светодиодный модуль по п.19, отличающийся тем, что защитный слой второго полимерного материала является светопрозрачным.20. The LED module according to claim 19, characterized in that the protective layer of the second polymeric material is translucent. 21. Светодиодный модуль по п.20, отличающийся тем, что светопрозрачный защитный слой второго полимерного материала содержит светорассеивающий материал.21. The LED module according to claim 20, characterized in that the translucent protective layer of the second polymeric material contains light-scattering material. 22. Светодиодный модуль по п.21, отличающийся тем, что концентрация распределения светорассеивающего материала в светопрозрачном защитном слое второго полимерного материала варьируется по поверхности печатной платы.22. The LED module according to item 21, wherein the concentration distribution of the light-scattering material in the translucent protective layer of the second polymeric material varies over the surface of the printed circuit board. 23. Светодиодный модуль по п.19, отличающийся тем, что защитный слой второго полимерного материала имеет цветовую окраску.23. The LED module according to claim 19, characterized in that the protective layer of the second polymeric material has a color. 24. Светодиодный модуль по п.19, отличающийся тем, что в защитный слой второго полимерного материала интегрирована визуальная информация в виде рисунков, изображений, текстов и др.24. The LED module according to claim 19, characterized in that visual information is integrated into the protective layer of the second polymeric material in the form of drawings, images, texts, etc. 25. Светодиодный модуль по п.19, отличающийся тем, что содержит нескольких защитных слоев полимерных материалов с различной степенью твердости.25. The LED module according to claim 19, characterized in that it contains several protective layers of polymeric materials with varying degrees of hardness. 26. Светодиодный модуль по одному из пп.3-5, или 11-13, или 20-22, отличающийся тем, что поверхность печатной платы под защитным слоем второго полимерного материала покрыта слоем светоотражающего материала.26. The LED module according to one of claims 3-5, or 11-13, or 20-22, characterized in that the surface of the printed circuit board under the protective layer of the second polymer material is coated with a layer of reflective material. 27. Светодиодный модуль по п.26, отличающийся тем, что область платы, где размещается светодиодный кристалл, покрыта слоем светоотражающего материала. 27. The LED module according to claim 26, wherein the area of the board where the LED crystal is placed is coated with a layer of reflective material.
RU2010129786A 2010-07-15 2010-07-15 The light-emitting diode module RU2442240C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010129786A RU2442240C1 (en) 2010-07-15 2010-07-15 The light-emitting diode module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010129786A RU2442240C1 (en) 2010-07-15 2010-07-15 The light-emitting diode module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2442240C1 true RU2442240C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010129786A RU2442240C1 (en) 2010-07-15 2010-07-15 The light-emitting diode module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2442240C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2513645C2 (en) * 2012-06-15 2014-04-20 Инесса Петровна Полякова Light-emitting diode device
RU2513640C2 (en) * 2012-06-27 2014-04-20 Инесса Петровна Полякова Light-emitting diode device
RU2584000C2 (en) * 2014-09-11 2016-05-20 Акционерное общество "Государственный завод "Пульсар" Led lamp
RU2612736C2 (en) * 2015-07-08 2017-03-13 Гиа Маргович Гвичия Led matrix
RU2655017C2 (en) * 2013-05-08 2018-05-23 Конинклейке Филипс Н.В. Mounting layer for cooling structure
RU2666578C1 (en) * 2017-08-08 2018-09-11 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" Light-emitting diode

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2513645C2 (en) * 2012-06-15 2014-04-20 Инесса Петровна Полякова Light-emitting diode device
RU2513640C2 (en) * 2012-06-27 2014-04-20 Инесса Петровна Полякова Light-emitting diode device
RU2655017C2 (en) * 2013-05-08 2018-05-23 Конинклейке Филипс Н.В. Mounting layer for cooling structure
RU2584000C2 (en) * 2014-09-11 2016-05-20 Акционерное общество "Государственный завод "Пульсар" Led lamp
RU2612736C2 (en) * 2015-07-08 2017-03-13 Гиа Маргович Гвичия Led matrix
RU2666578C1 (en) * 2017-08-08 2018-09-11 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" Light-emitting diode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6369784B2 (en) LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING LIGHT SOURCE AND LIGHTING DEVICE USING THE SAME
US8911110B2 (en) Lighting device
US10453827B1 (en) LED apparatuses and methods
RU2442240C1 (en) The light-emitting diode module
CN102214774B (en) Light emitting device package and light unit having the same
US7740373B2 (en) LED module for illumination
CN109983849A (en) Light emitting diode (LED) device, component and method
KR20170019630A (en) Light emitting device and display apparatus having thereof
TW202013768A (en) Led systems, apparatuses, and methods
JP2011159970A (en) Light emitting element package
JP6616088B2 (en) LED assembly and LED bulb using the LED assembly
CN110383510B (en) Substrate for light emitting diode and related method
RU86795U1 (en) Light emitting diode
CN110622325B (en) Tunable integrated optical LED assembly and method
KR100963092B1 (en) LED illuminations combined with the cases and heatsinks and electric circuits and which the manufacture technique against that
RU103892U1 (en) LED MODULE
RU2550740C1 (en) Wide beam pattern led lamp (versions)
WO2013122330A1 (en) Lighting device
CN201680207U (en) LED (light-emitting diode) light source module
RU2584000C2 (en) Led lamp
KR20120060991A (en) Light Emitting Device Module
US20150176819A1 (en) Metal copper clad laminate and method of manufacturing the same
CN101813239B (en) Flexible light source and manufacturing method thereof
CN110391263A (en) Electronic device
KR20140076879A (en) Light Emitting Device Package

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140716