светодиодный модуль с полимерным покрытием

Формула изобретения

Светодиодный модуль, содержащий несущий элемент, выполненный в виде объемного тела, имеющего верхнее и нижнее основания и боковую поверхность, расположенный на верхнем основании несущего элемента, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий элемент, а также расположенное поверх полупроводникового светоизлучающего элемента на верхнем основании несущего элемента покрытие, выполненное из оптически прозрачного полимерного компаунда, имеющее куполообразную форму и расположенное на несущем элементе таким образом, что основание покрытия вписано в площадь верхнего основания несущего элемента, отличающийся тем, что в качестве полимерного компаунда использован силиконовый компаунд, угол между боковой поверхностью несущего элемента и его верхним основанием составляет величину не более 120°, а покрытие сформировано путем нанесения поверх полупроводникового светоизлучающего элемента капли указанного компаунда, который имеет вязкость от 2000 до 20000 сПз, с последующим отверждением нанесенного компаунда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым источникам света.

В современных светодиодных модулях, содержащих в качестве источника света полупроводниковый светоизлучающий элемент, широко применяются полимерные покрытия, наносимые на светоизлучающий элемент, образующие внешние оболочки указанных элементов, защищающие их от механических повреждений, а также выполняющие световыводящую и светопреобразующую функции. Кроме того, полимерные массы, образующие рассматриваемые покрытия, часто используются в качестве сред для диспергирования в них рассеивающих частиц или частиц люминофора, и в таких случаях полимерные покрытия с распределенными в них частицами дополнительно выполняют функцию преобразования света.

Рассматриваемые полимерные покрытия могут быть образованы путем заполнения полимерной заливочной массой полости, сформированной внутри светодиодного модуля, в частности, полости, образованной стенками отражателя, в котором помещен полупроводниковый светоизлучающий элемент, или поверхностью выемки, выполненной в линзе, расположенной поверх указанного светоизлучающего элемента. При этом форма сформированного указанным образом полимерного покрытия определяется формой описанных выше полости или выемки.

Так, например, известен светодиодный модуль [RU 67340], содержащий полупроводниковый светоизлучающий кристалл, помещенный в расположенном в металлокерамическом корпусе отражателе, имеющем наклонные стенки. Полость отражателя заполнена оптически прозрачным компаундом.

Указанное покрытие служит для защиты кристалла от механических повреждений. Однако рассматриваемое покрытие, сформированное в полости отражателя и имеющее плоскую верхнюю поверхность, не обеспечивает равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения, что в ряде случаев не позволяет достигнуть требуемых оптических характеристик светодиодного модуля.

Известен светодиодный модуль [RU 2251761], содержащий подложку, на которой установлен, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий кристалл, имеющий покрытие, выполненное из оптически прозрачной полимерной заливочной массы. Покрытие образовано путем заполнения указанной массой выемки, имеющей куполообразную форму, сформированной в расположенном на подложке поверх светоизлучающего кристалла оптически прозрачном элементе, в качестве которого использованы рефлектор или линза.

Рассматриваемое покрытие выполняет защитную и световыводящую функции, при этом благодаря тому, что сформированное покрытие имеет куполообразную форму, в рассматриваемом светодиодном модуле обеспечивается равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения.

Однако в рассматриваемом светодиодном модуле обязательным является наличие такого оптического конструктивного элемента, как рефлектор или линза, что усложняет конструкцию светодиодного модуля и может ограничить возможность его применения в светодиодных сборках, в которых светодиодные модули используются в качестве сборочных единиц.

Известен светодиодный модуль [RU 2069418], выбранный авторами в качестве ближайшего аналога. Рассматриваемый светодиодный модуль содержит несущий элемент - подложку, имеющую верхнее и нижнее основания и боковую поверхность. На верхнем основании подложки помещен, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий элемент, поверх которого нанесено покрытие, выполненное из оптически прозрачного эпоксидного полимерного компаунда. При этом покрытие имеет куполообразную форму и расположено на несущем элементе таким образом, что основание покрытия вписано в площадь верхнего основания несущего элемента.

Рассматриваемое эпоксидное покрытие, имеющее куполообразную форму и помещенное поверх светоизлучающего элемента на верхнем основании подложки в границах ее площади поверхности, защищает светоизлучающий элемент от механических повреждений, а также повышает выход света и обеспечивает равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения. При этом покрытие формируют без использования каких-либо оптических конструктивных элементов, что позволяет упростить конструкцию, минимизировать габариты рассматриваемого светоизлучающего модуля и расширяет возможности его применения в светодиодных сборках.

Однако в рассматриваемом светодиодном модуле выполненное из эпоксидного полимерного компаунда покрытие обладает хрупкостью и недостаточной устойчивостью к воздействию тепла и света, что снижает надежность конструкции. Кроме того, в эпоксидном полимерном компаунде в процессе его отверждения появляются микроскопические пузырьки воздуха, что ухудшает оптические свойства покрытия и, соответственно, светодиодного модуля.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции и улучшение оптических свойств светодиодного модуля.

Сущность изобретения заключается в том, что в светодиодном модуле, содержащем несущий элемент, выполненный в виде объемного тела, имеющего верхнее и нижнее основания и боковую поверхность, расположенный на верхнем основании несущего элемента, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий элемент, а также расположенное поверх полупроводникового светоизлучающего элемента на верхнем основании несущего элемента покрытие, выполненное из оптически прозрачного полимерного компаунда, имеющее куполообразную форму и расположенное на несущем элементе таким образом, что основание покрытия вписано в площадь верхнего основания несущего элемента согласно изобретению в качестве полимерного компаунда использован силиконовый компаунд, угол между боковой поверхностью несущего элемента и его верхним основанием составляет величину не более 120°, а покрытие сформировано путем нанесения поверх полупроводникового светоизлучающего элемента капли указанного компаунда, который имеет вязкость от 2000 до 20000 сП, с последующим отверждением нанесенного компаунда.

За счет того что в заявляемом светодиодном модуле полимерное покрытие расположено поверх полупроводникового светоизлучающего элемента на несущем элементе таким образом, что основание покрытия вписано в площадь поверхности верхнего основания несущего элемента, оно надежно защищает полупроводниковый светоизлучающий элемент от механических повреждений. При этом указанное покрытие, сформированное путем нанесения капли компаунда на светоизлучающий элемент, имеет куполообразную форму и образует световыводящую внешнюю оболочку светоизлучающего элемента, способствующую повышению выхода света и обеспечивающую равномерное угловое распределение цветности выводимого светового излучения. Благодаря тому что покрытие формируют непосредственно на несущем элементе без применения каких-либо дополнительных конструктивных элементов, упрощается конструкция и минимизируются габариты заявляемого светоизлучающего модуля, а также расширяется возможность его применения в светодиодных сборках, в которых светодиодный модуль используется в качестве сборочной единицы.

Принципиально важным в заявляемом светодиодном модуле является то, что в качестве полимерного компаунда использован силиконовый компаунд, который не обладает хрупкостью, обладает высокой устойчивостью к воздействию тепла и света и не содержит микроскопических пузырьков воздуха.

Известно использование покрытий из силиконового компаунда, применяемых в светодиодных сборках, в которых совокупность индивидуальных полупроводниковых светоизлучающих элементов расположена на общей печатной плате [JP 2009010184]. Каждое покрытие сформировано путем нанесения капли указанного компаунда на печатную плату в месте расположения единичного светоизлучающего элемента. При этом в рассматриваемой конструкции в связи с тем, что светоизлучающие элементы расположены не на индивидуальных несущих элементах, а на общей печатной плате, которая имеет относительно большие габариты, не возникает проблем, связанных с необходимостью нахождения формируемых покрытий в строго определенных пространственных границах и с необходимостью предотвращения стекания формируемых покрытий с поверхности индивидуальных несущих элементов.

Между тем, как показали исследования авторов, для того, чтобы покрытие из силиконового компаунда, сформированное путем нанесения капли указанного компаунда поверх светоизлучающего элемента, расположенного на индивидуальном несущем элементе, сохраняло куполообразную форму и при этом не стекало с верхней поверхности индивидуального несущего элемента, а оставалось в границах площади указанной поверхности, требуется выполнение определенных условий, которым должны удовлетворять силиконовый компаунд и несущий элемент.

Так, в ходе экспериментальных исследований авторы определили, что для того, чтобы покрытие из силиконового полимера сохраняло куполообразную форму и при этом не стекало с несущего элемента, а располагалось в границах площади его верхнего основания, угол, который составляет боковая поверхность несущего элемента с его верхним основанием, должен иметь величину не более 120°, а для нанесения покрытия должен быть использован силиконовый компаунд, вязкость которого находится в диапазоне от 2000 до 20000 сП, при этом покрытие должно быть сформировано путем нанесения поверх светоизлучающего элемента капли указанного компаунда с последующим его отверждением.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение надежности конструкции и улучшение оптических свойств светодиодного модуля, что обусловлено выбором материала полимерного покрытия и вышеуказанными условиями его формирования.

На чертеже представлен общий вид светодиодного модуля.

Светодиодный модуль содержит полупроводниковый светоизлучающий элемент 1, в частности, полупроводниковый светоизлучающий кристалл, а также несущий элемент 2, выполненный в виде объемного тела, имеющего верхнее 3 и нижнее 4 основания и боковую поверхность 5, представляющий собой, в частности, подкристальную плату. Полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 расположен на верхнем основании несущего элемента 2.

Светодиодный модуль также содержит расположенное поверх полупроводникового светоизлучающего элемента 1 на верхнем основании 3 несущего элемента 2 покрытие 6, выполненное из оптически прозрачного силиконового компаунда, имеющее куполообразную форму и расположенное на несущем элементе 2 таким образом, что основание (на чертеже не обозначено) покрытия 6 вписано в площадь верхнего основания 3 несущего элемента 2.

Угол между боковой поверхностью 5 несущего элемента 2 и его верхним основанием 3 составляет величину не более 120°.

Покрытие 6 сформировано путем нанесения поверх полупроводникового светоизлучающего элемента 1 капли силиконового компаунда, имеющего вязкость от 2000 до 20000 сП, и последующего отверждения нанесенного компаунда.

В качестве указанного компаунда может быть, в частности, использован силиконовый эластомер LS-6257.

Достижение требуемой вязкости компаунда обеспечивается, в частности, его выдержкой при определенной температуре, в частности, при температуре отверждения, в течение времени, по истечении которого компаунд приобретает указанную вязкость, но полностью не полимеризуется. Процесс последующего отверждения нанесенного покрытия 6 осуществляется по стандартному режиму, указанному производителем компаунда. Нанесение покрытия осуществляется, в частности, методом дозирования.

Покрытие 6 может включать частицы люминофора (на чертеже не показаны), распределенные по его объему, обуславливающие преобразование спектра светового излучения. Распределение частиц люминофора по объему покрытия 6 достигается при вязкости компаунда, лежащей в приведенных выше пределах, поскольку при указанной вязкости частицы люминофора не оседают вниз под действием силы тяжести, а остаются во взвешенном состоянии до окончательного отверждения указанной смеси.

Устройство работает следующим образом.

Светодиодный модуль подключают к цепи внешнего питания. При протекании тока через полупроводниковый светоизлучающий элемент 1 последний излучает свет. Излучаемое световое излучение выводится через покрытие 6, которое выполняет световыводящую и светопреобразующую функции, а также функцию защиты светодиодного модуля от механических повреждений.