Светодиодный источник света


 

H01L33/34 - Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42; полупроводниковые лазеры H01S 5/00; электролюминесцентные источники H05B 33/00)

Владельцы патента RU 2479070:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) (RU)

Изобретение относится к электронике и энергосберегающим технологиям, а именно к конструкции светодиодов. Светодиодный источник света содержит пленочные полупроводниковые слои, нанесенные на токопроводяшую подложку, служащую одним из электродов, имеющие поликристаллическую структуру с p-n-переходами во многих зернах поликристаллической пленки и покрытые снаружи слоем прозрачного токопроводящего материала, служащего вторым электродом. Изобретение обеспечивает возможность создания источника света более долговечного, с большим интегральным световым потоком и более дешевого. 1 ил.

 

Изобретение относится к электронике и энергосберегающим технологиям, а именно к конструкции светодиодов.

Конструкция современных светодиодов основана на полупроводниковых монокристаллах или эпитаксиальных пленках, выращенных на монокристаллах (United State Patent 5,006,908 Apr. 9, 1991; United State Patent 6,676,751 B2, Jan, 13, 2004). Наряду со многими достоинствами светодиоды имеют следующие недостатки.

1. Высокая цена. Отношение доллар/люмен для обычной лампы накаливания - приблизительно 0,001. А сверхяркие светодиоды в настоящее время могут достигать лишь отношения 0,04-0,02 доллара за люмен.

2. Малый световой поток. Обычный 0.5 мм светодиод, работающий на токе 20 мА, дает всего 1-3 люмена, а лампа накаливания мощностью 100 Вт - ~1000 люменов. Сверхяркие диоды работают при токе ~1А, но требуют специальных усилий по теплоотводу. К тому же они быстро деградируют и тоже уступают по светимости лампам накаливания.

3. Деградация качества светодиодов. Параметры светодиодов ухудшаются с течением времени, и эта деградация связана с такими факторами, как величина прямого тока, рабочая температура (теплоотвод), тип и качество используемых чипов.

Известны органические светодиоды (OLED), использующие тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров [R.H.Friend, R.W.Gymer, А.В.Holmes, J.Н.Burroughes, R.N.Marks, С.Taliani, D.D.С.Bradley, D.A. dos Santos, J.L.Brédas, M.Lögdlund, W.R.Salaneck, Electroluminescence in conjugated polymers, Nature 1999, 397, 121]. Обладая таким преимуществом перед неорганическими светодиодами, как возможность создания гибкого сворачиваемого в трубку источника света, органические светодиоды уступают в долговечности.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является создание источника света более долговечного с большим интегральным световым потоком и более дешевого. Технический результат достигается тем, что светодиодный источник света содержит пленочные полупроводниковые слои, нанесенные на токопроводящую подложку, служащую одним из электродов, имеющие поликристаллическую структуру с p-n-переходами во многих зернах поликристаллической пленки и покрытые снаружи слоем прозрачного токопроводящего материала, служащего вторым электродом.

Таким образом, предложена конструкция светодиодного источника света в виде поликристаллической неорганической пленки с планарным излучением.

Конструкция светодиодного источника света поясняется чертежом (Рис.1), на котором 1 - электрод из прозрачного электропроводящего материала, 2 - слой поликристаллической пленки p-типа проводимости, 3 - слой поликристаллической пленки n-типа проводимости, 4 - электрод с омическим контактом, 5 - несущая подложка. При этом слои p- и n-типа проводимости, отличающиеся легирующими примесями или составом, образуют p-n-переход. Важной конструктивной особенностью изобретения является использование в качестве электрода на излучающей свет стороне пленки слоя прозрачного электропроводящего материала (например, оксида индия Ln2O3, легированного оловом, или графена).

Устройство работает следующим образом. При приложении положительного потенциала к электроду 1, контактирующему со слоем p-типа проводимости 2, и отрицательного потенциала к электроду 4, контактирующему со слоем n-типа проводимости 3, протекает ток. В области p-n-переходов носители заряда - электроны и дырки - рекомбинируют с излучением фотонов вследствие перехода электронов с одного энергетического уровня на другой. При этом рекомбинация носителей с излучением фотонов происходит одновременно во многих зернах поликристалла. В итоге устройство работает как множественная сборка светодиодов, лишенная индивидуальных токоподводов к отдельным светодиодам.

Ожидаемые преимущества по сравнению с известными прототипами.

1. Процесс получения поликристаллических пленок значительно дешевле и быстрее, чем выращивание кристаллов или эпитаксиальных пленок с последующей сборкой, что определяет низкую себестоимость изделий.

2. Возможность получения больших площадей, на которых излучают много кристаллитов. В результате можно иметь источник света с небольшой светимостью с единицы площади (малая плотность тока), но большой интегральной светимостью.

3. Небольшая плотность тока решает проблему теплоотвода и увеличивает долговечность светодиода, а также люминофора, используемого для получения белого света, как по сравнению с органическими светодиодами, так и по сравнению с сверхяркими неорганическими светодиодами.

4. Разброс ориентации кристаллитов позволяет получить изотропное излучение, необходимое для светильников.

5. Конструкция с прозрачным электродом, покрывающим всю поверхность изделия, повышает кпд использования рабочей поверхности и обеспечивает высокую надежность устройства, сохраняющего работоспособность даже при повреждениях, в том числе механических, отдельных участков рабочей поверхности светильника.

Разработка светодиодов в виде поликристаллических пленок открывает путь создания дешевых энергосберегающих источников света универсального применения.

Светодиодный источник света, содержащий пленочные полупроводниковые слои, нанесенные на токопроводящую подложку, служащую одним из электродов, отличающийся тем, что пленочные полупроводниковые слои имеют поликристаллическую структуру с p-n-переходами во многих зернах поликристаллической пленки и покрыты снаружи слоем прозрачного токопроводящего материала, служащего вторым электродом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к светоизлучающим диодам, смонтированным методом перевернутого кристалла. .

Изобретение относится к источникам белого света на основе полупроводниковых светоизлучающих диодов с удаленными фотолюминофорными конвертерами. .

Изобретение относится к области осветительной полупроводниковой техники. .

Изобретение относится к области светотехники на основе синеизлучающих светодиодов InGaN, в частности к люминесцентным материалам, включающим оксид иттрия, оксиды редкоземельных металлов, а также оксид алюминия, взятые в соотношении, обеспечивающем получение светоизлучающей композиции, средний состав которой соответствует общей формуле (Y1-x-yCex Lny)3+ Al5O12+1,5 , где - величина, характеризующая увеличение стехиометрического индекса в сравнении с известным для иттрий-гадолиниевого граната и изменяющаяся в интервале от 0,033 до 2; x - атомная доля церия, равная 0,001-0,1; Lny - один или несколько лантаноидов из группы Gd, Tb, La, Yb, атомная доля которых в иттриевой подрешетке составляет, соответственно: 0,01<Gd<0,70; 0,001<Tb<0,2; 0,001<La<0,1; 0,001<Yb<0,1, при этом для всех составов разность [1-x-y]>0.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых излучающих диодов, и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых источников белого света широкого потребления, в том числе осветительных приборов уличного и бытового освещения, а также может использоваться в технологии производства светодиодных панелей и табло.

Изобретение относится к светоизлучающим устройствам, использующим нестехиометрические тетрагональные щелочноземельные силикатные люминофоры. .
Изобретение относится к способам, специально предназначенным для изготовления приборов для светового излучения методом хлоридно-гидридной эпитаксии

Изобретение относится к светодиодным лампам

Изобретение относится к области электротехники и касается ламп светодиодных, работа которых сопровождается нагревом колб

Изобретение относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов
Наверх