Способ изготовления светодиода


 

H01L33/58 - 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 2580215:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") (RU)

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1 - контакты для подключения питающего напряжения,

2 - полупроводниковый излучатель,

3 - нижний плосковыпуклый оптический элемент,

4 - верхний плосковыпуклый оптический элемент,

5 - защитное просветляющее покрытие,

6 - точка концентрации светового потока.

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

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

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

Пример конкретного исполнения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



 

Похожие патенты:

Полупроводниковое светоизлучающее устройство белого цвета содержит оптически прозрачный корпус с нанесенным на стенках люминофором. Внутри корпуса установлены лазерные диоды, имеющие ось симметрии.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение срока работы.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а более конкретно к светодиодам и лазерам на основе гетероструктур. В активную область известного типа излучающих p-n-гетероструктур предлагается ввести дополнительный узкозонный слой.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является создание оптимального теплового режима работы светодиодов для получения максимальной светоотдачи, повышение надежности, долговечности и уменьшение габаритов корпуса.

Изобретение относится к электронной полупроводниковой промышленности и может быть использовано в производстве светодиодных источников света. Согласно способу изготовления светодиода,полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий элемент соединяют в единый излучающий элемент, на наружную поверхность световыводящего элемента наносят защитное просветляющее покрытие.

Изобретение относится к устройствам автоматической и полуавтоматической блокировки железнодорожного транспорта. Предназначено для использования в качестве источника света в сигнальных установках (светофорах) железнодорожного транспорта и метрополитена с контролем работоспособности во включенном и выключенном состоянии.

Светодиодная матрица относится к области информационной техники и может быть использована при построении крупногабаритных матричных экранов и иных средств отображения визуальных данных.

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным модулям, используемым в качестве индикаторов или в качестве источников света с различным диапазоном спектра световых волн, и приспособлениям для их монтажа.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и испускания инфракрасного (ИК) излучения при комнатной температуре и может быть использовано, например, в устройствах, измеряющих характеристики сред, содержащих газообразные углеводороды, и в волоконно-оптических датчиках, измеряющих состав жидкости по методу исчезающей волны, для которых указанная полоса совпадает с максимумом фундаментального поглощения измеряемого компонента, например спирта или нефтепродуктов.

Предложен способ изготовления светоизлучающего устройства, выполненного с возможностью предотвращения образования неоднородностей цвета и желтого кольца с малыми затратами.

Изобретение относится к светодиодным источникам света для растениеводства. Светодиодный источник (10) света, сформированный на подложке, включающий в себя по меньшей мере один кристалл (2) синего светодиода, который имеет максимум излучения в интервале от 400 нм до 480 нм, соответствующий максимуму поглощения света хлорофиллом в синей области спектра; красный люминофор (7b), который после приема возбуждающего светового излучения по меньшей мере из одного кристалла (2) синего светодиода излучает свет с длиной волны в максимуме излучения в интервале от 620 нм до 700 нм, который соответствует максимуму поглощения света хлорофиллом в красной области спектра; и слой смолы (7), в котором диспергирован красный люминофор 7b и которым покрыт по меньшей мере один кристалл (2) синего светодиода. Технический результат - возможность регулировать соотношение количества света в синей и красной областях спектра. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Изобретение относится системе освещения, которая включает в себя: источник света, выполненный с возможностью испускания первичного излучения, элемент преобразования излучения, выполненный с возможностью преобразования, по меньшей мере, части первичного излучения во вторичное излучение, и фильтр, выполненный с возможностью блокирования сгенерированного в системе освещения излучения, обладающего длиной волны короче, чем заданное значение отсечки длины волны. В соответствии с изобретением фильтр предназначен для блокирования части вторичного излучения за счет расположения значения отсечки длины волны фильтра в эмиссионном спектре элемента преобразования излучения. Изобретение направлено на создание системы освещения, которая охватывает узкий диапазон излучения в некоторой области электромагнитного спектра, особенно в красной части спектра. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройству управления источниками света. Техническим результатом является обеспечение надлежащей яркости, даже если выход из строя вследствие короткого замыкания возникает в каком-либо из множественных источников света. Результат достигается тем, что микрокомпьютер 900 устройства управления источниками света указывает светодиод, принадлежащий светодиодам 111-116 и вышедший из строя вследствие короткого замыкания, на основе результата обнаружения посредством схемы 200 обнаружения выходов из строя вследствие короткого замыкания и величин токов, воспринимаемых посредством схем 141-146 восприятия тока, соответственно. Микрокомпьютер 900 инструктирует соответствующему одному из переключающих элементов 121-126 прерывать подачу тока в указанный светодиод. Микрокомпьютер 900 инструктирует схеме 100 постоянного тока подавать в не указанный светодиод ток, не превышающий ток, реагирующий на число таких не указанных светодиодов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Светоизлучающий модуль 150 испускает свет через световыводящее окно 104 и содержит основание 110, твердотельный излучатель 154, 156 света и частично диффузно-отражающий слой 102. Основание 110 имеет светоотражающую поверхность 112, которая обращена в направлении световыводящего окна 104. Светоотражающая поверхность 112 имеет коэффициент Rbase отражения основания, который определяется посредством соотношения между количеством света, которое отражается посредством светоотражающей поверхности, и количеством света, которое падает на светоотражающую поверхность. Твердотельный излучатель 154, 156 света испускает свет первого цветового диапазона 114, содержит верхнюю поверхность 152, 158 и имеет коэффициент R_SSL отражения твердотельного излучателя света, который определяется посредством соотношения между количеством света, которое отражается посредством твердотельного источника 154, 156 излучения, и количеством света, которое падает на верхнюю поверхность 152, 158 твердотельного излучателя 154, 156 света. Световыводящее окно 104 содержит, по меньшей мере, часть частично диффузно-отражающего слоя 102. Относительно эффективный светоизлучающий модуль обеспечивается в случае, когда величина эффективного коэффициента отражения Reff>R_SSL+c*(1-R_SSL) и множитель с равен 0,4≤с≤1 при ρSSL>0,25. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 21 ил.

Лазерный диод содержит излучающий элемент с линзой для формирования излучения. Линза включает центральную зону, которая имеет оптическую силу и обеспечивает коллимирование потока излучения. Лучи, прошедшие через центральную зону, отражаются от внешней наклонной грани линзы, которая выводит излучение наружу. Технический результат заключается в обеспечении максимальной плотности светового потока излучения в направлении под требуемым углом к продольной оси контсрукции. 1 ил.

Линза для формирования излучения лазерного диода включает расположенные по ходу излучения излучающего элемента диода внутреннюю и внешнюю поверхности. Центральная зона внутренней поверхности имеет оптическую силу, обеспечивающую коллимирование потока излучения. Внешняя поверхность линзы имеет призменную форму, вершина которой расположена от источника излучения, и содержит основную поверхность, расположенную в непосредственной близости от излучающего элемента диода, и вспомогательную поверхность, установленную под углом к продольной оси линзы и к основной поверхности. Углы расположения внешней основной и вспомогательной поверхностей линзы выбраны таким образом, чтобы обеспечить угол полного внутреннего отражения. Поток излучения излучающего элемента полностью отражается от внутренней стороны основной поверхности внутрь корпуса линзы и выходит под прямым углом к ее вспомогательной поверхности. Технический результат заключается в создании оптического устройства, обеспечивающего максимальную плотность светового потока излучения светодиода в направлении под требуемым углом к продольной оси оптического устройства, характеризующегося простотой конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области светотехники и используется для формирования шарового светового потока в формирователях шарового излучения для ламп с точечным источником излучения, например светодиодом с фокусирующим элементом. Способ коррекции диаграммы направленности шарового формирователя излучения светоизлучающего элемента, включающий формирование излучения от светоизлучающего элемента через элемент фокусирования излучения, характеризуется тем, что для формирования гладкого вида диаграммы направленности излучения прозрачное тело помещают в матовую шаровую оболочку, предварительно прозрачное тело разбивают на объемные световодные секции, (световоды), в каждом из них помещают зеркальные покрытия, осуществляющие через входящие окна на входе световодов прозрачного тела распределение от фокусирующего элемента световых потоков светоизлучающего элемента на матовую внутреннюю поверхность шаровой оболочки формирователя излучения, замеряют амплитуды входного светового потока и строят диаграмму направленности излучения, исходящего от фокусирующего элемента. По полученным значениям расчетным путем или с помощью измерительных приборов находят углы границ излучения с равными световыми потоками на входах световодных секций, замеряют излучение на выходе оболочки формирователя излучения и получают исходную диаграмму направленности излучения формирователя излучения, затем для уравнивания максимумов амплитуд излучения с оболочки на смежных границах выходов секций, не изменяя общих границ входящего окна, вновь находят углы границ излучения, устанавливают новые размеры входящих окон на входах световодов и осуществляют этим с уменьшенными выбросами амплитуд первый вид сглаживания излучения на диаграмме направленности излучения формирователя излучения, при другом выравнивании излучения с оболочки формирователя излучения на смежных границах выходов секций максимальную амплитуду с минимальной предыдущей получают на выходе второй вид излучения на диаграмме направленности излучения формирователя излучения, повторяющей растянутую входную, а при выравнивании амплитуд излучения с оболочки относительно предыдущих от центральной секции на смежных границах выходов секций при поочередном, прямом и перевернутом, проецировании световых потоков в смежных секциях на оболочку формирователя излучения осуществляют третий вид сглаживания излучения на диаграмме направленности излучения формирователя излучения, близкий к равномерному, шаровому. 12 ил.

Светодиодная сборка согласно изобретению включает в себя: светодиодный кристалл (10), слой люминофора (12), слой фильтра (14) и светорассеивающий слой (16), между слоем люминофора и слоем фильтра на пути света, излучаемого светодиодным кристаллом (10), при этом разница показателей преломления Δn между светорассеивающим слоем (16) и материалом, примыкающим к светорассеивающему слою (16), слоя фильтра (14) составляет Δn≥0,2 и разница показателей преломления Δn между светорассеивающим слоем и материалом слоя (12), примыкающего к светорассеивающему слою, составляет Δn≥0,2; а произведение толщины светорассеивающего слоя (16) D и показателя преломления n светорассеивающего слоя составляет 1900 нм≥n·D≥400 нм. Изобретение обеспечивает равномерный профиль излучения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил., 9 табл.

Светоизлучающий модуль (150) излучает свет через окно (104) выхода света и содержит основу (110), твердотельный излучатель (154, 158) света и частично рассеивающий отражающий слой (102). Основа (110) имеет светоотражающую поверхность (112), которая обращена к окну (104) выхода света. Светоотражающая поверхность (112) имеет коэффициент Rbase отражения основы, который задан отношением между количеством света, которое отражено светоотражающей поверхностью, и количеством света, которое падает на светоотражающую поверхность. Твердотельный излучатель (154, 158) света излучает свет первого цветового диапазона (114), содержит верхнюю поверхность (152, 158) и имеет коэффициент R_SSL отражения твердотельного излучателя света, который задан отношением между количеством света, которое отражается твердотельным излучателем (154, 156) света, и количеством света, которое падает на верхние поверхности (152, 158) твердотельного излучателя (154, 156) света. Наибольший линейный размер dSSL верхней поверхности (106) по меньшей мере одного твердотельного излучателя света задается как наибольшее расстояние от точки на верхней поверхности (152, 158) по меньшей мере одного твердотельного излучателя света до другой точки на верхней поверхности (152, 158) по меньшей мере одного твердотельного излучателя света вдоль прямой линии. Окно (104) выхода света содержит, по меньшей мере, часть частично рассеивающего отражающего слоя (102). Отношение площадей твердотельного излучателя света ρSSL задается как отношение между площадью верхней поверхности по меньшей мере одного твердотельного излучателя света и площадью светоотражающей поверхности основы. Зазор с расстоянием h присутствует между верхней поверхностью (152, 158) по меньшей мере одного твердотельного излучателя (154, 156) света и частично рассеивающим отражающим слоем (102). Относительно эффективный светоизлучающий модуль может быть получен, если линейный размер 0,3×dSSL≤h≤5×dSSL для 0<ρSSL<0,1, 0,15×dSSL≤h≤3×dSSL для 0,1≤ρSSL≤0,25, и 0,1×dSSL≤h≤2×dSSL для ρSSL>0,25, и если значение коэффициента Rbase отражения основы превышает 70% и превышает коэффициент R_SSL отражения твердотельного излучателя света. Изобретение обеспечивает формирование относительно эффективного светоизлучающего модуля. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 21 ил.

Способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента с перевернутым кристаллом, включающего в себя структуру нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего слой нитридного полупроводника n-типа и слой нитридного полупроводника р-типа, которые нанесены на подложку, а также участок соединения электрода n-стороны с нитридным полупроводниковым слоем n-типа и участок соединения электрода р-стороны с нитридным полупроводниковым слоем р-типа с одной и той же плоской стороны подложки, электрод n-стороны, соединенный с участком соединения электрода n-стороны и электрод р-стороны, соединенный с участком соединения электрода р-стороны; и металлические столбиковые выводы, сформированные на электроде n-стороны и электроде р-стороны, включающий последовательно выполняемые операции: этап формирования защитного слоя, этап формирования первой структуры резиста, этап вытравливания защитного слоя, этап формирования первого металлического слоя, этап формирования второй структуры резиста, этап формирования второго металлического слоя и этап удаления структуры резиста. Изобретение обеспечивает формирование надежного нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего толстые металлические столбиковые выводы, а также способ изготовления нитридного полупроводникового светоизлучающего элемента с улучшенной производительностью. 7 н. и 5 з.п. ф-лы, 28 ил.
Наверх