RU2442240C1 - The light-emitting diode module - Google Patents
The light-emitting diode module Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 57
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 30
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 20
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 14
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 8
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- -1 indium gallium nitrides Chemical class 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006352 transparent thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
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
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Защитный слой 8 можно использовать для размещения в нем различной визуальной информации, например изображений, символов, надписей и т.п.The
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
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
Claims (27)
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)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513640C2 (en) * | 2012-06-27 | 2014-04-20 | Инесса Петровна Полякова | Light-emitting diode device |
| RU2513645C2 (en) * | 2012-06-15 | 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 |
-
2010
- 2010-07-15 RU RU2010129786A patent/RU2442240C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| 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 |
|---|---|---|
| US10453827B1 (en) | LED apparatuses and methods | |
| US8366299B2 (en) | Lighting device | |
| JP6369784B2 (en) | LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING LIGHT SOURCE AND LIGHTING DEVICE USING THE SAME | |
| CN112236875B (en) | LED device and method | |
| US7740373B2 (en) | LED module for illumination | |
| RU2442240C1 (en) | The light-emitting diode module | |
| CN109983849A (en) | Light emitting diode (LED) device, component and method | |
| JP6616088B2 (en) | LED assembly and LED bulb using the LED assembly | |
| KR20170019630A (en) | Light emitting device and display apparatus having thereof | |
| KR101655463B1 (en) | Light emitting device package and light unit having the same | |
| US10439114B2 (en) | Substrates for light emitting diodes and related methods | |
| US20190355701A1 (en) | Tunable integrated optics led components and methods | |
| KR100963092B1 (en) | LED lighting and manufacturing method integrating exterior, heat sink and printed circuit | |
| RU103892U1 (en) | LED MODULE | |
| WO2013122330A1 (en) | Lighting device | |
| JP2007258136A (en) | Light source and lighting system | |
| US20160076712A1 (en) | Light emitting apparatus, lighting light source, and lighting apparatus | |
| CN201680207U (en) | Light-emitting diode light source module | |
| US20140347855A1 (en) | Led luminaire | |
| RU2584000C2 (en) | Led lamp | |
| KR20120060991A (en) | Light Emitting Device Module | |
| CN101813239B (en) | Flexible light source device and manufacturing method thereof | |
| KR102098153B1 (en) | Light Emitting Device Module | |
| KR20140076879A (en) | Light Emitting Device Package | |
| KR20140056999A (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 |