Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны



Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны
Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны
Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны
Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны
Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны
Полупроводниковый светоизлучающий диод с конверсией длины волны
H01L33/50 - 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 2550753:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)
ФИЛИПС ЛЮМИЛЕДС ЛАЙТИНГ КОМПАНИ ЭлЭлСи (US)

Полупроводниковое светоизлучающее устройство содержит полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой; люминесцентный материал, размещенный на пути света, излучаемого светоизлучающим слоем; и термоконтактный материал, размещенный в прозрачном материале; причем термоконтактный материал не производит конверсии длины волны света, излучаемого светоизлучающим слоем; термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала; термоконтактный материал размещен для рассеяния теплоты от люминесцентного материала; термоконтактный материал имеет медианный размер частиц больше чем 10 мкм; и коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления прозрачного материала менее чем на 10% . Изобретение обеспечивает исключение возможности нежелательного смещения цветового тона и снижения светового выхода. 2 н. и 18 з.п.ф-лы, 6 ил.

 

2420-185652RU/052

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД С КОНВЕРСИЕЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к полупроводниковым светоизлучающим устройствам с конверсией длины волны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Полупроводниковые светоизлучающие устройства, включающие в себя светоизлучающие диоды (LED), резонаторные светоизлучающие диоды (RCLED), лазерные диоды с вертикальным объемным резонатором (VCSEL) и лазеры с торцевым излучением, входят в круг наиболее эффективных источников света, доступных в настоящее время. Наиболее интересные сейчас системы материалов для производства светоизлучающих устройств с высокой яркостью, способные работать в видимой области спектра, включают в себя полупроводники из Групп III-V, в особенности двойные, тройные и четверные сплавы галлия, алюминия, индия и азота, также называемые III-нитридными материалами. Обычно III-нитридные светоизлучающие устройства изготавливают эпитаксиальным выращиванием пакета полупроводниковых слоев с различными составами и различными концентрациями легирующих добавок на сапфире, карбиде кремния, III-нитриде или прочих пригодных подложках путем химического осаждения металлоорганических соединений из газовой фазы (MOCVD), молекулярно-лучевой эпитаксией (МВЕ) или другими эпитаксиальными технологиями. Пакет часто включает в себя один или более слоев n-типа, легированных, например, кремнием (Si), сформированных поверх подложки, один или более светоизлучающих слоев в активной области, сформированных поверх слоя или слоев n-типа, и один или более слоев р-типа, легированных, например, магнием (Mg), сформированных поверх активной области. Электрические контакты формируют на областях n- или р-типа.

[0003] Длину волны света, излучаемого активной областью, можно сместить размещением на пути света, излученного активной областью, материала-конвертера длины волны, такого как люминофор или краситель. Материал-конвертер длины волны поглощает свет, излученный активной областью, и излучает свет с иной пиковой длиной волны, которая обычно больше, чем пиковая длина волны света, излученного активной областью. Фиг. 1 иллюстрирует полупроводниковое светоизлучающее устройство с конверсией длины волны, более подробно описанное в патентном документе US 6870311. В устройстве согласно фиг. 1 полупроводниковое светоизлучающее устройство 32 размещено в светоотражающей чаше 34. На одной или более поверхностях устройства 32 размещают слой 44 прозрачного материала. В материале 36 диспергированы наночастицы 38 и частицы 40 люминофора. Примеры пригодных наночастиц включают в себя наночастицы оксидов, нитридов, нитридосиликатов металлов и их смесей. Пригодные оксиды металлов могут включать в себя, но не ограничиваются таковыми, оксид кальция, оксид церия, оксид гафния, оксид титана, оксид цинка, оксид циркония и их комбинации. Наночастицы таких оксидов металлов, имеющие размеры, которые варьируются, например, от около 2 нм до около 10 нм, производятся, например, фирмой Degussa-Huls AG, Франкфурт-на-Майне, Германия. Пригодные наночастицы для таких вариантов применения также могут включать в себя II-VI-полупроводники, такие как сульфид цинка, селенид цинка, сульфид кадмия, селенид кадмия, теллурид кадмия и их тройные или четверные смеси, и наночастицы III-V-полупроводников, такие как III-нитриды, III-фосфиды и их смеси. Наночастицы выбирают имеющими больший коэффициент преломления, чем исходный материал.

[0004] Прозрачный материал 36 может быть органическим или неорганическим, и может включать в себя, например, материалы, включающие в себя, но не ограничивающиеся таковыми, общеупотребительные эпоксидные смолы, акриловые полимеры, поликарбонаты, силиконовые полимеры, оптические стекла, халькогенидные стекла, спиросоединения и их смеси.

[0005] В технологии требуются эффективные конструкции полупроводниковых светоизлучающих устройств с конверсией длины волны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Цель изобретения состоит в представлении устройства, включающего в себя люминесцентный материал и термоконтактный материал, размещенный для рассеяния теплоты от люминесцентного материала.

[0007] В вариантах осуществления изобретения устройство включает в себя полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой, размещенный между областью n-типа и областью р-типа. На пути света, излучаемого светоизлучающим слоем, размещается люминесцентный материал. В прозрачном материале размещается термоконтактный материал. Термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала. Термоконтактный материал размещается для рассеяния теплоты от люминесцентного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 иллюстрирует полупроводниковое светоизлучающее устройство известного уровня техники, покрытое прозрачным материалом, включающим в себя частицы люминофора и наночастицы.

[0009] Фиг. 2 иллюстрирует прозрачный материал, включающий в себя люминофор и термоконтактный материал, размещенный поверх светоизлучающего устройства.

[0010] Фиг. 3 иллюстрирует два отдельных слоя, каждый из которых включает в себя прозрачный материал, люминофор и термоконтактный материал, размещенные поверх светоизлучающего устройства.

[0011] Фиг. 4 иллюстрирует многослойное устройство, включающее в себя керамический люминофор, слой прозрачного материала, включающего в себя люминофор и термоконтактный материал, и клеевой слой, включающий в себя термоконтактный материал, размещенные на светоизлучающем устройстве.

[0012] Фиг. 5 иллюстрирует люминофорный слой и линзу, заполненную термоконтактным материалом, размещенные поверх светоизлучающего устройства.

[0013] Фиг. 6 иллюстрирует градиент температуры между светоизлучающим слоем и люминофорным слоем как функцию прямого тока для устройств с термоконтактными материалами и без них.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] При конверсии длины волны люминофором, иллюстрированным в фиг. 1, может выделяться теплота вследствие, например, потери энергии на эмиссию фотонов с большей длиной волны, конечной эффективности преобразования люминофоров и повторного поглощения фотонов, которые не были выведены из устройства. Рассеяние теплоты из устройства согласно фиг. 1 может быть затруднено плохим тепловым контактом люминофора с модулем устройства вследствие низкой теплопроводности прозрачного материала. Например, силиконовый прозрачный материал часто имеет теплопроводность от около 0,1 до 0,2 Вт/(м°С). Избыточная теплота от конверсии длины волны может приводить к рабочим температурам, достаточно высоким, чтобы вызвать разложение органических веществ в прозрачном материале, что может обусловливать пожелтение прозрачного материала или даже выход устройства из строя. В дополнение, квантовые выходы некоторых люминофоров снижаются при высоких температурах, что может вызывать нежелательное смещение цветового тона излучаемого устройством света или снижение светового выхода.

[0015] В вариантах осуществления изобретения термоконтактный материал размещается поверх полупроводникового светоизлучающего устройства для отведения теплоты внутри и вокруг материала-конвертера длины волны. Теплота от материала-конвертера длины волны рассеивается посредством термоконтактного материала в светоизлучающее устройство и в теплоотвод или основу, с которыми соединено светоизлучающее устройство.

[0016] Термоконтактный материал может быть размещен в прозрачном исходном материале. Одним примером пригодного исходного материала является силикон с коэффициентом преломления для видимого света между 1,4 и 1,55. Дополнительные примеры прозрачных исходных материалов включают в себя органические или неорганические материалы, такие как силиконовые полимеры, эпоксидные смолы, акриловые полимеры, поликарбонаты, оптические стекла, халькогенидные стекла и их смеси. Могут быть также использованы прозрачные исходные материалы с высоким коэффициентом преломления, такие как стекла и материалы с высоким коэффициентом преломления, такие как силиконы, эпоксидные смолы и золь-гели, коэффициент преломления которых был изменен добавлением наночастиц, как описано в патентном документе US 6870311.

[0017] Термоконтактный материал может иметь коэффициент преломления, который близок или соответствует коэффициенту преломления исходного материала. Коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления исходного материала менее чем на 10% в некоторых вариантах осуществлении и менее чем на 1% в некоторых вариантах осуществления.

[0018] Теплопроводность термоконтактного материала больше, чем теплопроводность исходного материала. Например, термоконтактный материал может иметь теплопроводность свыше 0,5 Вт/(м°С) в некоторых вариантах осуществления, более 1 Вт/(м°С) в некоторых вариантах осуществления, и более 5 Вт/(м°С) в некоторых вариантах осуществления.

[0019] Примеры пригодных термоконтактных материалов включают в себя смешанные оксиды алюминия/кремния, диоксид кремния, некристаллический диоксид кремния, SiC, AlN, алмаз, частицы неактивированного люминофора, такие как прозрачные частицы YAG (алюмо-иттриевого граната) без легирования церием (Се), и их смеси. Частицы неактивированного люминофора, такого как YAG, не производят конверсию длины волны света, излучаемого светоизлучающим устройством.

[0020] Термоконтактный материал может представлять собой, например, порошок с большим медианным размером частиц, чем медианный размер частиц люминофора, с которым его объединяют в некоторых вариантах осуществления, более 1 мкм в некоторых вариантах осуществления, 5 мкм в некоторых вариантах осуществления, между 1 мкм и 50 мкм в некоторых вариантах осуществления, между 1 мкм и 10 мкм в некоторых вариантах осуществления и между 10 мкм и 50 мкм в некоторых вариантах осуществления. Порошкообразные люминофоры часто имеют размер частиц между 1 мкм и 10 мкм. Термоконтактный материал может быть порошком из сферических или близких к сферическим частиц. В некоторых вариантах осуществления термоконтактный материал размещается так, что значительная доля частиц термоконтактного материала находится в контакте с их ближайшими соседними частицами и формирует сеть. Теплота распространяется по сети, пока не будет рассеяна в светоизлучающее устройство.

[0021] Ниже иллюстрированы варианты осуществления изобретения. Хотя варианты осуществления иллюстрируют III-нитридные тонкопленочные устройства с перевернутыми кристаллами, варианты осуществления изобретения могут быть использованы с другими устройствами, такими как традиционные устройства, с перевернутыми кристаллами, где ростовая подложка остается частью конечного устройства, вертикальные устройства, где контакты сформированы на противолежащих сторонах полупроводниковой структуры, устройства, где свет выводится через контакты, сформированные на одной или противоположных сторонах полупроводниковой структуры, и устройства, сделанные из других систем материалов, например, таких как устройства AlInGaP или AlGaAs.

[0022] Иллюстрированные тонкопленочные устройства с перевернутыми кристаллами формируются первым выращиванием полупроводниковой структуры на ростовой подложке. Полупроводниковая структура включает в себя область n-типа, светоизлучающую, или активную область и область р-типа. Сначала выращивают область n-типа. Область n-типа может включать в себя многочисленные слои с различными составами и концентрациями легирующих добавок, включающие в себя, например, подготовительные слои, такие как буферные слои или нуклеационные слои, которые могут быть слоями n-типа или ненамеренно легированными, разделительные слои, предназначенные для облегчения последующего отделения подложки или уменьшения толщины полупроводниковой структуры после удаления подложки, и слои устройства n- или даже р-типа, предназначенные для создания конкретных оптических или электрических свойств, желательных для эффективного излучения света светоизлучающей областью.

[0023] Поверх области n-типа выращивают светоизлучающую или активную область. Примеры пригодных светоизлучающих областей включают в себя одиночный толстый или тонкий светоизлучающий слой или светоизлучающую область с множественными квантовыми ямами, включающую светоизлучающие слои с множественными тонкими или толстыми квантовыми ямами, разделенные барьерными слоями. Например, светоизлучающая область с множественными квантовыми ямами может включать многочисленные светоизлучающие слои, каждый из которых имеет толщину 25 Å (2,5 нм) или менее, разделенные барьерами, каждый с толщиной 100 Å (10 нм) или менее. В некоторых вариантах осуществления толщина каждого из светоизлучающих слоев в устройстве является большей чем 50 Å (5 нм).

[0024] Поверх светоизлучающей области выращивают область р-типа. Подобно области n-типа, область р-типа может включать в себя многочисленные слои с различными составами, толщиной и концентрациями легирующих добавок, в том числе слои, которые являются ненамеренно легированными, или слои n-типа.

[0025] На области р-типа формируют отражающий металлический р-контакт, который может быть, например, серебряным и может включать в себя другие слои, такие как защитные слои. Части р-контакта, области р-типа и светоизлучающей области полупроводниковой структуры вытравливают для обнажения области n-типа. На открытых участках области n-типа формируют n-контакты.

[0026] Светоизлучающий диод 50 (LED) соединяют с опорой n- и р-межсоединениями, которые могут быть из любого подходящего материала, такого как припой, Au, Au/Sn или другие металлы, и могут включать в себя многочисленные слои материалов. В некоторых вариантах осуществления межсоединения включают в себя, по меньшей мере, один слой золота, и связь между LED и основой 54 формируют ультразвуковой сваркой.

[0027] После связывания кристалла LED с опорой вся подложка или ее часть, на которой были выращены полупроводниковые слои, может быть удалена. Полупроводниковая структура, остающаяся после удаления подложки-основы, может быть сделана более тонкой, например, фотоэлектрохимическим травлением. Поверхность полупроводника может быть сделана шероховатой или на нее может быть нанесен рисунок, например, со структурой фотонного кристалла. Затем LED 50 может быть присоединен к основе 54, которая может быть подложкой или отдельной структурой, на которой монтируют опору. Необязательное устройство 52, которое может представлять собой, например, схему защиты от электростатических разрядов (ESD) или другую схему, часто создаваемую в виде традиционной кремниевой интегральной схемы, может быть присоединено к основе 54 или встроено в основу 54.

[0028] В описанных ниже вариантах осуществления термоконтактный материал и один или более материалов-конвертеров длины волны, типично люминофоров, объединяют с III-нитридным LED. Могут быть использованы многие или немногие материалы-конвертеры длины волны и могут быть применены нелюминофорные материалы-конвертеры длины волны, такие как красители или квантовые точки. Материалы-конвертеры длины волны могут преобразовывать весь свет из LED с образованием монохроматического окрашенного света или белого света, или материалы-конвертеры длины волны могут быть сконфигурированы так, что некоторый свет, излучаемый LED, выходит из структуры непреобразованным. В некоторых вариантах осуществления непреобразованный свет и свет с конвертированной длиной волны объединяются с образованием белого света. Например, LED с синим излучением может быть объединен с излучающим желтый свет люминофором, или LED с синим излучением может быть объединен с люминофором, излучающим красный свет, и люминофором, излучающим желтый или зеленый свет. Для достижения желательного цветового тона могут быть добавлены другие люминофоры, излучающие свет других цветов.

[0029] Люминофоры хорошо известны, и может быть применен любой пригодный люминофор. Примеры подходящих люминофоров с красным спектром излучения включают eCAS, BSSNE, SSONE, а также (Ca1-xSrx)S:Eu2+, в котором 0<x≤1, включающий, например, CaS:Eu2+ и SrS:Eu2+; и (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz 2+, в котором 0≤a<5, 0<x≤1, 0≤y≤1, и 0<z≤1, включающий в себя, например, Sr2Si5N8:Eu2+. eCAS, который представляет собой Ca1-xAlSiN3:Eux, может быть синтезирован из 5,436 г Ca3N2 (с чистотой >98%), 4,099 г AlN (99%), 4,732 г Si3N4 (с чистотой >98%) и 0,176 г Eu2O3 (с чистотой 99,99%). Порошки смешивают в планетарной шаровой мельнице и подвергают обжигу в течение 4 часов при температуре 1500°C в атмосфере H2/N2 (5/95%). BSSNE, который представляет собой Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz (M=Sr, Ca; 0≤x≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z≤0,05), может быть синтезирован карботермическим восстановлением, которое включает в себя смешение 60 г BaCO3, 11,221 г SrCO3 и 1,672 г Eu2O3 (все с чистотой 99,99%) в планетарной шаровой мельнице с использованием 2-пропанола в качестве диспергирующего агента. После высушивания смесь прокаливают в атмосфере форминг-газа (смеси водорода и азота) при температуре 1000°С в течение 4 ч, и 10 г полученного таким образом Ba0,8Sr0,2О:Eu (2%) смешивают с 5,846 г Si3N4 (с чистотой >98%), 0,056 г AlN (с чистотой 99%) и 1,060 г графита (микрокристаллического сорта). Порошки тщательно перемешивают в течение 20 мин в планетарной шаровой мельнице и подвергают обжигу в течение 4 ч при температуре 1450°С в атмосфере форминг-газа для получения порошка Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz (M=Sr, Ca; 0≤x≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z ≤0,05). SSONE может быть приготовлен смешением 80,36 г SrCO3 (с чистотой 99,99%), 20,0 г SiN4/3 (с чистотой >98%) и 2,28 г Eu2O3 (с чистотой 99,99%) и обжигом при температуре 1200°С в течение 4 ч в атмосфере N2/H2 (93/7).

[0030] Примеры пригодных люминофоров с желто-зеленым излучением включают в себя люминофоры на основе алюминиевого граната с общей формулой (Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5О12:CeaPrb, в котором 0<x<1, 0<y<1, 0<z≤0,1, 0<a≤0,2, и 0<b≤0,1, так что Lu3Al5O12:Ce3+ и Y3Al5O12:Ce3+; SrSi2N2O2:Eu2+; (Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+, в том числе, например, SrGa2S4:Eu2+; и Sr1-xBaxSiO4:Eu2+. Пригодный керамический материал Y3Al5O12:Ce3+ может быть получен следующим образом: 40 г Y2O3 (99,998%), 32 г Al2O3 (99,999%), и 3,44 г CeO2 размалывают с 1,5 кг шариков из высокочистого оксида алюминия (с диаметром 2 мм) в изопропаноле на роликовом стенде в течение 12 ч. Затем высушенный порошкообразный прекурсор кальцинируют при температуре 1300°С в течение двух часов в атмосфере СО. Затем полученный YAG-порошок измельчают с помощью планетарной шаровой мельницы (с агатовыми шариками) под этанолом. Затем суспензию керамического материала используют для шликерного литья с получением керамической заготовки после высушивания. Затем заготовки подвергают обжигу между графитовыми пластинами при температуре 1700°С в течение двух часов.

[0031] В варианте осуществления, иллюстрированном в фиг. 2, термоконтактный материал 56 смешивают с порошкообразными люминофорами 58а и 58b и размещают в прозрачном исходном материале 60. Смесь может быть распределена над LED 50 в форме жидкости или суспензии и затем отверждена. Например, смесь может быть отлита поверх LED 50, как описано в патентном документе US 7344902, озаглавленном «Линзы, полученные экструдерным покрытием бесшовной оболочкой поверх кристалла LED» и включенном здесь ссылкой. Или же пленка, содержащая люминофоры и термоконтактный материал, может быть сформирована отдельно от LED, затем позиционирована поверх LED 50. Другие примеры формирования смеси люминофора и прозрачного исходного материала на LED включают наслоение или наклеивание такой смеси, сформированной отдельно в виде пленки, трафаретную печать такой смесью, или ножевое осаждение такой смеси. В альтернативном варианте осуществления в смеси может присутствовать только один тип порошкообразного люминофора 58а.

[0032] В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг. 3, два люминофора являются раздельными и размещены поверх LED в виде отдельных слоев. Каждый люминофор смешивают с термоконтактным материалом 56 и прозрачным связующим материалом 60. В некоторых вариантах осуществления термоконтактный материал 56 может быть включен только в один из многочисленных люминофорных слоев или в отдельный слой исходного материала без люминофора. Отдельные слои могут быть сформированы различными способами, которые включают, но не ограничиваются таковыми: наслоение, приклеивание, трафаретную печать, осаждение на острой кромке.

[0033] В устройствах согласно фиг. 2 и 3 совокупный объем люминофоров и термоконтактного материала может составлять, по меньшей мере, 30% от общего объема люминофора, термоконтактного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления и, по меньшей мере, 60% от общего объема люминофора, термоконтактного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления. Соотношение по весу «люминофор с желтым или зеленым излучением: люминофор с красным излучением: прозрачный материал: термоконтактный материал» может составлять 3,67:1,33:7:3 в одном примере, 3,67:1,33:8:2 в одном примере, и 3,67:1,33:5:5 в одном примере.

[0034] Устройство, иллюстрированное на фиг. 4, включает термоконтактный материал и люминесцентный керамический материал или керамический люминофор 66. Керамические люминофоры более подробно описаны в патентном документе US 7361938, который включен здесь ссылкой. Керамический люминофор 66 может быть предварительно сформован в пластину независимо от обработки LED 50, затем приклеен к LED 50 адгезивным слоем 62, включающим прозрачный адгезив 63. Термоконтактный материал 56 может быть смешан с прозрачным адгезивом 63 в адгезивном слое 62.

[0035] Необязательный второй люминофорный слой 64 размещают между керамическим люминофором 66 и кристаллом 50. Необязательный второй люминофорный слой 64 может представлять собой, например, порошкообразный люминофор 56, смешанный с прозрачной основой 60, как описано выше, затем нанесенный и отвержденный на нижней поверхности керамического люминофора 66. Термоконтактный материал 56 может быть смешан с люминофором 58 в исходном материале 60, хотя это не требуется. В устройстве, иллюстрированном на фиг. 4, термоконтактный материал 56 может быть размещен только в одном или в обоих адгезивных слоях 62 и втором люминофорном слое 64. В некоторых вариантах осуществления, если исходный материал 60 в люминофорном слое 64 пригоден для присоединения керамического люминофора 66 к кристаллу 50, от отдельного адгезивного слоя 62 можно отказаться.

[0036] В устройстве согласно фиг. 5 поверх LED 50 сформирован оптический элемент, такой как линза. Линза 68 может быть сформирована, например, из силикона или любого другого пригодного прозрачного материала 60. Объем термоконтактного материала может составлять, по меньшей мере, 30% от общего объема термоконтактного материала и прозрачного исходного материала в некоторых вариантах осуществления, и, по меньшей мере, 60% от общего объема термоконтактного материала и прозрачного исходного материала в некоторых вариантах осуществления. Поверх линзы 68 может быть сформирован люминесцентный слой 70. Люминесцентный слой 70 может включать один или более люминофоров 58а и 58b, размещенных в прозрачном исходном материале 60. Один или оба компонента из линзы 68 и люминесцентного слоя 70 могут включать термоконтактный материал 56.

[0037] Фиг. 6 иллюстрирует температурный градиент между светоизлучающим слоем и люминофорным слоем как функцию прямого тока для устройств с термоконтактными материалами и без них. В устройствах, иллюстрированных на фиг. 6, смесь LuAG и легированных европием люминофоров (Ca0,2Sr0,8)AlSiN3 внедрили в силиконовый исходный материал и разместили поверх тонкопленочного устройства с перевернутым кристаллом. Залитые кружки иллюстрируют устройство с термоконтактным материалом, помещенным в исходный материал, согласно вариантам осуществления изобретения. Светлые кружки иллюстрируют устройство без термоконтактного материала. Как иллюстрировано на фиг. 6, при всех значениях прямого тока температурный градиент является меньшим для устройства, включающего термоконтактный материал, показывая, что термоконтактный материал рассеивает теплоту от люминофора, в то же время не вызывая снижения светового выхода устройства при всех значениях прямого тока.

[0038] В некоторых вариантах осуществления частицы прозрачного материала смешиваются с порошкообразным люминофором в прозрачном исходном материале. Частицы прозрачного материала имеют коэффициент преломления, соответствующий или близкий коэффициенту преломления исходного материала, и размещены для предотвращения осаждения люминофора в исходном материале. Совокупный объем частиц прозрачного материала может составлять, по меньшей мере, 0,1% от общего объема люминофора, частиц прозрачного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления; по меньшей мере, 1% от общего объема люминофора, частиц прозрачного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления; и, по меньшей мере, 20% от общего объема люминофора, частиц прозрачного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления. Частицы прозрачного материала могут представлять собой, например, порошок с медианным размером частиц между 0,1 мкм и 5 мкм в некоторых вариантах осуществления, между 1 мкм и 10 мкм в некоторых вариантах осуществления и между 10 мкм и 50 мкм в некоторых вариантах осуществления. Частицы прозрачного материала обычно являются сферическими и близкими к сферическим по форме.

[0039] На основе подробного описания изобретения специалистам в данной области техники должно быть понятно, что на основе настоящего раскрытия могут выполняться модификации изобретения без отклонения от описанной здесь сущности изобретения. Поэтому не предполагается, что объем изобретения ограничивается конкретными иллюстрированными и описанными вариантами осуществления. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, указанные в скобках, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Слово «содержащий» не исключает присутствия элементов или стадий, иных, нежели перечисленные в формуле изобретения. Единственное число элемента не исключает присутствия многочисленных таких элементов. В пункте формулы на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом оборудования. Просто тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных пунктах формулы, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована наилучшим образом.

1. Полупроводниковое светоизлучающее устройство, содержащее:
полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой;
люминесцентный материал, размещенный на пути света, излучаемого светоизлучающим слоем; и
термоконтактный материал, размещенный в прозрачном материале;
причем:
термоконтактный материал не производит конверсии длины волны света, излучаемого светоизлучающим слоем;
термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала;
термоконтактный материал размещен для рассеяния теплоты от люминесцентного материала;
термоконтактный материал имеет медианный размер частиц больше чем 10 мкм; и
коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления прозрачного материала менее чем на 10%.

2. Устройство по п. 1, в котором:
люминесцентный материал представляет собой первый люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света с первой пиковой длиной волны;
устройство дополнительно содержит второй люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света со второй пиковой длиной волны; и
первый и второй люминесцентные материалы смешаны и размещены в прозрачном материале.

3. Устройство по п. 1, в котором:
люминесцентный материал представляет собой первый люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света с первой пиковой длиной волны;
устройство дополнительно содержит второй люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света со второй пиковой длиной волны; и
первый и второй люминесцентные материалы размещены в прозрачном материале и позиционированы поверх полупроводниковой структуры в отдельных слоях.

4. Устройство по п. 1, в котором люминесцентный материал представляет собой керамический люминофор.

5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее порошкообразный люминофор, размещенный в прозрачном материале.

6. Устройство по п. 1, в котором прозрачный материал сформирован в линзу, и прозрачный материал размещен между полупроводниковой структурой и люминесцентным материалом.

7. Устройство по п. 1, в котором светоизлучающий слой представляет собой ΙΙΙ-нитридный материал.

8. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал имеет теплопроводность, по меньшей мере, 5 Вт/м˚С.

9. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал содержит одно из смешанных оксидов алюминия/кремния, диоксида кремния, некристаллического диоксида кремния, SiC, AlN, алмаза, частиц неактивированного люминофора, YAG без Се-легирования и их смесей.

10. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал содержит порошок с медианным размером частиц между 10 мкм и 50 мкм.

11. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал содержит порошок, в котором, по меньшей мере, часть частиц термоконтактного материала находится в непосредственном контакте с ближайшими соседними частицами и формирует путь теплопроводности к полупроводниковой структуре.

12. Устройство по п. 1, в котором плотность термоконтактного материала достаточна для того, чтобы гарантировать, что подавляющее большинство частиц термоконтактного материала контактируют друг с другом.

13. Устройство по п. 1, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с прозрачным материалом, по меньшей мере, 1:4.

14. Устройство по п. 1, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с люминесцентным материалом, по меньшей мере, 1:2,5.

15. Способ изготовления полупроводникового светоизлучающего устройства, содержащий этапы, на которых:
создают полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой;
позиционируют люминесцентный материал на пути света, излучаемого светоизлучающим слоем; и
позиционируют термоконтактный материал, размещенный в прозрачном материале, для рассеяния теплоты от люминесцентного материала;
в котором:
термоконтактный материал не производит конверсии длины волны света, излучаемого светоизлучающим слоем;
термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала;
термоконтактный материал имеет медианный размер частиц больше чем 10 мкм; и
коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления прозрачного материала менее чем на 10%.

16. Способ по п. 15, в котором люминесцентный материал представляет собой керамический люминофор.

17. Способ по п. 15, в котором термоконтактный материал содержит одно из смешанных оксидов алюминия/кремния, диоксида кремния, некристаллического диоксида кремния, SiC, AlN, алмаза, частиц неактивированного люминофора, YAG без Се-легирования и их смесей.

18. Способ по п. 15, в котором плотность термоконтактного материала достаточна для того, чтобы гарантировать, что подавляющее большинство частиц термоконтактного материала контактируют друг с другом.

19. Способ по п. 15, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с прозрачным материалом, по меньшей мере, 1:4.

20. Способ по п. 15, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с люминесцентным материалом, по меньшей мере, 1:2.5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптики и касается способа визуализации двухмикронного лазерного излучения. Визуализация осуществляется путем облучения двухмикронным лазерным излучением образца, имеющего спектральную полосу поглощения, близкую к спектральной полосе лазерного излучения.

Изобретение относится к светоизлучающим диодам, содержащим эпитаксиальные структуры на основе нитридных соединений металлов III группы. Светоизлучающий диод содержит эпитаксиальную структуру на основе твердых растворов нитридов металлов третьей группы, включающую расположенные последовательно в направлении эпитаксиального роста слой n-типа проводимости, активный слой с p-n-переходом, слой p-типа проводимости, а также металлические контактные площадки к слою n-типа проводимости, размещенные в углублениях, сформированных в эпитаксиальной структуре на уровне слоя n-типа проводимости, при этом светоизлучающий диод содержит металлический p-контактный слой, предназначенный для использования его в качестве положительного электрода, нанесенный поверх слоя p-типа проводимости, изоляционный слой, покрывающий металлический p-контактный слой и внутреннюю боковую поверхность углублений, сформированных в эпитаксиальной структуре, и металлический p-контактный слой, предназначенный для использования его в качестве отрицательного электрода, покрывающий изоляционный слой и контактирующий с каждой металлической контактной площадкой к слою p-типа проводимости, согласно изобретению металлические контактные площадки к слою n-типа проводимости в горизонтальной плоскости сечения светоизлучающего диода имеют вид двух узких протяженных полос, каждая из которых расположена на периферии одной из половин указанного сечения и проходит вдоль большей части ее границы с отступом от нее, первый и второй концевые участки одной полосы расположены с зазором соответственно относительно первого и второго концевого участка второй полосы, при этом указанные полосы образуют фигуру, конфигурация которой соответствует конфигурации периметра светоизлучающего диода, имеющую разрыв в серединной ее части.

Светодиод белого свечения согласно изобретению содержит слой полупроводника n-типа, сформированный из полупроводникового твердого раствора GaP1-x-yAsxNy (0.3>x>0, 0.030>у>0.004), гетероструктуру с собственным типом проводимости, сформированную из слоев полупроводниковых твердых растворов GaP1-x-yAsxNy (0.3>x>0, 0.030>y>0.004), сформированную поверх слоя полупроводника n-типа, слой полупроводника GaP1-x-yAsxNy (0.3>x>0, 0.030>y>0.004) p-типа, сформированный на гетероструктуре GaP1-x-yAsxNy (0.3>x>0, 0.030>y>0.004) с собственным типом проводимости, завершающий тонкий метаморфный слой полупроводника InGaAs p-типа, где значения мольных долей азота, y, и мышьяка, x, плавно либо резко изменяются, одновременно либо по отдельности, в диапазонах 0.3>x>0 и 0.030>y>0.004, формируя тем самым варизонный полупроводниковый материал.
Изобретение относится к способам получения эмиссионных слоев, в частности для органических светоизлучающих диодов. Способ нанесения эмиссионного слоя органического светоизлучающего диода на подложку из стекла или полимера, покрытую слоем анода, включает получение раствора, содержащего люминофорсодержащее соединение и проводящий материал, и нанесение тонкой пленки из полученного раствора на упомянутую подложку.

Изобретение относится к осветительным устройствам, включающим в себя белые светоизлучающие диоды (СИД) на основе люминофоров. Технический результат - создание осветительного устройства, характеризующегося белым внешним видом в выключенном состоянии.

Изобретение относится к микроэлектронике, оптической и оптоэлектронной технике, устройствам полупроводниковых светодиодов. В устройстве полупроводникового светодиода, излучающего через рассеивающую поверхность прозрачной пластины и содержащего в ней светогенерирующую область, в соответствии с изобретением, на поверхности пластины в качестве рассеивателя закреплен слой прозрачных частиц с большим, чем у окружающей среды, показателем преломления и меньшим длины волны зазором между частицей и поверхностью.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение эффективности освещения.

Изобретения относятся к светотехнике и могут быть использованы при изготовлении светодиодных устройств для общего освещения. Композиция для получения оптически прозрачного материала содержит компоненты в следующих пропорциях: 100 вес.

Настоящее изобретение относится к способу получения галогендиалкоксидов индия (III) общей формулы InX(OR)2 с Х=F, Cl, Br, I и R = алкильный остаток, алкилоксиалкильный остаток.

Изобретение может быть использовано в производстве белых светодиодов. Проблема, подлежащая решению в настоящем изобретении, состоит в том, чтобы экономически эффективно преодолеть ряд недостатков, таких как стробоскопический эффект светодиодов переменного тока и проблемы с диссипацией тепла, возникающие при интегрировании множества светодиодов.

Предложено светоизлучающее устройство, способное снизить затухание света в элементе и имеющее высокую световую отдачу, и способ изготовления светоизлучающего устройства. Светоизлучающее устройство содержит светоизлучающий элемент, имеющий светопроводящий элемент и многослойную полупроводниковую часть, электроды, расположенные на многослойной полупроводниковой части в этом порядке. Светоизлучающий элемент содержит первую область и вторую область со стороны светопроводящего элемента. Светопроводящий элемент содержит третью область и четвертую область со стороны светоизлучающего элемента. Первая область имеет неравномерное расположение атомов по сравнению со второй областью. Третья область имеет неравномерное расположение атомов по сравнению с четвертой областью. Первая область непосредственно соединена с третьей областью. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

В изобретении раскрыты светоизлучающее устройство и способ его изготовления. Светоизлучающее устройство содержит первый слой, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности, при этом упомянутая верхняя поверхность содержит первый материал с первым типом проводимости и имеет множество углублений в по существу плоской поверхности, причем упомянутые верхняя и нижняя поверхности характеризуются расстоянием между ними, являющимся меньшим в упомянутых углублениях, чем в областях вне упомянутых углублений; активный слой, лежащий над упомянутой верхней поверхностью упомянутого первого слоя, при этом упомянутый активный слой способен генерировать свет, характеризуемый длиной волны, когда в нем рекомбинируют дырки и электроны; второй слой, содержащий второй материал с вторым типом проводимости, причем упомянутый второй слой содержит слой покрытия, имеющий верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, при этом упомянутая нижняя поверхность лежит над упомянутым активным слоем и соответствует по форме упомянутому активному слою, а в упомянутой верхней поверхности имеются выемки, которые заходят в упомянутые углубления; и подложку, на которой сформирован упомянутый первый слой, при этом упомянутая подложка имеет период кристаллической решетки, достаточно отличающийся от периода кристаллической решетки упомянутого первого материала, чтобы вызвать образование дислокаций в упомянутом первом слое, причем упомянутые углубления характеризуются нижней точкой, которая наиболее близка к упомянутой подложке, при этом упомянутые углубления расположены так, что упомянутая нижняя точка каждого из упомянутых углублений лежит на разной из упомянутых дислокаций. Изобретение обеспечивает повышение эффективности излучения. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Светодиод содержит подложку, светоизлучающую структуру, первый электрод, второй электрод. На подложке выполнен электропроводящий, прозрачный для излучаемого света U-образный подвес для светоизлучающей структуры. Подвес лежит на подложке одной ветвью и жестко связан с ней. Между ветвями в направлении от подложки выполнена жестко связанная с ветвями последовательность элементов. Элементы - изолирующий слой, первый электрод, слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, светоизлучающая структура. Изготавливают светодиод следующим образом. На подложке формируют многослойный пленочный элемент. При этом используют материалы, геометрию его слоев и встроенные механические напряжения, обеспечивающие получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса. На стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры. В отношении последнего формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями. Получают участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле. На участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, формируют изолирующий слой, на котором изготавливают первый электрод. На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода. Затем пленочный элемент частично отделяют от подложки, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви. Производят трансформацию под действием встроенных механических напряжений слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры между ветвями. При отделении осуществляют переворот ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, и размещение последнего в контакте с первым электродом с образованием жесткой связи. Изобретение обеспечивает повышение эффективности преобразования электрической энергии в световую и теплоотвода, возможность снижения размеров светодиодов и интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему материал (2) для преобразования первичного света (4) во вторичный свет (5), при этом материал (2) для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал (15), который деградирует до непреобразующего фотолюминесцентного материала со временем, когда материал (2) для преобразования освещается первичным светом (4). Материал (2) для преобразования приспособлен так, что, когда материал (2) для преобразования освещается первичным светом (4), относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала (15) в материале (2) для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света (5). Это позволяет осветительному устройству обеспечивать лишь немного сниженную поглощательную способность для первичного света, даже если большая часть фотолюминесцентного материала обесцветилась, и, следовательно, более длительный срок эксплуатации, при одной и той же или немного сниженной интенсивности вторичного света. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано при изготовлении источников света, используемых в составе светотехнического оборудования для общего и местного наружного и внутреннего освещения. Техническим результатом является уменьшение осевых габаритов лампы и улучшение условий теплообмена между платой светодиодов и окружающей средой. Светодиодная лампа содержит выпуклый рассеиватель, плату со светодиодами, установленную с торцевой стороны полого радиатора, и средство соединения с цепью электропитания, размещенное в полости радиатора. Технический результат достигается за счет того, что в полости радиатора размещен тонкостенный цилиндр, выполненный из теплопроводного электроизоляционного материала. Между платой и упомянутым цилиндром с возможностью теплообмена установлена металлическая диафрагма, при этом на нижнем основании тонкостенного цилиндра выполнено средство соединения с цепью электропитания. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для разработок и производства высокоэффективных источников с управляемым спектром излучения. Источник излучения выполнен в виде двух тонких (менее 0,5 мм) пластин из термостойкого стекла, склеенных вакуумплотно по периметру, на которые нанесены пленочные электроды, на одной - прозрачный, на другой - отражающий. Между пластинами плотно к ним присоединена микроканальная пластина (МКП) с нанесенными не сплошным слоем на полупроводящую поверхность ее каналов нанопорошками люминофоров и эмиттера электронов. В МКП происходит эмиссия электронов, усиление их потока и катодолюминесценция (излучение). К пластине с прозрачным электродом с внешней от корпуса стороны присоединена съемная прозрачная пластина с нанесенным внутри нее или на ее поверхности нанопорошком материала со свойством спектрального преобразования излучения. Микроканалы МКП, имеющие длину L и диаметр w, наклонены под углом φ к линиям поля от приложенного между пленочных электродов постоянного или переменного напряжения V так, что действующее на участках канала напряжение, оцениваемое формулой V(w/L)tgφ, устанавливается в зависимости от свойств выбираемых люминофоров и эмиттера электронов. Изобретение обеспечивает расширение спектрального диапазона, управление спектральными характеристиками, повышение эффективности электронно-фотонных и электро-оптических преобразований. 4 ил.

Использование: для получения управляемой последовательности мощных лазерных импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что лазер-тиристор содержит катодную область (1), включающую подложку n-типа проводимости (2), широкозонный слой n-типа проводимости (3), анодную область (4), включающую контактный слой p-типа проводимости (5), широкозонный слой p-типа проводимости (6), одновременно являющийся слоем оптического ограничения лазерной гетероструктуры и эмиттером, инжектирующим дырки в активную область (13), первую базовую область (7), слой p-типа проводимости (8), вторую базовую область (9), слой n-типа проводимости (10), волноводную область (12), оптический Фабри-Перо резонатор, образованный естественно сколотой гранью (14) с нанесенным просветляющим покрытием и естественно сколотой гранью (15), первый омический контакт (16), второй омический контакт (18), мезаканавку (19), третий омический контакт (20), при этом параметры материалов слоев первой и второй базовых областей удовлетворяют определенным выражениям. Технический результат: обеспечение возможности увеличения пиковой выходной оптической мощности и снижение амплитуды сигнала управления. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полупроводниковая структура для фотопреобразующего и светоизлучающего устройств состоит из полупроводниковой подложки (1) с лицевой поверхностью, разориентированной от плоскости (100) на (0,5-10) градусов и, по меньшей мере, одного р-n перехода (2), включающего, по меньшей мере, один активный полупроводниковый слой (3), заключенный между двумя барьерными слоями (4) с шириной запрещенной зоны Eg0. Активный полупроводниковый слой (3) состоит из граничащих с барьерными слоями (4) и чередующихся в плоскости активного полупроводникового слоя (3) пространственных областей (5), (6) первого и второго типов. Пространственные области (5) первого типа имеют ширину запрещенной зоны Eg1<Eg0, a пространственные области (6) второго типа имеют ширину запрещенной зоны Eg2<Eg1. Полупроводниковая структура согласно изобретению обеспечивает увеличение эффективности фотопреобразующего и светоизлучающих приборов, при этом в фотопреобразующих устройствах увеличение эффективности происходит за счет увеличения фототока при распространении спектральной чувствительности в длинноволновую область, и обеспечения высокого уровня фотогенерации и разделения носителей заряда, а в светоизлучающих устройствах увеличение эффективности происходит за счет увеличения вероятности генерации фотонов и уменьшения вероятности безизлучательной рекомбинации посредством обеспечения высокой плотности областей, локализующих носители заряда в трех направлениях.10 з.п. ф-лы, 11 ил., 5 пр.

Полупроводниковое светоизлучающее устройство согласно изобретению содержит многослойную подложку, которая содержит основу; и затравочный слой, связанный с основой; и полупроводниковую структуру, выращенную поверх затравочного слоя, причем полупроводниковая структура содержит светоизлучающий слой, расположенный между областью n-типа и областью p-типа; при этом вариация показателя преломления в направлении, перпендикулярном направлению роста полупроводниковой структуры, находится между основой и светоизлучающим слоем. Также предложен способ изготовления светоизлучающего устройства. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик светоизлучающего устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к светодиодной технике и может быть использовано в устройствах автоблокировки на перегоне и на железнодорожных станциях. Устройство содержит печатную плату 1, линзу 2 с квадратным или круглым основанием 3, снабженную светоприемной полусферической поверхностью 4 и светоизлучающей асферической поверхностью 5, направляющие штыри 6, излучатель света 7 с присоединительными выводами, слой антибликового силикона 8, слой силикон-люминофорной композиции 9, слой корректирующего силиконового обрамления 10. Технический результат - увеличение осевой силы света с одновременно уменьшенной величиной силы света ложного сигнала. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-05-10 2015-05-10T13:09:26
Наверх