ОСАЖДЕНИЕ ФОСФОРА ДЛЯ СВЕТОДИОДА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение, в целом, относится к области светоизлучающих диодов и, более конкретно, к системе осаждения люминофора для формирования герметизации для светоизлучающих диодов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Светоизлучающий диод (светодиод) является полупроводниковым материалом, импрегнированным или легированным примесями. Эти примеси добавляют «электроны» и «дыры» в полупроводник, которые могут перемещаться относительно свободно. В зависимости от типа примеси легированная область полупроводника может иметь преимущественно электроны или дыры и именуется областью полупроводника n-типа или p-типа соответственно. В конструкции светодиода полупроводник включает в себя область полупроводника n-типа и область полупроводника p-типа. В переходе между этими двумя областями создается обратное электрическое поле, которое вызывает перемещение электронов и дыр в сторону от перехода, чтобы формировать активное пространство. Когда приложено прямое напряжение, достаточное для преодоления обратного электрического поля, к p-n переходу, электроны и дыры ускоряются к активному пространству и образуют комбинацию. Когда электроны образуют комбинацию с дырами, они падают на более низкие энергетические уровни и высвобождают энергию в виде света.

Во время эксплуатации прямое напряжение прикладывают к p-n переходу через пару электродов. Электроды формируют на полупроводниковом материале с p-электродом, образованном на области полупроводника p-типа, и n-электродом, образованном на области полупроводника n-типа. Каждый электрод включает в себя контактную площадку проводного соединения, которая позволяет прикладывать внешнее электрическое напряжение к светодиоду.

Как правило, светодиодное устройство содержит светодиодный чип (или кристалл), который монтируют на подложку и герметизируют герметизирующим материалом, таким как люминофор. Герметизация действует для предохранения светодиодного чипа и экстрагирования света. Обычно светодиодный чип устанавливают в углубление, которое затем наполняют герметизирующим материалом. Для светодиодных чипов, монтируемых на плоские подложки (например, кристалл на плате), где не существует углубления, и процедура должна отличаться. Для обеспечения герметизации, имеющей особую геометрическую форму, отдельно проектируют и изготавливают герметизационную пресс-форму, имеющую желаемую геометрическую форму. Пресс-форму затем монтируют на подложку так, что она устанавливается вокруг светодиодного чипа. Затем пресс-форму наполняют смесью люминофора или другим герметизирующим материалом.

К сожалению, применение отдельно проектируемой и изготавливаемой пресс-формы является дорогостоящим, затратным по времени и требует дополнительных производственных операций. Например, пресс-форму нужно проектировать и изготавливать в качестве отдельной детали, которая является затратной по времени и дорогостоящей. Затем пресс-форму необходимо монтировать на подложке до того, как она может быть наполнена герметизирующим материалом, что требует дополнительных производственных операций.

Соответственно, существует потребность в технике для усовершенствований в технологии герметизации так, чтобы герметизацию, имеющую многообразие форм, можно было формировать быстро и гибко для снижения затрат и облегчения производства светодиодных устройств.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В различных вариантах осуществления обеспечивают систему люминофорного осаждения, которая позволяет формировать герметизацию светодиода, имеющую многообразие геометрических форм, быстрым, гибким и затратно эффективным способом с простыми производственными операциями.

В одном варианте осуществления обеспечивают способ формирования герметизации. Способ содержит этапы, на которых определяют геометрическую форму для герметизации, выбирают ограждающий материал, наносят ограждающий материал на подложку для формирования границы, определяющей пространство, имеющее указанную геометрическую форму, и наполняют пространство герметизирующим материалом для формирования герметизации.

В другом варианте осуществления обеспечивают светодиодное устройство, которое содержит по меньшей мере один светодиодный чип, и герметизацию, располагаемую по меньшей мере на одном светодиодном чипе. Герметизацию формируют способом, в котором определяют геометрическую форму для герметизации, выбирают ограждающий материал, наносят ограждающий материал на подложку для формирования границы, определяющей пространство, имеющее указанную геометрическую форму, и наполняют пространство герметизационным материалом для формирования герметизации.

В другом варианте осуществления обеспечивают светодиодную лампу, которая содержит корпус и светодиодное устройство, соединяемое с корпусом. Светодиодное устройство содержит по меньшей мере один светодиодный чип и герметизацию, располагаемую по меньшей мере на одном светодиодном чипе. Герметизацию формируют способом, в котором определяют геометрическую форму для герметизации, выбирают ограждающий материал, наносят ограждающий материал на подложку для формирования границы, определяющей пространство, имеющее указанную геометрическую форму, и наполняют пространство герметизирующим материалом для формирования герметизации.

Следует понимать, что иные варианты осуществления настоящего изобретения станут более очевидными специалисту в области техники из последующего подробного описания. Как будет понятно, настоящее изобретение включает в себя иные и отличные варианты осуществления, и некоторые его детали являются способными к модификации во многих других отношениях, причем без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует рассматривать как иллюстративные по сути, а не как ограничительные.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеупомянутые варианты осуществления, описываемые в данном документе, станут более очевидными, когда ссылочные позиции в последующем описании будут рассмотрены совместно с сопроводительными чертежами, на которых:

На Фиг.1 показан пример светодиодного узла, который демонстрирует варианты осуществления системы осаждения люминофора;

На Фиг.2 показан пример светодиодного узла, который демонстрирует варианты осуществления системы осаждения люминофора;

На Фиг.3 показан пример способа обеспечения герметизаций в соответствии с системой осаждения люминофора; и

На Фиг.4 показан пример устройств, содержащих светодиодные узлы, конструируемые в соответствии с системой осаждения люминофора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение будет описано ниже более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых представлены различные варианты осуществления настоящего изобретения. Данное изобретение, однако, можно осуществлять во многих других формах и не следует истолковывать как ограничивающееся различными вариантами осуществления настоящего изобретения, представленными в описании. Предпочтительно, эти варианты осуществления обеспечены для исчерпывающего и завершенного описания данного изобретения, так что объем настоящего изобретения будет вполне понятен специалисту в области техники. Различные варианты осуществления настоящего изобретения, демонстрируемые на чертежах, могут быть изображены не в масштабе. Соответственно, размеры различных признаков могут быть увеличены или сокращены для ясности. Кроме того, для ясности некоторые чертежи могут быть упрощены. Так, на чертежах могут быть изображены не все составляющие данного устройства (например, приспособления, устройства) или способа.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее со ссылками на чертежи, которые являются схематичными видами идеализированных конфигураций настоящего изобретения. Как таковые, вариации изображаемых форм можно ожидать в результате, например, производственных технологий и/или допусков. Таким образом, различные варианты осуществления настоящего изобретения, представленные в рамках данного описания, не следует истолковывать как ограничивающиеся конкретными формами элементов (например, пространствами, слоями, секциями, подложками и т.д.), изображаемых и описываемых в данном документе, но должны включать отклонения в формах, которые получаются, например, в результате процесса производства. В качестве примера элемент, изображаемый и описываемый как прямоугольник, может иметь закругленные или изогнутые элементы, и/или градиентную концентрацию на его краях, нежели дискретное изменение от одного элемента к другому. Таким образом, элементы, демонстрируемые на чертежах, являются схематичными, по сути, и их формы не предназначены для изображения точной формы элемента и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

Следует понимать, что когда элемент, такой как пространство, слой, секция, подложка или подобный, описан как находящийся «на» другом элементе, он может находиться непосредственно на другом элементе или могут присутствовать также промежуточные элементы. В противоположность, когда элемент описан как находящийся «непосредственно на» другом элементе, промежуточных элементов нет в наличии. Далее также следует понимать, что когда элемент описан как формируемый на другом элементе, его могут выращивать, осаждать, травить, прикреплять, соединять, связывать/соединять или получать иным способом или изготавливать на другом элементе или на промежуточном элементе.

Кроме того, относительные термины, такие как «нижний» или «низ» и «верхний» или «верх», могут быть использованы в данном документе для описания отношения одного элемента к другому элементу, которые демонстрируются на чертежах. Очевидно, что относительные термины предназначены для охватывания различающихся ориентации устройства в дополнение к ориентации, изображаемой на чертежах. В качестве примера, если устройство на чертежах перевернуто, элементы, описываемые как находящиеся на «нижней» стороне других элементов, были бы тогда расположены на «верхних» сторонах других элементов. Термин «нижний» вследствие этого может охватывать обе ориентации и «нижнюю» и «верхнюю», в зависимости от конкретной ориентации устройства. Подобным образом, если устройство на чертежах было бы перевернуто, элементы, описываемые как «снизу» или «ниже» других элементов, были бы ориентированы сверху» других элементов. Термины «снизу» или «ниже», вследствие этого, могут охватывать обе ориентации и сверху» и «снизу».

До тех пор пока не дано иное определение, все термины (включая технические и научные термины), используемые в данном документе, имеют то же самое значение, которое обычно известно специалисту в области техники, к которой принадлежит это изобретение. Далее будет понятно, что такие термины, как те, которые истолкованы в обычно используемых словарях, следует интерпретировать, как имеющие значение, которое согласуется с их смыслом в контексте релевантной области техники и данного изобретения.

Как использовано в данном документе, формы единственного числа предназначены для того, чтобы включать в себя также формы множественного числа, пока контекст явно не указывает на иное. Далее следует понимать, что термины «содержит» и/или содержащий», когда использованы в данном описании, устанавливают наличие указываемых признаков, целостностей, этапов, режимов, элементов и/или компонентов, но не исключают наличие или дополнение, одного или более, других признаков, целостностей, этапов, режимов, элементов, компонентов и/или групп таковых. Термин «и/или» включает в себя какую-либо и все комбинации одной или более объединяемых позиций, входящих в перечень.

Следует понимать, что хотя термины «первый» и «второй» могут быть использованы в данном документе для описания различных областей, слоев и/или секций, эти области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличать одну область, слой или секцию от другой области, слоя или секции. Так, первая область, слой или секция, обсуждаемые ниже, могли быть обозначены второй областью, слоем или секцией, и подобным образом вторая область, слой или секция могут быть обозначены первой областью, слоем или секцией без отклонения от идеи настоящего изобретения.

Со ссылками на Фиг.1 ниже показан пример узла 100 светодиода, который иллюстрирует варианты осуществления системы осаждения люминофора. Узел 100 светодиода содержит множество светодиодных чипов 104, монтируемых на подложку 102, которая может быть керамической, алюминиевой или любым другим подходящим для подложки материалом. Следует заметить, что хотя на Фиг.1 показано четыре светодиодных чипа 104, система подходит для использования с одним или любым набором светодиодных чипов.

В соответствии с вариантами осуществления системы, описываемой в данном документе, ограждение 106, содержащее ограждающий материал, осаждают на подложку 102 так, что оно окружает светодиодные чипы 104, для того, чтобы создать герметизационное пространство 108. Ограждающий материал может быть прозрачным или матово белым, являющимся отражающим. Например, ограждающим материалом может быть эпоксидная смола или силикон. В одном варианте осуществления частицы наполнителя, подобного диоксиду титана, могут быть добавлены для создания матового материала. Как правило, ограждающий материал должен быть прозрачным или отражающим. В варианте осуществления ограждающий материал осаждают на подложку 102 при помощи механизма автоматического распыления, который является программируемым и способным осаждать ограждающий материал на подложку 102 по любому шаблону и/или любой геометрической формы. Например, ограждающий материал можно осаждать для формирования прямоугольных форм, круглых форм, изогнутых в дугу форм и/или каких-либо комбинаций форм, которые могут быть выбраны с тем, чтобы определить пространство, в котором следует формировать герметизацию. Ограждающий материал можно также осаждать с требуемым сечением.

В другом варианте осуществления осаждаемый ограждающий материал имеет другие оптические свойства. Например, в одном варианте осуществления ограждающий материал содержит отражающий ограждающий материал, который отражает свет. Таким образом, свет, излучаемый от светодиодных чипов 104, будет отражаться от ограждающего материала для формирования суженной диаграммы излучения. В другом варианте осуществления ограждающий материал содержит прозрачный ограждающий материал, который пропускает свет. Таким образом, свет, излучаемый от светодиодных чипов 104, будет проходить через ограждающий материал для формирования расширенной диаграммы излучения. Более подробное описание того, как система обеспечивает разнообразные диаграммы излучения, представлено в другом разделе данного документа. Итак, в различных вариантах осуществления могут быть выбраны ограждающие отличающиеся материалы с тем, чтобы получать герметизацию, имеющую разные диаграммы излучения.

Следовательно, в различных вариантах осуществления обеспечивается эффективная система осаждения люминофора для упрощения формирования герметизации, селективности диаграммы излучения света и иных преимуществ. Система подходит для использования с подложкой любого типа и имеет следующие признаки.

1. Свободная форма, легко осаждать и легко формировать ограждающий материал для обеспечения любого типа геометрии герметизации.

2. Ограждающий материал может быть прозрачным (например, прозрачный силикон), чтобы пропускать свет для получения расширенной диаграммы излучения.

3. Ограждающий материал может быть отражающим, чтобы отражать свет для получения суженной диаграммы излучения.

4. Ограждающий материал можно осаждать в диапазонах высот и сечений.

5. Ограждающий материал можно наносить на любой тип материала подложки.

6. Позволяет избегать дорогостоящих и затратных по времени конструирования, производства и сборки пресс-формы перед производством.

На Фиг.2 показан пример узла 200 светодиода, который демонстрирует вариант осуществления системы осаждения люминофора. Узел 200 светодиода содержит множество светодиодных чипов 202, монтируемых на подложку 204. В соответствии с различными вариантами осуществления ограждающий материал (позиции 206 и 208) осаждают на подложку 204, чтобы задать границы замкнутого пространства, в целом обозначенного позицией 210, в котором формируют герметизацию. Например, ограждающий материал, который обозначен позициями 206 и 208, формирует границу, которая определяет замкнутое пространство 210. С целью составления данного описания ограждающий материал показан в двух сечениях 206 и 208 с тем, чтобы продемонстрировать, как можно выбирать ограждающий материал с оптическими характеристиками для получения желаемой диаграммы излучения. Также следует заметить, что ограждающий материал можно осаждать с получением, в сущности, любого сечения и не ограничивается формой сечения, показанной на Фиг.2.

Ограждающий материал, обозначенный позициями 206 и 208, осаждают на подложку 204 с выбранной высотой, обозначенной позицией 224. После осаждения ограждающего материала формируют герметизацию 214 посредством наполнения герметизирующим материалом пространства 210, определяемого ограждающим материалом (206, 208). Таким образом, ограждающий материал можно осаждать на подложку так, чтобы определять пространство любого размера и/или формы, в котором может быть сформирована герметизация с соответствующим размером/формой.

С целью пояснения, как можно выбирать ограждающий материал для получения широких или узких диаграмм излучения, предположим, что в качестве ограждающего материала выбирают отражающий материал. По этому предположению ограждающий материал 206 демонстрирует оптические характеристики. Если ограждающий материал выбирают для отражения, свет, излучаемый от светодиодов 202, отражается от поверхности ограждающего материала, как демонстрируется позицией 216 для формирования узкой диаграммы излучения, демонстрируемой позицией 218.

Предположим на этот раз, что ограждающий материал выбирают так, что он является прозрачным. Ограждающий материал 208 демонстрирует оптические характеристики по данному предположению. Если ограждающий материал выбирают так, что он является прозрачным, свет, излучаемый от светодиодов 202, проходит через поверхность ограждающего материала, как демонстрируется позицией 220 для формирования широкой диаграммы излучения, демонстрируемой позицией 222. Итак, в различных вариантах осуществления ограждающий материал можно выбирать для получения желаемой диаграммы излучения.

Ссылочная позиция 224 демонстрирует высоту ограждающего материала. В различных вариантах осуществления ограждающий материал можно осаждать так, чтобы получать широкий диапазон высот и/или сечений. Например, можно легко получать ограждающий материал, имеющий высоту приблизительно один миллиметр. Как правило, высота и/или сечение ограждающего материала может зависеть от ширины его основания или от общего соотношения варианта осуществления.

Фиг.3 демонстрирует пример способа 300 обеспечения герметизаций в соответствии с системой осаждения люминофора. Для простоты понимания, способ 300 описан ниже со ссылками на Фиг.1-2.

На этапе 302 определяют геометрическую форму для герметизации, чтобы использовать в светодиодном узле. В варианте осуществления можно выбирать любую подходящую геометрическую форму. Например, могут быть выбраны прямоугольные формы, круглые формы, изогнутые в дугу формы и/или сочетания форм.

На этапе 304 выбирают ограждающий материал, чтобы обеспечить желаемую диаграмму оптического излучения. В варианте осуществления ограждающий материал может быть отражающим материалом, который отражает свет, для обеспечения суженной диаграммы излучения. В другом варианте осуществления ограждающий материал может быть прозрачным, чтобы пропускать свет, для обеспечения широкой диаграммы излучения.

На этапе 306 ограждающий материал осаждают на подложку, чтобы сформировать границу, которая определяет пространство, имеющее желаемую геометрическую форму. Следует заметить, что можно определять множественные (составные) пространства. В варианте осуществления ограждающий материал осаждают посредством автоматического распыления. Ограждающий материал можно также осаждать желаемой высоты поверх подложки и с желаемым сечением для дальнейшего определения формы герметизации. Например, как показано на Фиг.1, ограждающий материал осаждают для формирования пространства 108, а на Фиг.2 ограждающий материал осаждают для формирования области 210.

На этапе 308 пространство, ограниченное ограждающим материалом, заполняют герметизирующим материалом с тем, чтобы получить герметизацию, имеющую желаемую форму. Герметизирующим материалом, например, может быть силикон или эпоксидная смола, как прозрачные, так и с люминофорным наполнением, или любой другой герметизирующий материал, который наносят, осаждают или иным образом заполняют область пространства, ограниченную ограждающим материалом.

Следовательно, способ 300 обеспечивает систему люминофорного осаждения, которая позволяет быстро и гибко формировать герметизации, имеющие разнообразие форм. Следует заметить, что режимы способа 300 могут быть перенастроены или модифицированы иным образом в объеме, охватываемом различными вариантами осуществления. Итак, иные исполнения возможны в объеме вариантов осуществления, описываемых в данном документе.

На Фиг.4 показаны примеры устройств 400, содержащих светодиодные узлы, имеющие герметизации, формируемые посредством системы люминофорного осаждения в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Устройства 400 содержат лампу 402, осветительное устройство 404 и уличный фонарь 406. Каждое из устройств, показанных на Фиг.4, включает в себя светодиодный узел, имеющий герметизацию, формируемую посредством системы осаждения люминофора, как описано в данном документе. Например, лампа 402 содержит корпус 416 и светодиодный узел, имеющий герметизацию, формируемую посредством системы осаждения люминофора. Лампу 402 можно использовать для обычного освещения любого типа. Например, лампа 402 может быть использована для автомобильной фары, для уличного фонаря, для потолочного (подвесного) освещения или для какого-либо иного применения в обычном освещении. Осветительное устройство 404 содержит источник 410 электроэнергии, который электрически подключен к лампе 412, которая может быть сконфигурирована как лампа 402. В варианте осуществления источником 410 электроэнергии могут быть аккумуляторные батарейки или источник электроэнергии любого другого типа, как, например, фотогальванический элемент. Уличный фонарь 406 содержит источник электроэнергии, подключенный к лампе 414, которая может быть сконфигурирована как лампа 402. В варианте осуществления лампа 414 содержит светодиодный узел, имеющий герметизацию, формируемую посредством системы осаждения люминофора.

Следует заметить, что варианты осуществления системы осаждения люминофора, описываемые в данном документе, являются приемлемыми для использования при формировании герметизаций, используемых в светодиодном узле, в сущности, любого типа, который, в свою очередь, может быть использован в осветительном устройстве любого типа, и не ограничиваются устройствами, показанными на Фиг.4.

Различные варианты осуществления данного описания обеспечены представлены для обеспечения возможности использования настоящего изобретения на практике специалистом в области техники. Различные модификации к вариантам осуществления, представленным в рамках всего описания, будут более очевидны специалисту в области техники, и идею, раскрываемую в данном документе, можно распространять на других применениях. Таким образом, формула изобретения не предназначена для ограничения различными вариантами осуществления, раскрытыми в описании, но должна соответствовать полному объему формулировок пунктов формулы изобретения. Все структурные и функциональные эквиваленты к элементам различных вариантов осуществления, описываемых в рамках всего описания, которые известны или позднее станут известными специалисту в области техники, прямо включены в настоящий документ путем ссылки и предназначены быть охваченными формулой изобретения.

Более того, ничто, заявленное в данном документе, не предназначено для передачи третьим лицам, не обращающим внимания на то, что изобретение прямо изложено в формуле изобретения. Ни один заявленный элемент не следует толковать, по условиям шестого пункта Раздела 35 Кодекса законов США (U.S.С.) §112 до тех пор, пока элемент прямо не будет изложен с использованием фразы «средство для» или в отношении заявленного способа элемент не будет изложен с использованием фразы «этап для».

Соответственно, тогда как в данном документе были проиллюстрированы и описаны варианты осуществления системы осаждения люминофора, следует принимать во внимание, что различные изменения могут быть выполнены без отклонения от объема или сущности признаков настоящего изобретения. Вследствие этого раскрытия и описания в настоящем документе предназначены быть иллюстративными, но не ограничивающими объем изобретения, которое изложено в нижеследующей формуле изобретения.