УСТРОЙСТВО БОКОВОГО СВЕЧЕНИЯ С ГИБРИДНЫМ ВЕРХНИМ ОТРАЖАТЕЛЕМ Российский патент 2013 года по МПК H01L33/46 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в общем, к светоизлучающему устройству бокового свечения, включающему, по крайней мере, один светоизлучающий диод, расположенный на подложке и обращенный в сторону рассеивающего отражателя, помещенного на расстоянии от указанной подложки и продолжающегося вдоль распространения подложки.

Уровень техники изобретения

Цветные СИД, так же как и СИД высокой мощности с преобразованием люминофора, привлекательны для использования в больших панелях фоновой подсветки в качестве эффективных источников света высокой яркости. Тем не менее, в определенных областях применения, таких как тонкая боковая подсветка для переносных устройств отображения, таких как мобильные телефоны, КПК и им подобные, желательно использовать тонкие светоизлучающие устройства с боковым свечением в качестве источников света.

Светоизлучающее устройство с боковым свечением описано в US 2006/0208269 A1, Kim et al., который описывает светоизлучающий диод, расположенный на подложке и под отражающей поверхностью, которая сделана так, что свет от светоизлучающего диода отражается в сторону боковых поверхностей устройства путем полного внутреннего отражения. За отражающей поверхностью, на противоположной от СИД стороне, расположен рассеивающий материал для того, чтобы рассеивать и отражать назад через отражающую поверхность свет, который проходит через отражающую поверхность, т.е. свет не подвергается полному внутреннему отражению на отражающей поверхности.

Тем не менее, для того чтобы вышеуказанное устройство работало должным образом, отражающая поверхность должна быть наклонена так, чтобы свет, идущий снизу, отражался к боковым поверхностям путем полного внутреннего отражения. Следовательно, расстояние от подложки до отражающей поверхности должно понемногу увеличиваться ближе к боковым поверхностям. Это добавляется к общей толщине устройства. Кроме того, чтобы предотвратить потери света из рассеивающего материала через верхнюю поверхность, рассеивающий материал должен иметь значительную толщину, что также может добавляться к общей толщине устройства.

Таким образом существует потребность в области техники в тонких светоизлучающих устройствах с боковым свечением, которые не излучают свет через верхнюю поверхность.

Сущность изобретения

Объектом данного изобретения является, по крайней мере частично, решить эту проблему и предоставить светоизлучающее устройство, которое легко может быть выполнено с малой толщиной, при этом не излучающим свет через верхнюю поверхность.

Таким образом, в первом аспекте данное изобретение предоставляет светоизлучающее устройство с боковым свечением, включающее, по крайней мере, один светоизлучающий диод, расположенный на подложке и обращенный в сторону практически светонепроницаемого отражателя, расположенного на расстоянии от указанной подложки и продолжающегося вдоль распространения подложки. Отражатель практически светонепроницаем и является рассеивающим компонентом, таким что падающий на него свет под любым углом падения отражается и рассеивается.

Свет, излучаемый СИД, падает на отражатель и независимо от угла падения будет рассеян и отражен. Так как отражатель практически светонепроницаем, существенное количество света не покинет устройство через отражатель, и следовательно, весь свет, выходящий из устройства, должен выходить в отверстие между подложкой и отражателем. Кроме того, так как отражатель практически светонепроницаем, рассеивающий компонент отражателя может быть сделан именно той толщины, которая достаточна для достижения желаемого рассеивающего эффекта. Процесс рассеяния приводит к возникновению перераспределения углов в устройстве, что в целом усиливает вероятность выхода света из устройства. Таким образом, рассеивающий отражатель увеличит выход света больше зеркального отражателя.

Практически светонепроницаемый и рассеивающий отражатель включает множество ориентированных не параллельно отражающих пластинок, распределенных в передающем носителе.

Непараллельная ориентация пластинок обеспечивает как отражение, так и рассеивание света в одном слое, и отражатель может таким образом быть сделан очень тонким. Более того, им могут просто покрыть область отражения света, если он является твердым материалом.

В вариантах осуществления данного изобретения отражающие пластинки являются зеркальными для того, чтобы предоставлять высокую степень отражения.

В вариантах осуществления данного изобретения верхний отражатель может быть расположен на вершине отражателя отражающих пластинок, распределенных в передающем носителе. Такой верхний отражатель может использоваться, чтобы отражать обратно в устройство любой свет, который прошел через рассеивающий отражатель в направлении его верхней поверхности.

В вариантах осуществления данного изобретения твердый передающий материал может быть расположен между подложкой и отражателем.

Твердый передающий материал может привести к более эффективному излучению света из СИД, так как меньше света отражается от СИД материала с высоким коэффициентом отражения к твердому слою с более высоким коэффициентом отражения, чем, например, к воздуху. Кроме того, критический угол общего внутреннего отражения увеличивается твердым телом.

В вариантах осуществления данного изобретения передающий материал может включать материал, преобразующий длину волны.

Когда материал, преобразующий длину волны, расположен между подложкой и отражателем, свет, излучаемый СИД, будет подвергнут преобразованию длины волны и цвет выхода света может быть реализован в соответствии с потребностями потребителя без увеличения размера устройства или добавления внешних элементов к устройству. Кроме того, материал, преобразующий длину волны, оказывает рассеивающий эффект на свет, увеличивая полезные эффекты рассеивания в устройстве.

В вариантах осуществления данного изобретения отражатель может быть расположен практически параллельно подложке. В силу рассеивающих эффектов рассеивающего отражателя отражатель может быть расположен параллельно подложке, чтобы получилось тонкое устройство, при этом имеющее большую долю света, излучаемого из устройства через отверстия между подложкой и отражателем.

Краткое описание чертежей

Этот и другие аспекты данного изобретения будут сейчас описаны более подробно со ссылкой на приложенный чертеж, изображающий предпочтительный на данный момент вариант изобретения.

Фиг. 1 изображает схематически в разрезе один вариант осуществления устройства по данному изобретению.

Подробное описание

Один вариант осуществления светоизлучающего устройства бокового свечения 100 по данному изобретению схематически изображен на фиг. 1 и включает светоизлучающий диод, здесь также обозначаемый «СИД» 101, и подложку 102, на которой СИД 101 расположен. На данном чертеже не изображена, но также присутствует в устройстве обычная в данной области техники управляющая схема для СИД. Отражатель 103 расположен над поверхностью подложки 102, на которой расположен СИД 101. Таким образом, СИД 101 обращен к отражателю 103.

В данном варианте осуществления подложка 102 и отражатель 103 изображены практически параллельно расположенными, но, что также следует из нижеприведенного описания, это необязательно для всех вариантов осуществления изобретения.

Подложка 102 и отражатель 103 формируют нижний и верхний предел соответственно для области рассеивания света 115, расположенной между ними. Область рассеивания света 115 может быть пустой (вакуум), наполненной газом, жидкостью, гелем или твердым проводящим материалом 106 для того, чтобы внутри него рассеивался свет, излучаемый СИД.

Устройство имеет, по крайней мере, одно боковое отверстие 114, по крайней мере, в одной области рассеивания света 115 и между подложкой и отражателем, через который(ые) свет, излучаемый СИД 101 и рассеиваемый в области рассеивания света 115, может выходить из устройства 100.

Светоизлучающий диод 101 расположен на подложке 102. Свет от СИД 101 обычно имеет существенное угловое расхождение, такое как излучение с расхождением в форме полусферы или меньшим, и обычно имеет основное направление излучения света, которое перпендикулярно поверхности подложки, так называемый СИД верхнего излучения. Тем не менее, другие типы СИД также могут быть использованы в устройстве по данному изобретению.

Как используется в данной заявке, термин «светоизлучающий диод» здесь сокращенный в аббревиатуру «СИД», относится также к любому типу светоизлучающего диода или лазерного излучающего диода, известного специалисту в данной области техники, включая, но не ограничивая этим, СИД на неорганической основе, СИД на основе маленьких органических молекул (мОСИД) и СИД на основе полимеров (полиСИД). Кроме того, фотонные СИД могут также быть использованы, которые излучают свет в виде более узкого и настраиваемого конуса света. Свет, излучаемый СИД, подходящим для использования в данном изобретении, обычно находится внутри диапазона длин волн от УФ-света до видимого света. Для видимого света излучение может быть любого цвета - от фиолетового до красного. Обычно СИД, излучающие голубой цвет, используют в устройствах по данному изобретению.

Подложка 102 является основанием для СИД 101 и может являться многослойной структурой. Обычно подложка 102 включает слой, который является отражающим для света, излучаемого СИД. Отражающий слой может быть отражающей основной платой СИД 101, которая совмещает функцию электрода с функцией отражения, или может являться отдельным слоем. Отражающий слой обычно включает металл, такой как Ag или Al.

В соответствии с основным объемом изобретения отражатель 103 практически светонепроницаем. Более того, он отражает и преломляет падающий на отражатель свет практически независимо от того, какой угол падения света на отражатель.

Свет, излучаемый СИД 101, излучается, имея, по крайней мере, часть света, направленную на отражатель 103, и после взаимодействия с отражателем свет отражается назад в область рассеяния света, однако после этого отражения он рассеивается, т.е. имеет значительно более большое угловое расхождение и имеет значительное отклонение рассеяния света от направления падающего света. Обычно угловое расхождение после отражения на отражателе 102 близко к расхождению в форме полусферы. В связи с этим высоким расхождением высока вероятность того, что свет в итоге выйдет из устройства через боковые отверстия 114. Рассеивающее перераспределение может также иметь место в волноводном слое, например, при наличии в нем рассеивающих частиц.

Угол отражения отражателя находится обычно в интервале от R > около 80% до R > около 90%.

Чтобы добиться таких хорошо отражательных и рассеивающих свойств отражателя, он включает практически светонепроницаемый компонент и один рассеивающий компонент. Свет любого угла падения на отражатель рассеивается и отражается в связи с тем, что свет рассеивается до или одновременно с процессом отражения. Между тем, так как отражающий компонент практически светонепроницаемый, свет практически не выходит наружу из устройства через верхнюю поверхность. Кроме того, так как отражающий компонент практически светонепроницаемый, рассеивающий элемент может содержаться в минимальном количестве, только достаточном для того, чтобы обеспечить желаемое рассеяние. Рассеивающий компонент также может участвовать в отражении путем обратного рассеяния. Отражатель может включать несколько слоев, включая подложки, используемые в производстве отражателя.

Отражатель 103 в варианте осуществления с фиг. 1 будет описан более подробно ниже.

СИД 101 излучает свет в область между подложкой 102 и отражателем 103. Эта область здесь обозначается как область рассеивания света 115. Назначением этой области рассеивания света 115 является проведение света от СИД 101 до боковых отверстий 114. В этой области рассеяния света свет отражается туда и обратно между отражающими поверхностями и в итоге выйдет из устройства через боковые отверстия 114.

Область рассеяния света предпочтительно светопроницаема для света с длиной волн излучаемого СИД устройства так, чтобы не поглощать свет в значительном объеме.

Область рассеивания света 115 может быть свободным пространством, заполненным любым газом, таким как, например, воздух или, как вариант, вакуумным, или может быть из жидкости, геля или твердого материала. Примеры твердых материалов, которые подходят для использования в области рассеивания света 115 из твердого тела, включают, но не ограничивают этим, твердые неорганические материалы, такие как окись алюминия, стекло, кварцевое стекло, сапфир, ИАГ и кремнийорганические материалы, фторполимерные материалы, полиолефиновые соединения или другие полимеры. Область рассеивания света 115 из твердого тела может также включать дополнительное количество рассеивающего материала, чтобы добиться однородного распределения света в области.

В вариантах осуществления данного изобретения слой рассеивания света 115 из твердого тела может, но не обязательно, включать материал, преобразующий длину волны 107, расположенный так, как, например, распределенный в области рассеивания света 115, или может быть сформирован из материала, преобразующего длину волны. Таким образом, значительная часть света, выходящего из области рассеивания света 115, будет подверженной воздействию материала, преобразующего длину волны 107.

Материал, преобразующий длину волны, 107 является материалом, который после поглощения света с определенной длиной волны или интервалом длин волн, излучает свет другой, преобразованной, длины волны или интервала длин волн. Обычно преобразованные длины волн смещены в сторону больших длин волн. Традиционно такие материалы флюоресцентные и/или фосфоресцирующие. Много таких материалов, преобразующих длину волны, известно специалисту в данной области техники, и одна, обычно используемая группа по составу, используется под названием «фосфоры».

Материал, преобразующий длину волны, может быть, например, керамическим, твердым материалом или помещенным в связующий материал, такой как полимер носитель.

Материал 107, преобразующий длину волн, подбирают к СИД 101 так, чтобы он поглощал, по крайней мере, часть света, излучаемого СИД. Таким образом, выбор материала, преобразующего длину волны, зависит от выбора СИД. Например, материал, преобразующий длину волны, может частично преобразовывать голубой свет в зеленый/желтый свет, которые смешиваются в белый свет. Тем не менее, другие материалы, преобразующие длину волны, могут также быть использованы, например, полностью, преобразуя голубой в зеленый, желтый или красный или преобразуя УФ-свет в видимый свет.

Отражатель 103 включает множество отражающих практически светонепроницаемых пластинок 112, расположенных и распределенных в передающем носителе 113.

Отражающие пластинки 112 предпочтительно зеркальные, но могут, как вариант, быть диффузно отражающими.

Размер пластинок обычно порядка нескольких микрометров с такой, как от 1 до 100 мкм, например от 1 до 10 мкм, шириной, с вплоть до 1 мкм, такой как от 0,05 до 1 мкм, толщиной.

Пластинки 112 обычно состоят из металлических пластинок, таких как алюминиевые или серебряные, или, например, полимерных пластинок, покрытых отражающим покрытием, таким как алюминий или серебро.

Носитель 113, в котором распределены пластинки 112, предпочтительно является проводящим носителем, таким как, например, полимерный или соль-гелевый носитель.

Пластинки 112 расположены в носителе с непараллельной ориентацией. Как здесь используется, ориентация пластинок 112 интерпретируется как плоскость основной поверхности пластинок. Непараллельная ориентация пластинок указывает на то, что пластинки обычно не выровнены друг с другом или основными поверхностями отражателя 103, т.е. определенная доля неопределенности вносится в ориентацию пластинок. Конечно, некоторые отдельные пластинки 112 могут быть ориентированы параллельно друг к другу или к поверхности основной поверхности отражателя 103, но такие пластинки следует считать исключениями.

В результате отражатель 103, т.е. пластинки 112 отражателя, будут отражать падающий на отражатель свет случайным образом, т.е. рассеивающим образом. Концентрация пластинок в носителе и/или толщина слоя такая, что слой практически светонепроницаем, т.е. не должно быть открытого прохода для света через слой без отражения его на пластинках. Для каждой пластинки возможно, что очень маленькая часть света может пройти насквозь, хотя это и не предпочтительно.

Дополнительный верхний отражатель 116, расположенный на отражателе 103, может быть использован, чтобы поглотить любой свет, проходящий через пластинки.

В устройстве по данному изобретению размер обычного СИД порядка 1×1 мм, но также более маленькие или большие размеры могут использоваться. Обычная толщина области рассеивания света находится в интервале от около 10 мкм до нескольких мм, таком как от 10 мкм до 2 мм, в таком как от 50 до 500 мкм, обычно около 300 мкм.

Специалист в данной области техники осознает, что данное изобретение ни коим образом не ограничено предпочтительным вариантом изобретения, описанным выше. Напротив, много модификаций и вариаций возможны в пределах объема приложенной формулы изобретения. Например, на чертежах подложка и отражатель изображены имеющими их боковые края, совмещенные с боковыми краями области, рассеивающей свет. Тем не менее, также возможно, что боковые края, по крайней мере, одного из подложки и отражателя расположены вне области, рассеивающей свет.

Подводя итог, предоставляется светоизлучающее устройство бокового свечения, включающее, по крайней мере, один светоизлучающий диод, расположенный на подложке и обращенный к практически светонепроницаемому отражателю, расположенному на расстоянии от указанной подложки и продолжающемуся вдоль распространения подложки. Отражатель включает множество ориентированных не параллельно отражающих пластинок, распределенных в передающем носителе, таком чтобы свет, падающий на него под любым углом падения, отражался и рассеивался.

Процесс рассеивания на отражателе дает толчок к перераспределению углов в устройстве, что увеличивает вероятность выхода света из устройства через боковые отверстия между отражателем и подложкой, в то время как светонепроницаемость предотвращает излучение света через верхнюю поверхность.

Светоизлучающее устройство по данному изобретению может, например, быть использовано в областях освещения СИД, например, в качестве фонового света в устройствах отображения, в области применения светопроводов, включая плоские светопроводные осветительные устройства, в коллиматорной конфигурации СИД, такой какая может быть использована для переднего освещения автомобиля или обычного точечного освещения СИД.

Предложено светоизлучающее устройство бокового свечения (100), включающее, по крайней мере, один светоизлучающий диод (101), расположенный на подложке (102) и обращенный к рассеивающему отражателю (103, 109), расположенному на расстоянии от указанной подложки и продолжающемуся вдоль распространения подложки. Отражатель включает множество ориентированных не параллельно отражающих пластинок (112), распределенных в передающем носителе (113), таком чтобы свет, падающий на него под любым углом падения, отражался и рассеивался. Процесс рассеивания на отражателе дает толчок к перераспределению углов в устройстве, что увеличивает вероятность выхода света из устройства через боковые отверстия между отражателем и подложкой, в то время как светонепроницаемость отражателя предотвращает излучение света через верхнюю поверхность. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Светоизлучающее устройство бокового свечения (100), включающее, по крайней мере, один светоизлучающий диод (101), расположенный на подложке (102) и обращенный к рассеивающему отражателю (103), расположенному на расстоянии от указанной подложки и продолжающемуся вдоль распространения подложки,
где указанный отражатель (103) включает множество ориентированных не параллельно, отражающих пластинок (112), распределенных в передающем носителе (113).

2. Светоизлучающее устройство по п.1, где указанные отражающие пластинки (112) являются зеркальными.

3. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, где верхний отражатель (116) расположен на вершине указанного отражателя (103).

4. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, где толщина указанных отражающих пластинок (112) находится в интервале от 0,05 до 1 мкм.

5. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, где ширина указанных отражающих пластинок (112) находится в интервале от 1 до 100 мкм.

6. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, где твердый передающий материал (106) расположен между указанной подложкой (102) и указанным отражателем (103).

7. Светоизлучающее устройство по п.6, где указанный передающий материал (106) включает материал (107), преобразующий длину волны.

8. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, где указанный отражатель (103) расположен параллельно указанной подложке (102).