БЛИЗКОРАСПОЛОЖЕННЫЙ КОЛЛИМАТОР ДЛЯ СИД Российский патент 2013 года по МПК H01L33/60 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству, содержащему, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, расположенный на подложке, и коллиматор, по меньшей мере, частично окружающий сбоку упомянутый, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, для коллимации света, испускаемого упомянутым, по меньшей мере, одним светоизлучающим диодом. Настоящее изобретение дополнительно касается способа изготовления светоизлучающего устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Светоизлучающие устройства согласно вышеуказанной области техники, к которой относится изобретение, общеизвестны. Они используются в качестве источников света, среди прочего, в панелях задней подсветки в дисплейных устройствах, например, для телевизоров и мониторов. Такие устройства особенно подходят для применения в качестве источников света при подсветке неизлучающих дисплеев, таких как жидкокристаллические дисплейные устройства, также называемые ЖК-панелями, которые применяются в (портативных) компьютерах или (портативных) телефонах.

Такие устройства также используются в качестве источников света в светильниках для целей общего освещения или для освещения магазинов, например, освещения окон магазинов или освещения (прозрачных или полупрозрачных) пластин из стекла или (прозрачных) пластин из стекла или (прозрачной) синтетической смолы, на которых выставлены предметы, например, ювелирные украшения. Такие устройства также используются в качестве источников света для оконных стекол, например, чтобы заставить стеклянную стенку испускать свет при определенных условиях или снижать, или блокировать видимость сквозь окно посредством света. Дополнительным альтернативным применением является использование пакетов таких устройств в качестве источников света для освещения рекламных щитов. Кроме того, данные пакеты устройств могут использоваться для внутреннего освещения, в частности, для бытового освещения.

Светоизлучающее устройство данного типа описано в публикации WO 2005/109529, где светоизлучающий диод располагается на подложке и внутри коллиматора из керамического материала.

Метод, раскрытый в WO 2005/109529, однако, обычно требует, чтобы СИД-кристалл устанавливался в предварительно сформированной керамической коллиматорной структуре на подложке.

Следовательно, существует необходимость в усовершенствованном светоизлучающем устройстве, которое легче в изготовлении.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является, по меньшей мере, частично преодолеть данную проблему и обеспечить светоизлучающее устройство, в котором коллимирующая структура может легко устанавливаться после того, как светоизлучающий диод размещается на подложке.

В первом аспекте настоящее изобретение касается способа изготовления светоизлучающего устройства, содержащего этапы:

- обеспечения подложки, на которой установлен, по меньшей мере, один светоизлучающий диод;

- установки коллиматора, по меньшей мере, частично окружающего сбоку упомянутый, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, путем присоединения упомянутого коллиматора к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду и упомянутой подложке, используя пропускающий связующий материал.

При использовании предлагаемого способа коллиматор может устанавливаться после установки СИД, что облегчает установку СИД.

В вариантах осуществления настоящего изобретения самоудерживающийся, преобразующий длину волны элемент оптически и физически присоединяют к светоизлучающей поверхности упомянутого, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.

СИД с преобразующими длину волны пластинами испускает большую часть света в направлениях с высоким углом к нормали подложки. Следовательно, использование коллиматора является очень выгодным для таких применений.

В вариантах осуществления настоящего изобретения этап присоединения такого коллиматора к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду и упомянутой подложке содержит размещение предшественника связующего материала и его упрочнение с образованием связующего материала.

Жидкий связующий материал может легко распределяться и т.д., позволяя определенную степень движения, например, подстройки положения коллиматора.

В варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый коллиматор располагается на расстоянии от 10 до 200 мкм, в плоскости упомянутой подложки, от упомянутого, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.

Коллиматор преимущественно располагается близко к СИД, чтобы поддерживать или минимизировать потерю светосилы светоизлучающего диода.

В вариантах осуществления данного изобретения упомянутый коллиматор формируют из металлического материала.

Коллиматоры, сделанные из металлического материала, могут быть изготовлены очень тонкими, в то же время имеющими высокую отражательную эффективность. Следовательно, они подходят для использования в подходе, где коллиматор приклеивают к подложке.

В вариантах осуществления настоящего изобретения коллиматор образуют с помощью, по меньшей мере, одного самоудерживающегося стенного элемента с толщиной материала в диапазоне от 100 до 500 мкм.

Во втором аспекте настоящее изобретение касается светоизлучающего устройства, содержащего, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, расположенный на подложке, и коллиматор, по меньшей мере, частично окружающий сбоку упомянутый, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, для коллимации света, испускаемого упомянутым, по меньшей мере, одним светоизлучающим диодом. Данный коллиматор присоединен к упомянутой подложке и к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду посредством первого пропускающего связующего материала. Дополнительно следует заметить, что настоящее изобретение касается всех возможных комбинаций пунктов формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут теперь описаны более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие предпочтительный в настоящее время вариант осуществления данного изобретения.

Фиг.1 схематично изображает способ изготовления светоизлучающего устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Иллюстративный вариант осуществления устройства настоящего изобретения показан на фиг.1. Светоизлучающее устройство 100 этого варианта осуществления содержит кристалл 101 светоизлучающего диода (СИД), размещенный на подложке 102. Самоудерживающееся, преобразующее длину волны тело 105 оптически и физически присоединено к светоизлучающей поверхности 106 диода 101 с помощью пропускающего связующего материала 107.

Светоизлучающий диод 101 испускает свет, главным образом через его светоизлучающую поверхность, с первой длиной волны (или с первым интервалом длин волн с первой интенсивностью пика).

Преобразующее длину волны тело 105 приспособлено принимать и поглощать, по меньшей мере, часть света, испускаемого диодом 101, и преобразовывать поглощенный свет в свет со второй, большей длиной волны (или со вторым интервалом длин волн с интенсивностью пика при большей длине волны). Преобразование длины волны происходит благодаря преобразующим длину волны материалам, таким как флуоресцентные и/или фосфоресцентные материалы, содержащиеся в преобразующем длину волны теле.

СИД-кристалл 101 обычно присоединяется к проводящим линиям (не показаны) для движения СИД кристалла.

Свет, испускаемый СИД и/или преобразованный преобразующим длину волны материалом, сводится коллиматором 103, который установлен сбоку, окружая СИД 101. Коллиматор 103 представляет собой отражающую поверхность, обращенную к СИД 101, и имеет воронкообразную форму с площадью сечения, которая увеличивается с расстоянием от подложки. Следовательно, стенки коллиматора выступают от СИД 101.

Коллиматор 103 физически присоединяется к СИД 101 и подложке 102 с помощью прозрачного отвержденного связующего материала 104, такого как клей.

Чтобы сохранить силу света от СИД как можно больше, существенно, что стенки коллиматора расположены близко к боковым сторонам СИД 101. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, стенки расположены на расстоянии менее 100 мкм от боковой поверхности СИД.

Здесь считается, что светоизлучающий диод или СИД относится к любому типу светоизлучающих диодов, известных специалистам в данной области техники, и включает в себя обычные СИД на неорганической основе, а также СИД на органической основе (ОСИД) и СИД на полимерной основе.

СИД кристалл предпочтительно имеет тип "перевернутого кристалла", где оба вывода расположены на одной стороне кристалла. Эта конструкция облегчает размещение преобразующего длину волны тела на светоизлучающей поверхности данного устройства. Однако другие типы кристаллов СИД также подходят для использования в настоящем изобретении.

СИД для использования в настоящем изобретении может испускать свет любого цвета от УФ диапазона до ИК диапазона, включая диапазон видимого света. Однако, так как преобразующие длину волны материалы обычно преобразуют свет путем красного смещения, часто желательно использовать СИД, излучающий свет в УФ/синем диапазоне, так как такой свет может быть преобразован, по существу, в любой другой цвет.

Преобразующий длину волны материал для использования в настоящем изобретении предпочтительно представляет собой флуоресцентный и/или фосфоресцентный материал, который возбуждается не преобразованным светом и испускает свет при релаксации.

В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления преобразующее длину волны тело формируют в самоудерживающееся, преобразующее длину волны тело 105, содержащее или состоящее из преобразующего длину волны материала.

В одном варианте осуществления самоудерживающееся, преобразующее длину волны тело может быть образовано из прессованного керамического материала, по существу, из преобразующего длину волны материала или размерно-устойчивого матричного материала, такого как ПММА (полиметилметакрилат) или другие материалы, но не ограничиваясь ими, который может быть легирован частицами и содержать введенные, преобразующие длину волны частицы. В другом варианте осуществления самонесущее, преобразующее длину волны тело может содержать керамический материал, имеющий плотность больше чем 97% от теоретической плотности твердого тела.

Примеры люминофоров, которые могут быть сформированы в люминесцентные керамические слои, включают в себя гранатные люминофоры с общей формулой (Lu_1-x-y-a-bY_xGd_y)₃(Al_1-zGa_z)₅O₁₂:Ce_aPr_b, где 0<x<1, 0<y<1, 0<z≤0,1, 0<a≤0,2 и 0<b≤0,1, такие как Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ и Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, которые испускают свет в желто-зеленом диапазоне; и (Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aO_a:Eu_z ²⁺, 0≤a<5, 0<x≤1, 0≤y≤1 и 0<z≤1, такие как Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺, которые испускают свет в красном диапазоне. Подходящие Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ керамические заготовки могут быть заказаны от Baikowski International Corporation of Charlotte, N.C. Другие зеленые, желтые или красные излучающие люминофоры также могут быть пригодными, включая (Sr_1-a-bCa_bBa_c)Si_xN_yO_z:Eu_a ²⁺ (a=0,002-0,2, b=0,0-0,25, c=0,0-0,25, x=1,5-2,5, z=1,5-2,5), включая, например, SrSi₂N₂O₂:Eu²⁺; (Sr_1-u-v-xMg_uCa_vBa_x)(Ga_2-y-zAl_yIn_zS₄):Eu²⁺, включая, например, SrGa₂S₄:Eu²⁺; Sr_1-xBa_xSiO₄:Eu²⁺; и (Ca_1-xSr_x)S:Eu²⁺, где 0<x≤1, включая, например, CaS:Eu²⁺ и SrS:Eu²⁺. Кроме того, материалы, подобные SSONe, CeCAS, также могут быть использованы.

Самонесущее, преобразующее длину волны тело обычно формируют в плоскую пластину или куполообразное тело (имеющее плоскую поверхность в направлении СИД), или любую другую форму, которая может подходить применению данного устройства. Преобразующее длину волны тело в форме плоской пластины для использования в настоящем изобретении обычно имеет толщину от 10 до 1000 мкм, например, приблизительно от 100 до 500 мкм, например, около 250 мкм.

Связующий материал 107 для использования при оптическом и физическом присоединении самоудерживающегося, преобразующего длину волны тела 105 к СИД предпочтительно является, по существу, пропускающим, по меньшей мере, для не преобразованного света с первой длиной волны.

Примеры связующих материалов, которые пригодны для использования, зависят от приложения, материала светоизлучающей поверхности СИД, материала преобразующего длину волны тела и от температур, которым должен подвергаться связующий материал.

Примеры связующих материалов включают в себя, например, низкоплавкое стекло, эпоксидные материалы, пропускающие полимеры, цианакрилатные адгезивы, УФ-отверждаемые адгезивы и силоксаны, такие как ПДМС.

Коллиматор 103 обычно содержит один или несколько самонесущих стенных элементов из высокоотражающего материала, такого как металлический материал, обычно металлическая фольга, такого как серебро, золото, алюминий, титан и т.д.

Один пример такого высокоотражающего материала представляет собой Miro® от Alanod.

Предпочтительно, стенные элементы представляют собой тонкие стенки, обычно имеющие толщину приблизительно от 100 до 500 мкм, или твердое тело с внутренней отражающей камерой.

Высота коллиматора и угол, образуемый внутренними стенками коллиматора по отношению к нормали к поверхности, зависит от приложения и желаемой степени коллимации света.

Стенные элементы могут быть прямыми или изогнутыми, образуя коллиматор V-образной или U-образной формы. Коллиматор уменьшает углы источника и смешивает свет у выходного окна до однородного распределения света. В случае проекционных дисплеев, выходное окно может отображаться с помощью линзы-расширителя и полевой линзы непосредственно на дисплей, где обычно требуются смешивающие стержни, интеграторы или другие гомогенизаторы.

Обычно высота коллиматора (считая от поверхности подложки) составляет приблизительно от 5 до 15 мм.

Обычно угол, образуемый внутренними стенками коллиматора по отношению к нормали к подложке, составляет от 5 до 15°.

Коллиматор 103 физически присоединяется к СИД 101 и подложке 102 с помощью прозрачного связующего материала 104. Связующий материал 104 является оптически пропускающим, помогая выходить свету, генерируемому в СИД-кристалле.

Связующий материал 104 предпочтительно является затвердевшим, по существу, жестким и не гибким материалом, образованным путем затвердевания in situ, такого как отверждение, материала предшественника. Примеры связующих материалов для использования в настоящем изобретении включают в себя материалы на основе кремния, такие как силиконовые материалы (например, ПДМС), и эпоксидные материалы, например, Shin-etsu.

Кроме того, связующий материал 104 может инкапсулировать СИД 101 и, возможно, и если присутствует, преобразующую длину волны пластину 105, чтобы защищать эту сборку от внешних воздействий, таких как удар или царапанье.

Согласно настоящему изобретению светоизлучающий диод 100 может быть изготовлен, как описано ниже.

СИД 101, возможно обеспеченный преобразующим длину волны телом 105, как описано выше, размещают на подложке 102.

Коллиматор 103 затем размещают на подложке, окружая боковые стороны СИД, путем использования связующего материала. Коллиматор 103 может быть предварительно сформированным, или, альтернативно, коллиматор 103 формируют на подложке 102, размещая два или больше стенных элементов, совместно формирующих коллиматор. Коллиматор размещают на подложке до, после или одновременно с отложением предшественника связующего материала. Предшественник связующего материала осаждают так, что он находится в контакте с СИД 101, подложкой 102 и коллиматором 103.

Затем материал предшественника связующего материала затвердевает, например отверждается, в связующий материал 104, физически присоединяя коллиматор 103 к подложке и физически и оптически присоединяя коллиматор 103 к СИД 101. Необязательно, связующий материал также находится в контакте с преобразующим длину волны телом 105.

Специалист в данной области техники поймет, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, много модификаций и вариаций возможны внутри объема приложенной формулы изобретения. Например, больше чем один, например, два или больше, светоизлучающих диодов могут располагаться в одной и той же коллимирующей структуре. Кроме того, больше чем один, например, два или больше, светоизлучающих диодов могут присоединяться к одному и тому же самоудерживающемуся, преобразующему длину волны телу. Кроме того, следует отметить, что, хотя вышеприведенное описание главным образом касается преобразующего длину волны материала, содержащегося в самоудерживающемся, преобразующем длину волны теле, настоящее изобретение не ограничивается этим, и преобразующий длину волны материал может, например, осаждаться напылением в виде порошка на светоизлучающую поверхность СИД.

Согласно изобретению предложен способ изготовления светоизлучающего устройства (СИД). Данный способ содержит этапы: обеспечения подложки, на которой установлен, по меньшей мере, один светоизлучающий диод и; установки коллиматора, по меньшей мере, частично окружающего сбоку упомянутый, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, и сформированный с помощью, по меньшей мере, одного самонесущего элемента стены из материала толщиной в диапазоне от 100 до 500 мкм. Упомянутый коллиматора присоединяют к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду и упомянутой подложке, используя пропускающий связующий материал. Также предложено устройство, изготовленное согласно описанному способу. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления СИД. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления светоизлучающего устройства, содержащий этапы, согласно которым:
- обеспечивают подложку, на которой установлен, по меньшей мере, один светоизлучающий диод;
- устанавливают коллиматор, по меньшей мере, частично окружающий сбоку упомянутый, по меньшей мере, один светоизлучающий диод и сформированный с помощью, по меньшей мере, одного самонесущего элемента стены из материала толщиной в диапазоне от 100 до 500 мкм, путем того, что
присоединяют упомянутый коллиматор к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду и/или упомянутой подложке, используя пропускающий связующий материал.

2. Способ по п.1, в котором самонесущий, преобразующий длину волны элемент оптически и физически присоединяют к светоизлучающей поверхности упомянутого, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.

3. Способ по п.1, в котором на этапе присоединения упомянутого коллиматора к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду и/или упомянутой подложке размещают предшественник связующего материала и упрочняют указанный предшественник, образуя связующий материал.

4. Способ по п.1, в котором упомянутый коллиматор располагают на расстоянии от 10 до 200 мкм, в плоскости упомянутой подложки, от упомянутого, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.

5. Способ по п.1, в котором упомянутый коллиматор формируют из металлического материала.

6. Светоизлучающее устройство (100), содержащее, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, расположенный на подложке, и коллиматор, по меньшей мере, частично окружающий сбоку упомянутый, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, для коллимации света, испускаемого упомянутым, по меньшей мере, одним светоизлучающим диодом, при этом упомянутый коллиматор содержит, по меньшей мере, один самонесущий элемент стены из материала толщиной в диапазоне от 100 до 500 мкм, присоединенный к упомянутой подложке и к упомянутому, по меньшей мере, одному светоизлучающему диоду посредством первого пропускающего связующего материала.

7. Светоизлучающее устройство по п.6, в котором самонесущий, преобразующий длину волны элемент оптически и физически присоединен к светоизлучающей поверхности упомянутого, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.

8. Светоизлучающее устройство по п.6, где упомянутый коллиматор сформирован с помощью металлического материала.

9. Светоизлучающее устройство по п.6, в котором расстояние в плоскости упомянутой подложки между упомянутым коллиматором и упомянутым, по меньшей мере, одним светоизлучающим диодом находится в диапазоне от 10 до 100 мкм.

10. Светоизлучающее устройство по п.6, в котором упомянутый коллиматор имеет воронкообразную форму с площадью сечения, которая постепенно увеличивается с расстоянием вдоль нормали к упомянутой подложке от упомянутой подложки.