СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК H01L33/48 H01L33/58 

Перекрестные ссылки на связанные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с 35 U. S. C. §119 по заявке № 2016-108389 на японский патент, зарегистрированной 31 мая 2016 года. Содержание указанной заявки во всей полноте включено в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники

Настоящее изобретение касается светоизлучающего устройства.

В последние годы были предложены и нашли свое практическое применение различные электронные компоненты и для этих компонентов требуется все большая производительность. Например, в приложениях фоновой подсветки жидкокристаллических дисплеев и общего освещения очень ценен внешний вид, и существует большая потребность в еще более тонких светоизлучающих устройствах с еще меньшими размерами.

Например, в публикации нерассмотренной заявки на японский патент № 2006-114863 описано светоизлучающее устройство, в котором вторичная линза объединена с LED. Таким образом, свет может равномерно рассеиваться на коротком расстоянии освещения, что позволяет уменьшить толщину устройства.

Раскрытие сущности изобретения

Тем не менее, при объединении LED и линзы, когда свет, отраженный на границе между линзой и слоем воздуха, и/или прямой свет из LED падают на рассеивающую свет и отражающую часть, предусмотренную на верхней поверхности подложки, расположенной под линзой, увеличивается интенсивность света в, по существу, верхнем направлении относительно подложки, что объясняется излучением в направлениях верхней поверхности линзы, вызванным рассеиванием света. По этой причине не может быть получено существенного уменьшения интенсивности света в, по существу, верхнем направлении, что может привести к неудаче в достижении нужных свойств распределения света.

Определенные варианты осуществления настоящего изобретения могут предложить светоизлучающее устройство, в котором может быть уменьшено количество света, пропускаемого в направлениях верхней поверхности, и могут быть получены нужные свойства распределения света.

Светоизлучающее устройство, соответствующее одному варианту осуществления изобретения, содержит подложку, светоизлучающий элемент, обладающий боковой поверхностью, установленный на подложке и обладающий отражающим слоем на своей верхней поверхности, первый светопропускающий элемент, содержащий первую поверхность, контактирующую с боковой поверхностью светоизлучающего элемента, и вторую поверхность, которая наклонена по направлению к подложке и которая служит для отделения от светоизлучающего элемента, и второй светопропускающий элемент, закрывающий светоизлучающий элемент. Коэффициент преломления первого светопропускающего элемента меньше коэффициента преломления второго светопропускающего элемента.

В светоизлучающем устройстве, которое соответствует определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, может быть уменьшено количество света, пропускаемого в направлении верхней поверхности, и могут быть получены нужные свойства распределения света.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 - вид снизу, схематично показывающий светоизлучающее устройство в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - вид, показывающий поперечное сечение по линии II-II с фиг. 1;

фиг. 3 - вид, схематично показывающий светоиспускание в случае, когда соотношение коэффициентов преломления отличается от аналогичного соотношения из первого варианта осуществления изобретения;

фиг. 4 - вид, схематично показывающий светоиспускание в случае, когда соотношение коэффициентов преломления отличается от аналогичного соотношения из первого варианта осуществления изобретения;

фиг. 5 - вид снизу, схематично показывающий светоизлучающее устройство в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 6 - вид, показывающий поперечное сечение, иллюстрирующее пример поверхностного светоизлучающего устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 7 - вид сверху, показывающий пример светоизлучающего устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 8 - вид, показывающий график свойств распределения света для Примера и Сравнительных примеров.

Подробное описание изобретения

Ниже со ссылками на чертежи будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Заметим, что описанное ниже светоизлучающее устройство предназначено для реализации технической идеи настоящего изобретения и настоящее изобретение не ограничено описанным ниже, если не оговорено обратное. Для простоты объяснения, размеры и соотношение позиций элементов в каждом чертеже иногда показаны с преувеличением.

Первый вариант осуществления изобретения

На фиг. 1 схематично показан вид сверху светоизлучающего устройства, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 показано поперечное сечение светоизлучающего устройства по линии II-II с фиг. 1. Светоизлучающее устройство содержит подложку 25, светоизлучающий элемент 12, расположенный на подложке 25 и имеющий верхнюю поверхность, на которой предусмотрен отражающий слой 17, первый светопропускающий элемент 16 и второй светопропускающий элемент 20. Первый светопропускающий элемент 16 содержит первую поверхность 16а, контактирующую с боковой поверхностью светоизлучающего элемента 12, и вторую поверхность 16b, которая наклонена так, что становится ближе к подложке 25 в направлении наружу от светоизлучающего элемента 12. Второй светопропускающий элемент 20 контактирует со второй поверхностью 16b первого светопропускающего элемента 16 и закрывает светоизлучающий элемент 12. Коэффициент α преломления первого светопропускающего элемента 16 меньше коэффициента β преломления второго светопропускающего элемента 20.

1. Структура подложки 25

Подложка 25 содержит, например как показано на фиг. 2, основание 24, проводящие части 13a и 13b и защитный слой 15. Основание 24 выполнено из изолирующего материала, примерами которого являются изоляционные смолы, такие как эпоксидный стеклопластик, бисмалеимидный триазин, полиимид (PI), полиэтиленнафталат (PEN) и полиэтилентерефталат (PET), керамика, оксид алюминия. Основание 24 может быть выполнено из медной или алюминиевой фольги, которая закрыта изоляционной смолой. Толщина основания 24 может находиться в диапазоне, составляющем, например, примерно от 10 мкм до примерно 100 мкм.

Проводящие части 13a и 13b расположены на основной поверхности основания 24. Проводящие части 13a и 13b расположены с зазором друг от друга. Указанные проводящие части 13a и 13b выполнены, например, из металлической пленки, такой как медная или алюминиевая фольга. Толщина проводящих частей 13a и 13b может находиться в диапазоне, составляющем, например, примерно от 10 мкм до примерно 60 мкм. Когда используется гибкое основание 24, проводящие части 13a и 13b обладают такой толщиной, которая не ухудшает гибкости подложки 25, и предпочтительно, чтобы, например, указанная толщина находилась в диапазоне от 8 мкм до 150 мкм.

В первом варианте осуществления изобретения подложка 25 содержит пару проводящих частей 13a и 13b, но изобретение не ограничивается таким вариантом. Подложка 25, по меньшей мере, содержит пару проводящих частей, но может содержать три или более проводящих частей. В этом случае светоизлучающие элементы 12 могут быть расположены над тремя или более проводящими частями.

Защитный слой 15 закрывает поверхности основания 24 и проводящих частей 13a и 13b. Таким образом, защитный слой 15 закрывает приблизительно всю верхнюю поверхность подложки 25 за исключением открытых участков 15S, которые будут описаны ниже. Такой защитный слой 15 выполнен из материала, способного отражать свет, испускаемый (в том числе свет с преобразованной длиной волны с помощью элемента преобразующего длину волны) из светоизлучающего элемента 12. В качестве примера материала для защитного слоя 15, предпочтительно, может быть использована изоляционная белая краска (то есть, белый защитный слой), выполненная из смолы на основе кремния, содержащая оксид титана.

Защитный слой 15 ограничивает отверстие 15S, по меньшей мере, в области, где расположен светоизлучающий свет 12, и вокруг указанной области. На фиг. 1 показано отверстие 15S, образованное на участке, который содержит участки проводящих частей 13a и 13b. Как показано на фиг. 2, части двух проводящих частей 13a и 13b открыты в отверстии 15S.

Отверстия 15S могут быть сформированы надлежащей формы, такой как круглая форма или четырехугольная форма, приспособленная для окружения светоизлучающего элемента 12 на виде сверху. На фиг. 1, отверстие 15S выполнено круглым. После того, как светоизлучающий элемент 12 установлен в отверстии 15S, отверстие 15S закрывается первым светопропускающим элементом 16. Отверстие 15S может быть закрыто первым светопропускающим элементом 16 или может быть закрыто первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20.

Размер отверстия 15S предоставляет возможность электрического соединения с электродами светоизлучающего элемента 12. Например, на виде сверху граница, определяющая отверстие 15S, предпочтительно расположена расстоянии, примерно равном от 50 до 2000 мкм снаружи каждой стороны контура светоизлучающего элемента 12. В первом варианте осуществления изобретения отверстие 15S определено снаружи внешней границы второго светопропускающего элемента 20.

Также, защитный слой 15 может быть расположен ниже светоизлучающего элемента 12, при этом на виде сверху отверстия 15S по форме меньше свтоизлучающих элементов 12. Защитный слой 15 может быть расположен так, чтобы окружать связующий элемент 18, который соединяет светоизлучающий элемент 12 и подложку 25, так что, по существу, не образуется отверстия.

Проводящие части 13a и 13b также служат в качестве контактных участков, которые соединены с внешними проводами, соединенными с внешним источником питания. Предпочтительно, чтобы контактные участки были выполнены на концевом участке на стороне основной поверхности основания 24, и внешние провода могли быть соединены с известными соединителями, расположенными на подложке 25.

2. Структура светоизлучающего элемента 12

Светоизлучающий элемент 12 расположен на подложке 25. Как показано на фиг. 1, когда основной элемент 24 содержит защитный слой 15, светоизлучающий элемент 12 расположен в отверстии 15S, которое определено в защитном слое 15.

На верхней поверхности светоизлучающего элемента 12 расположен отражающий слой 17. Отражающий слой 17 приспособлен для отражения света светоизлучающего элемента 12. С помощью отражающего слоя 17, свет, излученный светоизлучающим элементом 12, может быть направлен вбок от поверхностей светоизлучающего элемента 12, где не сформирован отражающий слой 17. Соответственно, может быть уменьшено количество света непосредственно над светоизлучающим элементом 12 и возможно получить свойства ж-образного распределения света. Когда отражающий слой 17 расположен непосредственно на светоизлучающем элементе 12, не нужны первичная и/или вторичная линзы, что позволяет уменьшить толщину светоизлучающего элемента по сравнению со случаем, когда ж-образное распределение света получают благодаря использованию первичной и/или вторичной линз.

Отражающий слой 17 приспособлен для отражения света светоизлучающего элемента 12. Например, предпочтительно, чтобы отражающий слой 17 мог отражать 70% или более, более предпочтительно, 80% или более света, излученного светоизлучающим элементом 12. Например, отражающий слой 17 может быть выполнен из металлической пленки или может быть выполнен из диэлектрической многослойной пленки (DBR пленки).

Предпочтительно, чтобы отражающий слой 17 обладал свойством, при котором отражение зависит от угла падения для длины волны света, излученного светоизлучающим элементом 12. Более конкретно, предпочтительно, чтобы отражающий слой 17 обладал отражающей способностью, которая меньше для наклонного падающего света сравнению с перпендикулярно падающим светом. При такой конструкции, может быть получено умеренное изменение яркости непосредственно над светоизлучающим элементом, так что может быть существенно уменьшено возникновение очень темного участка, такого как темное пятно непосредственно над светоизлучающим элементом.

В этом варианте осуществления изобретения каждый из светоизлучающих элементов 12, как показано на фиг. 2, установлен на подложке 25 способом перевернутого кристалла. Светоизлучающий элемент 12 соединен с проводящими частями 13a и 13b, соответственно, с помощью соответствующих связывающих элементов 18. Связывающий элемент 18 может быть выполнен, например, из сплава для припоя, такого как сплав на основе Sn-Ag-Cu, сплав на основе Au-Sn, сплав на основе Sn-Cu, из металла, такого как Au, анизотропной проводящей пасты, такой как серебряная паста.

Светоизлучающий элемент 12 содержит, например, слой n-типа, активный слой и слой p-типа, которые уложены на проводящей свет сапфировой подложке. Слой n-типа, активный слой и слои p-типа могут быть выполнены, например, из полупроводников на основе нитрида галлия. Электрод n-стороны, соединенный со слоем n-типа, и электрод p-стороны, соединенный со слоем р-типа, электрически соединены, с соответствующими проводящими частями 13 и 13 с помощью связывающих элементов 18.

3. Структура первого светопропускающего элемента 16 и второго светопропускающего элемента 20.

В варианте осуществления настоящего изобретения, использование первого светопропускающего элемента 16 и второго светопропускающего элемента 20 позволяет изменять направление извлечения света, излученного светоизлучающим элементом 12, который содержит отражающий слой 17, и позволяет получить улучшение эффективности извлечения света.

Первый светопропускающий элемент 16, выполненный с возможностью приема света, излученного в боковых направлениях светоизлучающим элементом 12, расположен контактирующим с боковыми поверхностями светоизлучающего элемента 12. Поверхность первого светопропускающего элемента 16, контактирующая с боковыми поверхностями светоизлучающего элемента 12, будет обозначена как первая поверхность 16а. Далее, первый светопропускающий элемент 16 обладает второй поверхностью 16b, которая наклонена к верхней подложке 25 в направлении от светоизлучающего элемента 12 (другими словами, толщина первого светопропускающего элемента 16 уменьшается в направлении от светоизлучающего элемента 12). Вторая поверхность 16b наклонена относительно подложки 25 или относительно поверхностей проводящих частей 13а, 13b.

Верхняя поверхность светоизлучающего элемента 12, то есть верхняя поверхность отражающего слоя 17, не закрыта первым светопропускающим элементом 16. Боковые поверхности отражающего слоя 17 закрыты первым светопропускающим элементом 16. Первый светопропускающий элемент 16 может быть расположен так, чтобы закрывать весь светоизлучающий элемент 12, который снабжен отражающим слоем 17.

Предпочтительно, чтобы первый светопропускающий элемент 16 по контуру обладал круглой формой на виде сверху, как показано на фиг. 1. В этом случае, как показано на фиг. 1, предпочтительно, чтобы первый светопропускающий элемент 16 был расположен так, чтобы окружать светоизлучающий элемент 12, так что светоизлучающий элемент 12 расположен примерно по центру в первом светопропускающем элементе 16.

Второй светопропускающий элемент 20 расположен на подложке 25 с непосредственным контактом со второй поверхностью 16b первого светопропускающего элемента 16 и косвенно или непосредственно закрывает светоизлучающий элемент 12. Второй светопропускающий элемент 20 может обладать цилиндрической формой, формой полусферы или подобной.

Второй светопропускающий элемент 20 может быть расположен так, как показано на виде сверху на фиг. 1, закрывая всю верхнюю поверхность первого светопропускающего элемента 16, при этом второй светопропускающий элемент 20 больше первого светопропускающего элемента 16. В этом случае, второй светопропускающий элемент 20 закрывает верхнюю поверхность подложки 25 по внешней границе первого светопропускающего элемента 16, при этом первый светопропускающий элемент 16 расположен между ними. Например, предпочтительно, чтобы на виде сверху самый внешний конец второго светопропускающего элемента 20 был расположен на расстоянии, равном примерно от 50 до 1000 мкм, снаружи внешнего конца первого светопропускающего элемента 16.

В варианте осуществления настоящего изобретения коэффициент α преломления первого светопропускающего элемента 16 меньше коэффициента ß преломления второго светопропускающего элемента 20. В настоящем описании термином «коэффициент преломления» называется коэффициент преломления относительно длины волны излучения для светоизлучающего элемента 12. Когда α < β, как показано стрелками на фиг. 2, свет, излученный в боковом направлении светоизлучающего элемента 12, попадает в первый светопропускающий элемент 16 от первой поверхности 16а и распространяется по направлению к границе между второй поверхностью 16b первого светопропускающего элемента 16 и вторым светопропускающим элементом 20. Свет L1, распространяющийся от первого светопропускающего элемента 16 ко второму светопропускающему элементу 20, распространяется от среды с меньшим коэффициентом преломления к среде с большим коэффициентом преломления. Таким образом, на границе между первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20 не происходит полного отражения. Вторая поверхность 16b второго светопропускающего элемента 16, то есть, граница между первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20, наклонена, скошена по направлению к подложке 25 в направлении наружу от светоизлучающего элемента 12, так что свет, отраженный на границе L2, будет направлен вверх.

При такой конструкции, благодаря отражающему слою 17 может быть уменьшено количество света, прошедшего в направлении верхней поверхности, и может быть улучшена эффективность извлечения света. Как описано выше, для преломления света в верхнем направлении, большую часть света, излученного светоизлучающим элементом 12, предпочтительно направляют для прохождения через первый светопропускающий элемент 16, так что все боковые поверхности светоизлучающего элемента 12 предпочтительно закрыты первым светопропускающим элементом 16.

На фиг. 3 показано состояние извлечения света светоизлучающим элементом 12, когда справедливо неравенство α > β. Свет, излученный в боковом направлении светоизлучающего элемента 12, поступает в первый светопропускающий элемент 16 от первой поверхности 16а и распространяется по направлению к границе между второй поверхностью 16b первого светопропускающего элемента 16 и вторым светопропускающим элементом 20. Свет L1, распространяющийся от первого светопропускающего элемента 16 ко второму светопропускающему элементу 20, распространяется от среды с большим коэффициентом преломления к среде с меньшим коэффициентом преломления. Таким образом, на границе между первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20 будет происходить полное отражение. В частности, когда свет излучают из боковой поверхности светоизлучающего элемента 12, свет L1 стремится попасть на вторую поверхность 16b под углом, большим критического угла. Таким образом, большое количество света в целом отражается по направлению к стороне подложки 25, как показано стрелкой L3 на фиг. 3, и это количество света может быть поглощено подложкой 25, что может привести к сокращению эффективности извлечения света.

Также, для уменьшения оптического поглощения подложки 25, например, увеличения отражающей способности проводящих частей 13а, 13b и/или использования отражающего свет защитного слоя 15 для извлечения полностью отраженного света, увеличивают интенсивность света в точно верхнем направлении светоизлучающего элемента 12, что делают путем рассеяния света, и уменьшается действие отражающего слоя 17.

На фиг. 4 показано состояние извлечения света из светоизлучающего элемента 12, когда справедливо равенство α = β. В этом случае на границе между первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20 не происходит полного отражения. Также не происходит преломления света на границе, так что свет L4 попадает во второй светопропускающий элемент 20 и распространяется во втором светопропускающем элементе 20 с сохранением угла падения. Когда используют несколько выровненных источников света, свет, излученный в некотором направлении выравнивания, попадает в соседний источник света и может быть поглощен. Таким образом, в описанном выше варианте осуществления изобретения, свет, излученный в боковом направлении, должен быть направлен вверх с помощью отражения света на границе между первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20.

Когда отражающий элемент 33, который отражает свет, излученный в боковом направлении, расположен так, чтобы быть поперек светоизлучающего элемента 12, как показано на фиг. 6, то благодаря толщине отражающего элемента 33, свет, который ударяется о концевой участок 35 отражающего элемента 33, рассеивается и увеличивает интенсивность света в направлении точно наверх относительно светоизлучающего элемента 12, и уменьшается действие отражающего слоя 17. Таким образом, в описанном выше варианте осуществления изобретения, свет, излученный в боковом направлении, может быть направлен в направлении вверх с помощью отражения света на границе между первым светопропускающим элементом 16 и вторым светопропускающим элементом 20.

С учетом извлечения света из светоизлучающего элемента 12 в первый светопропускающий элемент 16, например, коэффициент преломления светоизлучающего элемента 12, который содержит сапфировую подложку, обычно, больше коэффициента преломления светоизлучающего элемента 12, который содержит подложку из смолы. В таком случае, чтобы увеличить эффективность извлечения света из светоизлучающего элемента 12, предпочтительно обладать меньшей разницей коэффициентов преломления светоизлучающего элемента 12 и первого светопропускающего элемента 16. В варианте осуществления настоящего изобретения, когда первый светопропускающий элемент 16 и второй светопропускающий элемент 20 выполнены, соответственно, из смолы, разница коэффициентов преломления светоизлучающего элемента 12 и второго светопропускающего элемента 20 больше разности коэффициентов преломления светоизлучающего элемента 12 и первого светопропускающего элемента 16. Это может приводить к низкой эффективности извлечения света из светоизлучающего элемента 12 в первый светопропускающий элемент 16, но, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, оптическое поглощение подложки 25 может быть уменьшено, так что может быть увеличена эффективность извлечения света вовне второго светопропускающего элемента 20 (где присутствует воздух).

Коэффициент преломления может быть измерен, например, с помощью рефрактометра Аббе. Когда коэффициент преломления не может быть измерен с помощью рефрактометра Аббе из-за размера элемента или подобного, коэффициент преломления может быть измерен путем определения материала элемента и проведения измерения для аналогичного элемента из такого же материала с целью получения коэффициента преломления указанного элемента.

Предпочтительно, чтобы первый светопропускающий элемент 16 и второй светопропускающий элемент 20 были выполнены из смолы. При использовании смолы, может быть выбрана смола с нужным коэффициентом преломления. Примерами смол являются эпоксидная смола, мочевинная смола, кремнийорганическая смола, фторкаучук и гибридная смола, которая содержит, по меньшей мере, одну из указанных смол. Первый светопропускающий элемент 16 и второй светопропускающий элемент 20, по существу, не содержат никаких материалов, которые нарушают прямолинейное распространение света. Для регулировки вязкости смолы, в светопропускающих элементах 16, 20 могут содержаться такие материалы, как нанонаполнитель, который порождает только рассеяние света.

Для первого светопропускающего элемента 16 и второго светопропускающего элемента 20 могут быть использованы материалы, отличные от описанных выше смол, материалы, удовлетворяющие неравенству α < β для коэффициентов преломления, такие как пропускающие свет стеклянные материалы. В этом случае первый светопропускающий элемент 16 и второй светопропускающий элемент 20 могут быть выполнены из разных материалов, так что первый светопропускающий элемент 16 может быть выполнен из смолы, а второй светопропускающий элемент 20 может быть выполнен из стеклянного материала.

Второй вариант осуществления изобретения

В светоизлучающем устройстве, которое соответствует второму варианту осуществления изобретения, светоизлучающий элемент 12 не устанавливается способом перевернутого кристалла, а светоизлучающий элемент 12 устанавливается на верхнюю поверхность подложки 25.

Светоизлучающий элемент 12, соответствующий второму варианту осуществления изобретения и показанный на фиг. 5, установлен так, что электрод р-стороны и электроды n-стороны расположены над светоизлучающим элементом 12, и электроды электрически соединены с проводящими частями 13а, 13b, соответственно, с помощью проводов 22. Поверхность светоизлучающего элемента 12 с электродами снабжена отражающим слоем 17. Например, участки электродов могут быть экранированы и отражающий слой 17 может быть расположен на других неэкранированных участках или отражающий слой 17 может быть содержать приблизительно плоскую верхнюю поверхность и может быть расположен выше защитного слоя и электроды могут быть предусмотрены на отражающем слое 17. Во втором варианте осуществления изобретения защитный слой 15, определяющий отверстие 15S, расположен так, что отверстие 15S находится внутри концевого участка второго светопропускающего элемента 20.

Первый светопропускающий элемент 16 расположен на боковых поверхностях светоизлучающего элемента 12, аналогично первому варианту осуществления изобретения, и соединительные участки проводов 22 и проводящих частей 13а и 13b закрыты первым светопропускающим элементом 16. Соединительные участки проводов 22 и светоизлучающего элемента 12 закрыты вторым светопропускающим элементом 20. Другие структуры могут быть аналогичны подобным структурам первого варианта осуществления изобретения и могут быть получены аналогичные эффекты.

Далее будут описаны структуры и элементы, которые могут быть использованы в первом и втором вариантах осуществления изобретения.

Поверхностное светоизлучающее устройство

Светоизлучающее устройство, соответствующее второму варианту осуществления изобретения, предпочтительно содержит несколько светоизлучающих устройств, показанных на фиг. 1 и фиг. 5 и расположенных на единой подложке. Соответственно, может быть образован поверхностный источник света с небольшой неравномерностью освещенности. На поверхностном источнике света могут быть предусмотрены светорассеивающая пластина или преобразующий длину волны лист. В качестве примеров, поверхностное светоизлучающее устройство показано на 6 и фиг. 7.

На фиг. 6 схематично показано поперечное сечение, иллюстрирующее поверхностное светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающие устройства, которые соответствуют первому варианту осуществления настоящего изобретения. Светоизлучающие устройства, показанные в первом варианте осуществления изобретения, установлены на общей подложке 25 с заранее заданными интервалами, а отражающий элемент 33 расположен между соседними светоизлучающими устройствами. То есть, поверхностное светоизлучающее устройство снабжено несколькими светоизлучающими устройствами, соответствующими первому варианту осуществления изобретения, и отражающий элемент 33, который может отражать свет от светоизлучающего элемента 12, расположен на каждой области подложки 25, не закрытой вторым светопропускающим элементом 20 между светоизлучающими устройствами. Высоты отражающих элементов 33 больше высот вторых светопропускающих элементов 20. Далее, светорассеивающая пластина 30 для рассеивания света от светоизлучающих устройств расположена над отражающими элементами 33, так что светорассеивающая пластина 30 приблизительно параллельна верхним поверхностям светоизлучающих элементов 12. Более того, преобразующий длину волны слой 32, который выполнен с возможностью преобразования длины волны части света в другую длину волны, расположен примерно параллельно светорассеивающей пластине 30 и над ней.

В общем, чем меньше отношение расстояния между подложкой 25 и светорассеивающей пластиной 30 (которое здесь и далее также может называться оптическим расстоянием (OD)) и интервала для светоизлучающих элементов (который здесь и далее также может называться Шагом), то есть OD/Шаг, тем меньше интенсивность света между светоизлучающими устройствами на светорассеивающей пластине 30, в результате чего на светорассеивающей пластине 30 появляются темные участки. Тем не менее, когда отражающие элементы 33 расположены так, как во втором варианте осуществления изобретения, интенсивность света между светоизлучающими устройствами может быть компенсирована отражающими элементами 33. Таким образом, даже в области с малым отношением OD/Шаг, может быть уменьшена интенсивность света на светорассеивающей пластине 33. Материал, который может, по меньшей мере, отражать испускаемую длину волны светоизлучающего элемента 12, может быть использован как материал для отражающего элемента 33. Например, может подходящим образом быть использована металлическая пластина или смола, содержащая белый наполнитель.

Высота отражающего элемента 33 и угол наклона отражающей свет поверхности относительно поверхности подложки 25 могут быть определены надлежащим образом. Отражающая поверхность может быть плоской поверхностью или изогнутой поверхностью, в зависимости от того, какие свойства распределения света нужно получить. Высота отражающего элемента 33 может составлять 0,3 или меньше, предпочтительно 0,2 или меньше, относительно расстояния между светоизлучающими элементами. При такой конструкции может быть уменьшена неравномерность освещенности.

Предпочтительно, чтобы отражающие элементы 33 образовывали конструкцию в форме пластины, в которой несколько отражающих элементов 33 соединены друг с другом и присутствует несколько сквозных отверстий, которые позволяют располагать светоизлучающие устройства. На фиг. 6 схематично показано поперечное сечение, которое иллюстрирует два светоизлучающих устройства, однако, например, как показано на схематичном виде сверху на фиг. 7, может быть предусмотрено от нескольких десятков до нескольких сотен светоизлучающих устройств, расположенных в форме матрицы.

Примеры

Пример 1

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны, соответственно, вид сверху и поперечное сечение светоизлучающего устройства, которое соответствует Примеру 1. Как показано на фиг. 1, в Примере 1 светоизлучающий элемент 12 установлен способом перевернутого кристалла на подложке 25, при этом светоизлучающий элемент 12 расположен между проводящими частями 13а и 13b, которые расположены на верхней поверхности основания 24, с использованием соответствующих связывающих элементов 18. Области проводящих частей 13а и 13b, которые не использованы для установления электрического соединения, снабжены защитным слоем 15. Верхняя поверхность светоизлучающего элемента 12 снабжена отражающим слоем 17.

Первый светопропускающий элемент 16 расположен так, чтобы обладать второй поверхностью 16b, контактирующей с боковыми поверхностями светоизлучающего элемента 12, и чтобы открывать отражающий слой 17, расположенный на верхней поверхности светоизлучающего элемента 12, при этом вторая поверхность 16b наклонена к подложке 25 и служит для отделения от светоизлучающего элемента 12. Далее, второй светопропускающий элемент 20 расположен непосредственно контактируя со второй поверхностью 16b первого светопропускающего элемента 16 и с отражающим слоем 17. На виде сверху второй светопропускающий элемент 20 обладает формой окружности и обладает изогнутой поверхностью. Второй светопропускающий элемент 20 выполнен так, что обладает выпуклой формой, при этом его высота меньше радиуса и он закрывает светоизлучающий элемент 12 и первый светопропускающий элемент 16.

В Примере 1 основание 24 выполнено из материала на основе эпоксидного стеклопластика, проводящие части 13а, 13b выполнены из медного материала, толщиной 35 мкм, защитный слой 15 выполнен из белого материала для нанесения паяльной маски на эпоксидной основе и обладает свойствами отражения света.

Светоизлучающий элемент 12 представляет собой голубой LED на основе нитрида с максимальной длиной волны излучения, равной 450 нм, и обладает, по существу, квадратной формой со стороной 600 мкм и толщиной 150 мкм, при этом на верхней поверхности светоизлучающего элемента 12 в качестве отражающего слоя 17 расположена диэлектрическая многослойная пленка.

В Примере 1 первый светопропускающий элемент 16 выполнен из диметилкремния (коэффициент преломления 1,41), а второй светопропускающий элемент 20 выполнен из фенилкремния (коэффициент преломления 1,50). В Примере 1 показан коэффициент преломления при 589 нм, но при значении 450 нм, которое является длиной волны излучения для светоизлучающего элемента 12, по-прежнему справедливо соотношение «коэффициент α преломления первого светопропускающего элемента 16 меньше коэффициента β преломления второго светопропускающего элемента 20».

Предпочтительно, чтобы второй светопропускающий элемент 20 из Примера 1 не обладал свойствами рассеивания света, но для обеспечения тиксотропных свойств добавляют нанонаполнитель на основе диоксида кремния (средний диаметр частицы составляет примерно 12 нм), который не порождает рассеяния света.

Сравнительный пример 1

Как показано на фиг. 3, Сравнительный пример 1 реализован в виде Примера 1, за исключением того, что первый светопропускающий элемент 16 выполнен из фенилкремния (коэффициент преломления 1,50), а второй светопропускающий элемент 20 выполнен из диметилкремния (коэффициент преломления 1,41). Для коэффициентов преломления справедливо соотношение «коэффициент α преломления первого светопропускающего элемента 16 больше коэффициента β преломления второго светопропускающего элемента 20».

Сравнительный пример 2

Как показано на фиг. 4, Сравнительный пример 2 реализован в виде Примера 1, за исключением того, что первый светопропускающий элемент 16 выполнен и второй светопропускающий элемент 20 выполнены из фенилкремния (коэффициент преломления 1,50). Для коэффициентов преломления справедливо соотношение «коэффициент α преломления первого светопропускающего элемента 16 равен коэффициенту β преломления второго светопропускающего элемента 20».

Сравнительный пример 3

Как показано на фиг. 4, Сравнительный пример 3 реализован в виде Примера 1, за исключением того, что первый светопропускающий элемент 16 выполнен и второй светопропускающий элемент 20 выполнены из диметилкремния (коэффициент преломления 1,41). Для коэффициентов преломления справедливо соотношение «коэффициент α преломления первого светопропускающего элемента 16 равен коэффициенту β преломления второго светопропускающего элемента 20».

Результаты

Свойства распределения света светоизлучающих устройств, которые соответствуют Примеру 1 и Сравнительным примерам 1 - 3, показаны на фиг. 8.

Схема показывает, что в Примере 1, когда α < β, свет, излученный в боковом направлении отражается в направлении вверх, что уменьшает количество света в направлении вправо-вбок и, соответственно, увеличивается максимальная высота. При увеличении максимальной высоты, сравнительно мало количество света непосредственно над светоизлучающим элементом, то есть, количество света при угле, примерно равном 0°. Соответственно, сравнительная интенсивность света относительно максимальной интенсивности света в, по существу, направлении вверх может быть уменьшена по сравнению с аналогичным параметром в Сравнительных примерах 1 - 3 и могут быть получены нужные свойства распределения света.

Светоизлучающие устройства могут быть использованы в устройствах показа, таких как фоновая подсветка жидкокристаллических дисплеев или ТВ экранов и устройствах освещения.

Ясно, что хотя настоящее изобретение описано с помощью примеров вариантов осуществления настоящего изобретения, специалист в рассматриваемой обрасти может предложить различные другие варианты осуществления изобретения, которые находятся в пределах объема и идеи настоящего изобретения, и такие другие варианты осуществления изобретения охватываются приведенной ниже формулой изобретения.

Все публикации, заявки на патенты и технические стандарты, упомянутые в этом описании, включены в настоящий документ посредством ссылки до такой степени, как если бы каждая отдельная публикация, заявка на патент или технический стандарт были специально и отдельно указаны как включенные посредством ссылки.

Светоизлучающее устройство содержит подложку, светоизлучающий элемент, расположенный на подложке и имеющий верхнюю поверхность и боковую поверхность; отражающий слой, расположенный на верхней поверхности светоизлучающего элемента; первый светопропускающий элемент, имеющий первую поверхность, контактирующую с указанной боковой поверхностью светоизлучающего элемента, и вторую поверхность, которая наклонена к подложке в направлении от светоизлучающего элемента; второй светопропускающий элемент, контактирующий с указанной второй поверхностью и закрывающий светоизлучающий элемент; отражающий элемент, выполненный с возможностью отражать свет из светоизлучающего элемента, при этом отражающий элемент расположен в области, снаружи второго светопропускающего элемента, при этом коэффициент преломления первого светопропускающего элемента меньше коэффициента преломления второго светопропускающего элемента. Изобретение обеспечивает возможность формирования светоизлучающего устройства, в котором уменьшено количество света, пропускаемого в направлениях верхней поверхности, и могут быть получены нужные свойства распределения света. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Светоизлучающее устройство, содержащее:

подложку,

светоизлучающий элемент, расположенный на подложке и имеющий верхнюю поверхность и боковую поверхность;

отражающий слой, расположенный на верхней поверхности светоизлучающего элемента;

первый светопропускающий элемент, имеющий первую поверхность, контактирующую с указанной боковой поверхностью светоизлучающего элемента, и вторую поверхность, которая наклонена к подложке в направлении от светоизлучающего элемента;

второй светопропускающий элемент, контактирующий с указанной второй поверхностью и закрывающий светоизлучающий элемент; и

отражающий элемент, выполненный с возможностью отражать свет из светоизлучающего элемента, при этом отражающий элемент расположен в области, снаружи второго светопропускающего элемента,

при этом коэффициент преломления первого светопропускающего элемента меньше коэффициента преломления второго светопропускающего элемента.

2. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором первый светопропускающий элемент и второй светопропускающий элемент выполнены из смолы.

3. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором второй светопропускающий элемент непосредственно закрывает подложку в месте, находящемся снаружи внешней границы первого светопропускающего элемента.

4. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором поверхность второго светопропускающего элемента изогнута.

5. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором на виде сверху второй светопропускающий элемент имеет круглую форму и высота второго светопропускающего элемента меньше радиуса указанной круглой формы.

6. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором светоизлучающий элемент смонтирован на подложке методом перевернутого кристалла.

7. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором

подложка содержит проводящую часть, расположенную с верхней стороны подложки, и

светоизлучающий элемент электрически соединен с указанной проводящей частью с помощью провода.

8. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором высота отражающего элемента больше высоты второго светопропускающего элемента.