Светоизлучающее устройство, интегрированное светоизлучающее устройство и светоизлучающий модуль
Светоизлучающее устройство включает в себя: основание, содержащее токопроводящие дорожки; светоизлучающий элемент, установленный на основании и выполненный с возможностью испускания светового излучения; светоотражающую пленку, расположенную на верхней поверхности светоизлучающего элемента; и оболочку, покрывающую светоизлучающий элемент и светоотражающую пленку. Отношение (H/W) высоты (Н) оболочки к ширине (W) нижней поверхности оболочки составляет менее 0,5. Изобретение обеспечивает широкое распределение светового излучения без использования вторичной линзы. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Ссылка на родственную заявку
Эта заявка испрашивает приоритет в соответствии с японской заявкой на патент № 2015-200445 от 08 октября 2015 г., и японской заявкой на патент № 2016-197968 от 06 октября 2016 г., которые полностью включены в этот документ посредством ссылки.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к светоизлучающим устройствам, интегрированным светоизлучающим устройствам и светоизлучающим модулям.
В последние годы были предложены и нашли практическое применение различные электронные компоненты, и необходимо, чтобы они демонстрировали более высокую производительность. В частности, некоторые электронные компоненты должны сохранять свою производительность в течение длительного периода времени в жестких условиях эксплуатации. Такие требования можно применить к светоизлучающим устройствам, в которых используют полупроводниковые светоизлучающие элементы, включая светодиоды (т.е. LED). То есть, в области общего освещения и внутреннего и внешнего освещения для транспортных средств, необходимо, чтобы светоизлучающие устройства изо дня в день демонстрировали более высокую производительность, в частности, более высокую мощность (т.е. более высокую яркость) и более высокую надежность. Более того, требуются светоизлучающие устройства, имеющие низкую стоимость и при этом сохраняющие высокую производительность.
Подсветку, применяемую в жидкокристаллических телевизорах, осветительные устройства общего назначения и т.п. разрабатывают, фокусируясь на их дизайне, что приводит к высокому спросу на их утончение.
Например, в публикации японской заявки на патент № 2008-4948 описано светоизлучающее устройство, в котором отражатель выполнен на верхней поверхности светоизлучающего элемента, установленного на подложке, методом перевернутого кристалла, чтобы таким образом сделать подсветку более тонкой.
Публикация японской нерассмотренной заявки на патент № 2008-4948 дает светоизлучающее устройство с широким распределением светового излучения. Однако при дальнейшем утончении подсветки потребовалось светоизлучающее устройство, способное обеспечить гораздо более широкое распределение светового излучения.
Сущность изобретения
Объекты изобретения были разработаны с учетом вышеизложенных обстоятельств, и задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить светоизлучающее устройство, которое обеспечивает широкое распределение светового излучения без использования вторичной линзы.
Светоизлучающее устройство в соответствии с изобретением включает в себя: основание, содержащее токопроводящие дорожки; светоизлучающий элемент, установленный на основании и приспособленный для испускания светового излучения; светоотражающую пленку, расположенную на верхней поверхности светоизлучающего элемента; и оболочку, покрывающую светоизлучающий элемент и светоотражающую пленку, причем отношение (H/W) высоты (H) оболочки к ширине (W) нижней поверхности оболочки составляет менее 0,5.
Соответственно, изобретение обеспечивает широкое распределение светового излучения без использования вторичной линзы.
Краткое описание чертежей
(Фиг. 1)
На фиг. 1 приведен вид в разрезе, показывающий пример светоизлучающего устройства в соответствии с первым вариантом.
(Фиг. 2)
На фиг. 2 приведена диаграмма, показывающая зависимость коэффициента пропускания светового излучения светоотражающей пленки в зависимости от угла падения в этом варианте.
(Фиг. 3)
На фиг. 3 приведена диаграмма, показывающая взаимосвязь между диапазоном длин волн светоотражающей пленки и длиной волны излучения светоизлучающего элемента в светоизлучающем устройстве в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
(Фиг. 4)
На фиг. 4 показана диаграмма распределения светового излучения светоизлучающего устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
(Фиг. 5)
На фиг. 5 приведена диаграмма распределения светового излучения светоизлучающего устройства, использующего вторичную линзу, в сравнительном примере.
(Фиг. 6)
На фиг. 6А-6I показаны экспериментальные примеры в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
(Фиг. 7)
На фиг. 7 приведен вид в поперечном сечении, показывающий пример светоизлучающего модуля во втором варианте осуществления изобретения.
(Фиг. 8A)
На фиг. 8А показан пример светоотражающей пластины.
(Фиг. 8B)
На фиг. 8B показан пример светоотражающей пластины.
(Фиг. 9A)
На фиг. 9А показаны характеристики распределения яркости светоизлучающего модуля в соответствии с примером 2.
(Фиг. 9B)
На фиг. 9А показаны характеристики распределения яркости светоизлучающего модуля в соответствии с примером 2.
Описание вариантов осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Светоизлучающее устройство, которое описано ниже, реализует техническую идею настоящего изобретения, и не предполагается, что оно ограничивает настоящее изобретение, если не указано обратное. Содержимое описания касательно одного варианта осуществления или примера также можно применить к другим вариантам осуществления или примерам.
Более того, в приведенном ниже описании одинаковые названия или ссылочные позиции обозначают одинаковые или аналогичные элементы, и, таким образом, их подробное описание будет соответствующим образом опущено. Более того, касательно каждого элемента, составляющего настоящее изобретение, несколько элементов могут быть образованы одним элементом, тем самым, позволяя этому одному элементу функционировать как эти элементы. И наоборот, функция одного элемента может быть разделена и получена несколькими элементами.
Первый вариант
На фиг. 1 приведена схематическая конфигурационная диаграмма, показывающая один пример светоизлучающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления.
Как показано на фиг. 1, в этом варианте осуществления светоизлучающее устройство включает в себя основание 101 с токопроводящими дорожками 102 и светоизлучающий элемент 105, установленный на основании 101. Светоизлучающий элемент 105 установлен методом перевернутого кристалла с помощью соединительных элементов 103 так, чтобы опираться, по меньшей мере, на область между парой проводящих токопроводящих дорожек 102, выполненных на поверхности основания 101. Светоотражающая пленка 106 выполнена на стороне светоизлучающей поверхности светоизлучающего элемента 105 (т.е. на верхней поверхности светоизлучающего элемента 105). По меньшей мере, часть каждой токопроводящей дорожки может содержать изолирующий элемент 104. Область верхней поверхности токопроводящей дорожки 102, электрически соединенная со светоизлучающим элементом 105, не покрыта изолирующим элементом 104.
Коэффициент пропускания светового излучения светоотражающей пленки 106 зависит от угла падения светового излучения, падающего из светоизлучающего элемента 105. На фиг. 2 приведена диаграмма, показывающая зависимость коэффициента пропускания светового излучения светоотражающей пленки 106 от угла падения в этом варианте осуществления. Светоотражающая пленка 106 почти не пропускает световое излучение через себя в направлении, перпендикулярном верхней поверхности светоизлучающего элемента 105, но увеличивает количество проходящего светового излучения, если угол падения относительно перпендикулярного направления увеличивается. В частности, если угол падения находится в диапазоне от -30° до 30°, то коэффициент пропускания светового излучения составляет приблизительно 10%. Если угол падения становится меньше -30°, то коэффициент пропускания светового излучения постепенно увеличивается. Кроме того, если угол падения становится меньше -50°, то коэффициент пропускания светового излучения резко увеличивается. Аналогично, если угол падения становится больше 30°, то коэффициент пропускания светового излучения постепенно увеличивается. Кроме того, если угол падения становится больше 50°, то коэффициент пропускания светового излучения резко увеличивается. То есть, коэффициент пропускания светового излучения светоотражающей пленки увеличивается при росте абсолютного значения угла падения светового излучения. Формирование такой отражающей пленки может обеспечить характеристику распределения светового излучения в виде крыльев летучей мыши, как показано на фиг. 4.
Используемое здесь выражение "характеристика распределения светового излучения в виде крыльев летучей мыши" означает характеристику распределения светового излучения, имеющую первый пик в первой области с углом распределения светового излучения менее 90°, причем первый пик имеет более высокую интенсивность, чем при угле распределения светового излучения равном 90°, а также второй пик во второй области с углом распределения светового излучения более 90°, причем второй пик имеет более высокую интенсивность, чем при угле распределения светового излучения равном 90°.
Светоизлучающий элемент 105 покрыт светопроводящей оболочкой 108. Оболочка 108 расположена на основании, покрывая светоизлучающий элемент 105, чтобы защитить светоизлучающий элемент 105 от внешней среды и оптически контролировать световое излучение, испускаемое светоизлучающим элементом. Оболочка 108 выполнена по существу куполообразной формы. Оболочка 108 покрывает светоизлучающий элемент 105 с расположенной на нем светоотражающей пленкой 106, поверхности токопроводящих дорожек 102, расположенные вокруг светоизлучающего элемента 105, и соединительные участки между светоизлучающим элементом 105, включающие в себя соединительные элементы 103 и токопроводящие дорожки 102. То есть, верхняя поверхность и боковые поверхности светоотражающей пленки 106 контактируют с оболочкой 108, и боковые поверхности светоизлучающего элемента 105, не покрытые светоотражающей пленкой 106, также контактируют с оболочкой 108. Соединительные участки могут быть покрыты прослойкой, а не оболочкой 108. В этом случае оболочку 108 формируют так, чтобы она покрывала верхнюю поверхность прослойки и светоизлучающий элемент. В этом варианте осуществления светоизлучающий элемент 105 непосредственно покрыт оболочкой 108.
Оболочка 108 предпочтительно выполнена так, чтобы она имела круглую или эллипсоидную внешнюю форму на виде сверху, при этом отношение высоты (Н) оболочки в направлении оптической оси к диаметру (ширине W) оболочки на виде сверху составляет менее 0,5. Для оболочки 108, имеющей эллипсоидную форму, имеется главная ось и малая ось, которые можно рассматривать как длину и ширину, но в настоящем описании под диаметром (W) оболочки 108 понимают малую ось. Верхняя поверхность оболочки 108 выполнена в выпуклой изогнутой форме.
При таком устройстве световое излучение, испускаемое светоизлучающим элементом 105, преломляется на границе между оболочкой 108 и воздухом, благодаря чему можно получить более широкое распределение светового излучения.
Здесь, высота (Н) оболочки означает высоту от установочной поверхности для светоизлучающего элемента 105, как показано на фиг. 1. Ширина (W) оболочки означает ее диаметр, если оболочка имеет круглую нижнюю поверхность, как было упомянуто выше, или, как вариант, означает длину ее наиболее короткой части, если оболочка имеет форму, отличную от круглой.
На фиг. 4 показан пример изменения характеристики распределения светового излучения в зависимости от наличия или отсутствия оболочки 108. На фиг. 4 сплошная линия показывает характеристику распределения светового излучения светоизлучающего устройства 100 в первом варианте осуществления. С другой стороны, пунктирная линия показывает характеристику распределения светового излучения светоизлучающего устройства, изготовленного так же как и в первом варианте осуществления за исключением того, что оболочки 108 нет.
Как видно на фиг. 4, для светоизлучающего устройства в первом варианте осуществления первый пик перемещается в направлении, которое уменьшает угол распределения светового излучения, так же как и второй пик перемещается в направлении, которое увеличивает угол распределения светового излучения, по сравнению со светоизлучающим устройством без оболочки 108. Поэтому, светоизлучающее устройство в первом варианте осуществления может дать более широкое распределение светового излучения.
При использовании и светоотражающей пленки 106, и оболочки 108 таким способом можно получить требуемую характеристику распределения светового излучения без использования вторичной линзы. То есть, формирование светоотражающей пленки 106 может сократить яркость непосредственно над светоизлучающим элементом 105, в то время как оболочка 108 может сосредоточиться на расширении распределения светового излучения от светоизлучающего элемента 105, что позволяет значительно уменьшить оболочку с функцией линзы.
Другими словами, обычно уменьшение яркости непосредственно над светоизлучающим элементом при расширении распределения светового излучения возможно только путем регулировки высоты оболочки, в результате чего высота оболочки должна быть увеличена. В отличие от этого, светоизлучающее устройство в этом варианте осуществления включает в себя светоотражающую пленку 106, имеющую пониженную яркость непосредственно над светоизлучающим элементом 105, тем самым достигая характеристики распределения светового излучения в виде крыльев летучей мыши. Таким образом, оболочка 108 может быть выполнена так, чтобы фокусироваться на функции расширения распределения светового излучения. Таким образом, этот вариант осуществления может обеспечить уменьшение размера светоизлучающего устройства.
Такое устройство может дать более тонкий модуль задней подсветки (т.е. светоизлучающий модуль), позволяющий сократить неравномерную яркость, как будет сказано ниже. На фиг. 5 в качестве сравнительного примера показана характеристика распределения светового излучения, полученная при использовании вторичной линзы. Даже без использования вторичной линзы светоизлучающее устройство в этом варианте осуществления может дать по существу такую же характеристику распределения светового излучения, что и при использовании вторичной линзы.
Было изготовлено девять светоизлучающих устройств, имеющих различную высоту (Н) оболочки 108 в направлении оптической оси и различные диаметры (ширину: W) оболочки на виде сверху. Полученные для них характеристики распределения светового излучения показаны на фиг. 6А-6I. Применяемый светоизлучающий элемент представлял собой синий светодиод, имеющий по существу квадратную форму со стороной 600 мкм на виде в плане и толщиной 150 мкм. Светоотражающая пленка 106, сформированная на основной поверхности светоизлучающего элемента 105, выполнена из одиннадцати слоев путем многократного нанесения слоя SiO2 (толщиной 82 нм) и слоя ZrO2 (толщиной 54 нм).
Для каждого из девяти светоизлучающих устройств № 1-9 отношение высоты (Н) оболочки к диаметру (ширине W) оболочки приведено в Таблице 1.
Таблица 1
| № 1 | № 2 | № 3 | № 4 | № 5 | № 6 | № 7 | № 8 | № 9 | |
| Н (мм) | 0,70 | 0,89 | 0,92 | 0,79 | 0,93 | 1,09 | 0,74 | 1,00 | 1,18 |
| W (мм) | 2,76 | 2,78 | 2,56 | 3,06 | 3,14 | 3,11 | 3,40 | 3,28 | 3,29 |
| H/W | 0,25 | 0,32 | 0,36 | 0,26 | 0,30 | 0,35 | 0,22 | 0,30 | 0,36 |
| Результат | Фиг. 6A |
Фиг. 6B |
Фиг. 6C | Фиг. 6D | Фиг. 6E | Фиг. 6F | Фиг. 6G | Фиг. 6H | Фиг. 6I |
Как видно из результатов экспериментов, характеристики распределения светового излучения из-за различий диаметра оболочки сильно не меняются. Тем не менее, отношение высоты (Н) оболочки к диаметру (ширине: W) оболочки влияет на свойства распределения светового излучения.
Графики на фиг. 6А-6I показывают, что для того, чтобы получить более широкое распределение светового излучения, отношение (H/W) высоты (Н) к ширине (W) оболочки предпочтительно должно составлять 0,3 или меньше.
Ниже будут описаны предпочтительные примеры светоизлучающего устройства 100 в этом варианте осуществления.
Основание 101
Основание 101 представляет собой элемент, на котором устанавливают светоизлучающий элемент 105. Основание 101 содержит на своей поверхности токопроводящие дорожки 102, чтобы подавать электроэнергию на светоизлучающий элемент 105.
Примеры материалов, из которых выполняют основание 101, могут включать в себя керамику и смолы, такие как фенольная смола, эпоксидная смола, полиимидная смола, смола BT, полифталамид (PPA) и полиэтилентерефталат (PET). Среди них смолу предпочтительно выбирают как материал, обладающий низкой стоимостью и способностью к формоизменению. Толщину основания можно выбирать подходящим образом. Основание может представлять собой либо жесткое основание, либо гибкое основание, изготавливаемое с помощью рулонной системы. Жесткое основание может представлять собой тонкое жесткое основание, которое можно сгибать.
Чтобы получить светоизлучающее устройство, устойчивое к теплу и световому излучению, в качестве материала основания 101 предпочтительно выбирают керамику. Примеры керамики могут включать в себя оксид алюминия, муллит, форстерит, стеклокерамику, керамику на основе нитрида (напр., AlN) и керамику на основе карбида (напр., SiC). Среди них предпочтительной является керамика, выполненная из алюминия или содержащая алюминий.
При использовании смолы в качестве материала для основания 101 неорганический наполнитель, такой как стекловолокно, SiO2, TiO2 или Al2O3, смешивают со смолой, тем самым позволяя основанию иметь повышенную механическую прочность и увеличенную оптическую отражательную способность, уменьшенный коэффициент теплового расширения и т.п. Основание 101 может представлять собой любой другой элемент, если оно может отделять и изолировать друг от друга пару токопроводящих дорожек 102. В основании 101 могут использовать так называемое металлическое основание, которое включает в себя металлический элемент с изолирующим слоем, сформированным на нем.
Токопроводящие дорожки 102
Токопроводящие дорожки 102 представляют собой элементы, электрически соединенные с электродами светоизлучающего элемента 105, и они приспособлены для того, чтобы подавать ток (электроэнергию) извне на светоизлучающий элемент. То есть, токопроводящие дорожки служат в качестве электродов или их части для подачи питания извне. Обычно токопроводящие дорожки выполняют, по меньшей мере, из двух дорожек, а именно, положительной и отрицательной, расположенных на расстоянии друг от друга.
Каждую токопроводящую дорожку 102 выполняют, по меньшей мере, на верхней поверхности основания, которая служит в качестве установочной поверхности для светоизлучающего элемента 105. Материал для токопроводящих дорожек 102 можно выбирать соответствующим образом в зависимости от материала, использованного для основания 101, способа их изготовления и т.п. Например, если в качестве материала для основания 101 использовали керамику, то токопроводящие дорожки 102 предпочтительно изготавливают из материала, имеющего высокую температуру плавления, которая может выдерживать температуру спекания керамического листа. В частности, в качестве материала для токопроводящих дорожек предпочтительно используют металл, имеющий высокую температуру плавления, такой как вольфрам или молибден. Кроме того, для покрытия вышеупомянутой поверхности токопроводящих дорожек путем нанесения покрытия, напыления, осаждения из паровой фазы и т.д., могут быть взяты другие материалы, такие как никель, золото или серебро.
Если в качестве материала основания 101 используют эпоксидный стеклопластик, то в качестве материала для токопроводящих дорожек 102 предпочтительно берут материал, который легко обрабатывается. В случае использования формованной под давлением эпоксидной смолы токопроводящие дорожки 102 выполняют из материала, который может быть легко обработан путем пробивания, травления, изгиба и т.д. и имеет сравнительно высокую механическую прочность. В частности, примеры токопроводящих дорожек могут включать в себя металлы, такие как медь, алюминий, золото, серебро, вольфрам, железо и никель, а также металлический слой или выводную рамку из железоникелевого сплава, фосфористой бронзы, железомедного сплава, молибдена и т.п. Поверхность выводной рамки может быть покрыта металлическим материалом, отличным от металлического материала основного корпуса выводной рамки. Такие металлические материалы могут быть соответственно подобраны, например, только серебро или сплав серебра и меди, золото, алюминий или родий. В качестве альтернативы, токопроводящие дорожки могут быть выполнены из нескольких слоев с использованием серебра или каждого сплава. Подходящие способы покрытия металлическим материалом могут включать в себя распыление, осаждение из паровой фазы и т.п., а также нанесение покрытия.
Соединительный элемент 103
Соединительные элементы 103 представляют собой элементы, предназначенные для фиксации светоизлучающего элемента 105 на основании 101 или проводящих дорожках 102. При установке методом перевернутого кристалла проводящие элементы используют в качестве соединительных элементов так же, как и в этом варианте осуществления. В частности, подходящие материалы для соединительных элементов могут включать в себя золотосодержащий сплав, содержащий серебро сплав, содержащий палладий сплав, содержащий индий сплав, свинцово-палладиевый сплав, золото-галлиевый сплав, золото-оловянный сплав, оловянный сплав, олово-медный сплав, олово-медно-серебряный сплав, золото-германиевый сплав, золото-кремниевый сплав, содержащий алюминий сплав, медно-индиевый сплав, и смесь металла и флюса,
Подходящие формы соединительного элемента 103 могут включать в себя следующие: жидкостного типа, пастообразного типа и/или твердого типа (напр., в виде листа, в виде блока, в виде провода и/или в виде порошка). Форма соединительного элемента может быть подходящим образом выбрана, исходя из его состава, формы основания и т.п. Эти соединительные элементы 103 могут быть выполнены из одного элемента или из сочетания нескольких видов элементов.
Изолирующий элемент 104
Токопроводящие дорожки 102 предпочтительно покрывают изолирующим элементом 104, за исключением частей, электрически соединенных со светоизлучающим элементом 105 и другими материалами. То есть, как показано на соответствующих фигурах, сопротивление для изоляции и покрытия токопроводящих дорожек 102 может быть нанесено на основание. Изолирующий элемент 104 может функционировать в качестве такого сопротивления.
В случае нанесения изолирующего элемента 104 в изолирующем элементе может содержаться белый наполнитель. Белый наполнитель, содержащийся в изолирующем элементе, может сократить утечку и поглощение светового излучения, тем самым, позволяя увеличить эффективность светового излучения светоизлучающего устройства 100, а также изолировать токопроводящие дорожки 102.
Материал для изолирующего элемента 104 можно соответствующим образом выбрать, исходя из того, чтобы этот материал не поглощал световое излучение от светоизлучающего элемента и обладал изолирующими свойствами. Примеры материала для изолирующего элемента могут включать в себя эпоксидную, силиконовую, модифицированную силиконовую, уретановую, оксетановую, акриловую, поликарбонатную и полиимидную смолу.
Светоизлучающий элемент 105
Светоизлучающий элемент 105, установленный на основании, может быть известен в области техники. В этом варианте осуществления в качестве светоизлучающего элемента 105 предпочтительно используют светодиод.
Можно выбрать светоизлучающий элемент 105, который излучает световое излучение соответствующей длины волны. Например, в синем или зеленом светоизлучающем элементе может быть использован ZnSe, нитридный полупроводник (InxAlyGa1-x-yN, 0 
X, 0 Y, X + Y 1) или GaP. В качестве подложки для выращивания можно применять светопроводящую сапфировую подложку и т.п. В красном светодиоде может быть использован GaAlAs, AlInGaP, и т.д. Более того, можно применять полупроводниковые светоизлучающие элементы, выполненные из любого материала, отличающегося от материалов, упомянутых выше. Состав, цвет излучения и размер светоизлучающего элемента, а также число используемых светоизлучающих элементов и т.п. можно выбрать подходящим образом в соответствии с целями.
Можно выбрать различные длины излучаемых волн в зависимости от материала полупроводникового слоя и его соотношения смешанных кристаллов. Светоизлучающий элемент может содержать положительный и отрицательный электроды на одной и той же поверхности, чтобы можно было выполнить установку методом перевернутого кристалла, либо, в качестве альтернативы, он может иметь положительный и отрицательный электроды на разных своих поверхностях.
Светоизлучающий элемент 105 в этом варианте осуществления содержит светопроводящую подложку, и на подложке выполнен полупроводниковый слой. Полупроводниковый слой включает в себя слой полупроводника n-типа, активный слой и слой полупроводника p-типа, выполненные в таком порядке. Электрод n-типа выполняют на слое полупроводника n-типа, а электрод p-типа выполняют на слое полупроводника p-типа.
Как показано на фиг. 1, светоизлучающий элемент 105 установлен методом перевернутого кристалла на токопроводящие дорожки 102, расположенные на поверхности основания 101, посредством соединительных элементов 103. Поверхность светоизлучающего элемента 105, противоположная его поверхности, на которой выполнены электроды, то есть, основная поверхность светопроводящей подложки, будет служить в качестве светоизлучающей поверхности. Тем не менее, в том варианте изобретения светоотражающая пленка 106 выполнена на светоизлучающей поверхности, и, таким образом, боковая поверхность светоизлучающего элемента 105 практически служит в качестве светоизлучающей поверхности. То есть, часть светового излучения, излучаемого светоизлучающим элементом 105 и направляемая в сторону основной поверхности светоизлучающего элемента 105, возвращается на светоизлучающий элемент 105 с помощью светоотражающей пленки 106, затем снова отражается внутри светоизлучающего элемента 105 и, наконец, выходит через боковые поверхности светоизлучающего элемента 105. Поэтому, свойства распределения светового излучения светоизлучающего устройства 100 (см. пунктирную линию на фиг. 4) демонстрируют свойства сочетания светового излучения, проходящего через светоотражающую пленку 106, и светового излучения, излучаемого из боковых поверхностей светоизлучающего элемента 105.
Светоизлучающий элемент 105 расположен так, чтобы охватывать область между двумя токопроводящими дорожками 102, которые изолированы и разделены на положительную и отрицательную стороны. Светоизлучающий элемент 105 электрически соединен и механически закреплен на токопроводящих дорожках с помощью проводящих соединительных элементов 103. Чтобы установить светоизлучающий элемент 105, можно применять способ, использующий подпрессовку, а также способ, использующий паяльную пасту. В качестве светоизлучающего элемента 105 также можно использовать малогабаритное изделие, которое включает в себя светоизлучающий элемент, заключенный в смолу или подобное. Форму и структуру светоизлучающего элемента 105 можно выбрать соответствующим образом.
Как будет описано ниже, в случае светоизлучающего устройства, включающего в себя элемент преобразования длины волны, в светоизлучающем элементе соответствующим образом применяют нитридный полупроводник (InxAlyGa1-x-yN, 0 X, 0 Y, X + Y 1), способный излучать световое излучение, имеющее короткую длину волны, которое может эффективно возбуждать слой преобразования длины волны.
Хотя в качестве примера был описан вариант, в котором применяют установку методом перевернутого кристалла, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут использовать установку, в которой изоляция стороны основания светоизлучающего элемента служит в качестве установочной поверхности, а электроды, сформированные на верхней поверхности светоизлучающего элемента, соединены с дорожками. В этом случае верхняя поверхность светоизлучающего элемента представляет собой сторону с электродами, и на стороне с электродами расположена светоотражающая пленка.
Светоотражающая пленка 106
Светоотражающая пленка 106 выполнена на стороне светоизлучающей поверхности, которая представляет собой основную поверхность светоизлучающего элемента 105.
Материал для светоотражающей пленки может представлять собой материал, который отражает, по меньшей мере, световое излучение, излучаемое светоизлучающим элементом 105, например, металл или смолу, содержащую белый наполнитель.
Для изготовления отражающей пленки, обладающей меньшей способностью поглощать световое излучение, можно использовать диэлектрическую многослойную пленку. Кроме того, коэффициент отражения светоотражающей пленки можно соответствующим образом отрегулировать путем проектирования диэлектрической многослойной пленки, либо ее коэффициент отражения также можно контролировать путем регулировки угла светового излучения. В частности, коэффициент отражения увеличивается в направлении, перпендикулярном светоизлучающей поверхности (также называемом направлением оптической оси), и уменьшается при большом угле относительно оптической оси вследствие увеличения коэффициента пропускания светового излучения отражающей пленки, что может дать распределение светового излучения в виде крыльев летучей мыши.
Касательно диапазона длин отраженных волн в направлении оптической оси диэлектрической многослойной пленки, т.е. в направлении, перпендикулярном верхней поверхности светоизлучающего элемента, как показано на фиг. 3, предпочтительно расширить область на стороне больших длин волн диапазона длин отраженных волн относительно пиковой длины волны излучения светоизлучающего элемента 105.
Причина этого заключается в изменении угла от оптической оси, другими словами, когда угол от оптической оси падающего светового излучения увеличивается, то диапазон длин отраженных волн диэлектрической многослойной пленки сдвигается в сторону коротких длин волн. Путем расширения диапазона длин отраженных волн в сторону больших длин волн относительно длины излучаемой волны можно поддерживать адекватный коэффициент отражения вплоть до широкого угла, то есть, когда световое излучение падает от светоизлучающего элемента под большим углом относительно оптической оси.
Материалы, пригодные для использования в диэлектрической многослойной пленке, могут представлять собой пленку оксида металла, пленку нидрида металла, оксинитридную пленку и т.п. Также можно использовать органические материалы, такие как силиконовая смола или фторопластовая смола. Тем не менее, материал для диэлектрической многослойной пленки можно выбрать из материалов, отличных от описанных выше.
Оболочка 108
Материалы, пригодные для использования в качестве оболочки 108, могут представлять собой светопроводящие материалы, включающие в себя эпоксидную смолу, силиконовую смолу, их смесь или стекло. Среди них предпочтительно выбирают силиконовую смолу, учитывая устойчивость к световому излучению и способность к формоизменению.
Оболочка 108 может содержать: светорассеивающий материал, материал, преобразующий длину волны, такой как люминофор или квантовые примеси, которые поглощают часть светового излучения от светоизлучающего элемента 105, чтобы испускать световое излучение, длина волны которого отличается от длины волны светового излучения, излучаемого светоизлучающим элементом; и пигмент, соответствующий цвету излучаемого светоизлучающим элементом светового излучения.
В случае добавления этих материалов в оболочку 108 предпочтительно использовать те, которые не будут негативно влиять на свойства распределения светового излучения. Например, материал, имеющий размер частиц 0,2 мкм или менее, является предпочтительным, так как менее вероятно, что он окажет негативное влияние на свойства распределения светового излучения. Используемое в данной спецификации выражение "размер частиц" означает средний размер частиц, а средний размер частиц измеряют с помощью прибора Фишера (Fisher-SubSieve-Sizers (F.S.S.S.No)) с использованием метода воздухопроницаемости.
Оболочка 108 может быть выполнена посредством компрессионного формования или инжекционного формования, чтобы закрыть светоизлучающий элемент 105. Как вариант, материал для оболочки 108 имеет оптимальную вязкость, чтобы его можно было нанести в виде капли или наложить на светоизлучающий элемент 105, тем самым, контролируя форму оболочки 108 посредством поверхностного натяжения самого материала.
При последнем способе образования не требуется форма, так что оболочку можно выполнить более простым способом. Помимо регулирования вязкости основного материала оболочки 108 вязкость материала оболочки можно регулировать, используя вышеупомянутый светорассеивающий материал, материал, преобразующий длину волны, и/или пигмент, для формирования оболочки 108 с требуемым уровнем вязкости.
Второй вариант
На фиг.7 приведен вид в поперечном сечении светоизлучающего модуля 300, включающего в себя светоизлучающее устройство 200 во втором варианте осуществления. В этом варианте осуществления на основании 101 установлено несколько светоизлучающих элементов 105 через заданные интервалы. По меньшей мере, один светоотражающий элемент 110 расположен между соседними светоизлучающими элементами 105, чтобы отражать световое излучение, испускаемое под небольшим углом относительно верхней поверхности светоизлучающего элемента (т.е. верхней поверхности основания 101). То есть светоизлучающее устройство 200 представляет собой интегрированное светоизлучающее устройство, которое включает в себя несколько светоизлучающих устройств 100 первого варианта осуществления и светоотражающий элемент 110, расположенный между соответствующими светоизлучающими устройствами 100. Светорассеивающая пластина 111, предназначенная для рассеивания светового излучения от светоизлучающего элемента 105, расположена над светоизлучающими устройствами 100 и светоотражающим элементом 110 и по существу параллельна верхним поверхностям светоизлучающих элементов. Слой 112 преобразования длины волны, предназначенный для преобразования части светового излучения, испускаемого светоизлучающими элементами 105, в световое излучение, имеющее другую длину волны, расположен над светорассеивающей пластиной 111 и по существу параллелен светорассеивающей пластине 111.
В общем, поскольку отношение расстояния между основанием 101 и светорассеивающей пластиной 111 (в дальнейшем называемого оптическим расстоянием: OD) к расстоянию между соседними светоизлучающими элементами (в дальнейшем называемому шагом) уменьшается, то количество светового излучения между светоизлучающими элементами 105 на поверхности светорассеивающей пластины 111 становится малым, вызывая темное пространство.
Однако когда устройство содержит светоотражающий элемент 110, расположенный таким образом, световое излучение, отражаемое светоотражающим элементом 110, компенсирует количество светового излучения между светоизлучающими элементами, в результате чего можно снизить неравномерность яркости на поверхности светорассеивающей пластины 111 даже в области с меньшим отношением OD/шаг.
В частности, в светоизлучающем устройстве 200 по второму варианту осуществления изобретения угол θ наклона светоотражающей поверхности светоотражающего элемента 110 относительно основания 101 задан так, что неравномерность яркости на поверхности светорассеивающей пластины 111 уменьшается с учетом свойств распределения светового излучения соответствующих светоизлучающих устройств 100. Что касается свойств распределения светового излучения нескольких светоизлучающих устройств 100, каждое светоизлучающее устройство 100 предпочтительно имеет такие характеристики распределения светового излучения, что количество светового излучения становится большим в области с большим углом распределения светового излучения, т.е. в области при угле распределения светового излучения около ± 90°, чтобы снизить неравномерность яркости на поверхности светорассеивающей пластины 111 и получить тонкое светоизлучающее устройство 200.
Если отношение OD/шаг небольшое, например, 0,2 или менее, то угол наклона, под которым падающее световое излучение входит в светоотражающий элемент 110, меньше, чем 22° относительно светоизлучающей поверхности светоизлучающего элемента 105. Таким образом, чтобы увеличить коэффициент отражения светового излучения светоотражающим элементом 110 при низком отношении OD/шаг, равном 0,2 или меньше, характеристика распределения светового излучения светоизлучающего устройства 100 предпочтительно такова, что, например, количество светового излучения под углом наклона менее 20° относительно верхней поверхности основания является большим. В частности, первый и второй пики интенсивности излучения предпочтительно расположены в диапазоне угла наклона менее 20°. Здесь угол наклона, равный 20°, соответствует углам распределения светового излучения 20° и 160° на фиг. 4. Другими словами, первый пик интенсивности излучения расположен в диапазоне углов распределения светового излучения менее 20°, а второй пик интенсивности излучения расположен в диапазоне углов распределения светового излучения большее 160°, как показано на фиг. 4. Количество светового излучения в диапазоне углов наклона менее 20° предпочтительно составляет 30% или больше от общего количества светового излучения, и более предпочтительно - 40% или более.
Светоотражающий элемент 110
Светоотражающий элемент 110 расположен между соседними светоизлучающими элементами 105.
Светоотражающий элемент может быть выполнен из материала, который отражает, по меньшей мере, световое излучение, имеющее длину волны излучения светоизлучающего элемента 105. Например, для светоотражающего элемента можно использовать металлическую пластину или смолу, содержащую белый наполнитель.
Для изготовления отражающей поверхности, обладающей меньшей способностью поглощать световое излучение, можно использовать диэлектрическую многослойную пленку в качестве отражающей поверхности с меньшим поглощением светового излучения. Кроме того, коэффициент отражения светоотражающего элемента можно соответствующим образом отрегулировать путем проектирования диэлектрической многослойной пленки, либо ее коэффициент отражения также можно контролировать посредством угла светового излучения.
Высота светоотражающего элемента 110 и угол θ наклона светоотражающей поверхности относительно поверхности основания 101 можно задать равным соответствующему значению. Отражающая поверхность светоотражающего элемента 110 может быть плоской поверхностью или изогнутой поверхностью. Чтобы получить требуемые свойства распределения светового излучения, можно задать подходящий угол θ наклона и форму отражающей поверхности. Высоту светоотражающего элемента 110 предпочтительно задают равной 0,3 или менее, более предпочтительно 0,2 или менее, от расстояния между соседними светоизлучающими элементами. Такое расположение может дать тонкий светоизлучающий модуль 300 с меньшей неравномерностью яркости.
Для светоизлучающего устройства 200, используемого в среде, где температура использования имеет тенденцию к существенному изменению, коэффициент линейного расширения светоотражающего элемента 110 должен быть близким к соответствующему коэффициенту основания 101. В случае, когда коэффициент линейного расширения светоотражающего элемента 110 значительно отличается от соответствующего коэффициента основания 101, может произойти коробление в светоизлучающем устройстве 200 из-за изменения температуры или, иначе, взаимное расположение компонентов, в частности, светоизлучающего устройства 100 и светоотражающего элемента 110 может сместиться, тем самым, возможно, не позволяя получить желаемые оптические свойства. Однако коэффициент линейного расширения является физическим свойством и, следовательно, в действительности имеется не так много альтернатив. По этой причине светоотражающий элемент 110 предпочтительно выполняют из пленочного формованного компонента, который является упруго деформируемым, чтобы сократить возможность возникновения коробления светоизлучающего устройства 200 даже в том случае, когда коэффициент линейного расширения светоотражающего элемента значительно отличается от соответствующего коэффициента основания. Это связано с тем, что светоотражающий элемент 110, выполненный из менее упруго деформируемого материала, например, из твердого материала, имеет тенденцию расширяться при сохранении своей формы, но светоотражающий элемент в форме пленки может соответствующим образом деформироваться, чтобы компенсировать его расширение.
Предпочтительно несколько светоотражающих элементов 110 соединены вместе на плоскости так, чтобы имелись сквозные отверстия 113, где располагают светоизлучающие устройства 200. На фиг. 8 показана такая плоская светоотражающая пластина 110'. На фиг. 8А приведен вид сверху светоотражающей пластины 110', а на фиг. 8В показан вид в разрезе, взятом вдоль прямой А-А, показанной на фиг. 8А. Такая светоотражающая пластина 110' может быть выполнена путем литья металла, вакуумного формования, прессования и т.п. Светоотражающая пластина 110' расположена на основании 101. Светоотражающий элемент 110 может быть выполнен способом, который включает в себя нанесение светоотражающей смолы непосредственно на основание 101 и т.п. Высоту светоотражающего элемента 110 предпочтительно задают равной 0,3 или менее от расстояния между соседними светоизлучающими элементами, и, например, более предпочтительно 0,2 или менее, от расстояния между соседними светоизлучающими элементами.
Пример 1
В этом примере, как показано на фиг. 1, для основания 101 использовали эпоксидный стеклопластик, а в качестве токопроводящих дорожек использовали медный материал толщиной 35 мкм.
В качестве светоизлучающего элемента 105 можно использовать нитридный синий светодиод. Светодиод имеет приблизительно квадратную форму со стороной 600 мкм на виде в плане и толщиной 150 мкм. В качестве изолирующего элемента 104 можно использовать эпоксидный белый паяльный резист.
Светоотражающая пленка 106, сформированная на основной поверхности светоизлучающего элемента 105, выполнена из одиннадцати слоев путем многократного нанесения слоя SiO2 (толщиной 82 нм) и слоя ZrO2 (толщиной 54 нм).
На данный момент коэффициент пропускания светового излучения отражающей пленки 106 показан на фиг. 2. Коэффициент пропускания светового излучения в направлении, перпендикулярном основной поверхности светоизлучающего элемента (т.е. в направлении оптической оси) является низким, и коэффициент пропускания светового излучения отражающей пленки увеличивается по мере увеличения угла отклонения от оптической оси.
Светоизлучающий элемент 105 покрыт оболочкой 108. Оболочка 108 выполнена из силиконовой смолы и имеет высоту (Н) 1,0 мм и диаметр нижней поверхности (W) 3,0 мм.
При таком устройстве световое излучение, испускаемое светоизлучающим элементом 105, преломляется на границе между оболочкой 108 и воздухом, что расширяет диапазон углов распределения светового излучения. Характеристика распределения светового излучения светоизлучающего устройства 100, полученного таким образом, показана сплошной линией на фиг. 4. Характеристика распределения светового излучения, полученная для светоизлучающего устройства без оболочки 108, показана пунктирной линией на фиг. 4. Таким образом, оболочку 108 используют вместе со светоотражающей пленкой 106, благодаря чему можно достичь более низкого отношения OD/шаг.
Пример 2
В примере 2 несколько светоизлучающих элементов 105 из примера 1 установлено на основании 101, и, по меньшей мере, один светоотражающий элемент 110 расположен между соседними светоизлучающими элементами. В данном случае шаг составляет 12,5 мм.
Светоотражающий элемент 110 имеет плоскую форму в виде светоотражающей пластины, которая выполнена с использованием полипропиленового листа, содержащего наполнитель TiO2 (толщиной (t) 02 мм), посредством вакуумного формования, чтобы получить угол θ отражения (т.е. угол наклона) 55° и высоту 2,4 мм. Светоотражающий элемент 110 представляет собой плоскую светоотражающую пластину, показанную на фиг. 8 и расположенную на изолирующем элементе 104.
Над светоотражающим элементом 110 расположена молочно-белая светорассеивающая пластина 111 и слой 112 преобразования длины волны, чтобы получить жидкокристаллическую подсветку (т.е. светоизлучающий модуль). При таком устройстве на фиг. 9А и 9В показан результат сравнения неравномерности яркости на поверхности светорассеивающей пластины 111 для случая наличия и отсутствия светоотражающего элемента 110. На фиг. 9А показан светоизлучающий модуль без светоотражающего элемента, а на фиг. 9В показан светоизлучающий модуль, содержащий светоотражающий элемент. Как показано на фиг. 9А и 9В, в случае, когда светоотражающий элемент отсутствует, относительная яркость уменьшается до диапазона примерно от 0,6 до 0,7 в области, где относительная яркость имеет тенденцию быть высокой (т.е. в диапазоне числа пикселей от примерно 250 до примерно 720). С другой стороны, в случае, когда имеется светоотражающий элемент, относительная яркость не снижается ниже 0,7 в области, где относительная яркость имеет тенденцию быть высокой (т.е. в диапазоне числа пикселей от примерно 250 до примерно 720). Другими словами, видно, что при наличии светоотражающего элемента сокращается неравномерность яркости.
Светоизлучающее устройство и светоизлучающий модуль в соответствии с настоящими вариантами осуществления можно применять в качестве подсветки для жидкокристаллических дисплеев, различных осветительных приборах и т.п.
1. Светоизлучающее устройство, содержащее:
основание, включающее в себя токопроводящие дорожки;
светоизлучающий элемент, установленный на основании и выполненный с возможностью излучать световое излучение;
светоотражающую пленку, расположенную на верхней поверхности светоизлучающего элемента; и
оболочку, покрывающую светоизлучающий элемент и светоотражающую пленку, причем отношение (H/W) высоты (Н) оболочки к ширине (W) нижней поверхности оболочки составляет менее 0,5.
2. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором верхняя поверхность оболочки имеет выпуклую изогнутую форму.
3. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором светоотражающая пленка выполнена так, что коэффициент пропускания светового излучения светоотражающей пленки для указанного светового излучения зависит от угла падения.
4. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором коэффициент пропускания светового излучения светоотражающей пленки для указанного светового излучения увеличивается по мере увеличения абсолютного значения угла падения указанного светового излучения.
5. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором светоотражающая пленка сформирована из диэлектрической многослойной пленки.
6. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором:
диапазон длин волн, отраженных светоотражающей пленкой, для светового излучения, падающего перпендикулярно на светоотражающую пленку, включает длину волны пикового излучения светоизлучающего элемента, и
в указанном диапазоне длин волн отражения область со стороны более длинных длин волн относительно пика излучения шире, чем область со стороны более коротких длин волн относительно пика излучения.
7. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором 30% или более от всего светового излучения, излучаемого светоизлучающим устройством, излучается в направлении под углом наклона менее 20° относительно верхней поверхности основания.
8. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором 40% или более от всего светового излучения, излучаемого светоизлучающим устройством, излучается в направлении под углом наклона менее 20° относительно верхней поверхности основания.
9. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором отношение (H/W) высоты (Н) оболочки к ширине (W) нижней поверхности оболочки составляет 0,3 или менее.
10. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором светоизлучающий элемент установлен методом перевернутого кристалла.
11. Светоизлучающий модуль, содержащий:
светоизлучающее устройство по любому из пп. 1-10; и
элемент преобразования длины волны, расположенный со стороны световыводящей поверхности светоизлучающего устройства, причем элемент преобразования длины волны выполнен с возможностью поглощать часть светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом и преобразовывать поглощенное световое излучение в световое излучении с длиной волны, отличной от длины волны светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом.
12. Интегрированное светоизлучающее устройство, содержащее:
несколько светоизлучающих устройств по любому из пп. 1-10,
при этом по меньшей мере один светоотражающий элемент расположен между соседними указанными светоизлучающими устройствами.
13. Интегрированное светоизлучающее устройство по п. 12, в котором светоотражающий элемент имеет высоту, составляющую 0,3 или менее от расстояния между соседними светоизлучающими устройствами.
14. Интегрированное светоизлучающее устройство по п. 12, в котором светоотражающий элемент имеет высоту, составляющую 0,2 или менее от расстояния между соседними светоизлучающими устройствами.
15. Светоизлучающий модуль, содержащий:
интегрированное светоизлучающее устройство по п. 12; и
элемент преобразования длины волны, расположенный со стороны световыводящей поверхности интегрированного светоизлучающего устройства, причем элемент преобразования длины волны выполнен с возможностью поглощать часть светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом и преобразовывать поглощенное световое излучение в световое излучение с длиной волны, отличной от длины волны светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом.
16. Светоизлучающий модуль, содержащий:
интегрированное светоизлучающее устройство по п. 13; и
элемент преобразования длины волны, расположенный со стороны световыводящей поверхности интегрированного светоизлучающего устройства, причем элемент преобразования длины волны выполнен с возможностью поглощать часть светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом и преобразовывать поглощенное световое излучение в световое излучение с длиной волны, отличной от длины волны светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом.
17. Светоизлучающий модуль, содержащий:
интегрированное светоизлучающее устройство по п. 14; и
элемент преобразования длины волны, расположенный со стороны световыводящей поверхности интегрированного светоизлучающего устройства, причем элемент преобразования длины волны выполнен с возможностью поглощать часть светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом и преобразовывать поглощенное световое излучение в световое излучение с длиной волны, отличной от длины волны светового излучения, испускаемого светоизлучающим элементом.
