BR112018006931B1

BR112018006931B1 - Dispositivo emissor de luz, e, módulo emissor de luz

Info

Publication number: BR112018006931B1
Application number: BR112018006931-0A
Authority: BR
Inventors: Motokazu Yamada; Yuichi Yamada
Original assignee: Nichia Corporation
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2022-11-29
Also published as: CA2999401A1; JP2018139303A; AU2016238924A1; JP7175099B2; RU2018112372A3; JP2017073549A; BR112018006931A2; JP2021170688A; CN113437202A; CN106571421B; KR102632427B1; RU2018112372A; TW201724554A; AU2016238924B2; TWI799754B; TWI712181B; TW202112181A; JP7252483B2; JP6506899B2; KR20170044032A

Abstract

DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ, E, MÓDULO EMISSOR DE LUZ. É descrito um dispositivo emissor de luz que inclui uma base que inclui uma fiação condutora; um elemento emissor de luz montado na base e configurado para emitir luz; um filme refletor de luz provido em uma superfície superior do elemento emissor de luz; e um encapsulante que cobre o elemento emissor de luz e o filme refletor de luz. Uma razão (H/W) de uma altura (H) do encapsulante por uma largura (W) de uma superfície de base do encapsulante é menor do que 0,5.

Description

Campo Técnico REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica a prioridade ao Pedido de Patente Japonês 2015-200445, depositado em 8 de outubro de 2015, e ao Pedido de Patente Japonês 2016-197968, depositado em 6 de outubro de 2016, cujas descrições são, pelo presente, incorporadas pela referência em sua íntegra.

Fundamentos da Invenção

[002] A presente descrição refere-se a dispositivos emissores de luz, a dispositivos emissores de luz integrados e a módulos emissores de luz.

[003] Nos últimos anos, vários componentes eletrônicos foram propostos e colocados em uso prático, e é exigido que eles exibam desempenho superior. Em particular, alguns componentes eletrônicos precisam manter seus desempenhos por um longo período de tempo em um severo ambiente de uso. Tais exigências podem se aplicar a dispositivos emissores de luz que usam elementos emissores de luz semicondutores, incluindo um diodo emissor de luz (isto é, LED). Isto é, nos campos de iluminação geral e de iluminação interior e exterior para veículos, é crescentemente exigido que os dispositivos emissores de luz demonstrem dia após dia desempenho superior, especificamente, saída superior (isto é, luminância superior) e confiabilidade superior. Além do mais, exige-se que os dispositivos emissores de luz sejam supridos a baixos custos, ao mesmo tempo em que mantêm alto desempenho.

[004] As luzes de fundo usadas em televisões de cristal líquido, dispositivos de iluminação gerais e semelhantes são desenvolvidas pelo foco em seus desenhos, o que leva a uma alta demanda por redução.

[005] Por exemplo, a Publicação do Pedido de Patente Japonês Não Examinado 2008-4948 descreve um dispositivo emissor de luz no qual um refletor é provido na superfície superior de um elemento emissor de luz montado em uma submontagem de uma maneira de conexão de chip por colapso controlado para, desse modo, alcançar a redução da luz de fundo.

[006] A Publicação do Pedido de Patente Japonês Não Examinado 2008-4948 pode alcançar o dispositivo emissor de luz com ampla distribuição de luz. Entretanto, com a redução adicional da luz de fundo, um dispositivo emissor de luz capaz de alcançar distribuição de luz muito mais ampla foi exigido.

Sumário da Invenção

[007] As modalidades da presente descrição foram feitas em vista das circunstâncias expostas, e é um objetivo das modalidades da presente descrição prover um dispositivo emissor de luz que habilita a ampla distribuição de luz sem usar uma lente secundária.

[008] Um dispositivo emissor de luz de acordo com uma modalidade inclui: uma base que inclui uma fiação condutora; um elemento emissor de luz montado na base e adaptado para emitir luz; um filme refletor de luz provido em uma superfície superior do elemento emissor de luz; e um encapsulante que cobre o elemento emissor de luz e o filme refletor de luz, em que uma razão (H/W) de uma altura (H) do encapsulante por uma largura (W) de uma superfície de base do encapsulante é menor do que 0,5.

[009] Desta maneira, a modalidade da presente descrição habilita a ampla distribuição de luz sem usar uma lente secundária.

Breve Descrição dos Desenhos

[0010] A figura 1 é uma vista seccional transversal que mostra um exemplo de um dispositivo emissor de luz de acordo com uma primeira modalidade.

[0011] A figura 2 é um diagrama que mostra a dependência do ângulo incidente de uma transmissividade de luz de um filme refletor de luz na modalidade.

[0012] A figura 3 é um diagrama que mostra um relacionamento entre um alcance do comprimento de onda de um filme refletor de luz e um comprimento de onda de emissão de um elemento emissor de luz no dispositivo emissor de luz da modalidade.

[0013] A figura 4 é um diagrama de característica da distribuição de luz do dispositivo emissor de luz na modalidade.

[0014] A figura 5 é um diagrama de característica da distribuição de luz de um dispositivo emissor de luz que usa uma lente secundária no Exemplo Comparativo.

[0015] As figuras 6A-6I mostram os Exemplos Experimentais de acordo com a modalidade.

[0016] A figura 7 é uma vista seccional transversal que mostra um exemplo de um módulo emissor de luz em uma segunda modalidade.

[0017] A figura 8A mostra um exemplo de uma placa refletora de luz.

[0018] A figura 8B mostra um exemplo de uma placa refletora de luz.

[0019] A figura 9A mostra as características de distribuição de luminância de um módulo emissor de luz de acordo com o Exemplo 2.

[0020] A figura 9B mostra as características de distribuição de luminância de um módulo emissor de luz de acordo com o Exemplo 2.

Descrição das Modalidades

[0021] As modalidades da presente descrição serão descritas a seguir em relação aos desenhos anexos, conforme apropriado. Um dispositivo emissor de luz a ser descrito a seguir deve incorporar a ideia técnica da presente descrição e não se pretende que limite a presente invenção, a menos que de outra forma especificada. Os conteúdos da descrição em relação a uma modalidade ou exemplo também podem ser aplicados em outras modalidades e exemplos.

[0022] Além do mais, na descrição a seguir, os mesmos nomes ou caracteres de referência denotam os mesmos ou similares elementos, e, assim, uma descrição detalhada dos mesmos será omitida conforme apropriado. Além do mais, em relação a cada elemento que configura a presente invenção, uma pluralidade de elementos pode ser formada pelo mesmo elemento, desse modo, permitindo que este um elemento funcione como estes elementos. Inversamente, a função de um elemento pode ser compartilhada e alcançada por uma pluralidade de elementos.

Primeira Modalidade

[0023] A figura 1 é um diagrama de configuração esquemática que mostra um exemplo de um dispositivo emissor de luz de acordo com uma primeira modalidade.

[0024] Da forma mostrada na figura 1, nesta modalidade, o dispositivo emissor de luz inclui uma base 101 com fiações condutoras 102, e um elemento emissor de luz 105 montado na base 101. O elemento emissor de luz 105 é montado de uma maneira de conexão de chip por colapso controlado por meio de elementos de ligação 103 para cobrir pelo menos uma região entre um par de fiações condutoras 102 provido na superfície da base 101. Um filme refletor de luz 106 é formado em um lado da superfície de extração de luz do elemento emissor de luz 105 (isto é, a superfície superior do elemento emissor de luz 105). Pelo menos uma parte de cada fiação condutora pode ser provida com um elemento isolante 104. Uma região da superfície superior da fiação condutora 102 eletricamente conectada no elemento emissor de luz 105 fica exposta a partir do elemento isolante 104.

[0025] A transmissividade de luz do filme refletor de luz 106 é dependente de um ângulo de incidência da luz incidente do elemento emissor de luz 105. A figura 2 é um diagrama que mostra a dependência do ângulo incidente da transmissividade de luz do filme refletor de luz 106 nesta modalidade. O filme refletor de luz 106 dificilmente permite que a luz passe através do mesmo na direção perpendicular à superfície superior do elemento emissor de luz 105, mas aumenta a quantidade da luz transmitida à medida que o ângulo de incidência aumenta em relação à direção perpendicular. Especificamente, quando o ângulo incidente estiver em uma faixa de -30° até 30°, a transmissividade de luz é aproximadamente 10 %. Quando o ângulo incidente ficar menor do que -30°, a transmissividade de luz fica gradualmente maior. Adicionalmente, quando o ângulo incidente ficar menor do que -50°, a transmissividade de luz aumenta drasticamente. Igualmente, quando o ângulo incidente ficar maior do que 30°, a transmissividade de luz fica gradualmente maior. Adicionalmente, quando o ângulo incidente ficar maior do que 50°, a transmissividade de luz aumenta drasticamente. Isto é, a transmissividade de luz do filme refletor de luz para a dita luz aumenta à medida que um valor absoluto de um ângulo incidente aumenta. A formação de um filme refletor como este pode alcançar as características de distribuição de luz tipo asa de morcego mostradas na figura 4.

[0026] O termo “características de distribuição de luz tipo asa de morcego”, da forma aqui usada, significa as características de distribuição de luz que exibem um primeiro pico em uma primeira região com um ângulo de distribuição de luz de menos do que 90°, o primeiro pico tendo uma intensidade superior àquela no ângulo de distribuição de luz de 90°, bem como um segundo pico em uma segunda região com um ângulo de distribuição de luz de mais do que 90°, o segundo pico tendo uma intensidade superior àquela no ângulo de distribuição de luz de 90°.

[0027] O elemento emissor de luz 105 é coberto com um encapsulante transmissivo de luz 108. O encapsulante 108 fica disposto na base para cobrir o elemento emissor de luz 105 a fim de proteger o elemento emissor de luz 105 de um ambiente externo e para controlar opticamente a luz emitida a partir do elemento emissor de luz. O encapsulante 108 é formado substancialmente na forma de domo. O encapsulante 108 cobre o elemento emissor de luz 105 com o filme refletor de luz 106 disposto no mesmo, as superfícies das fiações condutoras 102 localizadas ao redor do elemento emissor de luz 105, e as partes de conexão entre o elemento emissor de luz 105 que inclui os elementos de ligação 103 e as fiações condutoras 102. Isto é, a superfície superior e as superfícies laterais do filme refletor de luz 106 ficam em contato com o encapsulante 108, e a superfícies laterais do elemento emissor de luz 105 não coberto com o filme refletor de luz 106 também ficam em contato com o encapsulante 108. As partes de conexão podem ser cobertas com um enchimento subjacente, não com o encapsulante 108. Neste caso, o encapsulante 108 é formado para cobrir a superfície superior do enchimento subjacente e do elemento emissor de luz. Nesta modalidade, o elemento emissor de luz 105 é diretamente coberto com o encapsulante 108.

[0028] O encapsulante 108 é preferivelmente formado para ter uma forma externa circular ou elíptica na vista de topo, com a razão de uma altura (H) do encapsulante em uma direção do eixo geométrico óptico por um diâmetro (largura: W) do encapsulante na vista de topo definida em um valor menor do que 0,5. Para o encapsulante 108 com a forma elíptica, há um eixo geométrico maior e um eixo geométrico menor que podem ser considerados como o comprimento da largura, mas o eixo geométrico menor é definido como um diâmetro (W) do encapsulante 108 na presente especificação. A superfície superior do encapsulante 108 é formada em uma forma curva convexa.

[0029] Com este arranjo, a luz emitida a partir do elemento emissor de luz 105 é refratada em uma interface entre o encapsulante 108 e o ar, que pode alcançar a mais ampla distribuição de luz.

[0030] Aqui, a altura (H) do encapsulante indica a altura a partir de uma superfície de montagem para o elemento emissor de luz 105, da forma mostrada na figura 1. A largura (W) do encapsulante indica seu diâmetro quando o encapsulante tiver uma superfície de base circular, da forma supramencionada, ou, alternativamente, indica o comprimento da parte mais curta do mesmo quando o encapsulante tiver qualquer forma diferente do círculo.

[0031] A figura 4 mostra um exemplo das mudanças nas características de distribuição de luz, dependendo da presença ou da ausência do encapsulante 108. Na figura 4, a linha cheia mostra a característica de distribuição de luz de um dispositivo emissor de luz 100 na primeira modalidade. Por outro lado, a linha pontilhada mostra a característica de distribuição de luz de um dispositivo emissor de luz fabricado da mesma maneira que na primeira modalidade, exceto em que o encapsulante 108 não é formado.

[0032] Como pode ser visto a partir da figura 4, de acordo com o dispositivo emissor de luz da primeira modalidade, o primeiro pico se move na direção que diminui o ângulo de distribuição de luz, bem como o segundo pico se move na direção que aumenta o ângulo de distribuição de luz, se comparado com um dispositivo emissor de luz sem o encapsulante 108. Portanto, o dispositivo emissor de luz da primeira modalidade pode alcançar a mais ampla distribuição de luz.

[0033] O uso tanto do filme refletor de luz 106 quanto do encapsulante 108 desta maneira pode alcançar as desejadas características de distribuição de luz sem usar a lente secundária. Isto é, a formação do filme refletor de luz 106 pode reduzir a luminância diretamente acima do elemento emissor de luz 105, ao mesmo tempo em que o encapsulante 108 pode concentrar na ampliação da distribuição da luz do elemento emissor de luz 105, o que habilita a significativa redução do encapsulante com uma função de lente.

[0034] Em outras palavras, convencionalmente, a redução na luminância diretamente acima do elemento emissor de luz durante a ampliação da distribuição de luz é possível apenas pelo ajuste de uma altura do encapsulante e, em decorrência disto, a altura do encapsulante deve ser aumentada. Ao contrário, o dispositivo emissor de luz desta modalidade inclui o filme refletor de luz 106 com reduzida luminância diretamente acima do elemento emissor de luz 105, desse modo, alcançando as características de distribuição de luz tipo asa de morcego. Desse modo, o encapsulante 108 pode ser configurado para focar na função de ampliação da distribuição de luz. Assim, esta modalidade pode alcançar a redução do dispositivo emissor de luz.

[0035] Este arranjo pode alcançar um módulo de luz de fundo reduzida (isto é, módulo emissor de luz) com o qual a luminância não uniforme é reduzida, como será mencionado posteriormente. A figura 5 mostra as características de distribuição de luz obtidas pelo uso da lente secundária como um Exemplo Comparativo. Até mesmo sem usar nenhuma lente secundária, o dispositivo emissor de luz desta modalidade pode alcançar substancialmente as mesmas características de distribuição de luz como durante o uso de uma lente secundária.

[0036] Nove dispositivos emissores de luz com diferentes alturas (H) na direção do eixo geométrico óptico dos encapsulantes 108 e diferentes diâmetros (larguras: W) dos encapsulantes na vista de topo foram fabricados. Os resultados de suas características de distribuição de luz são mostrados nas figuras 6A-6I. O elemento emissor de luz usado nos mesmos foi um LED azul com uma forma substancialmente quadrada com um lado de 600 μm de comprimento na vista plana e uma espessura de 150 μm. O filme refletor de luz 106 formado na superfície principal do elemento emissor de luz 105 é configurado por onze camadas pela repetidamente formação de uma camada de SiO2 (82 nm de espessura) e uma camada de ZrO2 (54 nm de espessura).

[0037] Em relação a cada um dos nove dispositivos emissores de luz N° 1 até N° 9, a razão da altura (H) do encapsulante pelo diâmetro (largura: W) do encapsulante é mostrada em Tabela 1.

[0038] Como pode ser visto a partir dos resultados experimentais, as características de distribuição de luz não mudaram muito devido à diferença no diâmetro do encapsulante. Entretanto, a razão da altura (H) do encapsulante pelo diâmetro (largura: W) do encapsulante afetou as características de distribuição de luz.

[0039] Os gráficos das figuras 6A-6I mostram que a razão (H/W) da altura (H) pela largura (W) do encapsulante é, preferivelmente, 0,3 ou menos, a fim de alcançar uma mais ampla distribuição de luz.

[0040] Os exemplos preferidos do dispositivo emissor de luz 100 desta modalidade serão descritos a seguir.

(Base 101)

[0041] A base 101 é um elemento para montar o elemento emissor de luz 105. A base 101 tem as fiações condutoras 102 em sua superfície para suprir energia elétrica para o elemento emissor de luz 105.

[0042] Os exemplos de um material para a base 101 podem incluir cerâmicas e resinas, tais como uma resina de fenol, uma resina de epóxi, uma resina de poliimida, uma resina BT, poliftalamida (PPA) e poli(tereftalato) de etileno (PET). Entre estes, a resina é preferivelmente selecionada como o material em termos de baixo custo e formabilidade. A espessura da base pode ser selecionada conforme apropriado. A base pode ser tanto uma base rígida quanto uma base flexível fabricável por um sistema cilindro para cilindro. A base rígida pode ser uma base rígida adelgaçada que é curvável.

[0043] Para obter o dispositivo emissor de luz com alta resistência ao calor e luz, cerâmicas são preferivelmente selecionadas como o material para a base 101. Os exemplos de cerâmicas podem incluir alumina, mulita, forsterita, cerâmicas de vidro, cerâmicas com base em nitreto (por exemplo, AlN), e cerâmicas com base em carboneto (por exemplo, SiC). Entre estes, as cerâmicas feitas de alumina ou contendo principalmente alumina são preferíveis.

[0044] No uso de uma resina como o material para a base 101, um reforço inorgânico, tais como fibra de vidro, SiO2, TiO2, ou Al2O3, é misturado na resina, desse modo, permitindo que a base tenha melhor resistência mecânica e melhor refletância óptica, reduzida taxa de expansão térmica e semelhantes. A base 101 pode ser qualquer outro elemento, desde que ela possa separar e isolar um par de fiações condutoras 102 uma da outra. A base 101 pode empregar uma assim denominada base de metal que inclui um elemento de metal com uma camada isolante formada na mesma.

(Fiação condutora 102)

[0045] As fiações condutoras 102 são elementos eletricamente conectados em eletrodos do elemento emissor de luz 105 e adaptados para suprir corrente (energia elétrica) proveniente do exterior para o elemento emissor de luz. Isto é, a fiação condutora serve como um eletrodo ou uma parte do mesmo para energização com a energia proveniente do exterior. Normalmente, as fiações condutoras são formadas por pelo menos duas fiações, a saber, fiações positiva e negativa espaçadas uma da outra.

[0046] Cada fiação condutora 102 é formada sobre pelo menos uma superfície superior da base que serve como uma superfície de montagem para o elemento emissor de luz 105. O material para a fiação condutora 102 pode ser selecionado conforme apropriado, dependendo do material usado para a base 101, um método de fabricação do mesmo e semelhantes. Por exemplo, quando cerâmica for usada como o material para a base 101, as fiações condutoras 102 são preferivelmente feitas de material com um alto ponto de fusão que pode resistir à temperatura de sinterização de uma folha de cerâmica. Especificamente, metal com um alto ponto de fusão, tais como tungstênio ou molibdênio, é preferivelmente usado como o material para a fiação condutora. Adicionalmente, outros materiais de metal, tais como níquel, ouro ou prata, podem ser formados para cobrir a supramencionada superfície da fiação condutora por metalização, pulverização catódica, deposição a vapor, etc.

[0047] Quando a resina de epóxi de vidro for usada como o material para a base 101, o material para a fiação condutora 102 é preferivelmente feito de material que é fácil de processar. No caso de uso da resina de epóxi moldada por injeção, a fiação condutora 102 é feita de material que pode ser facilmente processado por punção, gravação, flexão, etc., e tem uma resistência mecânica relativamente alta. Especificamente, os exemplos da fiação condutora podem incluir metais, tais como cobre, alumínio, ouro, prata, tungstênio, ferro e níquel, e uma camada de metal ou armação condutora feita de uma liga de ferro-níquel, bronze fósforo, uma liga de ferro-cobre, molibdênio e semelhantes. A superfície da armação condutora pode ser revestida com um material de metal diferente daquele de um corpo principal da armação condutora. Tais materiais de metal podem ser apropriadamente selecionados, por exemplo, prata somente, ou uma liga de prata e cobre, ouro, alumínio ou ródio. Alternativamente, a fiação condutora pode ser formada por múltiplas camadas usando prata ou cada liga. Os métodos adequados para o revestimento com um material de metal podem incluir pulverização catódica, deposição a vapor e semelhantes, bem como a metalização.

(Elemento de ligação 103)

[0048] Os elementos de ligação 103 são elementos para fixar o elemento emissor de luz 105 sobre a base 101 ou as fiações condutoras 102. Na montagem de conexão de chip por colapso controlado, os elementos condutores são usados como os elementos de ligação da mesma maneira que nesta modalidade. Especificamente, materiais adequados para o elemento de ligação podem incluir uma liga que contém Au, uma liga que contém Ag, uma liga que contém Pd, uma liga que contém da armação condutora, uma liga que contém Pb-Pd, uma liga que contém Au-Ga, uma liga que contém Au-Sn, uma liga que contém Sn, uma liga que contém Sn-Cu, uma liga que contém Sn-Cu-Ag, uma liga que contém Au-Ge, uma liga que contém Au-Si, uma liga que contém Al, uma liga que contém Cu-da armação condutora, e uma mistura de metal e um fluxo.

[0049] As formas adequadas do elemento de ligação 103 podem incluir um tipo líquido, um tipo pasta e/ou um tipo sólido (por exemplo, em forma de folha, em forma de bloco, em forma de fio e/ou em forma de pó). A forma do elemento de ligação pode ser selecionada com base na composição do mesmo, na forma da base e semelhantes, conforme apropriado. Estes elementos de ligação 103 podem ser formados por um único elemento ou uma combinação de diversos tipos de elementos.

(Elemento isolante 104)

[0050] As fiações condutoras 102 são preferivelmente cobertas com o elemento isolante 104, exceto para partes das mesmas eletricamente conectadas no elemento emissor de luz 105 e outros materiais. Isto é, da forma mostrada nas respectivas figuras, uma resistência para isolar e cobrir as fiações condutoras 102 pode ficar disposto sobre a base. O elemento isolante 104 pode funcionar como uma resistência como esta.

[0051] No caso de disposição do elemento isolante 104, um reforço com base em branco pode estar contido no elemento isolante. O reforço com base em branco contido no elemento isolante pode reduzir o vazamento e a absorção de luz, desse modo, habilitando a melhoria da eficiência de extração de luz do dispositivo emissor de luz 100, bem como o isolamento das fiações condutoras 102.

[0052] O material para o elemento isolante 104 pode ser apropriadamente selecionado com base em que é menos provável que o material absorva a luz do elemento emissor de luz e tenha uma propriedade isolante. Os exemplos do material para o elemento isolante podem incluir resinas de epóxi, silicone, silicone modificado, uretano, oxetano, acrílico, policarbonato e poliimida.

(Elemento emissor de luz 105)

[0053] O elemento emissor de luz 105 montado na base pode ser algum conhecido na tecnologia. Nesta modalidade, um diodo emissor de luz é preferivelmente usado como o elemento emissor de luz 105.

[0054] Um elemento emissor de luz 105 que emite a luz em um comprimento de onda apropriado pode ser selecionado. Por exemplo, um elemento emissor de luz azul ou verde pode utilizar ZnSe, um semicondutor com base em nitreto (InxAlyGai-x-yN, 0 < X, 0 < Y, X + Y < 1), ou GaP. Um substrato de safira transmissivo de luz e semelhantes podem ser usados como um substrato de crescimento. Um elemento emissor de luz vermelho pode usar GaAlAs, AlInGaP, etc. Além do mais, os elementos emissores de luz semicondutores feitos de qualquer material diferente dos materiais supramencionados também podem ser usados. A composição, a cor da emissão e o tamanho do elemento emissor de luz para uso, e o número de elementos emissores de luz para uso e semelhantes podem ser selecionados conforme apropriado de acordo com o propósito.

[0055] Vários comprimentos de onda de emissão podem ser selecionados, dependendo do material da camada semicondutora e uma razão de cristal misturado do mesmo. O elemento emissor de luz pode ter eletrodos positivos e negativos no mesmo lado da superfície para habilitar a montagem de conexão de chip por colapso controlado, ou pode ter alternativamente eletrodos positivos e negativos em suas diferentes superfícies.

[0056] O elemento emissor de luz 105 desta modalidade tem um substrato transmissivo de luz, e uma camada semicondutora empilhada no substrato. A camada semicondutora inclui uma camada semicondutora tipo n, uma camada ativa e uma camada semicondutora tipo p formadas nesta ordem. Um eletrodo tipo n é formado na camada semicondutora tipo n, e um eletrodo tipo p é formado em uma camada semicondutora tipo p.

[0057] Da forma mostrada na figura 1, o elemento emissor de luz 105 é montado de uma maneira de conexão de chip por colapso controlado nas fiações condutoras 102 dispostas na superfície da base 101 por meio dos elementos de ligação 103. Uma superfície do elemento emissor de luz 105 oposta à superfície do mesmo com os eletrodos formados na mesma, isto é, uma superfície principal do substrato transmissivo de luz irá servir como uma superfície de extração de luz. Entretanto, nesta modalidade, o filme refletor de luz 106 é formado na superfície de extração de luz e, assim, a superfície lateral do elemento emissor de luz 105 praticamente serve como a superfície de extração de luz. Isto é, parte da luz emitida a partir do elemento emissor de luz 105 e direcionada para a superfície principal do elemento emissor de luz 105 é retornada para o elemento emissor de luz 105 pelo filme refletor de luz 106, então, repetidamente refletida no interior do elemento emissor de luz 105, e eventualmente transmitida a partir das superfícies laterais do elemento emissor de luz 105. Portanto, as características de distribuição de luz do dispositivo emissor de luz 100 (veja a linha pontilhada na figura 4) exibem as características de uma combinação da luz que passa através do filme refletor de luz 106 e da luz emitida a partir das superfícies laterais do elemento emissor de luz 105.

[0058] O elemento emissor de luz 105 fica disposto para cobrir a região entre as duas fiações condutoras 102 que são isoladas e separadas nos lados positivo e negativo. O elemento emissor de luz 105 é eletricamente conectado e mecanicamente fixo nas fiações condutoras por meio dos elementos condutores de ligação 103. Para montar o elemento emissor de luz 105, um método que usa protuberâncias pode ser empregado, bem como um método que usa pasta de solda. Como um elemento emissor de luz 105, um produto em pacote de pequena dimensão que inclui o elemento emissor de luz encapsulado com uma resina ou semelhantes também pode ser usado. A forma ou a estrutura do elemento emissor de luz 15 podem ser apropriadamente selecionadas.

[0059] Como será descrito a seguir, no caso do dispositivo emissor de luz que inclui um elemento de conversão de comprimento de onda, o elemento emissor de luz usa adequadamente um semicondutor de nitreto (InxAlyGai-x-yN, 0 < X, 0 < Y, X + Y < 1) capaz de emitir a luz com um comprimento de onda curto que pode excitar eficientemente uma camada de conversão do comprimento de onda.

[0060] Embora uma modalidade que usa a montagem de conexão de chip por colapso controlado tenha sido descrita como um exemplo, certas modalidades da presente invenção podem empregar um estado de montagem no qual um lado da base isolante de um elemento emissor de luz serve como a superfície de montagem, e os eletrodos formados na superfície superior do elemento emissor de luz são conectados em fios. Neste caso, a superfície superior do elemento emissor de luz é um lado da superfície formado com eletrodo, e o filme refletor de luz fica posicionado no lado da superfície formado com eletrodo.

(Filme refletor de luz 106)

[0061] O filme refletor de luz 106 é formado no lado da superfície de extração de luz, que é a superfície principal do elemento emissor de luz 105.

[0062] O material para o filme refletor de luz pode ser um que reflete pelo menos a luz emitida a partir do elemento emissor de luz 105, por exemplo, metal ou resina que contêm um reforço branco.

[0063] Um filme multicamadas dielétrico pode ser usado para produzir o filme refletor com menos absorção de luz. Adicionalmente, a refletância do filme refletor de luz pode ser adequadamente ajustada pelo desenho do filme multicamadas dielétrico, ou sua refletância também pode ser controlada pelo ajuste do ângulo da luz. Em particular, a refletância é aumentada na direção perpendicular à superfície de extração de luz (também chamada de direção do eixo geométrico óptico), e diminuída em um grande ângulo em relação ao eixo geométrico óptico devido ao aumento da transmissividade de luz do filme refletor, que pode controlar a forma da distribuição de luz tipo asa de morcego.

[0064] Em relação a um alcance do comprimento de onda do reflexo na direção do eixo geométrico óptico do filme multicamadas dielétrico, isto é, na direção perpendicular à superfície superior do elemento emissor de luz, da forma mostrada na figura 3, é preferível ampliar uma região em um lado do comprimento de onda longo do alcance do comprimento de onda do reflexo, em relação ao comprimento de onda de pico de emissão do elemento emissor de luz 105.

[0065] Isto é em virtude de, como o ângulo a partir do eixo geométrico óptico ser variado, em outras palavras, à medida que o ângulo do eixo geométrico óptico da luz incidente é aumentado, o alcance do comprimento de onda do reflexo do filme multicamadas dielétrico ser deslocado para o lado do comprimento de onda curto. Pela ampliação do alcance do comprimento de onda do reflexo na direção do lado do comprimento de onda longo em relação ao comprimento de onda de emissão, a adequada refletância pode ser mantida até um grande ângulo, isto é, para luz incidente a partir do elemento emissor de luz em um grande ângulo em relação ao eixo geométrico óptico.

[0066] Os materiais adequados para uso no filme multicamadas dielétrico pode ser um material de filme de óxido de metal, um filme de nitreto de metal, um filme de oxinitreto ou semelhantes. Os materiais orgânicos, tais como uma resina de silicone ou uma resina de flúor, também podem ser usados. Entretanto, o material para as multicamadas dielétricas pode ser selecionado a partir daqueles diferentes do supradescrito.

(Encapsulante 108)

[0067] Os materiais adequados para uso no encapsulante 108 podem ser materiais transmissivos de luz, incluindo uma resina de epóxi, uma resina de silicone, uma resina misturada dos mesmos ou vidro. Entre estas, a resina de silicone é preferivelmente selecionada levando em consideração a resistência à luz e a formabilidade.

[0068] O encapsulante 108 pode conter: um material de difusão de luz, um material de conversão do comprimento de onda, tais como fósforos ou pontos quânticos, que absorve parte da luz do elemento emissor de luz 105 para emitir luz com um comprimento de onda diferente daquele da luz emitida a partir do elemento emissor de luz; e um corante correspondente à cor da luz emitida a partir do elemento emissor de luz.

[0069] No caso de adição destes materiais no encapsulante 108, é preferível usar aqueles menos prováveis de afetar as características de distribuição de luz. Por exemplo, o material com um tamanho de partícula de 0,2 μm ou menor é preferível em virtude de ser menos provável que afete as características de distribuição de luz. O termo “tamanho de partícula”, da forma usada na presente especificação, significa um tamanho de partícula médio, e o tamanho de partícula médio é medido com base em um N° FisherSubSieve-Sizers (F.S.S.S.No) usando um método de permeabilidade ao ar.

[0070] O encapsulante 108 pode ser formado por moldagem por compressão ou moldagem por injeção para cobrir o elemento emissor de luz 105. Alternativamente, o material para o encapsulante 108 é otimizado em sua viscosidade para ser solto ou extraído no elemento emissor de luz 105, desse modo, controlando a forma do encapsulante 108 pela tensão superficial do próprio material.

[0071] No último método de formação, um molde não é exigido, de forma que o encapsulante possa ser formado por um método mais simples. Diferente do ajuste da viscosidade do material da base do encapsulante 108, a viscosidade do material do encapsulante pode ser ajustada pelo uso dos supramencionados material de difusão de luz, material de conversão do comprimento de onda e/ou corante para formar o encapsulante 108 com um nível de viscosidade desejado.

Segunda modalidade

[0072] A figura 7 é uma vista seccional transversal de um módulo emissor de luz 300 que inclui um dispositivo emissor de luz 200 em uma segunda modalidade. Nesta modalidade, uma pluralidade dos elementos emissores de luz 105 é montada em intervalos predeterminados na base 101. Pelo menos um elemento refletor de luz 110 fica disposto entre os elementos emissores de luz 105 adjacentes para refletir a luz emitida em um pequeno ângulo em relação à superfície superior do elemento emissor de luz (isto é, a superfície superior da base 101). Isto é, o dispositivo emissor de luz 200 é um dispositivo emissor de luz integrado que inclui uma pluralidade dos dispositivos emissores de luz 100 da primeira modalidade e o elemento refletor de luz 110 disposto entre os respectivos dispositivos emissores de luz 100. Uma placa de difusão de luz 111 para difundir a luz do elemento emissor de luz 105 fica disposta acima dos dispositivos emissores de luz 100 e do elemento refletor de luz 110 e, substancialmente, em paralelo com as superfícies superiores dos elementos emissores de luz. Uma camada de conversão do comprimento de onda 112 para converter parte da luz emitida a partir dos elementos emissores de luz 105 em luz com um diferente comprimento de onda fica disposta acima da placa de difusão de luz 111 e, substancialmente, em paralelo com a placa de difusão de luz 111.

[0073] No geral, à medida que a razão de uma distância entre a base 101 e a placa de difusão de luz 111 (a seguir, pode ser referida como uma distância óptica: OD) por uma distância entre os elementos emissores de luz adjacentes (a seguir pode ser referida como uma arfagem) é diminuída, a quantidade de luz entre os elementos emissores de luz 105 na superfície da placa de difusão de luz 111 torna-se pequena, causando um espaço escuro.

[0074] Entretanto, com o arranjo que inclui o elemento refletor de luz 110 disposto desta maneira, a luz refletida pelo elemento refletor de luz 110 compensa a quantidade de luz entre os elementos emissores de luz, de acordo com o que, a luminância não uniforme na superfície da placa de difusão de luz 111 pode ser reduzida até mesmo em uma região com uma menor razão de OD/Arfagem.

[0075] Especificamente, no dispositivo emissor de luz 200 da segunda modalidade, um ângulo de inclinação θ de uma superfície refletora de luz do elemento refletor de luz 110 em relação à base 101 é definido de maneira tal que a luminância não uniforme na superfície da placa de difusão de luz 111 seja reduzida levando em consideração as características de distribuição de luz dos respectivos dispositivos emissores de luz 100. Em relação às características de distribuição de luz da pluralidade de dispositivos emissores de luz 100 arranjados, cada dispositivo emissor de luz 100 tem, preferivelmente, as características de distribuição de luz em que a quantidade de luz torna-se grande em uma região com um grande ângulo de distribuição de luz, isto é, em uma região em um ângulo de distribuição de luz de cerca de ±90°, a fim de reduzir a luminância não uniforme na superfície da placa de difusão de luz 111 e para alcançar o dispositivo emissor de luz reduzido 200.

[0076] Quando a razão de OD/Arfagem for pequena, por exemplo, 0,2 ou menos, um ângulo de elevação no qual a luz incidente entra no elemento refletor de luz 110 é menor do que 22° em relação à superfície emissora de luz do elemento emissor de luz 105. Assim, para aumentar a refletância da luz pelo elemento refletor de luz 110 na baixa OD/Arfagem de 0,2 ou menos, as características de distribuição de luz do dispositivo emissor de luz 100 têm, preferivelmente, o recurso em que, por exemplo, a quantidade de luz no ângulo de elevação de menos do que 20° em relação à superfície superior da base é grande. Especificamente, o primeiro e o segundo picos da intensidade de emissão ficam preferivelmente posicionados em um alcance do ângulo de elevação de menos do que 20°. Aqui, o ângulo de elevação de 20° corresponde aos ângulos de distribuição de luz de 20° e 160° na figura 4. Em outras palavras, o primeiro pico de intensidade de emissão fica posicionado em um alcance de menos do que 20° do ângulo de distribuição de luz, e o segundo pico da intensidade de emissão fica posicionado em um alcance de mais do que 160° do ângulo de distribuição de luz, da forma mostrada na figura 4. A quantidade de luz em um alcance do ângulo de elevação de menos do que 20° é, preferivelmente, 30 % ou mais da íntegra da quantidade de luz e, mais preferivelmente, 40 % ou mais da mesma.

(Elemento refletor de luz 110)

[0077] O elemento refletor de luz 110 é provido entre os elementos emissores de luz adjacentes 105.

[0078] O elemento refletor de luz pode ser formado por um material que reflete pelo menos a luz com o comprimento de onda de emissão do elemento emissor de luz 105. Por exemplo, uma placa de metal ou uma resina que contêm um reforço branco podem ser adequadamente usadas para o elemento refletor de luz.

[0079] Um filme multicamadas dielétrico pode ser usado como uma superfície refletora do elemento refletor de luz para produzir a superfície refletora com menos absorção de luz. Adicionalmente, a refletância do elemento refletor de luz pode ser apropriadamente ajustada pelo desenho do filme multicamadas dielétrico, ou sua refletância também pode ser controlada pelo ângulo da luz.

[0080] A altura do elemento refletor de luz 110 e do ângulo de inclinação θ da superfície refletora de luz em relação à superfície da base 101 pode ser definida em valores apropriados. A superfície refletora do elemento refletor de luz 110 pode ser uma superfície plana ou uma superfície curva. Para obter as características de distribuição de luz desejadas, o ângulo de inclinação θ adequado e a forma da superfície do refletor podem ser definidos. A altura do elemento refletor de luz 110 é preferivelmente definida em 0,3 vez ou menos e, mais preferivelmente, 0,2 vez ou menos que a distância entre os elementos emissores de luz adjacentes. Este arranjo pode prover o módulo emissor de luz reduzido 300 com menos luminância não uniforme.

[0081] Para o dispositivo emissor de luz 200 usado em um ambiente em que a temperatura de uso tende a mudar significativamente, o coeficiente de expansão linear do elemento refletor de luz 110 precisa estar próximo daquele da base 101. No caso em que o elemento refletor de luz 110 diferir significativamente da base 101 no coeficiente de expansão linear, deformação pode ocorrer no dispositivo emissor de luz 200 devido à mudança na temperatura ou, em outras circunstâncias, o relacionamento posicional entre os componentes, especialmente, entre o dispositivo emissor de luz 100 e o elemento refletor de luz 110 pode se deslocar, assim, possivelmente falhando em obter as propriedades ópticas desejadas. Entretanto, o coeficiente de expansão linear é uma propriedade física e, assim, não há muitas alternativas na realidade. Por este motivo, o elemento refletor de luz 110 é preferivelmente formado por um componente em forma de filme que é elasticamente deformável a fim de reduzir a ocorrência de deformação do dispositivo emissor de luz 200 até mesmo no caso em que o elemento refletor de luz diferir significativamente da base no coeficiente de expansão linear. Isto é em virtude de o elemento refletor de luz 110 feito de um material menos elasticamente deformável, tal como material sólido, tender a expandir ao mesmo tempo em que mantém sua forma, mas o elemento refletor de luz em forma de filme pode ser apropriadamente deformado para compensar sua expansão.

[0082] Preferivelmente, uma pluralidade de elementos refletores de luz 110 é acoplada em conjunto em uma forma de placa para ter furos passantes 113 em que os dispositivos emissores de luz 200 ficam dispostos. A figura 8 mostra uma placa refletora de luz em forma de placa como esta 110’. A figura 8A é uma vista de topo da placa refletora de luz 110’, e a figura 8B é uma vista seccional transversal tomada ao longo da linha A-A da figura 8A. Uma placa refletora de luz 110’ como esta pode ser formada por moldagem de metal, formação a vácuo, moldagem sob pressão, formação sob pressão e semelhantes. A placa refletora de luz 110’ fica disposta na base 101. O elemento refletor de luz 110 pode ser formado por um método que envolve o desenho de uma resina refletora de luz diretamente na base 101 e semelhantes. A altura do elemento refletor de luz 110 é preferivelmente definida em 0,3 vez ou menos que a distância entre os elementos emissores de luz adjacentes e, por exemplo, mais preferivelmente, 0,2 vez ou menos que a distância entre os elementos emissores de luz adjacentes.

Exemplo 1

[0083] Neste exemplo, da forma mostrada na figura 1, um material com base em epóxi de vidro é usado para a base 101, e um material em Cu de 35 μm de espessura é usado como a fiação condutora.

[0084] Um LED azul com base em nitreto pode ser usado como o elemento emissor de luz 105. O LED tem uma forma aproximadamente quadrada com um lado de 600 μm de comprimento na vista plana e uma espessura de 150 μm. Uma resistência de solda branca com base em epóxi pode ser usado como o elemento isolante 104.

[0085] O filme refletor de luz 106 formado na superfície principal do elemento emissor de luz 105 é configurado por onze camadas pela repetida formação de uma camada de SiO2 (82 nm de espessura) e uma camada de ZrO2 (54 nm de espessura).

[0086] Neste momento, a transmissividade de luz do filme refletor de luz 106 é mostrada na figura 2. A transmissividade de luz na direção perpendicular ao lado principal da superfície do elemento emissor de luz (isto é, na direção do eixo geométrico óptico) é baixa, e a transmissividade de luz do filme refletor de luz é aumentada à medida que um ângulo distante do eixo geométrico óptico aumenta.

[0087] O elemento emissor de luz 105 é coberto com o encapsulante 108. O encapsulante 108 é formado por uma resina de silicone e tem uma altura (H) de 1,0 mm e um diâmetro da superfície de base (W) de 3,0 mm.

[0088] Com este arranjo, a luz emitida a partir do elemento emissor de luz 105 é refratada em uma interface entre o encapsulante 108 e o ar, o que amplia o alcance dos ângulos de distribuição de luz. A característica de distribuição de luz do dispositivo emissor de luz 100 obtida por este arranjo é indicada pela linha cheia na figura 4. A característica de distribuição de luz obtida por um dispositivo emissor de luz sem o encapsulante 108 é indicada pela linha pontilhada na figura 4. Desta maneira, o encapsulante 108 é usado juntamente com o filme refletor de luz 106, que pode alcançar a OD/Arfagem inferior.

Exemplo 2

[0089] No Exemplo 2, uma pluralidade de elementos emissores de luz 105 do Exemplo 1 é montada na base 101, e o pelo menos um elemento refletor de luz 110 fica disposto entre os elementos emissores de luz adjacentes. Aqui, a Arfagem é definida em 12,5 mm.

[0090] O elemento refletor de luz 110 é uma placa refletora de luz em forma de placa, que é formada usando uma folha de polipropileno que contém um reforço de TiO2 (com uma espessura (t) de 0,2 mm) pelo método de formação a vácuo para ter um ângulo de reflexo θ (isto é, ângulo de elevação) de 55° e uma altura de 2,4 mm. O elemento refletor de luz 110 é uma placa refletora de luz em forma de placa mostrada na figura 8 e disposta no elemento isolante 104.

[0091] Acima do elemento refletor de luz 110, uma placa de difusão de luz branca leitosa 111 e uma camada de conversão do comprimento de onda 112 ficam dispostas para formar uma luz de fundo em cristal líquido (isto é, módulo emissor de luz). Neste arranjo, as figuras 9A e 9B mostram o resultado da comparação da luminância não uniforme na superfície da placa de difusão de luz 111 entre a presença e a ausência do elemento refletor de luz 110. A figura 9A mostra um módulo emissor de luz sem elemento refletor de luz, e a figura 9B mostra um módulo emissor de luz na presença do elemento refletor de luz. Da forma mostrada nas figuras 9A e 9B, no caso em que o elemento refletor de luz não estiver disposto, a luminância relativa é diminuída em uma faixa de cerca de 0,6 até cerca de 0,7 em uma região em que a luminância relativa tende a ser alta (isto é, em uma faixa do número de pixels entre cerca de 250 pixels e cerca de 720 pixels). Por outro lado, no caso em que o elemento refletor de luz ficar disposto, a luminância relativa não é diminuída para baixo de cerca de 0,8 na região em que a luminância tende a ser relativamente alta (isto é, no número de pixels entre cerca de 250 pixels e cerca de 720 pixels). Em outras palavras, pode-se ver o efeito em que a luminância não uniforme é melhorada pela provisão do elemento refletor de luz.

[0092] O dispositivo emissor de luz e o módulo emissor de luz das presentes modalidades podem ser usados em fontes de luz da luz de fundo para visor de cristal líquido, vários equipamentos de iluminação e semelhantes.

Claims

1. Dispositivo emissor de luz (100), caracterizado pelo fato de que compreende: uma base (101) que inclui uma fiação condutora (102); um elemento emissor de luz (105) montado na base e configurado para emitir luz; um filme refletor de luz (106) provido em uma superfície superior do elemento emissor de luz; e um encapsulante (108) que cobre o elemento emissor de luz e o filme refletor de luz, em que o encapsulante tem uma superfície superior com uma forma curva convexa, e em que uma razão (H/W) de uma altura (H) do encapsulante por uma largura (W) de uma superfície de base do encapsulante é menor do que 0,5.

2. Dispositivo emissor de luz de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filme refletor de luz (106) é configurado de maneira tal que uma transmissividade de luz do filme refletor de luz para a luz tem dependência do ângulo incidente.

3. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma transmissividade de luz do filme refletor de luz para a luz aumenta à medida que um valor absoluto de um ângulo incidente da luz aumenta.

4. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o filme refletor de luz é formado por um filme multicamadas dielétrico.

5. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: um alcance do comprimento de onda do reflexo do filme refletor de luz para a luz perpendicularmente incidente no filme refletor de luz inclui um comprimento de onda de pico de emissão do elemento emissor de luz, e no alcance do comprimento de onda do reflexo, uma região em um lado do comprimento de onda mais longo do comprimento de onda de pico de emissão é mais ampla do que uma região em um lado do comprimento de onda mais curto do comprimento de onda de pico de emissão.

6. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que 30 % ou mais da luz total emitida a partir do dispositivo emissor de luz é emitido em uma direção em um ângulo de elevação de menos do que 20° em relação a uma superfície superior da base (101).

7. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que 40 % ou mais da luz total emitida a partir do dispositivo emissor de luz é emitida em uma direção em um ângulo de elevação de menos do que 20° em relação a uma superfície superior da base.

8. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a razão (H/W) de uma altura (H) do encapsulante (108) por uma largura (W) da superfície de base do encapsulante é 0,3 ou menor.

9. Dispositivo emissor de luz de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento emissor de luz (105) é montado de uma maneira de conexão de chip por colapso controlado.

10. Dispositivo emissor de luz integrado, caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade dos dispositivos emissores de luz como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, em que pelo menos um elemento refletor de luz (110) fica disposto entre dispositivos emissores de luz adjacentes.

11. Dispositivo emissor de luz integrado de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o elemento refletor de luz (110) tem uma altura que é 0,3 vez ou menos do que uma distância entre os dispositivos emissores de luz adjacentes.

12. Dispositivo emissor de luz integrado de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o elemento refletor de luz tem uma altura que é 0,2 vez ou menos do que uma distância entre os dispositivos emissores de luz adjacentes.

13. Módulo emissor de luz (300), caracterizado pelo fato de que compreende: o dispositivo emissor de luz (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9; e um elemento de conversão de comprimento de onda localizado em um lado da superfície de extração de luz do dispositivo emissor de luz, o elemento de conversão de comprimento de onda sendo configurado para absorver parte da luz emitida a partir do elemento emissor de luz (105) e para converter a luz absorvida em luz com um comprimento de onda diferente de um comprimento de onda de emissão do elemento emissor de luz.

14. Módulo emissor de luz, caracterizado pelo fato de que compreende: o dispositivo emissor de luz integrado como definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 12; e um elemento de conversão de comprimento de onda localizado em um lado da superfície de extração de luz do dispositivo emissor de luz (105) integrado, o elemento de conversão de comprimento de onda sendo configurado para absorver parte da luz do elemento emissor de luz e para converter a luz absorvida em luz com um comprimento de onda diferente de um comprimento de onda de emissão do elemento emissor de luz.