CN101138102B - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括承载发光元件(12)的基体(10)的LED。光导体(22)被布置在发光元件(12)的发光方向上。为了确定LED发射角，所述光导体设有衍射光导元件组(26)。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)。
背景技术
当今，LED即发光二极管用在各种器件中并得到广泛应用。取决于所使用的材料，LED产生处于可见和非可见范围内的不同颜色的光。在发射方向，光导体与此光产生元件相联结。LED的发射角由光导体确定，光导体通常由塑料材料制成。公知的光导体例如是折射元件如透镜。由折射光导元件造成的光产生元件所发射的光的折射导致发光特性不能被良好地校正。特别而言，不可能有良好的光束准直。因为折射元件为透镜，特别是其总是表现出边缘像差(Randfehler)，所以当各个透镜被小型化时，误差增大，这是因为多个小透镜与一个大透镜相比具有更多边缘。
发明内容
本发明的目的是提供具有良好发射特性的LED。
该目的根据本发明利用权利要求1所限定的LED来解决。
本发明的LED包括承载光产生元件如LED芯片的基体。光导体被布置在光产生元件的发射方向上。根据本发明，光导体包括衍射光导元件。提供使光衍射的光导元件的优点是：可以以几乎无损耗的简单方式设定LED的发射角。通过提供本发明所建议的衍射光导元件，可良好地校正发光特性。特别而言，可以实现良好的光束准直。因为与折射元件相比，衍射光导元件不具有边缘像差，所以本发明所提供的各个衍射光导元件的小型化可能具有良好的发光特性。
用于分别设定发射方向或发射角的光导元件的配置是通过在光导元件中提供的相对应的衍射光栅的配置来获得的。这里，衍射光栅的衍射级使用夫琅和费(Fraunhofer)衍射定律来确定。
优选地，光导元件布置在光导体表面处。该表面可以是面向光产生元件的表面或者相对的表面。进一步可以在光产生元件和光导体之间设置诸如反射器等的光导元件，使得设有光导元件的表面朝向例如反射器。
这里，特别优选的是，使用固化漆在光导体的表面上制造光导元件。为此，优选地使用成形装置，在该成形装置中，通过例如光刻法形成衍射光栅的负片。使用单个成形装置，可优选地复制多个光导元件。为此，优选地使用与光导体建立的接合比与成形装置建立的接合更强的固化漆。因此，确保了当成形装置被去除时形成精确的表面图案。
EP 05 003 358.8描述了一种制造光导元件的适合材料以及特别优选的制造方法。
一种特别适合于制造表面元件的材料是：将11克1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙烯酸酯(perfluoro octyle acrylate)与8克二丙二醇二丙烯酸酯(dipropylene glycol diacrylate)、CibaSpezialit
tenchemie Lampersheim GmbH出售的0.1克Irgacure
819和0.2克Irgacure
814混合。将60微升的此混合物施加到2cm×2cm的镍板上，该镍板的表面被图案化有具有散射中心的负模。随后，将尺寸为1cm×1cm和1mm厚的PMMA小板施加到镍板上的混合物的表面上。此后，由此在镍板上获得的其间有混合物的夹层经受来自传统水银灯的2秒的UV辐射。然后，将与固化形成的化合物相接合的衬底从负模去除。
为了能够限定各个光导元件在光导体表面上的精确位置，设有光导元件的表面优选地为平坦的。
优选地，各个光导元件被配置成使得它们充当优选地产生具有光谱分裂的准直光束的衍射元件。为此，各个光导元件优选地包括横截面呈波形的表面结构，波之间的节距根据要被偏转的波长来选择。优选地，各个光导元件具有不同的衍射光栅。特别优选的是，将光导元件布置成使得通过将至少两个相邻光束相叠加而产生主要是单色光和/或白光。这里，单色光指±100nm、特别是±50nm的波长范围。提供本发明所建议的这种光导元件，可由此产生主要是单色光和/或白光，特别是准直光。
光导元件表面的配置进一步允许调节来自显示表面的光的发射方向。为此，在表面元件上提供的衍射光栅必须根据夫琅和费衍射定律进行修正。优选地，可调节范围为相对于显示表面的0-90°。
还可以根据光导元件的结构/图案的配置或选择来调节发射光的色 温。优选地，可以在3000K-10,000K范围内调节色温。
特别而言，由于具有衍射表面元件的显示表面的本配置，避免了或相当程度地减小了光谱分裂。另外，确保了足够的光放大，而能量消耗是低的。
本衍射光导元件优选地具有0.04μm2到10,000μm2、特别是0.04μm2 到500μm2的尺寸。因为提供这样小的表面，所以可以甚至在非常小的平面屏幕如移动应用的显示器中提供多个表面元件。这里，各个光导元件之间的距离优选地处于0到100μm、特别是0到50μm、最优选的是0到15μm的范围内。特别优选的是，光导元件具有大于零的相互距离。优选地，该距离至少是1μm，特别至少是3μm。这具有的优点是：在要耦合出较多光的区域，可减小光导元件之间的距离，而在要耦合出较少量光的区域，可提供较大的距离。由此，可实现发光度分布的良好均匀性。另外，将各个光导元件总是布置有一相互距离在制造方面是较简单的。当例如使用固化漆结合成形元件或负片来制造光导元件时，隔开各光导元件避免了例如由漆网(Lackstegen)的发生造成的表面元件边界的破坏。而且，隔开各个光导元件确保了由邻接的表面结构造成的衍射的破坏或折射得以避免。
因为根据本发明的优选实施例，各个光导元件就高度或幅度而言具有相同的表面结构，所以各个光导元件的衍射效率相同。仅可能发生百分之几的与制造相关的变化，其对衍射效率只有细微的影响。
特别优选的是，将各个光导元件配置成使得不同表面结构的幅度为恒定的，且仅频率改变。取决于表面结构的类型(其不必要一定是正弦表面结构)，所有凸起部分通常具有相同的高度，但具有不同的相互距离。这导致如下事实：从光源发射的光被各个表面元件不同地衍射。关于这点，变化的距离比变化的高度更易于制造是特别有利的。
优选地，具有不同表面结构的多个光导元件被包括在一个光导元件组中。为此，不同表面结构被选择成使得光导元件组发射基本上单色光和/或白光。表面结构的类型、特别是由表面结构造成的光波长的改变根据光源所发射的波长范围来确定。
优选地，光导元件组包括具有不同表面结构的至少两个光导元件。优选地，该光导元件组包括至少四个、特别是至少六个光导元件，每个光导元件具有不同的表面结构。
因为根据本发明的优选实施例，各个光导元件就高度或幅度而言具有 相同的表面结构，各个光导元件的衍射效率相同。仅可能发生百分之几的与制造相关的变化，其对衍射效率只有细微的影响。
特别优选的是，将各个光导元件配置成使得不同表面结构的幅度为恒定的，且仅频率改变。取决于表面结构的类型(其不必要一定是正弦表面结构)，所有凸起部分通常具有相同的高度，但具有不同的相互距离。这导致如下事实：从光源发射的光被各个表面元件不同地衍射。关于这点，变化的距离比变化的高度更易于制造是特别有利的。
优选地以光导元件组布置的光导元件(其可以例如是不同表面结构的6个光导元件)优选地具有550nm的相同幅度。光导元件组中的各个光导元件分别具有例如490nm、503nm、517nm、530nm、575nm和620nm的频率。特别而言，衍射光导元件具有正弦表面结构。各个光导元件之间的距离优选地在1到100μm、特别是1到50μm、最优选的是1到15μm的范围内。
附图说明
下面，借助于优选实施例并参考附图对本发明进行详细描述。
在图中：
图1是LED的示意截面图，
图2是光导体的示意俯视图，
图3是光导元件的示意透视图，以及
图4是作为表面元件组的表面元件的可能布置的一个例子。
具体实施方式
LED包括承载光产生元件12如LED芯片的基体10。该基体可能还包括用于冷却光产生元件12的热导体14。线16将光产生元件12与阴极18和阳极20连接。在发射方向上，即图1中的朝上，提供光导体22。光导体22被紧固到基体10。衍射光导元件组26(图2)被布置在光导体22的顶表面24上。
根据本发明提供的衍射光导元件组26(其可以以同心圆布置在表面24上)用来确定LED的发射角。使用对应配置和布置的光导元件，可实现小发射角。
各个光导元件组26包括多个光导元件30。在图4所示的实施例中，光导元件组26包括6个光导元件30，其间优选地设置有相应的间隙并且彼此相距恒定的距离。每个单个光导元件30具有不同的表面结构，使得光导元件组26发射基本上单色光或白光。
优选地，为了耦合出不同波长的光，提供具有不同表面结构的不同光导元件30。例如，在图4所示的实施例中，上述光导元件30可以是具有不同表面结构28的6个不同光导元件30。在图4中，各个不同光导元件30被编号为1-6。这里，被给予相同号码的光导元件30具有相同的表面结构。优选地，图4中被编号为1-6的光导元件30以重复式样来设置。
单个表面元件的表面结构优选地是正弦的。优选地，幅度是550nm。六个不同设计的光导元件30具有相同的幅度。单个光导元件30具有例如490nm、503nm、517nm、530nm、575nm和620nm的频率。各个光导元件之间的距离优选地在1到100μm、特别是1到50μm、最优选的是1到15μm的范围内。
Claims (12)
1.LED，包括：
基体，
由该基体(10)承载的光产生元件(12)，以及
布置在该光产生元件(12)的发射方向上的光导体(22)，
其特征在于，
所述光导体(22)包括大数目的衍射光导元件(30)，从而使每个衍射光导元件(30)具有0.04到10,000μm2之间的尺寸。
2.如权利要求1所述的LED，其中所述光导元件(30)被布置在该光导体(22)的表面(24)上。
3.如权利要求2所述的LED，其中所述光导元件(30)由施加到所述表面(24)上的固化漆制成。
4.如权利要求1至3之一所述的LED，其中所述光导元件(30)被布置和/或配置成使得该LED的发射角是固定的。
5.如权利要求1所述的LED，其中所有光导元件(30)具有幅度恒定的表面结构。
6.如权利要求1所述的LED，其中所述光导元件(30)具有0.04到500μm2之间的尺寸。
7.如权利要求1所述的LED，其中所述各个光导元件(30)具有1到100μm的相互距离。
8.如权利要求1所述的LED，其中所述各个光导元件(30)具有1到50μm的相互距离。
9.如权利要求1所述的LED，其中所述各个光导元件(30)具有1到15μm的相互距离。
10.如权利要求1所述的LED，其中多个光导元件(30)被包括在光导元件组(26)中，所述光导元件组(26)发射单色光和/或白光。
11.如权利要求10所述的LED，其中所述多个光导元件(30)包括至少四个光导元件(30)。
12.如权利要求10所述的LED，其中所述多个光导元件(30)包括至少六个光导元件(30)。
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