CN101807594A - 微芯片矩阵式光源模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微芯片矩阵式光源模块。一种微芯片矩阵式光源模块，包含基板以及形成于基板表面上的发光二极管。微芯片矩阵式光源模块包括光反射体(light reflector)，光反射体形成于发光二极管形成的表面上，且光反射体介于发光二极管之间并配置成可反射，因此，光反射体可将由发光二极管的侧向所发出的光重新导向。光反射体包括内部主体。内部主体可部分地或全部地被诸如金属层等的光反射层所覆盖。内部主体包括一层，此层对应于发光二极管内部结构中的至少之一层。
Description
本发明是中国发明专利申请(申请号：200810145000.5，申请日：2008年8月18日，发明名称：微芯片矩阵式光源模块)的分案申请。
技术领域
本发明涉及微芯片矩阵式光源模块(microchip matrix light sourcemodule)。更具体而言，本发明涉及微芯片发光二极管(light emitting diode，LED)矩阵式光源模块。
背景技术
目前，由于发光二极管元件的微芯片阵列可应用于侦测器、成像感应器(imaging sensor)以及微显示器(micro-display)中，故发光二极管元件的微芯片阵列备受瞩目。虽然以微芯片阵列发光二极管作为微显示器的光源有很大的发展性，但仍然有许多问题存在。
举例而言，发光二极管元件所发出的光应能有效地被导向观测者所在之处，意即，在发光二极管元件发出光后，应对光进行准直。图1为已知一种对来自发光二极管元件的光进行准直的方法。Choi等人在2005年3月11日的Phys.Stat.Sol.(c)2第7期2903-2906页上的论文中提出一种形成于发光二极管元件102上的微透镜(microlens)100阵列。发光二极管元件102所发出的光101可于观测者所在的处聚焦成焦点，因而可改善光能的传输效率。然而，发光二极管元件102侧向地发出光束104至相邻发光二极管元件上很可能会导致光学串扰(optical cross-talk)效应。此光学串扰效应会降低发光二极管元件的色彩饱和度(color saturation)。
为解决光学串扰问题，美国专利第6,882,101号提出图2所示的结构。将不透明材料(opaque material)202填充在形成于基板200上的发光二极管元件204之间。由发光二极管元件204所发射的侧向光可被所填入的不透明材料202吸收，因而可减少光学串扰。然而，由于每一个发光二极管元件204所发出的侧向光都会被吸收，因此，无法将侧向光利用于显示，故使能量效率降低。
发明内容
本发明提供一种微芯片矩阵式光源模块，包含基板以及形成于基板表面上的发光二极管元件。发光二极管元件具有楔形侧面部分(tapered sideportion)，楔形侧面部分地或全部地被光折射层(light refractive layer)所覆盖。
本发明提供一种微芯片矩阵式光源模块，包含基板以及形成于基板表面上的发光二极管。微芯片矩阵式光源模块还包括光反射体(light reflector)，光反射体也形成于基板表面上，且光反射体介于发光二极管之间，并配置成可反射，因此光反射体可将由发光二极管的侧向所发出的光重新导向。光反射体包括内部主体。内部主体可部分地或全部地被诸如金属层等的光反射层所覆盖。内部主体包括一层，此层对应于发光二极管内部结构中的至少之一层。
本发明提供一种微芯片矩阵式光源模块，包含至少两个发光二极管结构，发光二极管结构形成于基板的表面上。发光二极管结构包括发光二极管以及折光体(light bender)。折光体邻近于发光二极管的侧面部分。
并入本说明书且构成本说明书的部分的附图说明了本发明的实施例，且用以连同实施方式来阐释本发明的特征、优势以及原理。
附图说明
图1为已知一种包括发光二极管元件的光源。
图2为已知另一种包括发光二极管元件的光源。
图3是依照本发明第一实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。
图4是依照本发明第二实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。
图5是依照本发明第三实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。
图6a以及图6b是依照本发明第四实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。
图7是依照本发明第五实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。
图8是依照本发明第六实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。
附图标记说明
100：微透镜 101：光
102：发光二极管元件 104：光束
200：基板 202：不透明材料
204：发光二极管元件 300：微芯片矩阵式光源模块
302a：发光二极管元件 302b：发光二极管元件
304：基板 304a：第一表面
304b：第二表面 306：楔形侧面部分
308：楔形角θ 310：光折射层
312：顶表面 314：垂直光发射
316：侧向光 318：光吸收层
320：光 400：微芯片矩阵式光源模块
402a：发光二极管元件 402b：发光二极管元件
404：基板 406：光反射结构
406a：支撑体 406b：光反射层
408：光 500：微芯片矩阵式光源模块
502a：发光二极管元件 502b：发光二极管元件
504：基板 504a：第一表面
504b：第二表面 506：光反射结构
508：楔形侧面部分/楔形部分 510：楔形角θ
512：光折射层 514：侧向发出的光
516：光吸收层 518：光
600：微芯片矩阵式光源模块 602a：发光二极管元件
602b：发光二极管元件 604：基板
606a：折光体 606b：折光体
606c：折光体 606d：折光体
608a：折光体 608b：折光体
608c：折光体 608d：折光体
610a：发光二极管结构 610b：发光二极管结构
700：微芯片矩阵式光源模块 702a：发光二极管元件
702b：发光二极管元件 704：基板
706a：折光体 706b：折光体
706c：折光体 706d：折光体
708a：折光体 708b：折光体
708c：折光体 708d：折光体
710a：发光二极管结构 710b：发光二极管结构
712：侧向发出的光 714：楔形侧面部分
716：角θ 718a：光折射层
718b：光折射层 720：光吸收层
722：光 800：微芯片矩阵式光源模块
802a：发光二极管元件 802b：发光二极管元件
804：基板 806a：折光体
806b：折光体 806c：折光体
806d：折光体 808a：折光体
808b：折光体 808c：折光体
808d：折光体 810a：发光二极管结构
810b：发光二极管结构 812：侧向发出的光
814：楔形部分/楔形侧面部分 816b：光折射层
820：光反射结构 820a：支撑体
820b：光反射层 822：光吸收层
824：光
具体实施方式
现将详细参看本发明的实施例，附图中说明了本发明的实例。
本发明实施例中的微芯片矩阵式光源模块，能减少光学串扰以及增加光的准直特性。
参看图3所示的实施例，其说明微芯片矩阵式光源模块300。微芯片矩阵式光源模块300包括多个发光二极管元件302，发光二极管元件302形成于基板304的第一表面上304a。为简化说明，图3中仅绘示了两个发光二极管元件302a、302b(本文中统称为发光二极管元件302)。然而，微芯片矩阵式光源模块300中发光二极管元件的数目，可依使用者实际所需的发光二极管数目作调整。举例而言，将微芯片矩阵式光源模块300应用于VGA分辨率显示器(VGA resolution display)时，微芯片矩阵式光源模块300具有640×480个发光二极管元件。发光二极管元件302可具有楔形侧面部分306。有效楔形角θ308可为锐角。楔形侧面部分306可改变发光二极管元件302的侧向发出的光的传播方向，以避免其以朝向相邻的发光二极管元件的方向传播，再者，楔形侧面部分306可将侧向发出的光导向至观测者的观看范围内。因此，楔形侧面部分306可减少两个相邻发光二极管元件之间的光学串扰。
此外，发光二极管元件302的楔形侧面部分306可被光折射层310所覆盖。然而，发光二极管元件302的顶表面312不会被光折射层310所覆盖，因此，发光二极管元件302朝顶表面312方向发射的光可以到达观测者处，而不会被光折射层310所阻挡。位于楔形侧面部分306的折射层310可重新定向发光二极管元件302的侧向发出的光316。因此，折射层310可降低发光二极管元件302的侧向发出的光所导致的光学串扰。光折射层310的材料例如是氧化硅、氮化硅或氧化硅与氮化硅的组合的氧化物或氮化物。
根据另一态样，可以通过减少发光二极管元件302朝向基板304所发出的光束的反向散射(back scattering)，来降低光学串扰。请参照图3，可在基板的第二表面304b上形成光吸收层(light absorption layer)318，其中第二表面304b与上面形成有发光二极管元件302的第一表面304a为基板304的相对两侧。当发光二极管元件302b所发出的光320到达光吸收层318时，光吸收层318可吸收光320，以减少光320的反向散射(back scattering)。
图4是依照本发明第二实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。微芯片矩阵式光源模块400包括多个发光二极管元件402a以及402b(本文中统称为发光二极管元件402)，多个发光二极管元件402a以及402b形成于基板404上。发光二极管元件402a与402b可发出不同颜色的光。此外，可在发光二极管元件402a与402b之间设置光反射结构406，以减少由发光二极管元件402a以及402b的侧向发出的光所导致的光学串扰。光反射结构406可配置成不与发光二极管元件402a以及402b接触。光反射结构406包括支撑体(supporting body)406a以及覆盖于支撑体406a的全部或部分的光反射层406b。发光二极管元件402的形成方法可用例如是PVD或CVD等已知沉积工艺，且隔离发光二极管元件402的方法可用例如是已知光刻工艺。其中，用以形成支撑体406a的工艺例如是与用以形成发光二极管元件402的工艺相同。根据另一态样，可于同一工艺中同时形成发光二极管元件402以及支撑体406a，因此，支撑体406a中的一层可以对应于发光二极管元件402内部结构中的一层。反射层406b可由诸如金属等反射材料制成。反射层406b可将发光二极管元件402b的侧向发出的光408重新导向，换句话说，侧向发出的光408经由反射层406b的反射，可朝向观测者的观看范围传播。因此，反射层406b降低了侧向发出的光传播至发光二极管元件402a的机率。同样的，发光二极管元件402a的侧向发出的光可经反射层406b反射。因此，可减少由发光二极管元件402之间的侧向发出的光所导致的光学串扰。
根据另一态样，可通过发光二极管元件的楔形侧面部分来进一步减少发光二极管元件的侧向光学串扰。图5是依照本发明第三实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。微芯片矩阵式光源模块500包括多个发光二极管元件502a以及502b(本文中统称为发光二极管元件502)，发光二极管元件502形成于基板504的第一表面504a上。发光二极管元件502a与502b发出不同颜色的光。此外，可在发光二极管元件502a与502b之间设置光反射结构506，以减少由发光二极管元件502a以及502b的侧向发出的光所导致的光学串扰。其中，光反射结构506与图4所示的光反射结构406类似。发光二极管元件502的楔形侧面部分508具有楔形角θ510。楔形角θ510可为锐角。此外，光折射层512可全部地或部分地覆盖发光二极管元件502的楔形侧面部分508。光折射层512的材料例如是氧化硅、氮化硅或氧化硅与氮化硅的组合的氧化物或氮化物。如图5所示，发光二极管元件502b的侧向发出的光514会先在楔形侧面部分508上的光折射层512处弯折，而后，光反射结构506可将侧向发出的光514重新导向，因而侧向发出的光514会朝向观测者的观看范围内的方向传播，以减少光学串扰的发生。因此，减少了自发光二极管元件502b向发光二极管元件502a传播的光。
根据另一态样，可以通过减少发光二极管元件的光518朝向基板504所发出的光束的反向散射(back scattering)，来降低光学串扰。请参照图5。可在基板的第二表面504b上形成光吸收层516，第二表面504b与上面形成有发光二极管元件502的第一表面504a相对。当自发光二极管元件502b所发出的光518到达光吸收层516时，光吸收层516可吸收反向散射光，以减少光518向发光二极管元件502a传播。因此，光反射结构506以及光吸收层516减少了原本可能被导向发光二极管元件502a的发光二极管元件502b的侧向发出的光以及反向散射光。
图6a以及图6b是依照本发明第四实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。微芯片矩阵式光源模块600包括形成于基板604上的多个发光二极管元件602a以及602b(本文中统称为发光二极管元件602)。发光二极管元件602a与602b发出不同颜色的光。为减少由发光二极管元件602的侧向发出的光所导致的光学串扰，在发光二极管元件602a以及602b周围设置多个折光体606a、606b、606c及606d(本文中统称为折光体606)以及608a、608b、608c及608d(本文中统称为折光体608)。更特定言之，折光体606a与606b设置于发光二极管元件602b的相对两侧上且邻近于发光二极管元件602b。类似地，折光体606c与606d设置于发光二极管元件602a的相对两侧上且邻近于发光二极管元件602a。折光体608a与608b与折光体606a以及606b为邻近设置，且折光体608a与608b面向折光体606a以及606b其中之一的一侧，上述的一侧为背对发光二极管元件602b的一侧。类似地，折光体608c与608d以及折光体606c以及606d为邻近设置，且折光体608c与608d面向折光体606c以及606d其中之一的一侧，上述的一侧为背对发光二极管元件602a的一侧。
折光体606a至606d与608a至608d可形成为光子带隙(photonic bandgap)结构。或者，折光体606a与608a的组合可配置成光子带隙结构。类似地，折光体对606b与608b、606c与608c以及606d与608d可配置成光子带隙结构。另外，折光体606a至606d与608a至608d对发光二极管元件602产生的光为实质上透明的光。
根据本发明的另一态样，折光体606a至606d以及608a至608d可在给予偏压(bias)下发光。
根据本发明的另一态样，折光体606以及608可与发光二极管元件602整合成发光二极管结构610。图6b中绘示了发光二极管结构610的实例。举例而言，可将发光二极管元件602b与折光体606a、606b、608a以及608b整合成为发光二极管结构610b。可将发光二极管元件602a与折光体606c、606d、608c以及608d整合成为发光二极管结构610a。虽然图6a与图6b中，发光二极管元件602的每一侧上仅以两个折光体为代表，但于本领域普通技术人员应了解，可设置多个折光体以对侧向发出的光进行准直以及防止其朝向邻近的发光二极管元件传播。
除上述实施例外，可利用发光二极管结构中呈楔形的侧面来改进折光效果。图7是依照本发明第五实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。微芯片矩阵式光源模块700包括形成于基板704的表面上的多个发光二极管元件702a以及702b(本文中统称为发光二极管元件702)。发光二极管元件702a与702b发出不同颜色的光。多个折光体706a、706b、706c及706d(本文中统称为折光体706)以及708a、708b、708c及708d(本文中统称为折光体608)设置于发光二极管元件702a以及702b附近。更特定言之，折光体706a与706b设置于发光二极管元件702b的相对两侧上且邻近于发光二极管元件702b。类似地，折光体706c与706d设置于发光二极管元件702a的相对两侧上且邻近于发光二极管元件702a。折光体708a与708b设置成邻近折光体706a以及706b，且折光体708a与708b面向折光体706a以及706b的一侧，上述的侧面为背对发光二极管元件702b的一侧。类似地，折光体708c与708d设置成邻近且折光体706c以及706d，且折光体708c与708d面向折光体706c以及706d中的一侧，上述的一侧为背对发光二极管元件702a的一侧。类似于图6b，可将发光二极管元件702b与折光体706a、706b、708a以及708b整合成发光二极管结构710b。可将发光二极管元件702a与折光体706c、706d、708c以及708d整合成发光二极管结构710a。
折光体706a至706d与708a至708d可形成为光子带隙结构。或者，折光体706a与708a可配置成光子带隙结构。类似地，折光体对706b与708b、706c与708c以及706d与708d可配置成光子带隙结构。
根据本发明的另一态样，折光体706a至706d以及708a至708d可在给予偏压(bias)下发光。
如图7所说明，发光二极管结构710b的侧面部分可呈楔形，以增强对自发光二极管元件702b的侧向发出的光712进行弯折的能力。举例而言，发光二极管结构710b的侧面部分714可具有角θ716而呈楔形。楔形角θ可为锐角。为了进一步改进楔形侧面部分714的折光能力，可通过光折射层718a来部分地或全部地覆盖楔形侧面部分714。如图7所示，可通过折光体706b、折光体708b、楔形侧面部分714以及光折射层718b使发光二极管元件702b侧向发出的光712向上弯折。
为防止反向散射光进入不同颜色的发光二极管元件，可在基板704的背侧上涂布光吸收层720。来自发光二极管元件702b的光722的反向散射可经吸收，以减少或避免其向发光二极管元件702a传播。
本发明的另一实施提供微芯片矩阵式光源模块，其具有减少光学串扰以及改进光的准直特性。图8是依照本发明第六实施例的包括发光二极管元件的微芯片矩阵式光源。参看图8，微芯片矩阵式光源模块800包括形成于基板804上的多个发光二极管元件802a以及802b(本文中统称为发光二极管元件802)。发光二极管元件802a与802b发出不同颜色的光。亦在于每一个发光二极管元件802的每一侧形成多个折光体。更特定言之，折光体806a与806b设置于发光二极管元件802b的相对两侧上且邻近于发光二极管元件802b。类似地，折光体806c与806d设置于发光二极管元件802a的相对两侧上且邻近于发光二极管元件802a。折光体808a与808b设置成邻近且面向折光体806a以及806b其中之一的一侧，上述的一侧为背对发光二极管元件802b的一侧。类似地，折光体808c与808d设置成邻近且面向折光体806c以及806d其中之一的一侧，上述的一侧为背对发光二极管元件802a的一侧。折光体806a至806d与808a至808b可形成为光子带隙结构且实质上可为透明。可将发光二极管元件802b与折光体806a、806b、808a及808b整合成发光二极管结构810b。可将发光二极管元件802a与折光体806c、806d、808c及808d整合成发光二极管结构810a。发光二极管结构810a以及810b中的每一者的侧面部分可具有楔形部分814。再者，可通过光折射层816来覆盖楔形部分814中的每一者的表面。
此外，光反射结构820可以介于发光二极管结构810a与810b之间。光反射结构820包括支撑体820a以及可完全地或部分地覆盖支撑体820a的光反射层820b。因此，发光二极管元件802b的侧向发出的光812可通过折光体806b、808b、楔形侧面部分814以及光折射层816b而弯折，且通过光反射结构820而重新导向。由此可减少光学串扰。
为防止反向散射光进入不同颜色的发光二极管元件，可在基板804的背侧上涂布光吸收层822。来自发光二极管元件802b的光824的反向散射可被光吸收层822吸收，以减少或消除其向发光二极管元件802a的传播。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (16)
1.一种微芯片矩阵式光源模块，其包含：
基板；
至少二发光二极管，形成于该基板的第一表面上，其中各个所述发光二极管包括楔形侧面部分；以及
光折射材料，至少部分覆盖该楔形侧面部分。
2.如权利要求1所述的微芯片矩阵式光源模块，其中各个所述发光二极管发出不同颜色的光。
3.如权利要求1所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该光折射材料是选自氧化硅、氮化硅以及氧化硅与氮化硅的组合所组成的族群。
4.如权利要求1所述的微芯片矩阵式光源模块，其还包含光吸收层，该光吸收层形成于该基板的第二表面上，该第二表面与该第一表面为该基板的相对两侧。
5.如权利要求1所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该楔形侧面部分与该第一表面夹有一锐角。
6.一种微芯片矩阵式光源模块，包含：
基板；以及
至少二发光二极管结构，形成于该基板的第一表面上，其中各个所述发光二极管结构包含：
发光二极管；以及
多个折光体，邻近该发光二极管的侧面部分。
7.如权利要求6所述的微芯片矩阵式光源模块，其中各个所述发光二极管结构发出不同颜色的光。
8.如权利要求6所述的微芯片矩阵式光源模块，其中所述折光体为光子带隙结构。
9.如权利要求6所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该发光二极管结构的侧面部分呈楔形。
10.如权利要求9所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该呈楔形的侧面部分与该基板的该第一表面夹有一锐角。
11.如权利要求9所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该呈楔形的侧面部分至少部分被光折射层所覆盖。
12.如权利要求11所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该光折射层是选自氧化硅、氮化硅以及氧化硅与氮化硅的组合所组成的族群。
13.如权利要求6所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该折光体配置成可发光。
14.如权利要求6所述的微芯片矩阵式光源模块，其还包含光吸收层，该光吸收层形成于该基板的第二表面上，该第二表面与该第一表面为该基板的相对两侧。
15.如权利要求6所述的微芯片矩阵式光源模块，其还包含光反射体，该光反射体形成于该基板的该第一表面上，介于所述发光二极管结构之间，用以反射并将自所述发光二极管的侧向发出的光重新导向。
16.如权利要求15所述的微芯片矩阵式光源模块，其中该光反射体包含：
内部主体，其包括第一层，该第一层对应于至少一发光二极管中的第二层；以及
光反射层，位于该内部主体上。
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