DE102023104193A1

DE102023104193A1 - Lichtemittierendes Modul

Info

Publication number: DE102023104193A1
Application number: DE102023104193.2A
Authority: DE
Inventors: Min-Chen Chiu
Original assignee: Lextar Electronics Corp
Current assignee: Lextar Electronics Corp
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-09-14
Also published as: TWI790941B; US20230290913A1; CN116779750A; TW202337267A; FR3133483A1

Abstract

Es wird ein lichtemittierendes Modul geschaffen. Das lichtemittierende Modul enthält ein Substrat, lichtemittierende Elemente, ein Verkapselungsmaterial und Abblendstrukturen. Die lichtemittierenden Elemente sind über dem Substrat angeordnet. Das Verkapselungsmaterial deckt die lichtemittierenden Elemente und das Substrat ab und das Verkapselungsmaterial weist eine Verkapselungshöhe H auf. Die Abblendstrukturen sind über dem Verkapselungsmaterial angeordnet oder im Verkapselungsmaterial eingebettet. Die Abblendstrukturen weisen eine maximale Abblenddicke h auf. Die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h erfüllen die folgende Relation: 0,01 ≤ h/H ≤ 1.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 111108710, eingereicht am 10. März 2022, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein lichtemittierendes Modul und insbesondere auf ein lichtemittierendes Modul, das Abblendstrukturen enthält.
Beschreibung des verwandten Gebiets
Leuchtdioden (LED) haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer Vorteile wie etwa ihrer geringen Größe, ihrer hohen Helligkeit und ihres niedrigen Energieverbrauchs herkömmliche Lichtquellen allmählich ersetzt. Leuchtdioden wurden in Hintergrundbeleuchtungsmodulen weit verbreitet als lichtemittierende Elemente verwendet.
Der Entwurf für die aktuellen Hintergrundbeleuchtungsmodule enthält lichtemittierende Elemente, die auf einer Leiterplatte angebracht sind, was den Nachteil eines kurzen Lichtübertragungswegs aufweist. Wenn der Abstand zwischen lichtemittierenden Elementen zu groß ist, erscheint daher zwischen den lichtemittierenden Elementen ein dunkler Bereich, was zu einem schlechten visuellen Eindruck führt. Obwohl das obige Problem durch Verringern des Abstands zwischen den Leuchtdioden verbessert werden kann, wird die Anzahl der Leuchtdioden erhöht, wenn der Abstand verringert wird, was zu einer Kostenerhöhung führt.
Da außerdem LED-Chips eine hohe Richtwirkung aufweisen, ist die Helligkeit des Lichts direkt über den LED-Chips in einer herkömmlichen lichtemittierenden Einrichtung relativ hoch. Daher ist der Lichtausgang der lichtemittierenden Einrichtung ungleichmäßig. Zusammenfassend besteht ein Bedarf an einem lichtemittierenden Modul, das die obigen Probleme lösen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung schafft ein lichtemittierendes Modul. Das lichtemittierende Modul enthält ein Substrat, lichtemittierende Elemente, ein Verkapselungsmaterial und Abblendstrukturen. Die lichtemittierenden Elemente sind über dem Substrat angeordnet. Das Verkapselungsmaterial deckt die lichtemittierenden Elemente und das Substrat ab und das Verkapselungsmaterial weist eine Verkapselungshöhe H auf. Die Abblendstrukturen sind über dem Verkapselungsmaterial angeordnet oder im Verkapselungsmaterial eingebettet, wobei die Abblendstrukturen eine maximale Abblenddicke h aufweisen. Die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h erfüllen die folgende Relation: 0,01 ≤ h/H ≤ 1.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede der Abblendstrukturen über einem der lichtemittierenden Elemente angeordnet sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede der Abblendstrukturen einen Außendurchmesser D aufweisen.
Der Außendurchmesser D, die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h können die folgende Relation erfüllen: 0 < (H + h)/D < 1.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können ein Abstand P zwischen den benachbarten lichtemittierenden Elementen und ein Außendurchmesser D jeder der Abblendstrukturen die folgende Relation erfüllen: 0 < D/P < 1.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Dicke W der lichtemittierenden Elemente kleiner als ein Außendurchmesser D der Abblendstrukturen sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation erfüllen: 0,1 ≤ h/H ≤ 0,25.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Position der Abblendstrukturen mit der maximalen Abblenddicke die lichtemittierenden Elemente in einer Normalenrichtung des Substrats überlappen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Fläche jeder der Abblendstrukturen eine gekrümmte Fläche mit einer Neigung sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Position einer maximalen Abblenddicke jeder der Abblendstrukturen einer Mitte der gekrümmten Fläche entsprechen.
In einer oder mehreren Ausführungen kann eine Form der gekrümmten Fläche zu einer quadratischen Funktion passen: y = ax² + bx + c, wobei x eine Position in einer Richtung parallel zum Substrat ist und y eine Position in einer Richtung vertikal zum Substrat ist und a < 0.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Absolutwert eines konstanten Ausdrucks (|c|) der quadratischen Funktion gleich der maximalen Abblenddicke h sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede der Abblendstrukturen einen Hauptabblendabschnitt umfassen, der die maximale Abblenddicke h aufweist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede der Abblendstrukturen mehrere Unterabblendabschnitte umfassen, die um den Hauptabblendabschnitt angeordnet sind und eine kleinere Dicke als die maximale Abblenddicke h aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die mehreren Unterabblendabschnitte innere Unterabblendabschnitte in Kontakt mit dem Hauptabblendabschnitt umfassen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die mehreren Unterabblendabschnitte und der Hauptabblendabschnitt in einer Querschnittsansicht zusammen ein abgestuftes Profil bilden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die mehreren Unterabblendstrukturen äußere Unterabblendabschnitte umfassen, die vom Hauptabblendabschnitt getrennt sind.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Außendurchmesser des Hauptabblendabschnitts größer als eine Breite der lichtemittierenden Elemente sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Brechungsindex im Inneren der Abblendstrukturen gleichmäßig sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Abblendstrukturen ein reflektierendes Material und ein Harzmaterial umfassen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Abblendstrukturen Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken umfassen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die lichtemittierenden Elemente mehrere Leuchtdiodenchips oder mehrere Chip-Scale-Package-Leuchtdioden (CSP-LED) umfassen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Substrat Chips mit integrierter Schaltung aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jeder der Chips mit integrierter Schaltung die lichtemittierenden Elemente steuern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind anhand der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen wird, am besten zu verstehen. Es sei erwähnt, dass in Übereinstimmung mit der gängigen Praxis in der Industrie diverse Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der diversen Merkmale der Klarheit der Diskussion halber beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1A veranschaulicht ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1B veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der Linie BB` aus 1A entspricht, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1C veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Moduls in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1D veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Moduls in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2A veranschaulicht ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2B veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der Linie BB` aus 2A entspricht, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3A veranschaulicht ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3B veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der Linie BB` aus 3A entspricht, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3C veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der Linie CC` aus 3A entspricht, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4A veranschaulicht ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4B veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der Linie BB` aus 4A entspricht, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4C veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der Linie CC` aus 4A entspricht, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5A ist ein Lichtemissionsbild, das von einem herkömmlichen lichtemittierenden Modul während eines tatsächlichen Versuchs resultiert.
5B ist ein Lichtemissionsbild, das von einem lichtemittierenden Modul der vorliegenden Offenbarung während eines tatsächlichen Versuchs resultiert.

Genaue Beschreibung
Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des geschaffenen Gegenstands bereit. Unten werden spezifische Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht dafür vorgesehen, einschränkend zu sein. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet sind, und kann außerdem Ausführungsformen enthalten, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal gebildet sein können, derart, dass sich das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt befinden müssen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den diversen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schreibt nicht an sich eine Beziehung zwischen den diversen diskutierten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
Ferner können räumliche Relativausdrücke wie etwa „unterhalb“, „unter“, „untere(r)(s)“, „über“, „obere(r)(s)“ und dergleichen hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem weiteren Element oder Merkmal bzw. weiteren Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Es ist beabsichtigt, dass die räumlichen Relativausdrücke zusätzlich zu der Orientierung, die in den Figuren abgebildet ist, verschiedene Orientierungen der Einrichtung im Gebrauch oder im Betrieb einschließen. Die Vorrichtung kann auf andere Weise orientiert sein (um 90 Grad gedreht oder mit anderen Orientierungen) und die hier verwendeten, räumlich relativen Beschreibungselemente können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
Die hier verwendeten Ausdrücke „etwa“, „näherungsweise“ und „im Wesentlichen“ beziehen sich im Allgemeinen auf einen gegebenen Wert oder einen Bereich innerhalb von 20 Prozent, innerhalb von 10 Prozent, innerhalb von 5 Prozent, innerhalb von 3 Prozent, innerhalb von 2 Prozent, innerhalb von 1 Prozent oder innerhalb von 0,5 Prozent. Es sei erwähnt, dass Beträge, die in der Beschreibung bereitgestellt werden, genäherte Beträge sind, was bedeutet, dass selbst dann, wenn „etwa“, „näherungsweise“ oder „im Wesentlichen“ nicht spezifiziert sind, die Bedeutungen von „etwa“, „näherungsweise“ oder „im Wesentlichen“ nach wie vor impliziert werden.
Es werden einige Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben. Zusätzliche Vorgänge können vor, während und/oder nach den in diesen Ausführungsformen beschriebenen Stufen vorgesehen sein. Einige der Stufen, die beschrieben sind, können für andere Ausführungsformen ausgetauscht oder beseitigt werden. Zusätzliche Merkmale können zur Halbleitereinrichtungsstruktur hinzugefügt werden. Einige der unten beschriebenen Merkmale können für andere Ausführungsformen ausgetauscht oder beseitigt werden. Obwohl einige Ausführungsformen diskutiert werden, wobei Vorgänge in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, können diese Vorgänge in einer anderen logischen Reihenfolge durchgeführt werden.
Die vorliegende Offenbarung schafft ein lichtemittierendes Modul, das lichtemittierende Elemente und Abblendstrukturen, die jeweils über den lichtemittierenden Elementen angeordnet sind, enthält, wobei die Abblendstrukturen die Wirkung, Licht teilweise zu übertragen und Licht teilweise zu reflektieren, aufweisen. Da die Abblendstrukturen der vorliegenden Offenbarung Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken aufweisen, können sie verwendet werden, um die Helligkeit des Lichts über den lichtemittierenden Elementen einzustellen, derart, dass der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls als Ganzes gleichmäßiger ist. Daher weist das lichtemittierende Modul der vorliegenden Offenbarung eine hervorragende Helligkeit und Gleichmäßigkeit auf und kann die Verwendung von Leuchtdioden verringern, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
Unter Bezugnahme auf 1A und 1B ist 1A ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und 1B ist eine Querschnittsansicht, die der Linie BB` aus 1A entspricht. Wie in 1A und 1B gezeigt ist, kann ein lichtemittierendes Modul 10 ein Substrat 100, lichtemittierende Elemente 200, ein Verkapselungsmaterial 300 und Abblendstrukturen 400 enthalten. Eine genaue Beschreibung der obengenannten Elemente wird unten beschrieben.
In einigen Ausführungsformen enthält das Substrat 100 eine Basis 101. Zum Beispiel kann die Basis 101 ein durchsichtiges Substrat oder ein undurchsichtiges Substrat sein. In einigen Ausführungsformen ist die Basis 101 ein flexibles Substrat. Daher kann das lichtemittierende Modul 10 ein lichtemittierendes Modul in der Form einer stark gekrümmten Hintergrundbeleuchtung sein. In anderen Ausführungsformen ist die Basis 101 ein steifes Substrat. Zum Beispiel kann das Material der Basis 101 Harz, Saphir, Silizium, Glas, Metall, Keramik, usw. sein. Wie in 1A gezeigt ist, kann das Substrat 100 ein rechtwinkliges Substrat sein.
Wie in 1B gezeigt ist, kann das Substrat 100 ferner eine leitfähige Schicht 102 auf der Basis 101 enthalten. Als ein Ergebnis kann das Substrat 100 durch die leitfähige Schicht 102 mit den lichtemittierenden Elementen 200 elektrisch verbunden sein. In einigen Ausführungsformen sind die lichtemittierenden Elemente 200, wie in 1B gezeigt ist, in einer Flip-Chip-Weise über dem Substrat 100 angeordnet und Verbindungselemente 103 sind zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden der lichtemittierenden Elemente 200 und der leitfähigen Schicht 102 angeordnet. Die positiven Elektroden und die negativen Elektroden der lichtemittierende Elemente 200 sind durch die Verbbindungselemente 103 mit der leitfähigen Schicht 102 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen umfasst die leitfähige Schicht 102 Verdrahtungsleiterbahnen.
Das Material der Verbindungselemente 103 ist ein leitfähiges Material, das Folgendes enthalten kann: Au-haltige Legierungen, Ag-haltige Legierungen, Pd-haltige Legierungen, In-haltige Legierungen, Pb-Pd-haltige Legierungen, Au-Ga-haltige Legierungen, Au-Sn-haltige Legierungen, Sn-haltige Legierungen, Sn-Cu-haltige Legierungen, Sn-Cu-Ag-haltige Legierungen, Au-Ge-haltige Legierungen, Au-Si-haltige Legierungen, Al-haltige Legierungen, Cu-In-haltige Legierungen oder andere metallische Materialien. In einer Ausführungsform sind die Verbindungselemente 103 Gemische, die Metall und Flussmittel enthalten.
Es sei erwähnt, das 1A lediglich verwendet wird, um die Struktur des lichtemittierenden Moduls 10 auf schematische Weise zu veranschaulichen, wobei die Struktur der leitfähigen Schicht 102, der Verbindungselemente 103 und andere Strukturen nicht im Einzelnen gezeigt sind. Außerdem enthält das Substrat 100 in einigen Ausführungsformen ferner ein Isoliermaterial (nicht gezeigt) unter der Basis 101.
Wie in 1A und 1B gezeigt ist, sind lichtemittierende Elemente 200 auf dem Substrat 100 angeordnet. Die lichtemittierenden Elemente 200 der vorliegenden Offenbarung können Leuchtdiodenchips oder Chip-Scale-Package-Leuchtdioden (CSP-LED) enthalten. In einigen Ausführungsformen enthalten die lichtemittierenden Elemente 200 Leuchtdiodenchips, die eine spezifische Wellenlänge emittieren können. Zum Beispiel können die lichtemittierenden Elemente 200 Leuchtdiodenchips enthalten, die blaues Licht oder ultraviolettes Licht emittieren. Außerdem können die lichtemittierenden Elemente 200 einen Submillimeter-Leuchtdiodenchip (Mini-LED-Chip) oder einen Mikroleuchtdiodenchip (Mikro-LED-Chip) enthalten. Die Seitenlängenabmessung des obengenannten „Mini-LED-Chips“ kann etwa 100 µm, 150 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm, 350 µm oder 400 µm sein. Die Seitenlängenabmessung des obengenannten „Mikro-LED-Chips“ kann etwa 100 µm oder kleiner, wie z. B. etwa 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm oder 90 µm oder kleiner sein. In einigen Ausführungsformen können sich die lichtemittierenden Elemente 200 in einer Baugruppe mit einem Reflektor befinden.
Die lichtemittierenden Elemente 200 in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können außerdem Leuchtdiodenchips oder Chip-Scale-Package-Leuchtdioden (CSP-LED) enthalten. Wie in 1B gezeigt ist, enthält jedes der lichtemittierenden Elemente 200 unter Verwendung von CSP-LED einen Leuchtdiodenchip 210 und eine Wellenlängenumsetzungsschicht 220, die eine obere Fläche und Seitenflächen des LED-Chips 210 abdeckt.
Der Leuchtdiodenchip 210 kann eine spezifische Wellenlänge emittieren. Die Wellenlängenumsetzungsschicht 220 kann Quantenpunktmaterialien, Leuchtstoffe, andere geeignete Materialien oder Kombinationen davon enthalten. Das lichtemittierende Modul 10 kann als die Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigevorrichtung dienen. Ein lichtemittierendes Modul 10, das weißes Licht emittiert, wird als ein Beispiel genommen. Der Leuchtdiodenchip 210 kann ein blauer LED-Chip zum Emittieren von blauem Licht sein, während die Wellenlängenumsetzungsschicht 220 gelbe Leuchtstoffe enthält, die einen Anteil des blauen Lichts absorbieren und es in gelbes Licht umsetzen, und das gelbe Licht wird mit einem Anteil des blauen Lichts gemischt, um weißes Licht zu erzeugen. Alternativ enthält die Wellenlängenumsetzungsschicht 200 rote und grüne Wellenlängenumsetzungsmaterialien, um einen Anteil des blauen Lichts zu absorbieren und es in rotes Licht bzw. grünes Licht umzusetzen, und das rote Licht und das grüne Licht werden mit einem Anteil des blauen Lichts gemischt, um weißes Licht zu erzeugen.
Wie in 1C gezeigt ist, müssen die lichtemittierenden Elemente 200 in einigen anderen Ausführungsformen jeweils die Wellenlängenumsetzungsschicht nicht aufweisen und können einen Leuchtdiodenchip 210` enthalten. In den Ausführungsformen, in denen die lichtemittierenden Elemente 200 jeweils keine Wellenlängenumsetzungsschicht aufweisen, kann ein Wellenlängenumsetzungsmaterial wie etwa Leuchtstoffe oder ein Quantenpunktmaterial zu dem danach gebildeten Verkapselungsmaterial 300 hinzugefügt werden, wobei das Verkapselungsmaterial 300 die lichtemittierenden Elemente 200 und das Substrat 100 abdeckt. Daher wird die Lichtemissionswellenlänge vom Leuchtdiodenchip 210' umgesetzt. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Wellenlängenumsetzungsmaterial außerdem im Leuchtdiodenchip 210` integriert sein, wodurch die Lichtemissionswellenlänge vom Leuchtdiodenchip 210` umgesetzt wird.
In einigen Ausführungsformen können Chips mit integrierter Schaltung (nicht gezeigt) auf der Oberfläche des Substrats 100 angeordnet sein und jeder der Chips mit integrierter Schaltung steuert jeweils die lichtemittierenden Elemente 200. In einigen Ausführungsformen befinden sich die Chips mit integrierter Schaltung und die Leuchtdiodenchips auf derselben Fläche des Substrats 100 und können durch das Verkapselungsmaterial 300 abgedeckt sein. In einigen Ausführungsformen befinden sich die Leuchtdiodenchips auf der oberen Fläche des Substrats 100 und die Chips mit integrierter Schaltung befinden sich auf der unteren Fläche des Substrats 100. Es sei erwähnt, dass zum Zweck der Veranschaulichung die folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen mit den lichtemittierenden Elementen 200 beschrieben werden, die die Wellenlängenumsetzungsschichten 220 aufweisen. Tatsächlich kann der Fachmann auf dem Gebiet die Konfiguration der lichtemittierenden Elemente gemäß den Entwurfsanforderungen des lichtemittierenden Moduls anpassen, das nicht auf die vorliegende Offenbarung eingeschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf 1A und 1B deckt das Verkapselungsmaterial 300 die lichtemittierenden Elemente 200 und das Substrat 100 auf einteilige Weise ab und das Verkapselungsmaterial 300 weist eine Verkapselungsdicke H auf. Insbesondere kann das Verkapselungsmaterial 300 eine raue oder eine glatte Fläche aufweisen, die in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt ist. Wie in 1B gezeigt ist, weist das Verkapselungsmaterial in einigen Ausführungsformen zwei Seitenflächen auf, die jeweils zu den zwei Seitenflächen des Substrats 100 koplanar sind. Die vorliegende Offenbarung schränkt die Zusammensetzung des Verkapselungsmaterials 300 nicht insbesondere ein. Das Verkapselungsmaterial 300 kann Silikon, Harz, Epoxidharz, Acryl, andere geeignete durchsichtige Materialien oder Kombinationen davon enthalten. In einigen Ausführungsformen liegt der Brechungsindex des Verkapselungsmaterials 300 im Bereich von etwa 1,49 bis etwa 1,6.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1A und 1B sind die Abblendstrukturen 400 auf der Oberfläche des Verkapselungsmaterials 300 angeordnet, wobei die Abblendstrukturen 400 Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken enthalten und die Abblendstrukturen eine maximale Abblenddicke h aufweisen. In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erfüllen die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation: 0,01 ≤ h/H ≤ 1. In einigen Ausführungsformen erfüllen die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation: 0,01 ≤ h/H ≤ 0,4. In einigen Ausführungsformen erfüllen die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation: 0,01 ≤ h/H < 0,25.
Wie in 1A und 1B gezeigt ist, kann jede Abblendstruktur 400 über dem jeweiligen lichtemittierenden Element 200 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen überlappt die Position jeder Abblendstruktur 400, die die maximale Abblenddicke h aufweist, in der Normalenrichtung des Substrats 100 mit einem lichtemittierenden Element 200.
Die Abblendstrukturen 400 weisen die Wirkung auf, teilweise Licht zu übertragen und teilweise Licht zu reflektieren, und können verwendet werden, um die Helligkeit des Lichts, das durch die lichtemittierenden Elemente 200 emittiert wird, einzustellen. Da insbesondere die LED-Chips eine hohe Richtwirkung aufweisen, ist bei herkömmlichen lichtemittierenden Einrichtungen die Helligkeit des Lichts direkt über den LED-Chips relativ hoch, was bewirkt, dass der Lichtausgang der lichtemittierenden Einrichtungen ungleichmäßig ist. Gemäß den Abblendstrukturen 400 in diversen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Helligkeit des Lichts über den lichtemittierenden Elementen eingestellt werden, derart, dass der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls als Ganzes gleichmäßiger ist.
Die Abblendstrukturen 400 können ein reflektierendes Material und ein Harzmaterial enthalten. Das reflektierende Material kann Metalloxidteilchen wie etwa ein Titanoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid, andere geeignete Metalloxide oder Kombinationen davon enthalten. Das Harzmaterial kann Silikonharz, Epoxidharz, Acryl, andere geeignete durchsichtige Materialien oder Kombinationen davon enthalten. Die Abblendstrukturen 400 erscheinen im Erscheinungsbild weiß.
Da in einigen Ausführungsformen das reflektierende Material (wie etwa Metalloxidteilchen) in den Abblendstrukturen 400 durchgehend gleichmäßig verteilt ist, ist der Brechungsindex im Inneren der Abblendstrukturen 400 gleichmäßig. Wenn insbesondere der Brechungsindex im Inneren der Abblendstrukturen 400 gleichmäßig ist, weist das Innere der Abblendstrukturen 400 keine Grenzfläche mit einer steilen Änderung des Brechungsindex auf.
Der Übertragungsweg des Lichts von lichtemittierenden Elementen 200 ist durch die Pfeile in 1B gezeigt, ein Anteil des Lichts, das durch die lichtemittierenden Elemente 200 emittiert wird, verläuft durch die Abblendstrukturen 400 und tritt durch diese hindurch und ein weiterer Anteil des Lichts wird durch die Abblendstrukturen 400 in das Verkapselungsmaterial 300 zurück reflektiert. Als ein Ergebnis kann die Übertragungsstrecke des Lichts, das durch die lichtemittierenden Elemente 200 emittiert wird, im Verkapselungsmaterial 300 vergrößert werden und der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls 10 kann gleichmäßiger sein. In einigen Ausführungsformen weist die obere Fläche des Verkapselungsmaterials 300 eine raue Oberfläche auf, um die Totalreflexion des Lichts an der Grenzfläche zwischen dem Verkapselungsmaterial 300 und den Abblendstrukturen 400 oder Luft zu vernichten, wodurch der Lichtausgangswirkungsgrad erhöht wird.
Unter Bezugnahme auf 1D kann in einigen Ausführungsformen außerdem eine Isolierschicht 500 auf dem Substrat 100 angeordnet sein. Da die Isolierschicht 500 in einigen Ausführungsformen das Substrat 100 und die freiliegende leitfähige Schicht 102 an der Position, an der das lichtemittierende Element 200 nicht vorhanden ist, abdeckt, kann verhindert werden, dass die leitfähige Schicht oxidiert wird. Außerdem kann das Erscheinungsbild der Isolierschicht 500 weiß sein, was die Funktion des Reflektierens von Licht aufweist. Daher kann das Anordnen sowohl der Abblendstrukturen 400 als auch der Isolierschicht 500 die Übertragungsstrecke des Lichts, das durch die lichtemittierenden Elemente 200 emittiert wird, im Verkapselungsmaterial 300 weiter vergrößern und bewirken, dass der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls 10 gleichmäßiger wird. Als ein Ergebnis kann die Gleichmäßigkeit des Lichtausgangs aufrechterhalten werden, ohne den Abstand zwischen den Leuchtdioden zu verringern oder zu vergrößern. Das Material der Isolierschicht 500 kann Epoxidharz, Silikonharz, Urethanharz, Oxetanharz, Acrylkebstoff, Polycarbonat, Polyimid enthalten. Andere geeignete weiße reflektierende Materialien können zur Isolierschicht 500 hinzugefügt werden.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1D können reflektierende Schichten 600 auf der oberen Fläche der lichtemittierenden Elemente 200 vorgesehen sein. Die reflektierenden Schichten 600 können das Licht von der Lichtaustrittsfläche (wie etwa den oberen Flächen der lichtemittierenden Elemente 200) reflektieren, die Strecke der Lichtübertragung im Verkapselungsmaterial 300 vergrößern und bewirken, dass der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls 10 gleichmäßiger wird. Obwohl die Leuchtdiodenchips eine hohe Richtwirkung aufweisen, kann die Helligkeit des Lichts direkt über den lichtemittierenden Elementen 200 durch das Anordnen der reflektierenden Schichten 600 verringert werden. Als ein Ergebnis kann die Gleichmäßigkeit des Lichtausgang aufrechterhalten werden, ohne den Abstand zwischen den Leuchtdioden zu verringern oder zu vergrößern. Die reflektierenden Schichten 600 können ein spiegelndes Metallmaterial, reflektierende Folien, weiße Tinte oder andere geeignete Materialien sein.
Die Relation der geometrischen Abmessungen zwischen den Abblendstrukturen 400 und anderen Elementen des lichtemittierenden Moduls 10 wird unten im Einzelnen beschrieben. Wie in 1B gezeigt ist, weist in einigen Ausführungsformen jede Abblendstruktur 400 einen Außendurchmesser D auf und der Außendurchmesser D, die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h erfüllen die folgende Relation: 0 < (H + h)/D < 1. In einigen Ausführungsformen erfüllen der Abstand P zwischen benachbarten lichtemittierenden Elementen 200 und der Außendurchmesser D j eder Abblendstruktur 400 die folgende Relation: 0 < D/P < 1. In einigen Ausführungsformen ist die Breite W der lichtemittierenden Elemente 200 kleiner als der Außendurchmesser D jeder Abblendstruktur 400.
Die vorliegende Offenbarung schränkt die Form der Abblendstrukturen 400 in einem Querschnitt vertikal zum Substrat 100 nicht insbesondere ein, solange die Abblendstrukturen 400 Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken enthalten. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen, wie in 1A bis 1D gezeigt ist, die Fläche jeder Abblendstruktur 400 eine gekrümmte Fläche mit einer verlaufenden Neigung. Die Position einer derartigen Abblendstruktur 400, die die maximale Abblenddicke h aufweist, kann mit jedem lichtemittierenden Element 200 in der Normalenrichtung des Substrats 100 überlappen. In einigen Ausführungsformen erfüllt die Form der obengenannten gekrümmten Fläche die quadratische Funktion: y = ax² + bx + c, wobei x die Position in der Richtung parallel zum Substrat ist, y die Position in der Richtung senkrecht zum Substrat ist und a < 0. In einigen Ausführungsformen ist der Absolutwert |c| des konstanten Ausdrucks der quadratischen Funktion gleich der maximalen Abblenddicke h.
Obwohl die Abblendstrukturen 400 in der obigen Ausführungsform auf der oberen Fläche des Verkapselungsmaterials 300 angeordnet sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. 2A ist ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls 20 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und 2B ist eine Querschnittsansicht, die der Linie BB` aus 2A entspricht. Wie in 2A und 2B gezeigt ist, kann jede der Abblendstrukturen 400, die eine gekrümmte Fläche mit einer verlaufenden Neigung aufweisen, im Verkapselungsmaterial 300 eingebettet sein. Als ein Ergebnis kann die Dicke des lichtemittierenden Moduls 20 verringert werden.
In der Ausführungsform aus 2B ist die Relation der geometrischen Abmessungen zwischen den Abblendstrukturen 400 und anderen Elementen des lichtemittierenden Moduls 20 gleichartig wie jene, die in 1B beschrieben ist, und ihre Beschreibung wird hier der Kürze halber weggelassen. Die Form der gekrümmten Fläche jeder der Abblendstrukturen 400, die im Verkapselungsmaterial 300 eingebettet sind, erfüllt ebenfalls die quadratische Funktion: y = ax² + bx + c, wobei x die Position in der Richtung parallel zum Substrat ist und y die Position in der Richtung senkrecht zum Substrat ist und a > 0. In einigen Ausführungsformen ist der Absolutwert |c| des konstanten Ausdrucks der quadratischen Funktion gleich der maximalen Abblenddicke h.
In einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält die Abblendstruktur 400 eines lichtemittierenden Moduls 30, wie in 3A bis 3C gezeigt ist, einen Hauptabblendabschnitt 410 und mehrere Unterabblendabschnitte 420, die den Hauptabblendabschnitt 410 umgeben. Der Hauptabblendabschnitt 410 und die Unterabblendabschnitte 420 werden verwendet, um die Strecke, die das Licht, das durch das lichtemittierende Element 200 emittiert wird, im Verkapselungsmaterial 300 durchläuft, zu vergrößern, um zu bewirken, dass der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls 30 gleichmäßiger ist. Der Hauptabblendabschnitt 410 weist eine maximale Abblenddicke h1 auf und die Unterabblendabschnitte 420, die um den Hauptabblendabschnitt 410 angeordnet sind, können eine Dicke h2 aufweisen, die kleiner als die maximale Abblenddicke h1 ist. Wie in 3B und 3C gezeigt ist, erfüllen die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h1 die folgende Relation: 0,01 ≤ h1/H ≤ 1. In einigen weiteren Ausführungsformen erfüllen die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h1 die folgende Relation: 0,1 ≤ h1/H ≤ 0,25.
Es sei verstanden, dass 3B eine Querschnittsansicht ist, die der Linie BB` aus 3A entspricht, und 3C eine Querschnittsansicht ist, die der Linie CC` aus 3A entspricht.
Die Unterabblendabschnitte 420 können innere Unterabblendabschnitte 422 in Kontakt mit dem Hauptabblendabschnitt 410 enthalten, wie z. B. zwei innere Unterabblendabschnitte 422 in Kontakt mit dem Hauptabblendabschnitt 410 in 3B. Wie in 3A und 3B gezeigt ist, bilden die inneren Unterabblendabschnitte 422 und der Hauptabblendabschnitt 410 in einer Querschnittsansicht (z. B. in 3B) zusammen ein abgestuftes Profil.
Die Unterabblendabschnitte 420 können außerdem äußere Unterabblendabschnitte 424 enthalten, die vom Hauptabblendabschnitt 410 getrennt sind, wie z. B. zwei äußere Unterabblendabschnitte 424, die vom Hauptabschnitt 410 getrennt sind, in 3C. Wie in 3A und 3C gezeigt ist, gibt es zwischen jedem der äußeren Unterabblendabschnitte 424 und dem Hauptabblendabschnitt 410 Zwischenräume mit verschiedenen Größen, wodurch eine zunehmende Abblendwirkung erzielt wird.
Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung die Position der Unterabblendabschnitte 420 um den Hauptabblendabschnitt 410 und ihren Abstand vom Hauptabblendabschnitt 410 nicht einschränkt, obwohl 3C lediglich zwei innere Unterabblendabschnitte 422 und zwei äußere Unterabblendabschnitte 424, die gegenüber dem Hauptabblendabschnitt 410 angeordnet sind, zeigt. Das lichtemittierende Modul 30 kann Unterabblendabschnitte 420 mit diversen Konfigurationen gemäß Entwurfsanforderungen enthalten.
Wie in 3A bis 3C gezeigt ist, kann die Abblendstruktur 400 über dem lichtemittierenden Element 200 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen überlappt die Position der Abblendstrukturen 400, die die maximale Abblenddicke h1 aufweisen, mit dem lichtemittierenden Element 200 in der Normalenrichtung des Substrats 100.
Die Relation der geometrischen Abmessungen zwischen den Abblendstrukturen 400 und anderen Elementen des lichtemittierenden Moduls 30 wird unten im Einzelnen beschrieben. Wie in 3B und 3C gezeigt ist, weist in einigen Ausführungsformen der Hauptabblendabschnitt 410 der Abblendstruktur 400 einen Außendurchmesser D1 auf und der Außendurchmesser D1, die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h erfüllen die folgende Relation: 0 < (H + h)/D1 < 1. In einigen Ausführungsformen erfüllen der Abstand P zwischen benachbarten lichtemittierenden Elementen 200 (in 3B und 3C nicht gezeigt) und der Außendurchmesser D1 des Hauptabblendabschnitts 410 die folgende Relation: 0 < D1/P < 1. In einigen Ausführungsformen ist der Außendurchmesser D1 des Hauptabblendabschnitts 410 größer als die Breite W des lichtemittierenden Elements 200.
4A ist ein dreidimensionales, schematisches Diagramm eines lichtemittierenden Moduls 40 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wobei 4B eine Querschnittsansicht ist, die der Linie BB` aus 4A entspricht, und 4C eine Querschnittsansicht ist, die der Linie CC` aus 4A entspricht. Wie in 4A bis 4C gezeigt ist, kann die Abblendstruktur 400, die den Hauptabblendabschnitt 410 und die Unterabblendabschnitte 420 enthält, außerdem im Verkapselungsmaterial 300 eingebettet sein. Als ein Ergebnis kann die Dicke des lichtemittierenden Moduls 40 verringert werden.
In den Ausführungsformen aus 4B und 4C ist die Relation der geometrischen Abmessungen zwischen der Abblendstruktur 400 und anderen Elementen des lichtemittierenden Moduls 40 gleichartig wie jene, die in 3B und 3C beschrieben ist, und ihre Beschreibung wird der Kürze halber weggelassen.
Im Folgenden werden die hervorragenden Wirkungen, die aus der Verwendung der Abblendstrukturen der vorliegenden Offenbarung resultieren, mit den Lichtemissionsbildern, die durch das lichtemittierende Modul während tatsächlicher Versuche erzeugt werden, veranschaulicht. Aufgrund der hohen Richtwirkung der Leuchtdiodenchips ist bei herkömmlichen lichtemittierenden Einrichtungen die Helligkeit des Lichts direkt über den Leuchtdiodenchips relativ hoch, derart, dass der Lichtausgang der lichtemittierenden Einrichtungen ungleichmäßig ist. Wie in 5A gezeigt ist, erscheinen im Lichtemissionsbild eines herkömmlichen lichtemittierenden Moduls regelmäßige, schachbrettförmige Blöcke. Durch die Verwendung der Abblendstrukturen, die Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken aufweisen, im lichtemittierenden Modul kann, wie in 5B gezeigt ist, ein Lichtemissionsbild mit gleichmäßiger Helligkeit erzeugt werden und es werden keine Blöcke darin erzeugt.
Die vorliegende Offenbarung schafft ein lichtemittierendes Modul, das auf eine Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigevorrichtung, diverse lichtemittierende Einrichtungen und dergleichen angewendet werden kann. Das lichtemittierende Modul enthält Abblendstrukturen und jede der Abblendstrukturen ist über einem der lichtemittierenden Elemente angeordnet, wobei die Abblendstrukturen die Wirkung, teilweise Licht zu übertragen und teilweise Licht zu reflektieren, aufweisen. Da die Abblendstrukturen der vorliegenden Offenbarung Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken aufweisen, können sie verwendet werden, um die Helligkeit des Lichts über den lichtemittierenden Elementen einzustellen, derart, dass der Lichtausgang des lichtemittierenden Moduls als Ganzes gleichmäßiger ist. Daher weist das lichtemittierende Modul der vorliegenden Offenbarung eine hervorragende Helligkeit und Gleichmäßigkeit auf und kann die Verwendung von Leuchtdioden verringern, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
Das Voranstehende umreißt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, derart, dass der Fachmann auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann auf dem Gebiet sollte anerkennen, dass er die vorliegende Offenbarung ohne weiteres als eine Grundlage zum Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden kann. Der Fachmann auf dem Gebiet sollte außerdem erkennen, das derartige äquivalente Konstruktionen nicht vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er diverse Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen hierin vornehmen kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Lichtemittierendes Modul, das Folgendes umfasst: ein Substrat; lichtemittierende Elemente, die über dem Substrat angeordnet sind; ein Verkapselungsmaterial, das die lichtemittierenden Elemente und das Substrat abdeckt, wobei das Verkapselungsmaterial eine Verkapselungshöhe H aufweist; und Abblendstrukturen, die über dem Verkapselungsmaterial angeordnet sind oder im Verkapselungsmaterial eingebettet sind, wobei die Abblendstrukturen eine maximale Abblenddicke h aufweisen, wobei die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation erfüllen: 0,01 ≤ h/H ≤ 1.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei jede der Abblendstrukturen über einem der lichtemittierenden Elemente angeordnet ist und/oder jede der Abblendstrukturen einen Außendurchmesser D aufweist und der Außendurchmesser D, die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation erfüllen: 0 < (H + h)/D < 1.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand P zwischen den benachbarten lichtemittierenden Elementen und ein Außendurchmesser D jeder der Abblendstrukturen die folgende Relation erfüllen: 0 < D/P < 1.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke W der lichtemittierenden Elemente kleiner als ein Außendurchmesser D der Abblendstrukturen ist.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkapselungsdicke H und die maximale Abblenddicke h die folgende Relation erfüllen: 0,1 ≤ h/H ≤ 0,25.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Position der Abblendstrukturen mit der maximalen Abblenddicke die lichtemittierenden Elemente in einer Normalenrichtung des Substrats überlappt.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fläche jeder der Abblendstrukturen eine gekrümmte Fläche mit einer verlaufenden Neigung ist und/oder eine Position einer maximalen Abblenddicke jeder der Abblendstrukturen einer Mitte der gekrümmten Fläche entspricht; und/oder eine Form der gekrümmten Fläche zu einer quadratischen Funktion passt: y = ax² + bx + c, wobei x eine Position in einer Richtung parallel zum Substrat ist und y eine Position in einer Richtung vertikal zum Substrat ist und a < 0; und/oder ein Absolutwert eines konstanten Ausdrucks (|c|) der quadratischen Funktion gleich der maximalen Abblenddicke h ist.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Abblendstrukturen Folgendes umfasst: einen Hauptabblendabschnitt, der die maximale Abblenddicke h aufweist; und mehrere Unterabblendabschnitte, die um den Hauptabblendabschnitt angeordnet sind und eine kleinere Dicke als die maximale Abblenddicke h aufweisen.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 8, wobei die mehreren Unterabblendabschnitte innere Unterabblendabschnitte in Kontakt mit dem Hauptabblendabschnitt umfassen und die mehreren Unterabblendabschnitte und der Hauptabblendabschnitt in einer Querschnittsansicht zusammen ein abgestuftes Profil bilden und/oder die mehreren Unterabblendstrukturen äußere Unterabblendabschnitte umfassen, die vom Hauptabblendabschnitt getrennt sind, und/oder ein Außendurchmesser des Hauptabblendabschnitts größer als eine Breite der lichtemittierenden Elemente ist.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Brechungsindex im Inneren der Abblendstrukturen gleichmäßig ist und/oder die Abblendstrukturen ein reflektierendes Material und ein Harzmaterial umfassen und/oder die Abblendstrukturen Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken umfassen.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtemittierenden Elemente mehrere Leuchtdiodenchips oder mehrere Chip-Scale-Package-Leuchtdioden (CSP-LED) umfassen.
Lichtemittierendes Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat Chips mit integrierter Schaltung aufweist und jeder der Chips mit integrierter Schaltung die lichtemittierenden Elemente steuert.