DE202013012818U1

DE202013012818U1 - Linse und lichtemittierendes Modul zur Flächenbeleuchtung

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Publication number: DE202013012818U1
Application number: DE202013012818.6U
Authority: DE
Original assignee: Seoul Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Seoul Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: EP2920509A4; CN110098307A; EP3591284A1; US20160356437A1; WO2014069880A1; JP2018142712A; US20180119900A1; JP2015533027A; EP2920509B1; US20140117394A1; CN104769356A; JP6641409B2; EP2920509A1; CN104769356B; US9484510B2; US9851059B2; EP3591284B1; KR102100922B1; CN110098307B; JP6325559B2

Abstract

Ein lichtemittierendes Modul, umfassend:
eine Leiterplatte (100);
eine lichtemittierende Vorrichtung (200), die auf der Leiterplatte (100) angeordnet ist; und
eine Linse (300a, 400a), die auf der Leiterplatte (100) angeordnet ist, wobei die Linse konfiguriert ist, um das von der lichtemittierenden Vorrichtung (200) emittierte Licht zu verteilen,
wobei die Linse umfasst:
eine erste Oberfläche (310), die einen konkaven Abschnitt (320) mit einer Einfallsfläche (330) umfasst, die konfiguriert ist, um von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiertes Licht zu empfangen,
eine zweite Oberfläche (350), durch die das auf die Einfallsfläche (330) des konkaven Abschnitts (320) einfallende Licht austritt, und
einen Flansch (370), der die erste Oberfläche (310) und die zweite Oberfläche (350) verbindet,
wobei die lichtemittierende Vorrichtung (200) innerhalb des konkaven Abschnitts (320) der Linse (300a, 400a) angeordnet ist,
wobei die erste Oberfläche (310) eine Neigungsfläche (310b) zwischen der Einfallsfläche (330) und dem Flansch (370) umfasst, und
wobei die Neigungsfläche (310b) einen Neigungswinkel von weniger als 10 Grad in Bezug auf eine Oberseite der Leiterplatte (100) aufweist.

Description

[Gebiet der Technik]
Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein lichtemittierendes Modul, insbesondere auf eine Linse zur Flächenbeleuchtung und ein lichtemittierendes Modul zur Flächenbeleuchtung, das diese aufweist.
[Stand der Technik]
Im Allgemeinen beinhaltet ein lichtemittierendes Modul zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige oder ein lichtemittierendes Modul zur Oberflächenbeleuchtung, das in einer Oberflächenbeleuchtungsvorrichtung verwendet wird, eine auf einer Leiterplatte montierte lichtemittierende Vorrichtung und eine Linse zur Verteilung des von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierten Lichts in einem Weitwinkel. Durch die gleichmäßige Verteilung des von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierten Lichts mit der Linse ist es möglich, einen großen Bereich mit einer kleinen Anzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen gleichmäßig zu bestrahlen.
Die 1A und 1B sind jeweils Schnitt- und Perspektivansichten, die ein herkömmliches lichtemittierendes Modul und eine herkömmliche Linse schematisch darstellen.
Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beinhaltet das lichtemittierende Modul eine Leiterplatte 100, eine lichtemittierende Vorrichtung 200 und eine Linse 300. Die Leiterplatte 100 ist eine Leiterplatte, auf der eine Schaltung zur Stromversorgung der lichtemittierenden Vorrichtung 200 gebildet ist.
Die lichtemittierende Vorrichtung 200 beinhaltet im Allgemeinen einen lichtemittierenden Dioden-(LED)-Chip 210, einen Formabschnitt 230, der den LED-Chip 210 bedeckt, und ein Gehäusesubstrat 250. Der Formabschnitt 230 kann einen Leuchtstoff beinhalten, der zur Umwandlung der Wellenlänge des vom LED-Chip 210 emittierten Lichts verwendet wird und eine linsenförmige Form aufweist. Das Gehäusesubstrat 250 kann eine Aussparung zur Befestigung des LED-Chips 210 aufweisen. Die lichtemittierende Vorrichtung 200 ist elektrisch mit der Leiterplatte 100 verbunden.
Unterdessen beinhaltet die Linse 300 eine untere Fläche 310 und eine obere Fläche 350, kann aber auch einen Flansch 370 und Beinabschnitte 390 beinhalten. Die Beinabschnitte 310 sind auf der Leiterplatte 100 befestigt, so dass die Linse 300 über der lichtemittierenden Vorrichtung 200 angeordnet ist. Wie in 1B dargestellt, bestehen die Beinabschnitte 310 in der Regel aus drei Beinabschnitten, die an den Spitzen eines regelmäßigen Dreiecks angeordnet sind.
Die Linse 300 weist eine Einfallsfläche 330 auf, auf die Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung 200 einfällt, und eine Austrittsfläche 350, aus der das Licht austritt. Die Einfallsfläche 330 ist eine Innenfläche eines schalenförmigen konkaven Abschnitts 320, der auf der Unterseite 310 der Linse 300 ausgebildet ist. Da der konkave Abschnitt 320 über der lichtemittierenden Vorrichtung 200 angeordnet ist, wird das von der lichtemittierenden Vorrichtung 200 abgegebene Licht durch die Einfallsfläche 330 in die Linse 300 geleitet. Die Austrittsfläche 350 ermöglicht es, dass das in die Linse 300 einfallende Licht über einen weiten Betrachtungswinkel austritt.
Im herkömmlichen Lichtausstrahlungsmodul wird das von der Lichtausstrahlvorrichtung 200 abgegebene Licht durch die Linse 300 verteilt, so dass ein gleichmäßiges Licht über eine größere Fläche erreicht werden kann. Da die auf der Leiterplatte 100 montierte lichtemittierende Vorrichtung 200 jedoch das Gehäusesubstrat 250 verwendet, ist die Größe der lichtemittierenden Vorrichtung 200 relativ groß. Dementsprechend sind auch der Eingang und die Höhe des konkaven Abschnitts 320 zum Bilden der Einfallsfläche 330 der Linse 300 relativ größer, so dass es schwierig ist, die Linse 300 zu verschlanken. Da der Betrachtungswinkel des von der lichtemittierenden Vorrichtung 200 abgestrahlten Lichts relativ eng ist, gibt es eine Beschränkung der Lichtverteilung durch die Linse 300.
Da sich die lichtemittierende Vorrichtung 200 unterhalb der Unterseite 310 der Linse 300 befindet, wird ein Teil des von der lichtemittierenden Vorrichtung 200 emittierten Lichts nicht in die Linse 300 einfallen, sondern wahrscheinlich unter der Unterseite 310 der Linse 300 verloren gehen.
Die oben genannten Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur des besseren Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die weder Teil des Standes der Technik sind noch das, was der Stand der Technik einer Person mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik vorschlagen würde.
[Offenbarung]
[Technische Aufgabe]
Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten eine Technik zum Verschlanken einer Linse und ein lichtemittierendes Modul zur Flächenbeleuchtung.
Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen auch eine Linse und ein lichtemittierendes Modul vor, die den Lichtverlust einer lichtemittierenden Vorrichtung reduzieren können.
Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen auch ein lichtemittierendes Modul dar, das durch den Einsatz einer für die Flächenbeleuchtung geeigneten lichtemittierenden Vorrichtung ein gleichmäßiges Licht über eine große Fläche erzeugen kann.
Zusätzliche Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Anwendung der Erfindung offenbar werden.
[Technische Lösung]
Ein lichtemittierendes Modul gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Leiterplatte, eine auf der Leiterplatte angeordnete lichtemittierende Vorrichtung und eine auf der Leiterplatte angeordnete Linse, wobei die Linse konfiguriert ist, um das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierte Licht zu verteilen. Die Linse beinhaltet einen konkaven Abschnitt mit einer Einfallsfläche, die konfiguriert ist, um einfallendes Licht zu empfangen, das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, und die lichtemittierende Vorrichtung ist innerhalb des konkaven Abschnitts der Linse angeordnet.
Die lichtemittierende Vorrichtung kann eine lichtemittierende Vorrichtung (LED) auf Chip-Level umfassen, und die chip-level lichtemittierende Vorrichtung kann direkt auf der Leiterplatte montiert werden.
Die chip-level lichtemittierende Vorrichtung kann einen lichtemittierenden Dioden-(LED)-Chip und eine auf dem LED-Chip angeordnete Wellenlängenumwandlungsschicht umfassen. Die Wellenlängenumwandlungsschicht kann auf mindestens zwei Oberflächen des LED-Chips angeordnet werden.
Eine Breite eines Eingangs des konkaven Abschnitts der Linse kann größer sein als eine Breite der lichtemittierenden Vorrichtung.
Die Breite des Eingangs des konkaven Teils der Linse soll nicht mehr als das Zweifache der Breite der lichtemittierenden Vorrichtung betragen.
Die Breite des Eingangs des konkaven Teils der Linse soll nicht mehr als 3 mm betragen.
Die Linse kann eine erste Oberfläche umfassen, die den konkaven Abschnitt umfasst; und eine zweite Oberfläche, durch die das auf die Einfallsfläche des konkaven Abschnitts einfallende Licht austritt, und die Einfallsfläche der Linse kann eine Innenfläche des konkaven Abschnitts sein.
Die Einfallsfläche der Linse kann eine obere Endfläche und eine Seitenfläche umfassen, die sich bis zu einem Eingang des konkaven Abschnitts von der oberen Endfläche erstrecken.
Der konkave Abschnitt kann eine Formverengung aufweisen, da sich der konkave Abschnitt vom Eingang des konkaven Abschnitts bis zur oberen Endfläche nach oben erstreckt.
Die Seitenfläche kann eine Neigungsfläche mit einer konstanten Neigung vom Eingang zur oberen Endfläche umfassen, oder die Seitenfläche umfasst eine gekrümmte Neigungsfläche, die an einer Neigung vom Eingang zur oberen Endfläche abnimmt.
Die obere Endfläche kann eine ebene Fläche, eine konkave Fläche oder eine konvexe Fläche umfassen.
Die obere Endfläche kann ein lichtstreuendes Muster aufweisen.
Die zweite Oberfläche der Linse kann eine konkave Oberfläche umfassen, die in der Nähe einer Mittelachse der Linse angeordnet ist, oder eine flache Oberfläche, die in der Nähe einer Mittelachse der Linse angeordnet ist, und eine konvexe Oberfläche, die sich von der konkaven Oberfläche oder der flachen Oberfläche erstreckt.
Die erste Oberfläche der Linse kann eine ebene Oberfläche umfassen, die den konkaven Abschnitt umgibt, und eine Neigungsfläche, die die ebene Oberfläche umgibt.
Die Neigungsfläche kann von der ebenen Fläche weg geneigt werden, mit einer Neigung von etwa 10 Grad gegenüber der ebenen Fläche.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch und erläuternd sind und eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung darstellen sollen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die zum besseren Verständnis der Erfindung beigefügt sind und in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil dieser Beschreibung darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der beanspruchten Erfindung.

1A ist eine Schnittansicht, die ein herkömmliches lichtemittierendes Modul darstellt.
1B ist eine perspektivische Ansicht einer Linse, die im herkömmlichen lichtemittierenden Modul verwendet wird.
2A ist eine Schnittansicht, die ein lichtemittierendes Modul gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2B ist eine perspektivische Ansicht einer Linse, die im lichtemittierenden Modul gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2C ist eine schematische Ansicht, die die Form eines konkaven Abschnitts der Linse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2D ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der im lichtemittierenden Modul verwendeten Linse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt Schnittansichten, die verschiedene Variationen der Linse veranschaulichen.
4 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Variation der Linse veranschaulicht.
5 ist eine Schnittansicht, die eine noch weitere Variation der Linse veranschaulicht.
6 ist eine schematische Schnittansicht, die eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 (a), 7 (b), 8 (a), 8 (b), 9 (a), 9 (b), 9 (b), 10 (a), 10 (b), 11 (a), 11 (b) und 12 sind Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Dioden-(LED)-Chips veranschaulichen, der in der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wobei (a) jede dieser Figuren eine Draufsicht und (b) davon eine Schnittansicht entlang der Linie A-A zeigt.
13 (a) und (b) sind Diagramme, die Richtungsverteilungen eines konventionellen LED Packages 200 und eines Flip-Chip-LED-Chips mit einer gleichmäßigen Beschichtungsschicht gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
14 (a) und (b) sind Diagramme, die die Richtungsverteilungen eines lichtemittierenden Moduls unter Verwendung des konventionellen LED Package und eines lichtemittierenden Moduls unter Verwendung des Flip-Chip-LED-Chips mit der gleichmäßigen Beschichtungsschicht gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
15 (a), (b) und (c) sind schematische Ansichten, die die Austrittsrichtungen des Lichts in Abhängigkeit von verschiedenen Steigungen einer Neigungsfläche einer unteren Oberfläche der Linse veranschaulichen.
16 (a) und (b) sind Diagramme, die Austrittswinkel des Lichts in Abhängigkeit von verschiedenen Neigungen der Neigungsfläche der unteren Oberfläche der Linse zeigen.

[Ausführungsform]
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, näher beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen so bereitgestellt, dass diese Offenbarung gründlich ist und den Umfang der Erfindung den Fachleuten vollständig vermittelt. In den Zeichnungen können die Größe und die relativen Größen von Schichten und Bereichen aus Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben sein. Ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen ähnliche Elemente.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als „ein“ oder „mit einem anderen Element oder einer anderen Schicht verbunden“ bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder direkt mit diesem verbunden sein kann, oder dass dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“ oder „direkt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht verbunden“ bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Es versteht sich, dass für die Zwecke dieser Offenbarung „mindestens eines von X, Y und Z“ als nur X, nur Y, nur Z oder eine Kombination von zwei oder mehr Elementen X, Y und Z (z.B. XYZ, XYYY, Y, YZ, ZZ) ausgelegt werden kann.
Räumlich relative Begriffe wie „unterhalb“, „unter“, „untere“, „oberhalb“, „obere“, und dergleichen können hier zur besseren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder einer anderen Eigenschaft, wie in den Abbildungen dargestellt, zu beschreiben. Es versteht sich, dass die räumlich relativen Begriffe neben der in den Abbildungen dargestellten Orientierung auch verschiedene Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Gerätes umfassen sollen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden die als „unten“ oder „unten“ beschriebenen Elemente oder Merkmale dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. So kann der exemplarische Begriff „unten“ sowohl eine Orientierung von oben als auch von unten umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.
2A ist eine Schnittansicht, die ein lichtemittierendes Modul gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2B ist eine perspektivische Ansicht einer Linse 300a des lichtemittierenden Moduls. 2C ist eine schematische Darstellung, die einen konkaven Abschnitt 320 der Linse 300a darstellt. 2D ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Abschnitt einer Unterseite 310 der Linse 300a darstellt.
Unter Bezugnahme auf 2A beinhaltet das lichtemittierende Modul eine Leiterplatte 100a, eine lichtemittierende Vorrichtung 200a und eine Linse 300a. Das lichtemittierende Modul kann ferner eine reflektierende Folie 110 beinhalten.
Die Leiterplatte 100a ist eine Leiterplatte, auf der ein Leitermuster ausgebildet ist. Hier wird gezeigt, dass eine lichtemittierende Vorrichtung 200a auf der Leiterplatte 100a montiert ist. Auf der Leiterplatte 100a können jedoch eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen 200a angeordnet sein, und die Linse 300a kann über jeder der lichtemittierenden Vorrichtungen 200a angeordnet sein.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gehäuse für Leuchtdioden (LED) verfügt die lichtemittierende Vorrichtung 200a nicht über ein Chip-Montageelement zur Montage eines LED-Chips und wird direkt auf der Leiterplatte 100a durch Flip-Bonden ohne Verwendung eines Bonddrahtes montiert. Das heißt, die Leiterplatte 100a dient als Chipmontageelement zur Montage eines LED-Chips. Da die lichtemittierende Vorrichtung 200a keinen Bonddraht verwendet, benötigt die lichtemittierende Vorrichtung 200 keinen Formabschnitt zum Schutz des Drahtes. Eine lichtemittierende Vorrichtung 200a nach einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird später unter Bezugnahme auf 6 ausführlich beschrieben.
Die reflektierende Folie 110 ist zwischen der Linse 300a und der Leiterplatte 100a positioniert. Ein weißes reflektierendes Material mit hohem Reflexionsgrad kann auf die reflektierende Folie 110 aufgebracht werden, so dass die reflektierende Folie 110 Licht in einem weiten Wellenlängenbereich eines sichtbaren Bereichs reflektieren kann. Die reflektierende Folie 110 reflektiert Licht, das sich auf die Leiterplatte 100a zubewegt, in die Linse 300a.
Die Linse 300a beinhaltet eine untere Fläche 310 und eine obere Fläche 330 und kann ferner einen Flansch 370 und Beinabschnitte 390 beinhalten. Die untere Oberfläche 310 beinhaltet einen konkaven Abschnitt 320, eine flache Oberfläche 310a, die den konkaven Abschnitt 320 umgibt, und eine Neigungsfläche 310b, die die flache Oberfläche 310a umgibt.
Der konkave Abschnitt 320 definiert eine Einfallsfläche 330, durch die das von der lichtemittierenden Vorrichtung 200a abgegebene Licht in die Linse 300a einfällt. Das heißt, die einfallende Oberfläche 330 ist eine Innenfläche des konkaven Abschnitts 320.
Die Einfallsfläche 330 beinhaltet eine Seitenfläche 330a und eine obere Endfläche 330b. Der konkave Abschnitt 320 weist eine Formverengung auf, wenn sich der konkave Abschnitt 320 vom Eingang desselben nach oben nähert. Die Seitenfläche 330a kann eine Neigungsfläche mit einer konstanten Neigung vom Eingang zur oberen Endfläche 330b sein. Alternativ kann die Seitenfläche 330a auch eine Neigungsfläche sein, deren Neigung vom Eingang zur oberen Endfläche 330b abnimmt. Das heißt, wie in 2C dargestellt, wird die Seitenfläche 330a im vertikalen Schnitt als gerade Linie oder nach oben konvexe Kurve dargestellt.
Die lichtemittierende Vorrichtung 200a ist im Wesentlichen innerhalb des konkaven Abschnitts 320 angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Breite W1 des Eingangs des konkaven Abschnitts 320 größer als die Breite w der lichtemittierenden Vorrichtung 200a. Die Breite W1 des Eingangs des konkaven Abschnitts 320 kann zweifach oder weniger größer sein als die Breite w der lichtemittierenden Vorrichtung 200a. In exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat die lichtemittierende Vorrichtung 200a eine relativ kleinere Größe als die herkömmliche lichtemittierende Vorrichtung 200, so dass eine genaue Ausrichtung der lichtemittierenden Vorrichtung 200a und der Linse 300a erforderlich ist. Daher ist die Breite W1 des Eingangs des konkaven Abschnitts 320 nicht größer als das Zweifache der Breite w der lichtemittierenden Vorrichtung 200a, so dass eine Fehlausrichtung zwischen der Linse 300a und der lichtemittierenden Vorrichtung 200a verhindert werden kann. Da sich die lichtemittierende Vorrichtung 200a der Einfallsfläche 330 nähert, ist es außerdem möglich, den Lichtaustritt außerhalb des konkaven Bereichs 320 zu reduzieren. Insbesondere darf die Breite des Eingangs des konkaven Abschnitts 320 nicht mehr als 3 mm oder nicht mehr als 2 mm betragen. Da die lichtemittierende Vorrichtung 200a innerhalb des konkaven Abschnitts 320 angeordnet ist, kann der größte Teil des von der lichtemittierenden Vorrichtung 200a emittierten Lichts in die Linse 300a einfallen, wodurch der Lichtverlust unter einer unteren Oberfläche 310 der Linse 300a reduziert wird.
Unterdessen hat die obere Endfläche 330b der Einfallsfläche 320 eine flache Form. Die Breite W2 der oberen Endfläche 330b ist kleiner als die Breite W1 des Eingangs und auch kleiner als die Breite w der lichtemittierenden Vorrichtung 200a. Die Breite W2 der oberen Endfläche 330b kann so bestimmt werden, dass der Winkel a, der durch eine Mittelachse des konkaven Abschnitts 320 und eine gerade Linie definiert ist, die von der Mitte des Eingangs des konkaven Abschnitts 320 zu einer Kante der oberen Endfläche 330b verbindet, mindestens 3 Grad, vorzugsweise nicht weniger als 6 Grad beträgt. In dem von der lichtemittierenden Vorrichtung 200a emittierten Licht wird Licht mit einem Blickwinkel im Bereich von +15 bis -15 Grad veranlasst auf die obere Endfläche 330b einzufallen, wodurch die Lichtverteilung verbessert wird.
Die obere Endfläche 330b verhindert eine wesentliche Änderung der Richtungsverteilung des außerhalb der Linse 300a austretenden Lichts, wenn die Mittelachsen der lichtemittierenden Vorrichtung 200a und der Linse 300a nicht exakt ausgerichtet sind.
Unterdessen kann die Höhe H des konkaven Abschnitts 320 in Abhängigkeit vom Blickwinkel der lichtemittierenden Vorrichtung 200c, der Form der Oberseite 350 der Linse 300a, einer gewünschten Richtungsverteilung des Lichts und dergleichen eingestellt werden. In dieser Ausführungsform kann die Höhe H des konkaven Abschnitts 320 jedoch einen relativ kleineren Wert im Vergleich zur herkömmlichen Linse aufweisen, da die Breite W1 des Eingangs des konkaven Abschnitts 320 abnimmt. Insbesondere kann die Höhe H des konkaven Abschnitts 320 kleiner sein als die Dicke des Flansches 370.
Unter Bezugnahme auf 2A und 2D weist die Oberseite 350 der Linse 300a eine Form auf, um das in die Linse 300a einfallende Licht so zu verteilen, dass es eine breite Richtungsverteilung aufweist. So kann beispielsweise die Oberseite 350 der Linse 300a eine konkave Oberfläche 350a aufweisen, die nahe der Mittelachse der Linse 300a positioniert ist, und eine konvexe Oberfläche 350b, die von der konkaven Oberfläche 350a ausgeht. Die konkave Oberfläche 350a ermöglicht es, dass Licht, das sich in Richtung der Mittelachse der Linse 300a bewegt, nach außen verteilt wird, und die konvexe Oberfläche 350b erhöht die Lichtmenge, die außerhalb der Mittelachse der Linse 300a austritt.
Unterdessen verbindet der Flansch 370 die Ober- und Unterseite 350 und 310 miteinander und definiert die Außengröße der Linse 300a. Konkav-konvexe Muster können auf einer Seitenfläche des Flansches 370 und der Unterseite 310 gebildet werden. Darüber hinaus sind die Beinabschnitte 390 der Linse 300a mit der Leiterplatte 100a gekoppelt, um die Linse 300a daran zu befestigen. Entsprechende Spitzen der Beinabschnitte 390 können mit der Leiterplatte 100a z.B. durch einen Klebstoff verbunden oder in Löcher in der Leiterplatte 100a eingesetzt werden.
Wie in 2B dargestellt, können die Beinabschnitte 390 aus vier Beinabschnitten bestehen. Die Beinabschnitte 390 können jedoch aus drei Beinabschnitten bestehen, wie in der entsprechenden Art. Die Beinabschnitte 390 können auf der Neigungsfläche 310b gebildet werden, wie in 2D dargestellt.
Unter Bezugnahme auf die 2A und 2D weist die untere Oberfläche 310 der Linse 300a die ebene Oberfläche 310a auf, die den konkaven Abschnitt 320 umgibt, und die Neigungsoberfläche 310b, die die ebene Oberfläche 310a umgibt. Die ebene Oberfläche 310a steht in engem Kontakt mit der Leiterplatte 100a oder der reflektierenden Folie 110, so dass ein Lichtverlust an der Unterseite 310 der Linse 300a verhindert werden kann. In 2D wird der Radius der Linse 300a durch d/2 bezeichnet, die Länge der ebenen Fläche 310a von der Einfallsfläche 330a bis zur Neigungsfläche 310b durch b0 und die radiale Länge der Neigungsfläche 310b durch bx.
Die Neigungsfläche 310b ist unter einem Neigungswinkel β zur ebenen Fläche 310a nach oben geneigt. Die Neigungsfläche 310b erstreckt sich bis zur Seitenfläche der Linse 300, z.B. zur Seitenfläche des Flansches 370. Daher ist die Seitenfläche der Linse 300a in einer Höhe h zur ebenen Fläche 310a positioniert. Der Neigungswinkel β der Neigungsfläche 310b ist vorzugsweise kleiner als 10 Grad. Dies wird später anhand der 15 und 16 ausführlich beschrieben. Mit der Verwendung der Neigungsfläche 310b ist es möglich, den Lichtverlust durch Totalreflexion im Inneren der Linse 300a zu reduzieren und Licht mit einer breiten Richtungsverteilung zu verteilen.
3 zeigt Schnittansichten, die verschiedene Variationen der Linse veranschaulichen. Hier werden verschiedene Varianten des konkaven Abschnitts 320 aus 1 beschrieben.
In 3 (a) bildet ein Abschnitt in der Nähe der Mittelachse C der Linse 300a in der oberen Endfläche 330b, der mit Bezug auf 1 beschrieben wird, eine nach unten konvexe Oberfläche. Das auf die Mittelachse C einfallende Licht kann primär durch diese konvexe Oberfläche gesteuert werden.
3 (b) ähnelt 3 (a), unterscheidet sich aber von 3 (a) dadurch, dass eine Fläche senkrecht zur Mittelachse C in der oberen Endfläche von 3 (a) nach oben konvex ausgebildet ist. In der oberen Endfläche werden nach oben und unten konvexe Oberflächen gemischt, so dass es möglich ist, eine Änderung der Richtungsverteilung des Lichts durch einen Ausrichtungsfehler zwischen der lichtemittierenden Vorrichtung und der Linse zu reduzieren.
In 3 (c) bildet ein Abschnitt in der Nähe der Mittelachse C in der oberen Endfläche 330b, der mit Bezug auf 1 beschrieben wird, eine nach oben konvexe Oberfläche. Durch diese konvexe Oberfläche kann das Licht zur Mittelachse C weiter verteilt werden.
3 (d) ähnelt 3 (c), unterscheidet sich aber von 3 (c) dadurch, dass die Oberfläche senkrecht zur Mittelachse C in der oberen Endfläche von 3 (c) nach unten konvex ausgebildet ist. In der oberen Endfläche werden nach oben und unten konvexe Oberflächen gemischt, so dass es möglich ist, eine Änderung der Richtungsverteilung des Lichts durch einen Ausrichtungsfehler zwischen der lichtemittierenden Vorrichtung und der Linse zu reduzieren.
4 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Variation der Linse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird auf der oberen Endfläche 330b ein Lichtstreumuster 330c gebildet. Das lichtstreuende Muster 330c kann als konkav-konvexes Muster ausgebildet sein.
Im Allgemeinen ist relativ viel Lichtstrom in der Nähe der Mittelachse der Linse konzentriert. Darüber hinaus ist die obere Endfläche 330b in den exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Fläche senkrecht zur Mittelachse, so dass der Lichtstrom weiter in der Nähe der Mittelachse konzentriert werden kann. So bildet sich auf der oberen Endfläche 330b das Lichtstreuungsmuster 330c, das den Lichtstrom nahe der Mittelachse verteilt. Selbst wenn die Mittelachsen der lichtemittierenden Vorrichtung 200a und der Linse 300a falsch ausgerichtet sind, ist es somit möglich, den Einfluss der Fehlausrichtung auf die Richtungsverteilung des Lichts zu reduzieren. Dementsprechend wird eine Ausrichttoleranz zwischen der lichtemittierenden Vorrichtung 200a und der Linse 300a erhöht.
5 ist eine Schnittansicht, die eine noch weitere Variation der Linse veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 5 ist die Linse 400a nach dieser Variation im Allgemeinen ähnlich der Linse 300a, die mit Bezug auf die 2A bis 2D beschrieben wird, unterscheidet sich aber von der Linse 300a durch die Form einer oberen Fläche 450 und die Positionen der Beinabschnitte 490. Das heißt, anstelle der konkaven Oberfläche 350a in 2A ist eine relativ flache Oberfläche 450a nahe der Mittelachse der Linse 400a angeordnet, und eine konvexe Oberfläche 450b geht von der flachen Oberfläche 450a nach außen. Die Beinabschnitte 490 sind in der Nähe einer Seitenfläche der Linse 400a angeordnet.
Die Form der Linse kann unter Berücksichtigung einer gewünschten Richtungsverteilung des Lichts und dergleichen unterschiedlich verändert werden.
6 ist eine schematische Schnittansicht, die eine lichtemittierende Vorrichtung 200a gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 6 beinhaltet die lichtemittierende Vorrichtung 200a einen LED-Chip 210 und eine Wellenlängenumwandlungsschicht 240. Der LED-Chip 210 beinhaltet ein Substrat 211 und einen Halbleiterstapel 213 und kann weiterhin Elektrodenpads 215a und 215b beinhalten.
Der LED-Chip 210 ist ein Flip-Chip und weist die Elektrodenpads 215a und 215b an einem unteren Abschnitt des LED-Chips 210 auf. Die Breite w des LED-Chips 210 kann in einem Bereich von etwa 0,7 bis 1,5 mm liegen.
Das Substrat 211 kann ein Wachstumssubstrat sein, das zum Aufwachsen einer Halbleiterschicht verwendet wird, beispielsweise eines Saphirsubstrats oder eines Galliumnitridsubstrats (GaN). Insbesondere in einem Fall, in dem das Substrat 211 ein Saphirsubstrat ist, verringern sich die Brechungsindizes allmählich in der Größenordnung des Halbleiterstapels 213, des Saphirsubstrats 211 und der Wellenlängenumwandlungsschicht 240, wodurch die Effizienz der Lichtextraktion verbessert wird. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Substrat 211 weggelassen werden.
Der Halbleiterstapel 213 ist aus einem GaN-basierten Verbindungshalbleiter gebildet und kann ultraviolettes oder blaues Licht emittieren.
Der LED-Chip 210 ist direkt auf der Leiterplatte 100a montiert. Der LED-Chip 210 wird direkt mit einer Leiterplatte auf der Leiterplatte 100a durch Flip-Bonden ohne Verwendung eines Bonddrahtes verbunden. In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird kein Draht verwendet, wenn der LED-Chip mit der Leiterplatte 100a verbunden ist. Daher ist ein Formabschnitt zum Schutz eines Drahtes nicht erforderlich, und es ist auch nicht erforderlich, einen Teil der Wellenlängenumwandlungsschicht 240 zu entfernen, um ein Klebepad freizulegen. Die Verwendung des Flip-Chip-LED-Chips 210 ermöglicht somit die Beseitigung eines Phänomens wie Farbabweichung oder Leuchtdichteflecken und die Vereinfachung eines Modulherstellungsprozesses im Vergleich zu einem LED-Chip mit einem Bonddraht.
Ein Flip-Chip-LED-Chip gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird später anhand der 7 bis 12 ausführlich beschrieben.
Die Wellenlängenumwandlungsschicht 240 bedeckt unterdessen den LED-Chip 210. Wie in 6 dargestellt, kann auf dem LED-Chip 210 eine konform beschichtete Wellenlängenumwandlungsschicht 240, z.B. eine Phosphorschicht, gebildet werden und die Wellenlängenumwandlung des vom LED-Chip 210 emittierten Lichts durchführen. Die Wellenlängenumwandlungsschicht 240 ist auf dem LED-Chip 210 aufgebracht und kann Ober- und Seitenflächen des LED-Chips 210 bedecken. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Wellenlängenumwandlungsschicht 240 nur die Oberseite des LED-Chips 210 bedecken. Mit dem vom LED-Chip 210 und der Wellenlängenumwandlungsschicht 240 abgegebenen Licht kann verschiedenfarbiges Licht realisiert werden. Insbesondere Mischlicht wie Weißlicht kann realisiert werden.
In dieser Ausführungsform kann die konform beschichtete Wellenlängenumwandlungsschicht 240 zuvor auf dem LED-Chip 210 gebildet werden, um zusammen mit dem LED-Chip 210 auf der Leiterplatte 100a montiert zu werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des LED-Chips 210 zum besseren Verständnis des LED-Chips 210 beschrieben.
7 bis 11 sind Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines LED-Chips vom Flip-Chip-Typ gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, wobei (a) jede dieser Figuren eine Draufsicht ist und (b) davon eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A ist.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine erste leitende Halbleiterschicht 23 auf einem Wachstumssubstrat 21 und eine Vielzahl von Mesas M im Abstand voneinander auf der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 gebildet. Jede der Vielzahl von Mesas M beinhaltet eine aktive Schicht 25 und eine zweite leitende Halbleiterschicht 27. Die aktive Schicht 25 ist zwischen der ersten und zweiten leitenden Halbleiterschicht 23 und 27 angeordnet. Unterdessen sind die Reflexionselektroden 30 auf der Vielzahl der Mesas M positioniert.
Die Vielzahl von Mesas M kann gebildet werden, indem eine epitaktische Schicht mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 23, der aktiven Schicht 25 und der zweiten leitenden Halbleiterschicht 27 auf dem Wachstumssubstrat 21 unter Verwendung einer metallorganischen chemischen Dampfwachstumstechnik oder dergleichen aufgewachsen wird, und dann durch Strukturieren der zweiten leitenden Halbleiterschicht 27 und der aktiven Schicht 25, so dass die erste leitende Halbleiterschicht 23 freigelegt wird. Seitenflächen der Vielzahl von Mesas M können so geformt werden, dass sie geneigt sind, beispielsweise mit einer Technik wie dem Photoresist-Reflow. Das Profil der geneigten Seitenfläche des Mesa M verbessert die Extraktionseffizienz des in der aktiven Schicht 25 erzeugten Lichts.
Die Vielzahl der Mesas M kann eine längliche Form aufweisen, die sich parallel zueinander in eine Richtung erstreckt, wie in dieser Abbildung dargestellt. Eine solche Form vereinfacht die Bildung der Vielzahl von Mesas M mit der gleichen Form in einer Vielzahl von Chip-Bereichen auf dem Wachstumssubstrat 21.
Obwohl die Reflexionselektroden 30 nach der Bildung der Vielzahl von Mesas M auf den jeweiligen Mesas M gebildet werden können, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Das heißt, die Reflexionselektroden 30 können vorher auf der zweiten leitenden Halbleiterschicht 27 gebildet werden, bevor die Mesas M nach der Bildung der zweiten leitenden Halbleiterschicht 27 gebildet werden. Die Reflexionselektrode 30 bedeckt den größten Teil der Oberseite der Mesa M und hat eine Form, die im Allgemeinen identisch mit der ebenen Form der Mesa M ist.
Jede der Reflexionselektroden 30 beinhaltet eine Reflexionsschicht 28 und kann ferner eine Sperrschicht 29 beinhalten. Die Sperrschicht 29 kann Ober- und Seitenflächen der Reflexionsschicht 28 bedecken. So kann beispielsweise die Sperrschicht 29 gebildet werden, um die Ober- und Seitenflächen der Reflexionsschicht 28 abzudecken, indem ein Muster der Reflexionsschicht 28 gebildet wird und dann die Sperrschicht 29 darauf gebildet wird. So kann beispielsweise die Reflexionsschicht 28 durch Aufdampfen und Strukturieren einer Ag, Ag-Legierung, Ni/Ag, NiZn/Ag, NiZn/Ag oder TiO/Ag-Schicht gebildet werden. Die Barriereschicht 29 kann aus einer Schicht aus Ni, Cr, Ti, Pt, Rd, Ru, W, Mo, Mo, TiW oder Verbundwerkstoffen davon gebildet werden und verhindert, dass ein metallisches Material der Reflexionsschicht 28 gestreut oder verunreinigt wird.
Nachdem die Vielzahl der Mesas M gebildet wurde, können Kanten der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 geätzt werden. Dementsprechend können Abschnitte einer Oberseite des Substrats 21 freigelegt werden. Die Seitenfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 kann auch schräg ausgebildet werden.
Die Vielzahl der Mesas M kann, wie in 7 dargestellt, so ausgebildet werden, dass sie nur innerhalb eines oberen Bereichs der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 begrenzt und in diesem positioniert ist. Das heißt, die Vielzahl der Mesas M kann in Form von Inseln auf dem oberen Bereich der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 positioniert werden. Alternativ können, wie in 12 dargestellt, die sich in eine Richtung erstreckenden Mesas M gebildet werden, um eine Oberkante der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 zu erreichen. Das heißt, eine Kante der unteren Oberfläche jeder der Vielzahl von Mesas M entspricht einer Kante der ersten leitenden Halbleiterschicht 23. Dementsprechend wird die Oberseite der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 durch die Vielzahl der Mesas M geteilt.
Unter Bezugnahme auf 8 wird eine untere Isolierschicht 31 gebildet, um die Vielzahl der Mesas M und die erste leitende Halbleiterschicht 23 abzudecken. Die untere Isolationsschicht 31 weist Öffnungen 31a und 31b auf, um elektrische Verbindungen zu den ersten und zweiten leitenden Halbleiterschichten 23 und 27 in einem bestimmten Bereich zu ermöglichen. So kann beispielsweise die untere Isolationsschicht 31 Öffnungen 31a zum Freilegen der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 durch diese hindurch und Öffnungen 31b zum Freilegen der Reflexionselektroden 30 durch diese hindurch aufweisen.
Die Öffnungen 31a können in Bereichen zwischen den Mesas M und den nahen Kanten des Substrats 21 positioniert werden und können eine längliche Form aufweisen, die sich entlang der Mesas M erstreckt. Die Öffnungen 31b sind nur auf und an den oberen Abschnitten der jeweiligen Mesas M begrenzt und so positioniert, dass sie auf die gleiche Seite der Enden der Mesas M ausgerichtet sind.
Die untere Isolierschicht 31 kann aus einer Schicht aus Oxiden wie SiO₂, einer Schicht aus Nitriden wie SiNx oder einer Schicht aus isolierenden Materialien wie SiON oder MgF₂ unter Verwendung einer Technik wie der chemischen Dampfabscheidung (CVD) gebildet werden. Die untere Isolierschicht 31 kann so ausgebildet werden, dass sie eine einschichtige Struktur aufweist, ist aber nicht darauf beschränkt. Das heißt, die untere Isolierschicht 31 kann zu einer mehrschichtigen Struktur geformt werden. Weiterhin kann die untere Isolationsschicht 31 aus einem verteilten Bragg-Reflektor (DBR) gebildet werden, in dem Schichten von Materialien mit niedrigem und hohem Brechungsindex abwechselnd laminiert sind. So werden beispielsweise Schichten von Dielektrika wie SiO₂/TiO₂ oder SiO₂/Nb₂O₅ beschichtet, um eine isolierende reflektierende Schicht mit hohem Reflexionsgrad zu bilden.
Unter Bezugnahme auf 9 wird auf der unteren Isolationsschicht 31 eine stromspreizende Schicht 33 gebildet. Die stromspreizende Schicht 33 bedeckt die Vielzahl der Mesas M und die erste leitende Halbleiterschicht 23. Die stromspreizende Schicht 33 weist Öffnungen 33a auf, die jeweils in den oberen Bereichen der Mesas M positioniert sind und die reflektierenden Elektroden durch diese hindurch freigeben. Die stromspreizende Schicht 33 kann in ohmschem Kontakt mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 durch die Öffnungen 31a der unteren Isolierschicht 31 stehen. Die stromspreizende Schicht 33 ist von der Vielzahl der Mesas M und den Reflexionselektroden 30 durch die untere Isolationsschicht 31 isoliert.
Jede der Öffnungen 33a der stromspreizenden Schicht 33 weist eine größere Fläche auf als die jeder der Öffnungen 31b der unteren Isolationsschicht 31, um zu verhindern, dass die stromspreizende Schicht 33 mit den Reflexionselektroden 30 verbunden wird. Somit sind die Seitenwände der Öffnungen 33a auf der unteren Dämmschicht 31 angeordnet.
Die stromspreizende Schicht 33 bildet sich auf dem fast gesamten Bereich des Substrats 31 mit Ausnahme der Öffnungen 33a. Somit kann ein elektrischer Strom leicht durch die stromspreizende Schicht 33 verteilt werden. Die stromspreizende Schicht 33 kann eine hochreflektierende Metallschicht, wie beispielsweise eine Al-Schicht, beinhalten, und die hochreflektierende Metallschicht kann auf einer Haftschicht aus Ti, Cr oder Ni ausgebildet sein. Auf der hochreflektierenden Metallschicht kann eine Schutzschicht mit einer ein- oder mehrschichtigen Struktur aus Ni, Cr, Au und dergleichen gebildet werden. Die stromspreizende Schicht 33 kann eine mehrschichtige Struktur aus Ti/AI/Ti/Ni/Ni/Au aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 10 wird auf der stromspreizenden Schicht 33 eine obere Isolierschicht 35 gebildet. Die obere Isolationsschicht 35 weist Öffnungen 35b zum Freilegen der jeweiligen Reflexionselektroden 30 durch diese hindurch auf, zusammen mit einer Öffnung 35a zum Freilegen der stromspreizenden Schicht 33 durch diese. Die Öffnung 35a kann eine Form aufweisen, die in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Länge der Mesa M verlängert ist, und einen Bereich aufweisen, der relativ größer ist als der der Öffnungen 33b. Die Öffnungen 35b belichten die reflektierenden Elektroden 30, die durch die Öffnungen 33a der stromspreizenden Schicht 33 und die Öffnungen 31b der unteren Isolationsschicht 31 freigelegt sind. Die Öffnungen 35b können Bereiche aufweisen, die schmaler sind als die der Öffnungen 33a der stromspreizenden Schicht 33, aber breiter als die der Öffnungen 31b der unteren Isolierschicht 31. Dementsprechend können die Seitenwände der Öffnungen 33a der stromspreizenden Schicht 33 mit der oberen Isolierschicht 35 abgedeckt werden.
Die obere Isolierschicht 35 kann mit einer Isolierschicht aus Oxiden, einer Isolierschicht aus Nitriden oder einer gemischten oder alternierenden Schicht davon oder mit einem Polymer wie Polyimid, Teflon oder Parylen gebildet werden.
Unter Bezugnahme auf 11 werden auf der oberen Isolierschicht 35 erste und zweite Polster 37a und 37b gebildet. Das erste Pad 37a ist mit der stromspreizenden Schicht 33 durch die Öffnung 35a der oberen Isolierschicht 35 verbunden, und das zweite Pad 37b ist mit den Reflexionselektroden 30 durch die Öffnungen 35b der oberen Isolierschicht 35 verbunden. Die ersten und zweiten Pads 37a und 37b können als Pads zum Verbinden von erhöhten Kontaktierungsbereichen oder zum Anwenden einer Oberflächenmontagetechnologie (SMT) verwendet werden, um LEDs auf einer Leiterplatte oder dergleichen zu montieren.
Die ersten und zweiten Pads 37a und 37b können im gleichen Verfahren zusammen gebildet werden. So können beispielsweise die ersten und zweiten Pads 37a und 37b mit einer Fotolithographie- oder Lift-off-Technik gebildet werden. Die ersten und zweiten Pads 37a und 37b können beispielsweise eine Haftschicht aus Ti, Cr, Ni oder dergleichen und eine hochleitfähige Metallschicht aus Al, Cu, Ag, Au oder dergleichen beinhalten. Die ersten und zweiten Pads 37a und 37b können so geformt werden, dass ihre Enden auf der gleichen Ebene liegen. So können LED-Chips auf den jeweils in gleicher Höhe auf der Leiterplatte 100a bis 100d ausgebildeten Leiterbahnen flip-gebonded werden. Darüber hinaus können die ersten und zweiten Pads 37a und 37b so geformt werden, dass sie die gleiche Form und Größe aufweisen, und somit kann das Flip-Chip-Bonden einfach durchgeführt werden.
Anschließend wird das Wachstumssubstrat 21 auf einer einzelnen LED-Chip-Basis aufgeteilt und damit die LED-Chips komplettiert. Das Wachstumssubstrat 21 kann von den LED-Chips entfernt werden, bevor oder nachdem es auf der Basis der einzelnen LED-Chips aufgeteilt wurde.
Im Folgenden wird der Aufbau eines LED-Chips nach einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11 ausführlich beschrieben.
Der LED-Chip beinhaltet eine erste leitende Halbleiterschicht 23, Mesas M, reflektierende Elektroden 30 und eine stromspreizende Schicht 33 und kann ferner ein Wachstumssubstrat 21, eine untere Isolationsschicht 31, eine obere Isolationsschicht 35 sowie erste und zweite Pads 37a und 37b beinhalten.
Das Substrat 21 kann ein Wachstumssubstrat zum Aufwachsen einer GaN-basierten epitaktischen Schicht sein, z.B. eines Saphirsubstrats oder GaN-Substrats. Das Substrat 21 ist beispielsweise ein Saphirsubstrat und kann eine Dicke von 200 µm oder mehr und vorzugsweise 250 µm oder mehr aufweisen.
Die erste leitende Halbleiterschicht 23 ist kontinuierlich, und die Vielzahl der Mesas M ist so positioniert, dass sie auf der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 voneinander beabstandet sind. Jede der Mesas M beinhaltet eine aktive Schicht 25 und eine zweite leitende Halbleiterschicht 27, wie in Bezug auf 7 beschrieben, und hat eine längliche Form, die sich in eine Richtung erstreckt. Hier verfügt der mesa M über einen Stapel von GaN-basierten Verbindungshalbleitern. Die Mesa M kann nur innerhalb und in einem oberen Bereich der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 eingeschränkt werden, wie in 7 dargestellt. Alternativ kann sich die Mesa M bis zu den Kanten einer Oberseite der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 in eine Richtung erstrecken, wie in 12 dargestellt, und so die Oberseite der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 in eine Vielzahl von Bereichen aufteilen. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass sich ein elektrischer Strom in der Nähe der Ecken der Mesas M konzentriert, was die Leistung der Stromverteilung weiter verstärkt.
Die Reflexionselektroden 30 sind jeweils auf der Vielzahl der Mesas M positioniert und stehen in ohmschem Kontakt mit der zweiten leitenden Halbleiterschicht 27. Jede der Reflexionselektroden 30 kann eine Reflexionsschicht 28 und eine Sperrschicht 29 beinhalten, und die Sperrschicht 29 kann Ober- und Seitenflächen der Reflexionsschicht 28 bedecken, wie in 7 beschrieben. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass die Reflexionsschicht 28 nach außen hin freigelegt wird, wodurch eine Verschlechterung der Reflexionsschicht 28 verhindert wird.
Die stromspreizende Schicht 33 bedeckt die Vielzahl der Mesas M und die erste leitende Halbleiterschicht 23. Die stromspreizende Schicht 33 weist Öffnungen 33a auf, die jeweils in den oberen Bereichen der Mesas M positioniert sind und die reflektierenden Elektroden 30 durch diese hindurch freigeben. Die stromspreizende Schicht 33 steht ebenfalls in ohmschem Kontakt mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 und ist von der Vielzahl der Mesas M isoliert. Die stromspreizende Schicht 33 kann ein reflektierendes Metall wie Al beinhalten. Dementsprechend ist es möglich, zusätzlich zur Lichtreflexion durch die Reflexionselektroden 30 eine Lichtreflexion durch die stromspreizende Schicht 33 zu erhalten. So ist es möglich, Licht zu reflektieren, das durch Seitenwände der Vielzahl von Mesas M und der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 wandert.
Die stromspreizende Schicht 33 kann von der Vielzahl der Mesas M durch die untere Isolationsschicht 31 isoliert werden. So ist beispielsweise die untere Isolationsschicht 31 zwischen der Vielzahl von Mesas M und der stromspreizenden Schicht 33 angeordnet, so dass die stromspreizende Schicht 33 von der Vielzahl von Mesas M isoliert werden kann. Die untere Isolationsschicht 31 kann Öffnungen 31b aufweisen, die jeweils in den oberen Bereichen der Mesas M angeordnet sind und die reflektierenden Elektroden 30 durch sie hindurch freilegen, und kann auch Öffnungen 31a aufweisen, durch die die erste leitende Halbleiterschicht 23 freigelegt ist. Die stromspreizende Schicht 33 kann durch die Öffnungen 31a mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 verbunden werden. Jede der Öffnungen 31b der unteren Isolierschicht 31 weist eine Fläche auf, die schmaler ist als die jeder der Öffnungen 33a der stromspreizenden Schicht 33, und die Öffnungen 31b werden von den Öffnungen 33a vollständig freigelegt.
Die obere Isolierschicht 35 bedeckt mindestens einen Teil der stromspreizenden Schicht 33. Die obere Isolationsschicht 35 weist Öffnungen 35b auf, um die Reflexionselektroden 30 durch sie hindurch freizulegen. Weiterhin kann die obere Isolierschicht 35 eine Öffnung 35a aufweisen, durch die die stromspreizende Schicht 33 freigelegt wird. Die obere Isolierschicht 35 kann Seitenwände der Öffnungen 33a der stromspreizenden Schicht 33 abdecken.
Das erste Pad 37a kann auf der stromspreizenden Schicht 33 positioniert werden. So kann beispielsweise das erste Pad 37a durch die Öffnung 35a der oberen Isolierschicht 35 mit der stromspreizenden Schicht 33 verbunden werden. Das zweite Pad 37b ist mit den Reflexionselektroden 30 durch die Öffnungen 35b der oberen Isolationsschicht 35 verbunden. Die oberen Enden der ersten und zweiten Polster 37a und 37b können auf der gleichen Höhe positioniert werden, wie in 11 dargestellt. Somit ist es möglich, auf einfache Weise ein Pad für den Anschluss der freiliegenden Reflexionselektroden 30 durch die Öffnungen 35a der stromspreizenden Schicht 33 zu bilden.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bedeckt die stromspreizende Schicht 33 die Mesas M und die im Wesentlichen ganzen Bereiche der ersten leitenden Halbleiterschicht 23 zwischen den Mesas M. Somit kann ein elektrischer Strom problemlos durch die stromspreizende Schicht 33 verteilt werden. Da die stromspreizende Schicht die Vielzahl der Mesas M und die erste leitende Halbleiterschicht 23 bedeckt, wird die stromspreizende Leistung durch die stromspreizende Schicht 33 verbessert.
Weiterhin beinhaltet die stromspreizende Schicht 33 eine Schicht aus einem reflektierenden Metall wie Al, oder die untere Isolationsschicht 31 ist als isolierende Reflexionsschicht ausgebildet, so dass von den Reflexionselektroden 30 nicht reflektiertes Licht von der stromspreizenden Schicht 33 oder der unteren Isolationsschicht 31 reflektiert werden kann, wodurch die Effizienz der Lichtextraktion verbessert wird.
Der Flip-Chip-LED-Chip nach dieser Ausführungsform kann eine relativ breite Richtungsverteilung aufweisen.
13 zeigt Diagramme, die die Richtungsverteilungen des konventionellen LED-Packages 200 und der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, d.h. den flip-chipartigen LED-Chip 210 mit einer herkömmlichen Beschichtungsschicht.
Unter Bezugnahme auf 13 (a) weist das konventionelle LED Package 200 einen Abstrahlwinkel von etwa 120 Grad auf. Andererseits hat die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform einen Betrachtungswinkel von etwa 145 Grad, wie in 13 (b) dargestellt. Das heißt, es ist ersichtlich, dass die chipbasierte lichtemittierende Vorrichtung nach einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen um 25 Grad vergrößerten Blickwinkel gegenüber den herkömmlichen Packages einer lichtemittierenden Vorrichtung aufweist.
14 (a) zeigt eine Richtungsverteilung eines lichtemittierenden Moduls unter Verwendung des herkömmlichen LED Packages mit einem Betrachtungswinkel von 120 Grad, und 14 (b) zeigt eine Richtungsverteilung eines lichtemittierenden Moduls unter Verwendung des Flip-Chip-LED-Chips 210, der mit der herkömmlichen Beschichtungsschicht mit einem Betrachtungswinkel von 145 Grad gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist. Hier wurde eine Richtungsverteilung des Lichts in einer Achsrichtung mit einer lichtemittierenden Vorrichtung und einer Linse mit der gleichen Verteilung der Beleuchtungsintensität in jeder Richtung simuliert. Die Richtungsverteilung des Lichts zeigt die Lichtintensität in Abhängigkeit von einem Blickwinkel an einem Punkt, der 5 m von jeder lichtemittierenden Vorrichtung entfernt ist. Hier war die Unterseite der Linse völlig eben, ohne die Neigungsfläche 310b.
In diesen Diagrammen wird gezeigt, dass Licht breiter und gleichmäßiger verteilt ist, wenn ein Winkel zwischen den maximalen Lichtintensitäten größer wird und wenn ein Verhältnis (C/P) einer Lichtintensität in der Mitte zur maximalen Lichtintensität kleiner wird. In 14 (a) beträgt der Winkel zwischen den maximalen Lichtintensitäten 146 Grad und das Verhältnis der Lichtintensität in der Mitte zur maximalen Lichtintensität 10%. In 14 (b) betragen der Winkel und das Verhältnis 152 Grad bzw. 4,5%. Beim Vergleich von Winkeln an Punkten mit einer Lichtintensität von 50% beträgt der Winkel 65 Grad in 14 (a) und der Winkel 70 Grad in 14 (b). So kann in einem Fall, in dem ein lichtemittierendes Modul aus dem Flip-Chip-LED-Chip 210 mit der konformen Deckschicht nach exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, das lichtemittierende Modul nach exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Licht breiter und gleichmäßiger verteilen als das herkömmliche lichtemittierende Modul.
15 (a), (b) und (c) sind schematische Ansichten, die die Austrittsrichtungen des Lichts in Abhängigkeit von verschiedenen Neigungen der Neigungsfläche 310b der unteren Oberfläche der Linse veranschaulichen.
Lichtstrahlen, die in Winkeln austreten, die in einem Bereich von 0 bis 3 Grad in Bezug auf die ebene Oberfläche 310a der unteren Oberfläche der Linse lagen, unterhalb einer Seitenfläche der lichtemittierenden Vorrichtung 200a wurden simuliert, und Winkel zwischen den aus der Linse 300a austretenden Lichtstrahlen und der ebenen Oberfläche 310a der unteren Oberfläche der Linse wurden berechnet.
In 15 (a) betrug der Neigungswinkel β etwa 4 Grad und der Winkel γ des aus der Linse 300a austretenden Lichtstrahls 9 Grad. Daher betrug der Austrittswinkel (90-γ) in Bezug auf die Mittelachse der Linse 81 Grad.
In 15 (b) betrug der Neigungswinkel β etwa 9,5 Grad und der Winkel γ des aus der Linse 300a austretenden Lichtstrahls 24 Grad. Daher betrug der Austrittswinkel (90-γ) in Bezug auf die Mittelachse der Linse 66 Grad.
In 15 (c) betrug der Neigungswinkel β etwa 23 Grad, und der aus der Linse 300a austretende Lichtstrahl erfuhr innerhalb der Linse 300a eine Totalreflexion und trat durch eine gegenüberliegende Seitenfläche aus. In diesem Fall betrug der Winkel γ 39 Grad. Daher betrug der Austrittswinkel (90-γ) in Bezug auf die Mittelachse der Linse 51 Grad.
Die Winkel γ der Strahlen nach verschiedenen Neigungswinkeln β der Neigungsfläche der Unterseite der Linse wurden durch die oben genannte Simulation in Bezug auf die verschiedenen Winkel berechnet, und die berechneten Winkel γ sind im Diagramm von 16 (a) dargestellt. Die Winkel γ im Diagramm von 16 (a) wurden in die Austrittswinkel (90-γ) des Lichts umgewandelt, und die umgewandelten Austrittswinkel (90-γ) sind im Diagramm von 16 (b) dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 16 (a) oder (b) ist zu sehen, dass mit zunehmendem Neigungswinkel β der Winkel γ allmählich zunimmt und dass bei einem Neigungswinkel β von mehr als etwa 20 Grad die gesamte innere Reflexion des Lichts innerhalb der Linse auftritt, wie in 15 (c) dargestellt. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β weniger als 5 Grad beträgt, nimmt der Winkel γ mit zunehmendem Neigungswinkel β langsam zu. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β 5 Grad oder mehr beträgt, nimmt der Winkel γ jedoch relativ schnell zu. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β 15 Grad oder mehr beträgt, konvergiert der Winkel γ zu einer im Wesentlichen geraden Linie.
Nach den Ergebnissen der vorstehend beschriebenen Simulation tritt bei einem Neigungswinkel β von mehr als 20 Grad die innere Totalreflexion des Lichts innerhalb der Linse auf, was zu einem Lichtverlust führt. Da der Austrittswinkel (90-γ) ebenfalls kleiner als 70 Grad ist, wird das Licht in der Nähe der Mittelachse der Linse fokussiert, was die Erreichung eines gleichmäßigen Lichts behindert.
In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β zwischen 10 und 20 Grad liegt, tritt der Lichtstrahl dagegen ohne Totalreflexion nach außen durch die Seitenfläche der Linse aus. Da der Austrittswinkel (90-γ) jedoch weniger als 70 Grad beträgt, wird das Licht in der Nähe der Mittelachse der Linse fokussiert, was die Erreichung eines gleichmäßigen Lichts behindert. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β kleiner als 10 Grad ist, überschreitet der Austrittswinkel (90-γ) dagegen etwa 70 Grad, so dass Licht vorzugsweise breit gestreut werden kann.
Da der Flip-Chip-LED-Chip direkt auf der Leiterplatte montiert ist, kann die Größe der lichtemittierenden Vorrichtung im Vergleich zu einer herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtung mit einem Gehäusesubstrat verringert werden. Dementsprechend ist es möglich, das lichtemittierende Modul zu verschlanken. Da die Größe der lichtemittierenden Vorrichtung 200a klein ist, kann die Größe eines konkaven Abschnitts 320 der Linse 300a verringert werden. Darüber hinaus ist es möglich, die gesamte Höhe der Linse 300a zu verringern.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen exemplarischen Ausführungsformen beschränkt. Die Elemente der oben beschriebenen spezifischen exemplarischen Ausführungsformen können identisch oder ähnlich auf andere exemplarische Ausführungsformen angewendet werden, sofern sie nicht vom Kern der vorliegenden Erfindung abweichen.
Den Fachleuten wird klar sein, dass an der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung die Änderungen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, sofern sie in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims

Ein lichtemittierendes Modul, umfassend: eine Leiterplatte (100); eine lichtemittierende Vorrichtung (200), die auf der Leiterplatte (100) angeordnet ist; und eine Linse (300a, 400a), die auf der Leiterplatte (100) angeordnet ist, wobei die Linse konfiguriert ist, um das von der lichtemittierenden Vorrichtung (200) emittierte Licht zu verteilen, wobei die Linse umfasst: eine erste Oberfläche (310), die einen konkaven Abschnitt (320) mit einer Einfallsfläche (330) umfasst, die konfiguriert ist, um von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiertes Licht zu empfangen, eine zweite Oberfläche (350), durch die das auf die Einfallsfläche (330) des konkaven Abschnitts (320) einfallende Licht austritt, und einen Flansch (370), der die erste Oberfläche (310) und die zweite Oberfläche (350) verbindet, wobei die lichtemittierende Vorrichtung (200) innerhalb des konkaven Abschnitts (320) der Linse (300a, 400a) angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche (310) eine Neigungsfläche (310b) zwischen der Einfallsfläche (330) und dem Flansch (370) umfasst, und wobei die Neigungsfläche (310b) einen Neigungswinkel von weniger als 10 Grad in Bezug auf eine Oberseite der Leiterplatte (100) aufweist.
Das lichtemittierende Modul nach Anspruch 1, wobei die lichtemittierende Vorrichtung (200) eine lichtemittierende Vorrichtung (200) auf Chip-Ebene umfasst, die umfasst: einen lichtemittierenden Diodenchip; und eine Wellenlängenumwandlungsschicht, die auf dem LED-Chip angeordnet ist, wobei die Wellenlängenumwandlungsschicht auf mindestens zwei Oberflächen des LED-Chips aufgebracht ist.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei eine Breite eines Eingangs des konkaven Abschnitts (320) der Linse (300a, 400a) größer ist als eine Breite der lichtemittierenden Vorrichtung (200).
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 3, wobei die Breite des Eingangs des konkaven Abschnitts (320) der Linse (300a, 400a) nicht mehr als zwei Mal größer ist als die Breite der lichtemittierenden Vorrichtung (200).
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei die Einfallsfläche (330) der Linse (300a, 400a) eine obere Endfläche (330b) und eine Seitenfläche (330a) umfasst, die sich bis zu einem Eingang des konkaven Abschnitts (320) von der oberen Endfläche (330b) erstreckt.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 5, wobei der konkave Abschnitt (320) eine sich verengende Form aufweist, wenn sich der konkave Abschnitt (320) vom Eingang des konkaven Abschnitts (320) nach oben bis zur oberen Endfläche (330b) erstreckt.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 6, wobei die obere Endfläche (330b) eine ebene Oberfläche, eine konkave Oberfläche oder eine konvexe Oberfläche umfasst.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 7, wobei die obere Endfläche (330b) ein Lichtstreuungsmuster (330c) umfasst.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche (310) der Linse (300a, 400a) ferner eine ebene Oberfläche (310a) umfasst, die den konkaven Abschnitt (320) umgibt, und wobei die Neigungsfläche (310b) die ebene Oberfläche (310a) umgibt.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei die zweite Oberfläche (350) der Linse (300a, 400a) eine konkave Oberfläche, die nahe einer Mittelachse der Linse (300a, 400a) oder eine ebene Oberfläche, die nahe einer Mittelachse der Linse (300a, 400a) angeordnet ist, umfasst, und weiterhin eine konvexe Oberfläche umfasst, die sich von der konkaven Oberfläche oder der ebenen Oberfläche erstreckt.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei die zweite Oberfläche (350) der Linse eine ebene Oberfläche, die nahe einer Mittelachse der Linse angeordnet ist, und eine konvexe Oberfläche, die sich von der ebenen Oberfläche erstreckt, umfasst.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 9, wobei die Linse ferner Beinabschnitte (390) umfasst, die auf der Neigungsfläche zwischen der ebenen Oberfläche (310a) und dem Flansch (370) angeordnet sind, wobei die Beinabschnitte der Linse mit der Leiterplatte verbunden sind.
Das lichtemittierende Modul nach Anspruch 1, ferner umfassend eine reflektierende Folie (110), die auf der Leiterplatte (100) unter der Linse (300a, 400a) angeordnet ist.
Lichtemittierendes Modul nach Anspruch 1, wobei die lichtemittierende Vorrichtung (200) eine lichtemittierende Vorrichtung (200) auf Chip-Level umfasst, und wobei die lichtemittierende Vorrichtung (200) auf Chip-Level direkt auf der Leiterplatte (100) montiert ist.