TW201533925A - 用於雙向照明之透明發光二極體燈 - Google Patents

用於雙向照明之透明發光二極體燈 Download PDF

Info

Publication number
TW201533925A
TW201533925A TW104100329A TW104100329A TW201533925A TW 201533925 A TW201533925 A TW 201533925A TW 104100329 A TW104100329 A TW 104100329A TW 104100329 A TW104100329 A TW 104100329A TW 201533925 A TW201533925 A TW 201533925A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
conductor layer
vleds
layer
light
led
Prior art date
Application number
TW104100329A
Other languages
English (en)
Inventor
Jeff Baldridge
Mark David Lowenthal
Bradley Steven Oraw
Thomas Frederick Soules
Original Assignee
Nthdegree Tech Worldwide Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nthdegree Tech Worldwide Inc filed Critical Nthdegree Tech Worldwide Inc
Publication of TW201533925A publication Critical patent/TW201533925A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Abstract

一種可撓性光片包含：一薄基板，其允許光穿過；一透明第一導體層，其上覆於該基板；垂直發光二極體(VLED)之一陣列，其經印刷為該第一導體層上方之一油墨，該等VLED之各者具有電接觸該第一導體層之一底部電極；一介電材料，其在該等VLED之間且上覆於該第一導體層；及一透明第二導體層，其上覆於該等VLED及介電層，該等VLED之各者具有電接觸該透明第二導體層之一頂部電極。各個別VLED可雙向發射光。藉由該第一導體層與該第二導體層之間之一電壓差照明該等VLED，使得雙向光穿過該第一導體層及該第二導體層。磷光體層可係沈積於兩側上以使用藍色VLED產生白光。

Description

用於雙向照明之透明發光二極體燈 [相關申請案之交叉參考]
本申請案係基於由Mark David Lowenthal等人在2013年1月29日申請之美國臨時申請案第61/757,783號，該案讓渡給本受讓人且以引用的方式併入本文中。
本發明係關於使用垂直發光二極體(VLED)之一陣列形成一雙向燈，大體上形成為一平坦板。
使用LED形成之雙向光片具有各種用途，諸如用於一房間之一般照明。舉例而言，面朝下之側可提供直接照明，而面朝天花板之側可提供漫射照明且產生一符合美學之外觀。磷光體可與藍色LED一起使用以產生任何顏色，包含白光。亦可垂直懸浮光片。
一普通固態頭頂燈由具有一粗糙化表面之一平坦塑膠光導形成。高功率之封裝LED(諸如使用一磷光體之白光LED)光學耦合至光導之(諸)邊緣，且LED光藉由光導內部反射直至LED光透過粗糙化表面離開。此一技術歸因於藉由光導之吸收及光洩漏而產生跨光導之不均勻照明。若光導之頂表面上方不存在反射器，則光將雙向離開。
亦已知，將諸多相同之中功率裸LED分佈於具有一導體圖案之一第一透明基板上方，且將底部LED電極接合至導體圖案。接著，將具有一類似導體圖案之一頂部透明基板與LED對準且在LED上方積層。 接著，將頂部LED電極接合至頂部導體圖案。LED皆具有形成陰極接觸之一反射層且具有一小陽極以允許光離開陽極表面。無光離開陰極表面，此係因為陰極表面被反射層完全覆蓋。若相對於導體圖案適當配置LED，且交替LED之定向(陽極向上或陽極向下)，則LED可藉由導體圖案串聯連接且透過光片之相對表面發射光。磷光體可沈積於基板之外表面上以選擇所要發射顏色，諸如白光。當形成一大面積光片時，關於此一裝置之問題係：1)十分難以使LED與導體圖案對準；2)十分難以使頂部電極與LED對準；3)取置程序係消耗時間的；4)一LED或其接合之故障產生串聯中之一開路；5)且光片之任何彎曲將產生兩個基板之間的一剪切力且使基板之一者分層。在美國專利申請公開案第US 2012/0268732號中揭示此一雙向光片。
另外，具有一底部反射電極(其用於重新引導在LED接面中產生之朝向裝置底部發射之光之50%以返回朝向LED之上表面)之LED具有在鏡處之顯著光學損耗。使用典型導電金屬鏡，難以在鏡表面處達成高於80%至90%之反射率，其餘經損失至吸收，且繼而為熱。全內反射(TIR)始終係用於LED裝置中之高折射率材料中之一問題，從而使得光萃取結構(諸如LED之外表面之粗糙化)成為一要求。一金屬鏡電極之存在藉由引入在鏡之每一反彈處吸收一全內反射光射線之一部分之一表面而加劇TIR問題。
需要不具有先前技術之缺點之一固態雙向光片及製造技術。
在一項實施例中，微觀LED經灌輸於一溶劑中(包含一黏性修改聚合物樹脂)以形成一LED油墨以用於印刷，諸如網版印刷。
一透明基板具有沈積於其上之一透明導體層，諸如ITO。
接著，將該等LED印刷於該導體層上方。該等LED及電極之形狀可經設計，使得在該等LED透過該溶劑印刷及下沉至一透明基板表面 上之後，該等LED將自身定向至一高的程度使其等之陽極向上或陰極向上(視需要)。此有用於DC操作，以最大化使用一單一電壓極性操作之所印刷LED之數目。替代性地，該等LED可任意地定向於該基板上，此將導致約一50/50定向，且可藉由快速交替該驅動電壓之該極性使所有該等LED通電。可將數百萬個微觀LED印刷於一單一基板上。
在一項實施例中，該等LED具有一小陽極及一小陰極，因此光相等地透過該等LED之兩個表面離開。因此，若適當光萃取結構經形成於該LED之該等上表面或下表面或該LED之兩個表面上以抑制TIR，則不存在藉由一反射層之吸收，且事實上不存在藉由該等LED半導體層之吸收。
在印刷該等LED之後，該溶劑經加熱以蒸發。藉由形成剩餘乾膜之少量聚合物產生之壓力將該等LED壓抵於該下伏透明導體以形成與該透明導體之一歐姆接觸。
該基板與該透明導體之間可存在一磷光體層以用於將該LED光轉換為任何顏色，諸如白色。磷光體層可包括一半彈性黏結劑中之磷光體粉末，因此若彎曲時其將不會破裂。
接著，將一十分薄之介電層沈積於該等LED上方以囊封其等之側且進一步將其等固定於適當地方。
接著，將一第二透明導體層沈積於該等LED之該表面上方以進行形成至頂部電極之歐姆接觸。
該等透明導體層之一或多個邊緣具有沿著其延伸之一金屬匯流排條以沿著該透明導體層之該(等)邊緣分佈該驅動電壓。
接著，可將一頂部磷光體層(其可相同於該底部磷光體層)沈積於該頂部導體層上方。
當一驅動電壓耦合至該兩個透明導體層上之該等匯流排條時， 由於光自兩側離開該等LED，具有合適定向之該等LED將點亮且使該兩個相對磷光體層通電。
若該等LED不具有相同定向，則該電壓極性可快速顛倒(諸如按大於60Hz)以使所有該等LED通電。在大於60Hz處將不會感知到閃爍。可使用一正弦AC波形或方形AC波形，其中一方形AC波形較佳地用於最大可能工作週期及亮度。
由於不在該等LED上使用一反射器層，且該等裸LED自身係雙向的，故歸因於自作用區發射之光被反射回至該LED中，不存在效率損耗。
因此，可在大氣條件下印刷所有層以形成一大面積雙向光片。相比於先前技術，由於僅存在一個基板，該光片之彎曲將不會產生基板之間的任何剪切應力。此外，歸因於更小LED及僅一個基板，可將該光片製成更薄的。在一項實施例中，甚至可移除該基板，從而導致可經積層至任何其他基板(包含織物)上之一甚至更可撓光片。
在另一實施例中，該等LED具有覆蓋一個表面之一反射電極及另一表面上之一小電極以允許光逸出。為使用LED之僅一單一層及一單一基板提供雙向照明，隨機定向該等LED，從而導致約50%面朝上且50%面朝下。另外，該結構相同於上文描述之結構。接著，至該頂部透明導體層及該底部透明導體層之該驅動電壓係AC，使得在大於60Hz照明所有該等LED以提供一雙向發射。
在一項實施例中，沿著該底部透明導體層之一個邊緣印刷一單一金屬匯流排條，且沿著該頂部透明導體層之相對邊緣印刷一單一金屬匯流排條。在該等透明導體層中存在一些電阻，且隨著電流沿著該導體層散佈而線性地減小施加至各匯流排條之該電壓。然而，由於該驅動電壓之降低處於沿著該等相對透明導體層之相對方向上，且該等相對透明導體層具有相同阻抗，垂直於該等導體層之電壓差在該導體 層之整個面積上方皆相同。因此，所有該等LED將導電約相等之電流且具有相等亮度。
描述其他實施例。
10‧‧‧發光二極體(LED)
12‧‧‧陽極/電極
14‧‧‧陰極/電極
16‧‧‧光射線
20‧‧‧發光二極體(LED)
22‧‧‧反射金屬陰極
24‧‧‧光片
26‧‧‧基板
28‧‧‧底部磷光體層
30‧‧‧底部透明導體層
32‧‧‧匯流排條
34‧‧‧匯流排條
36‧‧‧介電層
38‧‧‧頂部透明導體層
40‧‧‧匯流排條
42‧‧‧匯流排條
44‧‧‧頂部磷光體層
46‧‧‧雙向光射線
48‧‧‧雙向光射線
50‧‧‧匯流排條
52‧‧‧匯流排條
54‧‧‧澆道
55‧‧‧澆道
60‧‧‧金屬層
62‧‧‧開口
64‧‧‧金屬層
66‧‧‧開口
V1‧‧‧電壓
V2‧‧‧電壓
圖1係一垂直LED之一簡化橫截面，垂直LED經設計以自其頂表面及底表面發射光。LED之形狀可經流體動態設計以使得當使用一LED油墨印刷時所有LED在相同方向上定向於一透明基板上，或相反地，LED之形狀可經設計以隨機定向為約一半陽極向上及一半陽極向下。
圖2係一垂直LED之一簡化橫截面，垂直LED經設計以僅自其頂表面發射光，其中該底表面電極係覆蓋整個底表面之一反射器。LED之形狀可經流體動態設計，使得當使用一LED油墨印刷時存在反射表面在一透明基板上面向上或面向下之一相等概率。
圖3係一雙向光片之一橫截面視圖，其中LED係雙向的(如在圖1中展示)且極度誇大大小。
圖4A係一雙向光片之另一實施例之一橫截面視圖，其中一金屬匯流排沿著各透明導體層之一個邊緣，且金屬匯流排彼此相對以用於提供跨光片中之各LED之一相等差分電壓。
圖4B係圖4A之光片之一俯視圖。
圖5A係一雙向光片之另一實施例之一橫截面視圖，其中窄金屬指狀物(或澆道)沿著各透明導體層延伸以均衡跨導體層之一電壓。圖5A沿著圖5B中之線5A-5A而取得。
圖5B係圖5A之光片之一俯視圖。
圖5C係沿著線5C-5C之圖5B之結構之一橫截面視圖。
圖6類似於圖3，但LED任意定向於基板上且藉由一AC信號驅動以使一完整週期上之所有LED通電。
圖7係使用圖2之LED之一雙向光片之另一實施例之一橫截面視圖，其中LED任意定向於基板上且藉由一AC信號驅動以提供雙向發射，或經驅動以針對一特定應用選擇性地自一個表面或另一表面發射。
圖8A及圖8B係上覆/下伏於透明導體層以用於均勻電壓散佈之金屬層之俯視圖，其中開口之相對大小為簡明目的極度誇大。
在各種圖式中類似或相同之元件經標記為相同數字。
用於本發明之實施例中之基於氮化鎵的微LED小於一人類頭髮之直徑的三分之一，且小於高度的十分之一，從而致使當LED跨被照明之一基板稀疏地散佈時，該等LED對裸眼本質上不可見。此屬性允許由微LED製成之一雙側、幾乎或部分透明之燈的構造。當將微LED應用至基板時，可自由地調整每單位面積之微LED裝置的數目。跨表面之一良好分散的隨機分佈可產生幾乎任何所要表面亮度。受讓人已演示遠超過10,000cd/m2之燈。可使用網版印刷或其他形式之印刷將LED印刷為一油墨。可在標題為Method of Manufacturing a Printable Composition of Liquid or Gel Suspension of Diodes之美國申請公開案US 2012/0164796中找到藉由印刷微觀垂直LED來形成一單向光源且控制LED在一基板上之定向之進一步細節，該案讓渡給本受讓人且以引用的方式併入本文中。
圖1係可用於本發明中之一垂直LED 10(VLED)之一橫截面視圖。LED 10包含標準半導體氮化鎵(GaN)層，其包含一n層及作用層及一p層。
在一項實施例中，製造含有數千個垂直LED之一LED晶圓，使得用於各LED之金屬陽極12較小，以允許光逸出陽極側，且用於各LED之金屬陰極14亦較小，以允許約相同量之光逸出陰極側。陽極表面及 陰極表面可與所展示之表面相對。藉由在處理期間使用一或多個載體晶圓且移除生長基板以獲得接達至之兩個LED表面以用於金屬化(包含陽極金屬化及陰極金屬化)，而將LED完全形成於晶圓上。在LED經形成於晶圓上之後，溝槽經微影地界定及蝕刻於圍繞各LED之晶圓的前表面中至等於底部電極之一深度，使得各LED具有約30微米之一直徑及約7微米之一厚度。各LED之一較佳形狀係六邊形。接著，將晶圓之後表面變薄直至LED經單一化。取決於金屬化設計而導致圖1或圖2之LED。接著，微觀LED經均勻灌輸於一溶劑中(包含一黏性修改聚合物樹脂)以形成一LED油墨以用於印刷，諸如網版印刷或苯胺印刷。
可使用此外之諸多其他技術來形成LED，且可為更大或更小。可藉由除印刷以外之技術建構來本文中描述之燈。
在圖1中，電極12及14係反射的且僅使用LED 10之表面積之多達約10%至30%。歸因於電極12及14之反射，甚至多達50%之覆蓋係足夠的。陽極半導體表面及陰極半導體表面上方之一透明導體層可用於散佈來自金屬電極之電流。
由於不存在圍繞電極12及14之光阻斷，且作用層在兩個方向上發射光，故自裸LED晶粒之頂表面及底表面兩者以大約相等比例雙向發射光射線16。視情況，可完全省略底部電極14且以一透明導體(諸如ITO)取代。
在一雙向光片之其他實施例中，可使用圖2之LED 20，其中製造程序相同於用於圖1之LED 10之製造程序，但反射金屬陰極22(一鏡)完全覆蓋陰極表面。可顛倒陽極表面及陰極表面。
可藉由蝕刻粗糙化LED 10及20之表面以增大光萃取(即，減少內部反射)。
若在印刷之後陽極12需定向於與基板相對之一方向上，則將電 極12製成高的，使得隨著LED安定於基板表面上而藉由流體壓力使LED在溶劑中旋轉。LED旋轉至最小電阻之一定向。已達成超過90%類似之定向，不過可憑藉超過75%之LED處於相同定向中而達成滿意效能。若需要一任意定向為一約50/50定向，則頂部電極及底部電極應為幾乎相同之形式及大小。
圖3圖解說明一光片24或一光片之一重複區段，其中LED 10之相對大小極度誇大。光片24可為任何大小，諸如一平方米，包含數百萬個LED 10。
一透明或半透明起始基板26較佳與實際上同樣薄以用於最小化光吸收但提供合適機械強度至光片。基板26可為一合適聚合物，諸如聚酯薄膜或PMMA，且可自一輥施配。透射率應大於90%。由於製造不需要真空處理，故基板26可為任何大小，諸如跨一平方米，且可使用一傳送系統執行程序。
若需要LED光之波長轉換，則沈積一底部磷光體層28(諸如藉由網版印刷)。若LED 10發射藍光，則磷光體層28可為一聚合物黏結劑中之YAG(黃色)磷光體與紅色磷光體之一組合。一些藍光洩漏以與黃光組合以產生白光，然而紅色磷光體可產生一更暖白光。可產生任何顏色。代替地可使用其他波長轉換材料，諸如量子點。
在磷光體層28之頂部上沈積一透明導體層30，諸如氧化銦錫(ITO)層或含有銀奈米纖維之一層。導體層30可具有1歐姆/平方至20歐姆/平方之一導電性，其足夠用於具有一低電流之短跨距。若電阻率歸因於光片之寬度而過高，則可跨兩個金屬匯流排之間的寬度印刷薄金屬澆道以產生跨導體層30之一更均勻電壓。
接著，諸如藉由網版印刷將LED 10印刷於導體層30上，其中使用一合適篩孔以允許LED通過且控制層之厚度。由於相對低之濃度，LED 10將被印刷為一單層且相當均勻地分佈於基板26上方。可使用 任何其他合適沈積程序。在圖3之實例中，頂部陽極12經形成為相對高，使得當LED 10安定於導體層30之表面上時藉由採用最小電阻之旋轉定向而將LED自身定向於在圖3中展示之方向上。
接著，使用(例如)一紅外線爐藉由熱而蒸發溶劑。在固化之後，LED仍附接至下伏透明導體，其中溶解於LED油墨中之少量殘餘樹脂作為一黏性修改劑。樹脂之黏附性質及在固化期間在LED下方之樹脂之體積中之減小將底部LED電極14壓抵於下伏透明導體，從而與下伏透明導體進行歐姆接觸。
接著，使金屬匯流排條32及34沿著導體層30之相對邊緣網版印刷且電終止於用於光片之一陰極引線處。若匯流排條油墨係基於溶劑，則匯流排條油墨可在一爐中固化。若匯流排條油墨係一輻射固化銀，則其可藉由將其曝露至一UV光或電子束固化系統而固化。匯流排條最終將連接至一正驅動電壓或負驅動電壓。注意，可視情況在印刷底部透明導體30之前或在印刷或應用LED 10之前印刷及固化金屬匯流排條32及34。除金屬以外之高導電材料可用於匯流排條。
接著，在燈表面上方選擇性地印刷一介電層36以囊封LED 10且將其等固定於適當位置中而不覆蓋周圍匯流排條52。用於介電層36中之油墨經設計以在固化期間自LED 10之上表面撤回以曝露頂部陽極12。
接著，將一頂部透明導體層38印刷於介電層36上方以電接觸電極12且在適用於所使用透明導體之類型之一爐中固化。
接著，使金屬匯流排條40及42沿著導體層38之相對邊緣網版印刷且電終止於用於光片之一陽極引線處。接著，使用一熱爐或UV固化系統(如適用於所使用油墨之類型)以類似於用於底部匯流排條32及34之一方式固化金屬匯流排條。匯流排條與驅動電壓引線之間的連接點可處於燈之相對隅角處之頂部匯流排條及底部匯流排條上之點處以 用於跨燈之均勻電流分佈或可處於沿著各匯流排條之多個點處以減小跨匯流排條之電壓下降以改良電效率。
接著，諸如藉由網版印刷沈積一頂部磷光體層44，其可相同於底部磷光體層28，使得兩側發射相同顏色。
所得結構可小於1毫米厚。
若將一合適電壓差施加至陽極引線及陰極引線，則將照明所有LED 10。雙向光射線46及48係LED光與磷光體光之組合。
由於LED 10並不利用一大反射器作為一電極，故不存在歸因於反射損耗及LED吸收損耗之光損耗，從而相較於僅自一個表面發射之習知垂直LED而言添加多達超過10%之更多光學效率。
隨著光片寬度增大，導體層30及38中間附近之電壓差將歸因於導體層之電阻率而減少。因此，中間LED 10可不如邊緣附近之LED明亮。
圖4A及圖4B中之匯流排條之組態補償導體層中之此電阻率。磷光體層出於簡明目的不在圖4A中展示且係可選的。在圖4A中，沿著頂部透明導體層38之僅一個邊緣形成一個金屬匯流排條50，且沿著底部透明導體層30之一個邊緣形成另一金屬匯流排條52。
圖4B展示施加至匯流排條50之電壓V1如何跨頂部導體層38散佈及施加至匯流排條52之電壓V2如何跨底部導體層30散佈。若吾等假定施加至匯流排條50之電壓係+3V且施加至匯流排條52之電壓係-3V，則沿著頂部導體層38之電壓將在導體層38之相對端處歸因於歐姆定律而被減小至(例如)+2V。類似地，沿著底部導體層30之電壓將接近接地且在導體層30之相對端處歸因於歐姆定律而為(例如)-2V。然而，沿著導體層38/30之長度，垂直於層之差分電壓將為一恆定5V，足夠開啟LED 10，此係由於相對於導體層30及38之匯流排條50及52之2至3個數量級更低電阻。將藉由一電流調節器控制電壓。只要相 對於透明導體層30及38之匯流排條50及52中皆存在一十分低之電阻且透明導體層30及38具有匹配阻抗，可跨燈之整個表面維持均勻電流密度及因此LED亮度。
圖5A、圖5B及圖5C圖解說明另一實施例，其中藉由沿著導體層38/30之各者之水平金屬澆道54/55(跡線)將一相等電位供應於兩個導體層38/30上方。注意，導體層38/30上之澆道54/55並不上覆於彼此，且澆道54應與下伏澆道55廣泛間隔以達成在導體層38/30之間的所有點處之一實質上恆定電壓差。視情況，一匯流排條可沿著各導體層之兩個邊緣形成且連接至陽極引線或陰極引線(諸如在圖3中展示)以達成在其中光片較大且傳導高電流之實施例中之更均勻電位。圖5B係圖5A之光片之一俯視圖，其中圖5A沿著圖5B中之線5A-5A而取得，且圖5C係沿著線5C-5C而作之圖5B之結構之一橫截面視圖。
圖6圖解說明使用來自圖1之LED 10之一光片，但LED 10在印刷期間任意定向，使得約50%使其等之陽極向上且50%使其等之陽極向下。此諸如藉由使陽極及陰極具有類似幾何形狀或其他技術藉由形成具有在兩個方向上之相等概率流體動態之LED 10而完成。在另一技術中，油墨中之一些LED可經形成以具有「高」陽極且油墨中之其他LED可經形成以具有「高」陰極，其中高電極一般將在印刷之後面向上，此係歸因於隨著LED安定至表面而藉由溶劑施加之旋轉力。以此方式，LED在各定向中之百分比係可選的。可與圖6一起使用上文論述之各種匯流排條配置。
一單極性之一DC電壓可被施加至匯流排條以照明LED 10之一個定向，從而導致雙向光。可以大於60Hz(為避免閃爍)施加一AC電壓以照明所有LED 10，其中各組LED 10將被照明達約一半時間。使用一方形波AC驅動電流將達成一更高工作週期及整體亮度。
圖7圖解說明使用來自圖2之LED 20之一光片。除此之外，該光 片相同於圖6之光片。可與圖7一起使用上文論述之各種匯流排條配置。LED 20係單向的，此係由於其等具有塗佈有一反射電極之一個表面。LED 20經任意地定向於基板26上，因此將存在約一50/50定向。一AC驅動電流用於雙向發射，其中方形波AC產生最均勻照明。若使用DC，光片之一側將為主要發射體，但由於兩側實質上透明，一些光將散射且洩漏出另一側。若磷光體層係包含於燈表面上，則即使使用一DC電壓為燈供電，磷光體將使大量光散射出兩個燈表面。
圖8A及圖8B圖解說明用於將電壓均勻分佈於整個透明導體層表面上方之一金屬圖案概念。頂部導體層38上方之金屬層60具有分佈於其上方之諸多開口62以允許LED光穿過。可使用網版印刷來印刷及圖案化金屬層60。相同網版圖案用於印刷LED，使得無光被金屬層60阻斷。可使用任何形狀之開口，諸如帶狀、六邊形、方形等等。將一相同金屬層64印刷於底部導體層30上方，其中開口66與開口62對準。金屬圖案可經印刷，使得(例如)90%之層包括開口62/66，且10%包括不透明金屬，其中僅開口62/66之間之一十分薄寬度的金屬均勻分佈電壓。除金屬以外的高導電材料可用於層60及64。
注意，可在不影響裝置之功能的情況下，顛倒層30及64的施加順序。同樣地，亦可在不影響燈之功能的情況下，顛倒層60及38的施加順序。可能需此印刷順序顛倒以最佳化製造程序及固化系統功能。
藉由頂部電極之合適構造，超過90%之LED 20可被定向成其等之陽極向上以形成一單向光片。在此一情況中，底部磷光體層將被刪除，且一薄鏡層將在印刷燈之前經沈積於基板26上或沈積於一完成之燈之頂部上，或積層於基板26之頂表面或基板26之底表面上。可對圖3至圖8之光片作出此一修改，使得藉由鏡層朝上反射任何朝下光。因此，光片可藉由在製造程序中改變或添加少數步驟而容易地客製化為單向或雙向。鏡層甚至可出於美學原因而包含開口，以允許一些光通 過，諸如為照明一天花板。
為最大化光學效率，一清晰光學支座層(具有約等於或大於一LED之直徑的一厚度)亦可被沈積於燈與反射表面之間，以減少重新進入圖3至圖8中之LED 10或20(在反射光可經吸收及損失之處)的反射光量。若鏡經施加至一清晰基板26之相對側，則基板26自身充當此清晰光學支座。
基板26甚至可充當反射層且可包括白色PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、經塗佈白色紙或塑膠、鍍鋁之PET等等。
因此，可藉由使用簡單設備而不使用任何精確對準及取置機構在大氣條件中印刷而製造整個光片。在曲折時光片係十分可撓的且不具有任何分層危險且十分薄及輕。
光片可藉由一簡單框架支撐且自一天花板懸掛或以其他方式使用。光片甚至可經彎曲為(例如)一U狀、一V狀或一圓柱形以產生兩個發射圖案，其中內側聚焦光且外側更廣泛分佈光。光片亦可積層於其他表面(包含窗)上，或經圖案化以產生字母數字符號或其他顯示。
在一些應用中，光片之透明度在其斷態中可為重要的。若磷光體層之斷態磷光體顏色(黃色)具攻擊性，則可在印刷之前首先使LED塗佈有一磷光體。以該方式，存在更少磷光體區域，且光片更透明。替代性地，可使用量子點或染料代替黃色磷光體以避免黃色斷態顏色。
磷光體層之一者可為一個類型之磷光體或具有一個特性(例如，厚度或磷光體密度)且磷光體層之另一者可為一不同磷光體或具有不同特性。舉例而言，光片之一側可發射比自另一側發射之光更加藍之光。若LED係單向類型(諸如圖7中之LED 20)，則驅動電壓之極性及相對工作週期可經控制以動態地控制整體顏色發射。此外，若一反射層積層於光片之一側上，則可使用AC極性之相對工作週期控制自相 對表面發射之光之顏色。
諸如藉由印刷紅色、綠色及藍色LED之緊密間隔帶且獨立驅動各類型之LED，可印刷在不同峰值波長發射之LED之一組合。顏色將混合，諸如產生白光，且驅動電流可用於動態地控制顏色。因此，不使用磷光體層，且光片將為本質上透明的。
漫射層或亮度加強層可印刷於或積層於光片表面上以修改光發射圖案且避免刺眼。類似地，基板26自身可經設計以具有特定光學性質，包含成為一反射器或含有一波長轉換材料以消除一分開磷光體層之需要。可使用不同磷光體以導致光片之各側發射一不同顏色。
基板26可具備一釋放層以允許剩餘層自基板26移除，從而產生具有僅20微米至80微米之一厚度之一更高效光片。此一光片極其可撓且甚至可摺疊且可黏附至另一類型之基板，包含用於服飾之一織物。
光片可用於一般照明、顯示器、背光燈、指示器燈等等。
雖然已展示及描述本發明之特定實施例，但對於熟習此項技術者將係明顯的是可在本發明之更廣泛態樣中不脫離本發明之情況下作出改變及修改，且因此，隨附申請專利範圍應將歸屬於本發明之真正精神及範疇內之所有此等改變及修改涵括於其之範疇內。
10‧‧‧發光二極體(LED)
12‧‧‧陽極/電極
14‧‧‧陰極/電極
24‧‧‧光片
26‧‧‧基板
28‧‧‧底部磷光體層
30‧‧‧底部透明導體層
32‧‧‧匯流排條
34‧‧‧匯流排條
36‧‧‧介電層
38‧‧‧頂部透明導體層
40‧‧‧匯流排條
42‧‧‧匯流排條
44‧‧‧頂部磷光體層
46‧‧‧雙向光射線
48‧‧‧雙向光射線

Claims (20)

  1. 一種照明結構，其包括：一基板，該基板允許光穿過；一透明第一導體層，其上覆於該基板；垂直發光二極體(VLED)之一陣列，該等VLED之各者具有電接觸該第一導體層之一底部電極；一介電材料，其在該等VLED之間且上覆於該第一導體層；一透明第二導體層，其上覆於該等VLED及介電層，該等VLED之各者具有電接觸該第二導體層之一頂部電極；及藉由該第一導體層與該第二導體層之間之一電壓差來照明該等VLED，使得雙向光穿過該第一導體層及該第二導體層。
  2. 如請求項1之結構，其中該等VLED包括：第一複數個VLED，其等之陽極接觸該第一導體層；及第二複數個VLED，其等之陽極接觸該第二導體層。
  3. 如請求項2之結構，其中該第一複數個VLED及該第二複數個VLED透過其等之陽極側及其等之陰極側雙向發射光。
  4. 如請求項2之結構，其中藉由該第一導體層及該第二導體層並聯連接所有該等VLED。
  5. 如請求項1之結構，其中大於75%之該等VLED處於相對於該第一導體層及該第二導體層之相同定向中。
  6. 如請求項1之結構，其中該等VLED包括：LED半導體層，其中該等層之至少一者發射光；該等LED半導體層之一第一表面，該第一表面具有圖案化於其上之一第一電極，以允許光離開該第一表面；及該等LED半導體層之一第二表面，藉由一反射第二電極覆蓋該 第二表面，使得藉由該等VLED發射之大部分光係透過該第一表面發射。
  7. 如請求項6之結構，其中該等VLED包括：第一複數個VLED，其等之陽極接觸該第一導體層；及第二複數個VLED，其等之陽極接觸該第二導體層。
  8. 如請求項7之結構，其中藉由該反射第二電極覆蓋之該第二表面係該等VLED之一陰極。
  9. 如請求項7之結構，其中藉由該反射第二電極覆蓋之該第二表面係該等VLED之一陽極。
  10. 如請求項1之結構，其中該等VLED之各者具有一第一表面及一第二表面，其中該等VLED之各者包含一陽極及一陰極，其中該陽極覆蓋該第一表面之小於50%之一面積，且其中該陰極覆蓋該第二表面之小於50%之一面積。
  11. 如請求項1之結構，其中該結構中僅存在一單一基板。
  12. 如請求項1之結構，進一步包括接觸該第一導體層之一或多個邊緣之一或多個導電第一匯流排條，及接觸該第二導體層之一或多個邊緣之一或多個導電第二匯流排條。
  13. 如請求項12之結構，其中該一或多個第一匯流排條包括沿著該第一導體層之一個邊緣之一個匯流排條及沿著該第一導體層之一相對邊緣之另一匯流排條，且其中該一或多個第二匯流排條包括沿著該第二導體層之一個邊緣之一個匯流排條及沿著該第二導體層之一相對邊緣之另一匯流排條。
  14. 如請求項13之結構，進一步包括在沿著該第一導體層之該等邊緣之該等第一匯流排條之間延伸且在該第一導體層之表面上方電接觸該第一導體層之導電第一澆道，及在沿著該第二導體層之該等邊緣之該等第二匯流排條之間延伸且在該第二導體層之 表面上方電接觸該第二導體層之導電第二澆道。
  15. 如請求項12之結構，其中該一或多個第一匯流排條包括沿著該第一導體層之一個邊緣之僅一個匯流排條，且其中該一或多個第二匯流排條包括沿著該第二導體層之一個邊緣之僅一個匯流排條，其中該第一導體層之該一個邊緣與該第二導體層之該一個邊緣相對，使得垂直於該第一導體層及該第二導體層之該等表面之一差分電壓係實質上恆定，儘管跨該第一導體層及該第二導體層之電阻損耗。
  16. 如請求項12之結構，進一步包括自沿著該第一導體層之該一個邊緣之該匯流排條延伸且在該第一導體層之表面上方電接觸該第一導體層之導電第一澆道，及自沿著該第二導體層之該一個邊緣之該匯流排條延伸且在該第二導體層之表面上方電接觸該第二導體層之導電第二澆道，其中該等第一澆道與該等第二澆道係橫向間隔。
  17. 如請求項1之結構，進一步包括：一圖案化導電第一層，其毗鄰且跨該第一導體層之一表面，該導電第一層具有第一開口之一圖案；及一圖案化導電第二層，其毗鄰且跨該第二導體層，該導電第二層具有第二開口之一圖案，其中該等第一開口與該等第二開口對準，且其中該等VLED經沈積於該基板上以實質上與該等第一及第二開口對準。
  18. 如請求項1之結構，進一步包括下伏於該第一導體層之一第一波長轉換層，及上覆於該第二導體層之一第二波長轉換層。
  19. 如請求項1之結構，其中該結構係可撓性的且厚度小於1毫米。
  20. 如請求項1之結構，其中該等VLED經印刷成該第一導體層上方之一油墨的微觀VLED。
TW104100329A 2013-01-29 2015-01-06 用於雙向照明之透明發光二極體燈 TW201533925A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361757783P 2013-01-29 2013-01-29
US14/162,116 US9082936B2 (en) 2013-01-29 2014-01-23 Transparent LED lamp for bidirectional lighting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201533925A true TW201533925A (zh) 2015-09-01

Family

ID=51221966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104100329A TW201533925A (zh) 2013-01-29 2015-01-06 用於雙向照明之透明發光二極體燈

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9082936B2 (zh)
TW (1) TW201533925A (zh)
WO (1) WO2015112280A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106885227A (zh) * 2015-12-10 2017-06-23 远东新世纪股份有限公司 主动型发光织物
CN107718872A (zh) * 2017-09-30 2018-02-23 北京印刷学院 基于现代印刷技术的uvled程控固化光源
TWI627766B (zh) * 2017-08-04 2018-06-21 友達光電股份有限公司 雙向發光模組及應用其之透明顯示裝置
TWI720339B (zh) * 2018-08-31 2021-03-01 東貝光電科技股份有限公司 應用於微型led顯示器之led發光模組及應用該led發光模組所製成之顯示器

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9443833B2 (en) * 2013-01-31 2016-09-13 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Transparent overlapping LED die layers
US9324692B2 (en) * 2013-02-18 2016-04-26 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Transparent LED layer between phosphor layer and light exit surface of lamp
US9299887B2 (en) * 2013-03-15 2016-03-29 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Ultra-thin printed LED layer removed from substrate
US9776557B2 (en) * 2013-11-21 2017-10-03 Ford Global Technologies, Llc Dual direction light producing assembly
US9508694B2 (en) * 2014-03-04 2016-11-29 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Multi-layer conductive backplane for LED light sheet segments
US10418527B2 (en) * 2014-10-31 2019-09-17 eLux, Inc. System and method for the fluidic assembly of emissive displays
US9633883B2 (en) 2015-03-20 2017-04-25 Rohinni, LLC Apparatus for transfer of semiconductor devices
RU2714693C2 (ru) * 2015-08-18 2020-02-19 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Модуль формирования двунаправленного света
US10141215B2 (en) 2016-11-03 2018-11-27 Rohinni, LLC Compliant needle for direct transfer of semiconductor devices
US10471545B2 (en) 2016-11-23 2019-11-12 Rohinni, LLC Top-side laser for direct transfer of semiconductor devices
US10504767B2 (en) 2016-11-23 2019-12-10 Rohinni, LLC Direct transfer apparatus for a pattern array of semiconductor device die
US10062588B2 (en) 2017-01-18 2018-08-28 Rohinni, LLC Flexible support substrate for transfer of semiconductor devices
US10720098B2 (en) * 2017-11-15 2020-07-21 Facebook Technologies, Llc Pulse-width-modulation control of micro LED
CN110320704A (zh) * 2018-03-29 2019-10-11 京东方科技集团股份有限公司 面光源及显示装置
US10410905B1 (en) 2018-05-12 2019-09-10 Rohinni, LLC Method and apparatus for direct transfer of multiple semiconductor devices
TWI693708B (zh) * 2018-08-15 2020-05-11 英屬開曼群島商錼創科技股份有限公司 透明顯示面板
JP7355474B2 (ja) * 2018-08-24 2023-10-03 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
JP7103897B2 (ja) * 2018-09-06 2022-07-20 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
US10886447B2 (en) * 2018-09-14 2021-01-05 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device
US11094571B2 (en) 2018-09-28 2021-08-17 Rohinni, LLC Apparatus to increase transferspeed of semiconductor devices with micro-adjustment
CN109860367B (zh) * 2019-02-03 2020-04-21 泉州三安半导体科技有限公司 发光装置
JP7238142B2 (ja) * 2019-08-22 2023-03-13 京セラ株式会社 両面表示装置
CN113424249B (zh) * 2019-11-12 2024-01-23 京东方科技集团股份有限公司 背板、显示基板和显示装置
WO2022035735A1 (en) * 2020-08-10 2022-02-17 The Daavlin Distributing Co. Phototherapy systems, methods of using a phototherapy system, and methods of manufacturing a phototherapy system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6331356B1 (en) * 1989-05-26 2001-12-18 International Business Machines Corporation Patterns of electrically conducting polymers and their application as electrodes or electrical contacts
US6307218B1 (en) * 1998-11-20 2001-10-23 Lumileds Lighting, U.S., Llc Electrode structures for light emitting devices
US7259030B2 (en) * 2004-03-29 2007-08-21 Articulated Technologies, Llc Roll-to-roll fabricated light sheet and encapsulated semiconductor circuit devices
US7294961B2 (en) * 2004-03-29 2007-11-13 Articulated Technologies, Llc Photo-radiation source provided with emissive particles dispersed in a charge-transport matrix
WO2005122285A2 (en) * 2004-06-04 2005-12-22 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Methods and devices for fabricating and assembling printable semiconductor elements
FR2892594B1 (fr) * 2005-10-21 2007-12-07 Saint Gobain Structure lumineuse comportant au moins une diode electroluminescente, sa fabrication et ses applications
US20080121899A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-29 World Properties, Inc. Transparent electrode for LED array
US8852467B2 (en) 2007-05-31 2014-10-07 Nthdegree Technologies Worldwide Inc Method of manufacturing a printable composition of a liquid or gel suspension of diodes
US8210716B2 (en) * 2010-08-27 2012-07-03 Quarkstar Llc Solid state bidirectional light sheet for general illumination
US8410726B2 (en) * 2011-02-22 2013-04-02 Quarkstar Llc Solid state lamp using modular light emitting elements
CN102156357A (zh) 2011-02-25 2011-08-17 深圳市华星光电技术有限公司 自动光学检验设备及其校正方法
JP2013026451A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP2013093399A (ja) * 2011-10-25 2013-05-16 Toshiba Corp 半導体発光素子
US8906713B2 (en) * 2012-03-30 2014-12-09 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. LED lamp using blue and cyan LEDs and a phosphor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106885227A (zh) * 2015-12-10 2017-06-23 远东新世纪股份有限公司 主动型发光织物
CN106885227B (zh) * 2015-12-10 2020-01-21 远东新世纪股份有限公司 主动型发光织物
TWI627766B (zh) * 2017-08-04 2018-06-21 友達光電股份有限公司 雙向發光模組及應用其之透明顯示裝置
CN107718872A (zh) * 2017-09-30 2018-02-23 北京印刷学院 基于现代印刷技术的uvled程控固化光源
TWI720339B (zh) * 2018-08-31 2021-03-01 東貝光電科技股份有限公司 應用於微型led顯示器之led發光模組及應用該led發光模組所製成之顯示器

Also Published As

Publication number Publication date
US20140209945A1 (en) 2014-07-31
US9082936B2 (en) 2015-07-14
WO2015112280A1 (en) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9082936B2 (en) Transparent LED lamp for bidirectional lighting
US9324692B2 (en) Transparent LED layer between phosphor layer and light exit surface of lamp
TWI529907B (zh) 自基板移除之極薄經印刷發光二極體層
TWI525864B (zh) 垂直印刷串聯發光二極體
US9508694B2 (en) Multi-layer conductive backplane for LED light sheet segments
US9074758B2 (en) Interlocking light sheet tiles
TWI582943B (zh) 包含印刷發光二極體之折疊三維光片
JP6959797B2 (ja) バックライトシステム及びその製造方法
JP5474775B2 (ja) 光出力デバイス
US20100033954A1 (en) Thin illumination device, display device and luminary device
CN102403431A (zh) 发光二极管
US8901810B2 (en) Transparent OLED device with high intensity
JP2010218839A (ja) Ｅｌ素子、液晶ディスプレイ用バックライト装置、照明装置、電子看板装置、ディスプレイ装置及び光取り出しフィルム
WO2016039908A1 (en) Folded 3-d light sheets containing printed leds
KR20170010456A (ko) Mjt led를 이용한 백라이트 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
US9386636B2 (en) Lighting device with tetrahedral opto-electronic modules