TWI475730B - 藍光led上之含透明粒子的磷光體層 - Google Patents
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Description
此申請案係基於並主張於2012年10月26日由William Ray提出申請之美國臨時申請案第61/718,879號之權益,其受讓與本發明受讓人並以引用方式併入。
本發明係關於磷光體層,例如洩漏受控量之一次光並產生總體白光發射之磷光體層,且具體而言係關於用於控制一次光洩漏穿過該磷光體層之技術。
通常,藉由施加釔鋁石榴石(YAG)磷光體層於藍光發光二極體(LED)晶粒上來提供白光源。YAG磷光體當由藍光激發時發射黃-綠光,並且洩漏穿過磷光體層之藍光與黃-綠光組合產生白光。許多其他色彩可以此方式形成,且本發明不限於YAG磷光體或LED之使用。
圖1圖解說明發射藍光之習用基於GaN之LED晶粒10。晶粒10可係倒裝晶粒(兩個電極皆於底部上)、垂直晶粒(一個電極於頂部上且另一電極於底部上)、橫向晶粒(兩個電極皆於頂部上)或其他類型LED晶粒。LED半導體層包含N-型層12、作用層14(形成量子井)及P-型層16。在該實例中,作用層14發射藍光例如光線18-21。此等層係磊晶生長於生長基板(未展示)之表面上,其可端視晶粒之類型保留或移
除。
於晶粒10之頂部上沈積磷光體層24。磷光體層24可由單一磷光體或不同磷光體之組合形成,並可係單一層或多層。磷光體層24通常係由於黏結劑(例如,聚矽氧)中之磷光體粉末形成,或可係磷光體之經燒結塊。若磷光體層24在沈積時呈液體形式,則其對於寬面積應用而言可噴霧,或對於晶粒間應用而言使用中空針沈積。磷光體層24之密度及厚度必須小心控制,此乃因生成目標色彩要求磷光體光與藍色洩漏光之精確百分數。實際上,由於製程無法一貫地達成所需要量之藍光洩漏,所得色彩係可變的。磷光體層之不均勻性亦由於藍光洩漏之變化而使輸出色彩之變化增加。此外,甚至來自同一晶圓之不同LED亦具有略微不同的峰值波長及通量,其改變磷光體層24所需要之洩漏性質。
在圖1中,展示於層24中之磷光體粒子26A至26D係由作用層14發射之藍光激發及使光之波長位移。藉由磷光體粒子所發射之光一般係各向同性的,且特定方向之光線發射係明顯的。
展示光線18激發粒子26A,且二次光發射離開磷光體層24之頂部表面。光線19洩漏穿過磷光體層24。展示光線20激發粒子26B,且二次光發射經反向散射進入半導體層中並經部分吸收,直至其以某種方式(例如藉由底部反射電極)往回反射朝向頂部表面為止。展示光線21激發粒子26C,且二次光發射藉由另一粒子26D反向散射返回至半導體層中以部分地吸收。
任何重定向往回朝向半導體層之二次光降低磷光體-轉換LED(pcLED)之總體效率。光抽取效率係關於逃離LED晶粒10之所生成光子之百分數。設計LED晶粒之一個目標係最小化光吸收,以便提高光抽取效率。
圖2圖解說明沈積於透明支撐基板30(其可係平板或透鏡)上之相
同磷光體層24,且磷光體層24遠離LED晶粒10。在此上下文中,術語「遠離」意指磷光體層24與半導體層藉由一些材料或空氣隔開。光線32與33展示係由晶粒10發射。參照圖1所闡述之相同問題適用於圖2。
因此,如參見圖1與2看出,反向散射引起效率降低,且磷光體密度與磷光體層24厚度(影響藍光洩漏)之公差使得無法嚴格控制所得色彩。
業內需要一種方式來改良pcLED之色彩控制並改良該等pcLED之效率。
在一實施例中,將磷光體粉末連同透明珠粒以一定比例混合於透明黏結劑中。珠粒之折射率應接近或小於黏結劑之折射率以最小化反射。具有可選擇折射率之適宜黏結劑市面有售。透明珠粒可係玻璃或可經摻雜以具有可選擇折射率。珠粒之直徑經選擇以大於磷光體層之預期厚度。
在一實施例中,將混合物沈積為支撐於單一基板上之LED陣列上之層而形成光薄片。可將數百萬之微觀LED晶粒散佈於基板上以製成用於一般照明目的之大面積白光源。在一實施例中,將混合物印刷於陣列上。可使用各種印刷技術,例如柔性版印刷、絲網印刷、凹版印刷等等。在一實施例中,使用相同技術印刷LED晶粒與磷光體混合物以最大化效率。將LED晶粒如油墨一樣印刷使得LED晶粒能夠大致均勻地分佈為單層。
在另一實施例中,將磷光體混合物噴霧於LED晶粒陣列上。
由於珠粒具有大於層厚度之可控制直徑,透明路徑將實質上均勻地散佈於磷光體層表面上。可將去潤濕劑添加至混合物以藉由毛細管作用使得黏結劑/磷光體去潤濕而離開珠粒之頂部,以便珠粒頂部上有少量或無磷光體。
混合物中所含有之珠粒之數目(直接對應於每單位面積之磷光體層預定透明面積)直接控制洩漏穿過磷光體層之一次光之量,因此洩漏光之量並不僅僅取決於磷光體粒子之密度及磷光體層之厚度。珠粒之數目取決於混合物中之珠粒之重量百分數。磷光體層可製做地極薄且緻密,以便幾乎所有洩漏光均由混合物中之珠粒之數目(假設混合物中之珠粒大致均質分佈)嚴格控制。因此,磷光體層之密度、厚度及均勻性之製程變化將對pcLED之總體色彩發射具有極小或無影響。
可基於所期望之磷光體層之厚度選擇珠粒之直徑。一般而言,期望具有較小珠粒,以便其更密集地分佈於LED上以產生更均勻發射。
磷光體層亦可用於個別LED晶粒上,例如於反射杯中之LED晶粒上。
可將磷光體層直接沈積於LED上或中間材料上,包含透鏡。
磷光體層亦可預成形為剛性或撓性塊或薄片,其黏附至LED頂部或LED之陣列上。
在另一實施例中,將含有磷光體但無珠粒之混合物沈積於具有替代珠粒之凸塊之透明基板薄片上。磷光體混合物可具有去潤濕劑(其自身可具有黏結劑之特性)來防止磷光體殘留於凸塊之頂部上。當將薄片層壓於LED陣列上時,來自LED之一次光穿過薄片及凸塊。於凸塊之間之磷光體層可將所有剩餘一次光轉換為較長波長或允許一定百分數之一次光穿過。凸塊直徑及圖案可用以精確地控制穿過薄片之一次光之量並允許精確控制穿過薄片之一次光之分佈。
本發明亦闡述其他實施例。
10‧‧‧LED晶粒/晶粒
12‧‧‧N-型層
14‧‧‧作用層
16‧‧‧P-型層/N-型層
18‧‧‧光線
19‧‧‧光線
20‧‧‧光線
21‧‧‧光線
24‧‧‧相同磷光體層/磷光體層/層
26A‧‧‧粒子/磷光體粒子
26B‧‧‧粒子/磷光體粒子
26C‧‧‧粒子/磷光體粒子
26D‧‧‧另一粒子/磷光體粒子
30‧‧‧透明支撐基板
32‧‧‧光線
33‧‧‧光線
40‧‧‧支撐表面
42‧‧‧磷光體層/層/最終層
44‧‧‧透明黏結劑/黏結劑/固化黏結劑
46‧‧‧玻璃珠粒/透明玻璃珠粒/珠粒/透明珠粒
46A‧‧‧大致為球形透明玻璃珠粒/透明珠粒
46B‧‧‧珠粒/大致為球形透明玻璃珠粒
48‧‧‧粒子/磷光體粒子
48A‧‧‧磷光體粒子
48B‧‧‧磷光體粒子
50‧‧‧一次光線
51‧‧‧光線
52‧‧‧另一光線
53‧‧‧光線
56‧‧‧黏著層/透明黏著層
64‧‧‧光薄片
66‧‧‧LED晶粒/晶粒/微觀垂直LED晶粒/微觀印刷LED晶粒
68‧‧‧基板/撓性基板/撓性鋁板
80‧‧‧基板/透明基板
82‧‧‧實質上半球形凸塊/凸塊/透明凸塊
84‧‧‧磷光體層/層
86‧‧‧光線
87‧‧‧光線
88‧‧‧光線
89‧‧‧光線
90‧‧‧平坦側
92‧‧‧透明導體層
94‧‧‧介電層
96‧‧‧金屬層/印刷金屬層
100‧‧‧捲
102‧‧‧第一站臺
104‧‧‧第二站臺
106‧‧‧第三站臺
108‧‧‧第四站臺
110‧‧‧第五站臺
112‧‧‧第六站臺
114‧‧‧第七站臺
116‧‧‧捲
圖1係具有形成於其上之習用磷光體層之習用LED晶粒之一部分之剖視圖,其中總體光發射係LED一次洩漏光與磷光體二次光之組合。
圖2係習用LED與習用遠程磷光體層之剖視圖。
圖3係本發明之一個實施例之具有磷光體層之LED之剖視圖。
圖4圖解說明根據本發明之另一實施例磷光體層可如何預成形並黏附於LED上。
圖5係支撐於單一基板上之大的陣列LED晶粒之一部分之俯視圖,其中磷光體層沈積於整個陣列上作為單一層。
圖6係具有橫跨其表面排列之實質上半球形凸塊之透明基板之剖視圖,該等凸塊替代在圖3之實施例中之透明珠粒。
圖7圖解說明根據本發明之另一實施例如何將磷光體混合物沈積於圖6之基板上,以便凸塊之頂部突出穿過磷光體混合物來通過來自光源(例如LED或LED陣列)之一次光。
圖8圖解說明於一側上支撐LED晶粒且於相對側上支撐磷光體層之單一支撐基板。
圖9圖解說明用於形成光薄片之經簡化之捲對捲製程。
相同或相似元件用相同編號標示。
圖3圖解說明支撐表面40,本發明之磷光體層42沈積於其上。支撐表面40可係LED晶粒之頂部半導體層(例如在圖1中之N-型層16),或可係單粒化之前之LED晶圓之頂部表面,或可係用於遠程磷光體應用之透明基板,或可係支撐於另一基板上之LED晶粒之陣列之頂部表面,或可係透鏡之表面等等。特定光源對本發明不重要。若光源係LED晶粒,則該LED晶粒可係任何類型之晶粒(倒裝、垂直、橫向等等)並發射任何適宜基色,例如藍色、綠色等等。
在一實施例中,產生陶瓷磷光體粒子(粉末)、透明黏結劑44與大致為球形透明玻璃珠粒46A/46B(一般稱為珠粒46)之黏性混合物,以便材料實質上均勻分佈於混合物中。為簡單起見,在圖3中僅展示兩
個磷光體粒子48A與48B,且一般將磷光體粒子稱為粒子48。固化混合物形成磷光體層42。
在圖3之實例中,展示來自LED作用層或其他光源之一次光線50直接穿過透明珠粒46A而幾乎無衰減。光線51展示由磷光體粒子48A吸收並作為二次光線以較長波長朝向頂部表面有效地重新發射。另一光線52展示由磷光體粒子48B吸收,且二次光線穿過珠粒46B而無任何由其他磷光體粒子反向散射或衰減之可能性。展示光線53以習用方式洩漏穿過磷光體層42。端視磷光體密度及厚度,一次光除經由珠粒46之外可無洩漏,以便藉由混合物中之珠粒46之重量百分數直接並高度準確地控制洩漏光。
在一實施例中,為產生混合物,將48±4μm直徑之透明玻璃珠粒(購自Potters Industries,Malvern,PS,USA)與習用YAG磷光體粉末及透明黏結劑以下述重量百分數混合為油墨懸浮液:9%(珠粒):51%(YAG):40%(黏結劑)。YAG磷光體可係通常結合藍光LED使用之數種市面有售之YAG中之任一者。黏結劑44可由下表1中所列化學物質之56.20%:32.20%:5.00%:5.00%:0.50%:1.20%混合物組成。
用於黏結劑44中之化學成分頗具極性。此極性促使玻璃珠粒46藉由黏結劑44與磷光體粒子48兩者去潤濕,從而允許珠粒46突出穿過磷光體層42。理想地,珠粒46之折射率與黏結劑44之折射率大致匹配以最小化反射,且該等材料可得。
材料及比率之許多其他適宜組合可用以形成黏性混合物。磷光體層42亦可包含紅色磷光體以產生較暖白光。
然後使用具有80μm開口面積之180網目絲網將所得混合物(油墨)絲網印刷以使混合物均勻地分佈於圖3之支撐表面40(其可係LED晶粒之陣列)上。隨後(例如)藉由熱或UV光將經沈積磷光體層42固化。
可使用其他形式之印刷,例如柔性版印刷或凹版印刷。在另一實施例中,將混合物噴霧於支撐表面40上。可設想其他沈積技術,其包含旋塗製程。最佳沈積製程端視特定應用而定。
在使用48μm直徑珠粒之實例中,磷光體層42之厚度為小於48μm厚之任何厚度以便暴露珠粒46之頂部。在一實施例中,磷光體層42之厚度不同於珠粒46,係約25μm。
即使磷光體層42略微厚於珠粒46之直徑,或若一些磷光體保留於珠粒46上,本發明仍提供益處,此乃因自珠粒46上之磷光體上之薄層離開珠粒46之光吸收將極少(即,絕大多數一次光將洩漏穿過珠粒46上之薄層)。
在另一實施例中,可沈積多個磷光體層或可將不同類型磷光體混合於單一層中。於一或多個層中之珠粒46仍將產生其較少之光之反向散射(改良效率)及更可控之色彩發射之益處。
珠粒之直徑46可在自25μm至500μm之範圍內,其端視所用磷光體之類型、磷光體之密度、所需要之色彩均勻性、所需要之磷光體層厚度、期望之總體色彩及其他因素而定。例如,在光將由觀察者於一定距離處查看之應用中,色彩在寬LED陣列上之均勻性並不重要,則
珠粒46可相對較大。
圖4圖解說明磷光體層42可預成形為剛性或撓性塊或薄片,並使用透明黏著層56層壓於支撐表面40上。黏著層56可係與固化黏結劑44相同之材料或可係另一種材料,例如聚矽氧。
圖5係可用作用於一般照明之頂燈之光薄片64之一小部分之俯視圖。藉由印刷數百萬個微觀垂直LED晶粒66(僅展示4個)於撓性鋁基板68上可產生光薄片64,該鋁基板電連接至LED晶粒66之底部陽極或陰極電極。隨後將透明導體印刷於LED晶粒66上以電連接至陽極或陰極電極中之另一者。可將透明介電材料印刷於LED晶粒66上用以囊封及機械支撐並提供實質上平坦化表面。該表面可係圖3或4中之支撐表面40。光薄片64可係任何大小,例如數米寬及長。當施加驅動電流時,LED晶粒66發射藍光。
隨後將磷光體層42印刷於光薄片64上。磷光體可包含YAG磷光體及用於產生暖白光之紅色磷光體或任何其他類型之磷光體。將透明玻璃珠粒46實質上均勻分佈於表面上以實質上均勻地將藍色一次光貢獻給總體光輸出。由於LED晶粒66極小且具有相對較高密度以產生所需通量,且由於磷光體層42漫射光,因此所得光發射對於觀察者而言將顯得實質上均勻。
由於辦公室中可有許多光薄片64之面板,所以使面板之色彩發射(例如,色點)匹配係重要的。由於相同磷光體層混合物可用於塗覆許多面板,且LED晶粒66生成面板與面板之間完全可重複之平均峰值波長,所以每一面板之色點可緊密匹配。
在形成磷光體層42之其他實施例中,可首先將珠粒46作為於光黏結劑或溶劑中之油墨印刷於支撐表面40上。黏結劑/溶劑含有去潤濕劑。可隨後將黏結劑/溶劑固化(例如,蒸發),同時珠粒46保留在適當位置。隨後將無珠粒之磷光體混合物作為油墨印刷於珠粒46上,且
磷光體/黏結劑去潤濕而離開珠粒46之頂部並形成圖3至5中之層42。上文所述之相同印刷製程可用於兩層。在該製程中,每一油墨之量經選擇以達成於最終層42中之珠粒、磷光體粒子及黏結劑之期望百分數來達成目標色彩。
在實際實施例中,微觀印刷LED晶粒66之俯視圖將展示其為大致為六邊形。該等LED晶粒66之印刷闡述於美國專利第8,415,879號中,其以引用方式併入本文中。LED晶粒66之形狀經設計以使得在印刷後約90%之LED晶粒66正確定向於基板68上。為最大化效率,使用相同印刷技術來印刷LED晶粒66及磷光體層42。對於極高之生產量,使用柔性網版印刷機將LED晶粒66與磷光體層42印刷至基板68上。迫使油墨(在此情形中,含有LED晶粒66或磷光體混合物之液體或凝膠)穿過精細網格以精確控制撓性板上之油墨之量。使板抵靠基板68以將油墨轉移至基板68。以此方式,可將LED晶粒66印刷為單層並大致均勻地分佈。磷光體混合物可印刷為任何厚度。板可位於滾筒上,並隨著撓性基板68移動經過滾筒來印刷用於在捲對捲製程中之高生產量印刷。
圖6圖解說明另一實施例,其中(例如)藉由模製形成透明基板80(例如丙烯酸),以於其表面上具有實質上半球形凸塊82或其他隆起紋理之有序或偽隨機陣列。基板80可形成為捲以用於捲對捲製程中。凸塊82之直徑可與上文所論述之珠粒46具有相同的量級。基板80應如實踐中一樣薄以最小化光衰減,從而將係撓性的。
如圖7中所展示,無任何玻璃珠粒之磷光體層84(例如)藉由印刷沈積於基板80上。可將去潤濕劑添加至黏結劑以藉由毛細管作用使得磷光體/黏結劑去潤濕而離開凸塊82。較佳地,磷光體層84不覆蓋凸塊82之頂部,但即使磷光體層84覆蓋凸塊82,仍實現本發明之優點。
凸塊82之密度及大小經設計,以使用珠粒46(圖3)之重量百分數控制洩漏之相同方式達成所期望之一次光洩漏。藉由使用預成形基板
80,一次光洩漏將更均勻。
磷光體層84之密度及/或厚度可經選擇以達成所期望之一次光與二次光之組合來達成目標色點,且與先前技術相比色點對層84之厚度將較不敏感。
基板80可在磷光體層84沈積之前或之後層壓至任何支撐表面(例如在圖4中之支撐表面40)。支撐表面40可係發射或通過一次光之任何表面,例如圖5中之光薄片64或LED表面。
圖7圖解說明來自光源(例如LED)之光線86直接穿過透明凸塊82。展示光線87由磷光體粒子48A吸收並作為二次光發射穿過磷光體層84之頂部表面。展示光線88洩漏穿過磷光體層84。且展示光線89由磷光體粒子48B吸收並作為二次光發射穿過透明凸塊82。
在圖8中展示之另一實施例中,在磷光體層84形成之前或之後將LED晶粒66作為油墨印刷於基板80之平坦側90上。可首先沈積透明導體層92以使電接觸LED晶粒之「頂部電極」來形成類似於圖5之光薄片。亦可印刷金屬跡線(於剖面圖之外)以增加晶粒66之導電性。隨後將介電層94印刷於透明導體層92上,隨之印刷金屬層96以電接觸「底部」LED晶粒電極。呈任何大小之群之LED晶粒可由此並聯連接。較佳地,金屬層96具有反射性,從而幾乎所有光均在磷光體層84之方向上發射。施加至透明導體層92及金屬層96之適宜電壓可生成圖7中所示之光線。
在圖3至8之實施例中,透明珠粒/凸塊聚集一次光及二次光,且亦可作為透鏡聚焦一次光。珠粒/凸塊之形狀可製成非球形以具有其他光學特性。珠粒/凸塊可經粗糙化以(例如)漫射光並降低反射。為產生高度控制發射,凸塊82幾何形狀可經選擇以在任何方向上引導光。於相同光結構中可使用多種幾何形狀以達成期望發射。
本發明亦允許使用較少磷光體,從而經由減少磷光體使用及提
高裝置轉換效率兩者以更具成本效益之途徑導致色彩轉換。
圖9圖解說明用於形成寬面積磷光體-轉換LED光薄片之經簡化之製作製程,該等光薄片發射白光用於一般照明,例如用於代替辦公室中之螢光燈具。展示捲對捲製程。
提供薄撓性基板(例如聚合物或鋁)之捲100。基板可沿裝配線連續地或間歇地移動。在捲經受下一製程之前,可於整個捲上執行單一製程。圖9用來展示可於基板上執行之各種製程,而非實際裝配線。例如,相同印刷工具可用以在製程之不同階段處沈積不同油墨,而非使用不同的印刷工具用於每一類型之油墨。因此,可無圖9中展示之各種單獨站臺。
於第一站臺102處,將鋁油墨印刷於基板之表面上以形成鋁層。
於第二站臺104處,印刷LED晶粒66(圖5),以使得晶粒66之底部電極與鋁層電接觸。
於第三站臺106處,將鋁層退火以使LED晶粒之底部電極熔合至鋁層。
於第四站臺108處,將介電層印刷於鋁層上。
於第五站臺110處,將透明導體印刷於LED晶粒66之頂部電極上以並聯電連接LED晶粒之群。亦可印刷金屬跡線以降低電流路徑之總體電阻。
於第六站臺112處,將含有透明珠粒46(圖5)之磷光體混合物印刷於LED晶粒陣列上。所沈積(或所層壓)磷光體層可係圖3、4、7或8之任何磷光體層。
於第七站臺114處,將所得光薄片層固化。
隨後該光薄片作為捲116提供。光薄片可稍後自捲116分離(切割)並安裝於固定件中。
儘管已展示及闡述本發明之特定實施例,但對熟習此項技術者
顯而易見的,可在不背離本發明之更廣泛態樣下進行改變及修改,且因此隨附申請專利範圍欲將所有該等改變及修改涵蓋在其範圍內,如同此等改變及修改屬於本發明之真正精神及範疇內一般。
40‧‧‧支撐表面
42‧‧‧磷光體層/層/最終層
44‧‧‧透明黏結劑/黏結劑/固化黏結劑
46A‧‧‧大致球形透明玻璃珠粒/透明珠粒
46B‧‧‧珠粒/大致球形透明玻璃珠粒
48A‧‧‧磷光體粒子
48B‧‧‧磷光體粒子
50‧‧‧一次光線
51‧‧‧光線
52‧‧‧另一光線
53‧‧‧光線
Claims (15)
- 一種發光結構,其包括:生成一次光之一次光源;第一混合物,其包含波長轉換粒子、透明粒子及黏結劑,其中該等波長轉換粒子及透明粒子係實質上均勻分佈於該黏結劑中,且該第一混合物係覆蓋在該一次光源上,其中該黏結劑形成厚度小於該第一混合物中之透明粒子之直徑的層,其中該透明粒子沿著該層完全突出穿過該黏結劑,其中第一部分之該一次光穿過該等透明粒子,且第二部分之該一次光藉由該波長轉換粒子轉換為二次光,且其中該二次光與穿過該等透明粒子之該一次光之組合構成總體色彩發射。
- 如請求項1之結構,其進一步包括該第一混合物沈積於其上之支撐表面。
- 如請求項1之結構,其中該支撐表面覆蓋一或多個發光二極體(LED)。
- 如請求項1之結構,其進一步包括該第一混合物沈基於其上之支撐表面,其中該第一混合物在沈積於該支撐表面上之前即含有該等透明粒子。
- 如請求項1之結構,其中該等透明粒子包括透明珠粒。
- 如請求項1之結構,其進一步包括支撐表面,其中該第一混合物沈積於該支撐表面之第一側上,且其中於該支撐表面之第二側上沈積複數個發光二極體(LED)。
- 如請求項1之結構,其中該等透明粒子形成重定向該一次光之透 鏡。
- 如請求項1之結構,其中該等透明粒子之折射率等於或小於該黏結劑之折射率。
- 如請求項1之結構,其中該一次光源包括發光二極體(LED)之陣列,且該第一混合物係形成於該等LED之發光表面上。
- 如請求項9之結構,其中LED之該陣列、該第一混合物及該等透明粒子黏附在一起以形成整體發光裝置。
- 如請求項10之結構,其中該等LED發射藍光,且該藍光與藉由該波長轉換粒子所生成之二次光之組合產生白光。
- 如請求項1之結構,其中該黏結劑包含去潤濕劑以促使該黏結劑藉由毛細管作用自該等透明粒子之該等頂部移除。
- 如請求項1之結構,其中該等波長轉換粒子包括磷光體。
- 如請求項1之結構,其中該第一混合物係作為液體沈積於該一次光源上。
- 如請求項1之結構,其中該第一混合物預成形為固體結構並稍後黏附至該一次光源。
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US9905743B2 (en) * | 2013-11-21 | 2018-02-27 | Ford Global Technologies, Llc | Printed LED heat sink double lock |
WO2015092696A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | Koninklijke Philips N.V. | Led module with uniform phosphor illumination |
DE102015104220A1 (de) * | 2015-03-20 | 2016-09-22 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronische Leuchtvorrichtung |
TR201608786A2 (zh) * | 2015-07-16 | 2017-01-23 | Ford Global Tech Llc | |
DE102016113296A1 (de) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Ford Global Technologies, Llc | Kühlkörperdoppelverschluss einer gedruckten LED |
CN105609618B (zh) * | 2015-12-23 | 2018-05-01 | 张家港康得新光电材料有限公司 | 光转换膜层结构、其制备方法及背光源 |
EP3408728A4 (en) | 2016-01-15 | 2019-03-13 | Rohinni, LLC | DEVICE AND METHOD FOR REAR LIGHTING THROUGH A COVER ON THE DEVICE |
JP6520736B2 (ja) * | 2016-01-28 | 2019-05-29 | 日亜化学工業株式会社 | 照明装置 |
CN107203016A (zh) * | 2016-03-18 | 2017-09-26 | 苏州星烁纳米科技有限公司 | 量子点膜片、光学元件、背光模组及其制备方法 |
CN108089369A (zh) * | 2016-11-21 | 2018-05-29 | 喜星电子株式会社 | 量子点薄膜 |
TWI608277B (zh) * | 2017-03-20 | 2017-12-11 | 友達光電股份有限公司 | 顯示器及其使用之光學片 |
CN113167461A (zh) * | 2018-12-13 | 2021-07-23 | 昕诺飞控股有限公司 | 具有闪光效果的照明设备 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110089456A1 (en) * | 2007-08-07 | 2011-04-21 | Andrews Peter S | Semiconductor light emitting devices with applied wavelength conversion materials and methods for forming the same |
US20120043577A1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-23 | Shin-Etsu Cemical Co., Ltd. | Curable silicone resin composition and light-emitting diode device using the same |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7531955B2 (en) | 2005-07-12 | 2009-05-12 | Eastman Kodak Company | OLED device with improved efficiency and robustness |
US7660509B2 (en) * | 2006-05-24 | 2010-02-09 | 3M Innovative Properties Company | Backlight asymmetric light input wedge |
KR101008762B1 (ko) * | 2006-10-12 | 2011-01-14 | 파나소닉 주식회사 | 발광 장치 및 그 제조 방법 |
US8415879B2 (en) * | 2007-05-31 | 2013-04-09 | Nthdegree Technologies Worldwide Inc | Diode for a printable composition |
TW200921929A (en) | 2007-11-02 | 2009-05-16 | Innolux Display Corp | Light emitting diode |
JP4613947B2 (ja) * | 2007-12-07 | 2011-01-19 | ソニー株式会社 | 照明装置、色変換素子及び表示装置 |
KR100944008B1 (ko) * | 2007-12-17 | 2010-02-24 | 삼성전기주식회사 | 백색 발광소자 및 그 제조방법 |
JP5069790B2 (ja) * | 2008-05-23 | 2012-11-07 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置用基板とそれを含む薄膜光電変換装置、並びに薄膜光電変換装置用基板の製造方法 |
JP2010087292A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子 |
EP2378576A2 (en) * | 2010-04-15 | 2011-10-19 | Samsung LED Co., Ltd. | Light emitting diode package, lighting apparatus having the same, and method for manufacturing light emitting diode package |
KR20110130851A (ko) * | 2010-05-28 | 2011-12-06 | 삼성전자주식회사 | 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 및 이들의 제조 방법 |
US8210698B2 (en) | 2010-07-28 | 2012-07-03 | Bridgelux, Inc. | Phosphor layer having enhanced thermal conduction and light sources utilizing the phosphor layer |
KR20120031732A (ko) * | 2010-09-27 | 2012-04-04 | 삼성엘이디 주식회사 | 형광체 필름 및 이를 채용한 발광소자 패키지 |
DE102010051286A1 (de) * | 2010-11-12 | 2012-05-16 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung |
EP2458268B1 (en) * | 2010-11-26 | 2016-04-20 | LG Innotek Co., Ltd. | Phosphor plate and lighting device |
KR101673627B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2016-11-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 광학 부재 및 표시장치 |
-
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-
2014
- 2014-06-03 US US14/294,401 patent/US9506608B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110089456A1 (en) * | 2007-08-07 | 2011-04-21 | Andrews Peter S | Semiconductor light emitting devices with applied wavelength conversion materials and methods for forming the same |
US20120043577A1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-23 | Shin-Etsu Cemical Co., Ltd. | Curable silicone resin composition and light-emitting diode device using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014065958A1 (en) | 2014-05-01 |
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