TWI476945B - 具混合頂反射之側發光裝置 - Google Patents

Description

具混合頂反射之側發光裝置

本發明係關於一種側發射型發光裝置，其包括至少一發光二極體，該至少一發光二極體配置在一基板上且面向配置為離該基板垟一距離的一散射反射器並沿著該基板之延伸部分延伸。

彩色LED以及磷光體轉換的高功率LED係受青睞用於大型背光面板中作為有效的高亮度光源。然而，在某些應用中，例如用於諸如行動電話、PDA等的手攜式顯示裝置之薄型背光，必須將薄型側發射型發光裝置用作光源。

Kim等人的US 2006/0208269 A1描述一種側發射型發光裝置，該案描述一種配置在一基板上且在一反射性表面下的發光二極體，其係經設計使得來自該發光二極體的光係經由全內反射被反射向該裝置的側面。一散射材料被配置在該反射性表面之後及在該LED之相對側上，以便經由該反射性表面散射及反射回已穿過該反射性表面的光，亦即在該反射性表面上不經受全內反射之光。

然而，為了使以上該裝置適當地工作，該反射性表面必須被傾斜使得來自下方的光經由全內反射被反射至該等側面。因此，自該基板至該反射表面的該距離必須朝向該等側面逐漸增加。這增加該裝置之總厚度。此外，為了防止光經由頂面離開該散射材料，該散射材料必須具有一實質厚度，其亦可增加該裝置之總厚度。

因此，此項技術中需要不經由該頂面發射光之薄型側發射型發光裝置。

本發明之一目的係至少部分克服此問題，並提供一種側發射型裝置，其可易於被製造為具有一低厚度，而不經由頂面發射光。

因此，在一第一態樣中，本發明提供一種側發射型發光裝置，其包括至少一配置在一基板上的發光二極體，且面向一配置為離該基板一距離的本質上不透明性的反射器並沿著該基板之該延伸部分而延伸。該反射器包括一本質上不透明的鏡面組件及一散射組件，使得自任何入射角入射在其上的光被反射與散射。

由該LED發射的光係入射在該反射器上，並獨立於該入射角而將被散射與反射。由於該反射器，亦即該鏡面組件為本質上的不透明，因此未有實質的光將經由該反射器射出該裝置，且因此射出該裝置的全部光必須在該基板與該反射器間的開口處如此作用。此外，由於該反射器為本質上的不透明，因此該反射器之該散射組件可被製成為正好足夠厚以實現所需散射作用。該散射作用引起該裝置中的角度重新分佈，其完全增加光離開該裝置的機會。因此，一散射反射器將增加一鏡面反射器上的光提取。

該散射反射器包括一面向該基板的散射層及一被配置於該散射層上的反射層，該散射層呈現一面向該基板的粗糙表面，且具有一不同於該固態透射材料之折射率的折射率。在此實施例中，該散射層可具有一透明材料。該基板與該反射器間的一固態透射材料導致自該LED之更有效的光提取，因為更少的光係自該高折射率LED材料被反射至一更高折射率的固態層，舉例而言至空氣。此外，該LED之介面處的全內反射之臨界角係藉由於一固態主體而增加，提高自該LED之光提取。

該粗糙表面之粗糙度Ra通常係在1奈米至1000奈米之範圍內。

當該反射層係配置於該散射層之頂部時，觸及該反射器的光將穿過該散射層兩次。藉此，與頂部無反射器之一散射層在獲取相同散射程度上比較，該散射層之厚度可被徹底減小。這有助於減少該裝置之總厚度。

一粗糙表面通常已藉由例如將該固態透射主體研磨至所需厚度而存在。在此之後，該鏡面組件僅須被膠合在該散射層上，該膠體作為該散射層。

在較佳實施例中，該散射層具有一低於該固態透射材料之折射率的折射率。

當具有一特定角分佈的光自高折射率穿過至低折射率的介面時，該角分佈係在該低折射率材料中增大。因此，一良好的散射作用係在此通道上實施。當該反射光返回該高折射率材料中時，其變為明顯更擴散。

在本發明之實施例中，該透射材料可包括一波長轉換材料。

當一波長轉換材料被配置在該基板與該反射器之間時，由該LED發射的光將經受波長轉換，且該光輸出之色彩可視使用者之需要被特製，而不增加該裝置之大小或增加外部元件至該裝置。此外，該波長轉換材料可對該光產生一散射作用，提高該裝置中散射的優點。

在本發明之實施例中，該反射器可被配置為本質上平行於該基板。由於該散射反射器之散射作用，該反射器可被配置為平行於該基板以提供一薄型裝置，而使得大部分被發射的光經由該基板與該反射器之間的該等開口射出該裝置。

現將參考附屬圖式更詳細地描述本發明之此等及其他態樣，該圖式顯示本發明之一當前的較佳實施例。

圖1中示意性地繪示本發明之一種側發射型發光裝置100之一第一實施例，且其包括一發光二極體(本文中亦表示為"LED"101)及一基板102，該LED 101被配置在該基板102上。用於該LED之驅動電路未在該圖中顯示，但其亦存在於該裝置中如此項技術中所習知。一反射器103被配置在配置有該LED 101的該基板102之表面上方。因此，該LED 101面向該反射器103。

在此實施例中，該基板102及該反射器103被繪示為本質上平行，但自以下描述將得知，這並非為本發明之所有實施例所必需的。

該基板102及該反射器103分別形成對於配置在其等之間的一光傳播區域115的一下限及一上限。該光傳播區域115可為空(真空)，其係填充有氣體、液體、凝膠或藉由一固態透射材料106，使得由該LED發射的光在其內傳播。

該裝置有至少一橫向開口114，其在該光傳播區域115之至少一橫向邊緣上，且在該基板與該反射器之間，由該LED 101發射並在該光傳播區域115中傳播的光經由該(等)開口可射出該裝置100。

該發光二極體101被配置在該基板102上。來自該LED 101的光通常有一實質的角展度，諸如以半球形圖案或更低展度之發射，且通常具有一光發射之主方向，其係垂直於該基板的表面，即一所謂的頂發射LED。然而，其他類型的LED亦可用於本發明之一裝置中。

如在本申請案中所使用，本文中縮寫為"LED"的術語"發光二極體"係關於熟習此項技術者所已知的任何類型的發光二極體或雷射發射二極體，其等包含但不限於基於無機的LED、基於小型有機分子之LED(smOLED)及基於聚合物的LED(polyLED)。此外，亦可使用光子帶隙LED，其以更窄且可調的錐形光束發光。由一適用於本發明的LED發射的光通常係在自紫外線至可見光的波長範圍內。對於可見光，該發射可具有任何色彩，自紫色至紅色。通常，發藍光的LED被用於本發明之裝置中。

該基板102係用於該LED 101之一支撐體且可具有一多層結構。通常，該基板102包括一對由該LED發射的光成反射性之層。該反射層可為該LED 101的一反射底板，其結合一電極功能與該反射功能，或可為一分離層。該反射層通常包括一金屬，例如銀或鋁。

根據本發明的大體範圍，該反射器103為本質上的不透明。此外，本質上無論該反射器上的該光具有何入射角，其反射及散射入射在該反射器上的光。

由該LED 101發射的光被發射，其中至少有一部分光朝向該反射器103，且在觸及該反射器之後，該光被反射回該光傳播區域中，然而，在此反射被散射之後，亦即具有一明顯更高的角展度，且具有自該入射光方向的光傳播之一明顯背離。該反射器103中反射之後的該角展度通常接近於一半球面展度。由於此高展度，存在光最終將經由該等橫向開口114射出該裝置之一良好機會。散射重新分佈亦可發生在波導層中，舉例而言，藉由其中具有一些散射微粒。

在該反射中的反射程度通常係在R大於大約80%的範圍內，例如R大於大約90%。

為了獲得該反射器之此等高反射及散射屬性，其包括一本質上不透明的鏡面組件及一散射組件。由於該光在其被反射之前或同時被散射，因此該反射器上自任何入射角的光被散射及反射。由於該反射組件為不透明，因此本質上無光經由該頂面逃離出該裝置。此外，由於該反射性組件為不透明，因此該散射組件可保持在一最小化，正好足以提供該所需散射。該散射組件亦可經由反向散射有助於該反射。該反射器可包括複數個層，包含該反射器之生產中所使用的基板。

以下在圖1之該實施例中將更詳細地描述該反射器103。

該LED 101將光發射至該基板102與該反射器103間的區域中。本文中此區域被表示為該光傳播區域115。此光傳播區域115之一目的係將該光自該LED 101引導至該等橫向開口114。在此光傳播區域中，光在該等反射性表面間被來回反射且最終將經由該等橫向開口114射出該裝置。

該光傳播區域較佳為對由該裝置之該(等)LED發射的波長之光呈本質上的透明，以便吸收光的程度微乎其微。

該光傳播區域115可為一開放空間，其可藉由任何氣體，例如空氣填充，或者可為真空，或可具有一液體、凝膠或固態材料。適用於固態主體光傳播區域115之固態材料的實例包含但不限於固態無機材料，例如氧化鋁、玻璃、石英、藍寶石及YAG，及有機矽、含氟聚合物、聚烯烴或其他聚合物。該固態主體光傳播區域115可進一步包括額外數量的散射材料以在該區域中獲得一均勻的光分佈。

在本發明之實施例中，該固態主體光傳播區域115可能但不一定包括經配置，例如分佈在該光傳播區域115中的波長轉換材料107，或其可由一波長轉換材料形成。因此，射出該光傳播區域115之大部分光將受到該波長轉換材料107的影響。

該波長轉換材料107係一種在吸收具有某一波長或波長範圍的光之後發射具有一不同的經轉換的波長或波長範圍之光的材料。該等經轉換的波長通常移向更長波長。習知地，此等材料通常為螢光性及/或磷光性。熟習此項技術者已知許多此等波長轉換材料，且一組常用的化合物係被稱為"磷光體"。

舉例而言，該波長轉換材料可為陶瓷、固態材料或被嵌入一諸如一載體聚合物的黏合劑材料中。

該波長轉換材料107係與該LED 101匹配使得其吸收由該LED發射的至少一部分光。因此，波長轉換材料之選擇仰賴於LED之選擇。舉例而言，該波長轉換材料可部分地將藍光轉換成為綠光/黃光，其混合成白光。然而，亦可使用其他波長轉換材料，舉例而言，將藍光完全轉換成為綠光、黃光或紅光，或將UV光轉換成為可見光。

在此實施例中，該光傳播區域115包括一固態材料，如上描述，其視情況包括一波長轉換材料。

該反射器103包括面向該光傳播區域115之一散射層108及配置在該散射層上的一反射性表面109。在此實施例中，該散射層108具有面向該光傳播區域之一粗糙表面111，且該散射層108之折射率係低於該光傳播區域115之折射率。此等低折射率材料之實例包含但不限於乾凝膠、氣凝膠、含氟聚合物、矽酮樹脂、矽酸鹽、奈米多孔矽酸鹽及低折射率凝膠材料。該低折射率凝膠材料可作為膠體，將該反射器接合至該光傳播區域。一固態光傳播區域通常具有1.8至2.1或更高的折射率，且因此具有一低於大約1.5的折射率之低折射率材料為較佳。在一替代實施例中，該散射層之折射率係高於該光傳播區域之折射率。

該粗糙表面111呈現此等粗糙度使得穿過此表面的光經明顯程度的散射。之後該經散射的光將被反射在該反射性表面109上且接著將在進入該光傳播區域115之前再次穿過該散射層，用於朝向該等橫向射出開口114之透射。

在本發明之該裝置中，一典型的LED晶粒大小係大約1毫米x1毫米，但亦可使用更小或更大的尺寸。該光傳播區域之典型厚度係在介於大約10微米至幾毫米的範圍內，例如10微米至2毫米，諸如在介於50微米至500微米之範圍內，通常大約為300微米。

熟習此項技術者認識到本發明絕不受限於上述該等較佳實施例。相反地，可在該等附屬請求項之範圍內做出許多修飾及變更。舉例而言，在該等圖式中，該基板及該反射器被繪示為其等橫向邊緣與該光傳播區域之該等橫向邊緣相符。然而，亦可能的係該基板及該反射器之至少一者的該等橫向邊緣係在該光傳播區域之外。

總之，提供一種側發射型發光裝置，其包括至少一發光二極體，該至少一發光二極體配置在一基板上的發光二極體且其面向配置為離該基板達一距離的一散射反射器並沿著該基板之該延伸部分而延伸。該反射器包括面向該基板之一散射層及配置在該散射層上的一反射層，該散射層呈現面向該基板之一粗糙表面且其折射率係不同於該固態透射材料之折射率。

該反射器之散射作用引起該裝置中的一角度重新分佈，其增加光經由該反射器與該基板間的橫向開口射出該裝置之機會，而不透明性防止光經由該頂面被發射。

舉例而言，本發明的一發光裝置可用於LED照明領域中，舉例而言，用於顯示裝置之背光應用，在光導應用中，其等包含平坦的光導照明器、LED準直儀組態，例如可用於汽車前燈照明或一般LED聚光照明。然而，使用領域並不限於以上此等。

100．．．側發射型發光裝置

101．．．發光二極體

102．．．基板

103．．．反射器

106．．．固態透射材料

107．．．波長轉換材料

108．．．散射層

109．．．反射性表面

111．．．粗糙表面

114．．．橫向開口

115．．．光傳播區域

圖1以橫截面圖示意性地繪示本發明之一裝置的一項實施例。

100．．．側發射型發光裝置

101．．．發光二極體

102．．．基板

103．．．反射器

106．．．固態透射材料

107．．．波長轉換材料

108．．．散射層

109．．．反射性表面

111．．．粗糙表面

114．．．橫向開口

115．．．光傳播區域

Claims (6)

1. 一種側發射型(side-emitting)發光裝置(100)，其包括：至少一發光二極體(101)，該至少一發光二極體配置在一基板(102)上，且面向一散射反射器(scattering reflector)(103)，該散射反射器配置為離該基板一距離並沿著該基板之延伸部分而延伸；及一固態透射(transmissive)材料(106)，其被配置在該基板(102)與該反射器(103)之間，其中該固態透射材料(106)經配置使得由該發光二極體所發出的光在該固態透射材料(106)內傳播(propagates)，其中該反射器(103)包括面向該基板之一散射層(108)及配置在該散射層(108)上的一反射層(109)，該散射層(108)呈現面向該基板(102)之一粗糙表面(111)且其折射率係不同於該固態透射材料(106)之折射率。
2. 如請求項1之發光裝置，其中該散射層(108)具有一低於該固態透射材料(106)之折射率的折射率。
3. 如請求項1之發光裝置，其中該散射層(108)具有一高於該固態透射材料(106)之折射率的折射率。
4. 2或3之發光裝置，其中該固態透射材料(106)包括一波長轉換材料(107)。
5. 2或3之發光裝置，其中該反射層(109)包括面向該散射層之一鏡面。
6. 2或3之發光裝置，其中該反射器(103)被配置為平行於該基板(102)。