TWI570950B - 發光二極體的封閉接近準直儀 - Google Patents

Description

發光二極體的封閉接近準直儀

本發明係關於一種發光裝置，其包括：至少一發光二極體，其配置於一基板上；及一用於準直由該至少一發光二極體發射的光的準直儀，其至少部分側圍繞該至少一發光二極體。本發明進一步係關於一種用於製造一發光裝置的方法。

根據以上發明領域之發光裝置普遍地為吾人所知。該等發光裝置用作為光源，特別用於(圖片)顯示裝置的背光發射板中，如用於電視機及監視器。此等裝置尤其適於用作為在非發射性顯示器，如液晶顯示裝置，亦稱為LCD板的背光中使用的光源，其等用於(攜帶式)電腦或(攜帶式)電話。

此等裝置亦用作為一般照明用途或商店照明之照明器中的光源，例如商店窗戶照明，或(透明或半透明的)玻璃板、或(透明的)玻璃板、或(透明的)合成樹脂的照明，在其等上展示商品，如珠寶。此等裝置進一步可用作為窗玻璃的光源，例如引起一玻璃牆在特定情況下發光，或經由光來減少或阻斷透過窗戶的觀看。另一替代應用係此等裝置封裝用作為照亮廣告牌的光源。除此之外，該等裝置封裝可用於室內照明，尤其是用於家庭照明。

WO 2005/109529中描述此類型之一發光裝置，其中一發光二極體被配置於一基板上及在一陶瓷材料的準直儀內。

然而，WO 2005/109529之方法通常要求LED晶片安裝在該基板上的預成型陶瓷準直結構內。

因此，需要一種改良的更容易製造的發光裝置。

本發明之一目的係至少部分解決此問題，並提供一種發光裝置，其中在該發光二極體已被配置於該基板上後，可輕鬆地配置該準直結構。

在一第一態樣中，本發明係關於一種用於製造一發光裝置的方法，其包括以下步驟：提供一基板，其上配置有至少一發光二極體；配置一準直儀，其至少部分側面地圍繞該至少一發光二極體，此舉係藉由使用一可透射黏合材料使該準直儀與該至少一發光二極體及該基板黏合。

藉由使用本發明之方法，可在安置該LED後配置該準直儀，其利於該LED的安置。

在本發明之實施例中，一自撐式波長轉換元件係光學及實體地黏合至該至少一發光二極體之一發光表面。

含波長轉換板的LED在相對於該基板法線的大角度方向上發射大量光。因此，使用準直儀非常有利於此等應用。

在本發明之實施例中，使該準直儀與該至少一發光二極體及該基板黏合之步驟包括：配置一黏合材料前驅物及使其硬化以形成一黏合材料。

液態黏合材料可容易地被分配......等，同時容許該準直儀的位置之一定程度的移動，如調整。

本發明之實施例中，在該基板的平面中，該準直儀配置於距離該至少一發光二極體10微米至200微米的位置。

該準直儀有利地經定位接近該LED，以維持或最小化在光束擴展(etendue)中的損失。

在本發明之實施例中，該準直儀係由一金屬材料製成。

由金屬材料製成的準直儀可生產為極薄，同時具有高反射效率。因此，該等準直儀適用於本方法，其中該準直儀係黏在該基板上的。

在本發明之實施例中，該準直儀係由至少一自撐式牆元件形成，該牆元件之材料厚度係在100微米至500微米之範圍中。

在一第二態樣中，本發明係關於一種發光裝置，其包括：至少一發光二極體，其配置於一基板上；及一用於準直由該至少一發光二極體發射的光的準直儀，其至少部分側圍繞該至少一發光二極體。在此，該準直儀係經由一第一透射黏合材料與該基板及該至少一發光二極體黏合。進一步應注意本發明係關於附加請求項之所有可能組合。

現將參考顯示本發明之一目前較佳實施例之附圖，更加詳細描述本發明之此等及其它態樣。

圖1中繪示本發明之一裝置之一說明性的實施例。此實施例之發光裝置100包括一發光二極體(LED)晶片101，其配置於該基板102上。一自撐式的波長轉換體105係經由一透射的黏合材料107光學及實體地黏合至與該二極體101之 一發光表面106。

該發光二極體101發射具有一第一波長(或第一波長間隔，其含第一峰值強度)的光，其大多數穿過自身發光表面。

該波長轉換體105適於接收與吸收由該二極體101發射的至少部分光，並將所吸收的光轉換成為具有一第二、更長波長(或第二波長間隔，其在較長波長處具峰值強度)的光。波長轉換歸因於波長轉換材料，如包含於波長轉換體中的螢光及/或磷光材料。

該LED晶片101通常連接至用於驅動該LED晶片之導線(未顯示)。

由該LED發射及/或由該波長轉換材料轉換的光係由一準直儀103予以準直，該準直儀配置為側圍繞該LED 101。該準直儀103呈現一面向該LED 101的反射性表面及一漏斗外形，其橫截面面積隨著距該基板距離的增加而增加。因此，該準直儀牆自該LED 101探出。

該準直儀103係經由一透明固化的黏合材料104，如膠水，實體地黏合至該LED 101及該基板102。

為儘可能保持來自該LED的光的擴展，有必要使該準直儀之該等牆位於接近該LED 101側面的位置。在圖1中所繪示之較佳實施例中，該等牆配置於距該LED之該側面不到100微米的位置。

在本文中使用時，一發光二極體或LED係指熟習此項技術者已知的任一類型的發光二極體，並包含：習知的基於 無機物之LED、及基於有機物之LED(OLED)與基於聚合物之LED。

該LED晶片較佳的是「覆晶」類型，其中兩個引線皆定位在該晶片的同一面上。此設計有利於該裝置之發光表面上的該波長轉換體的配置。然而，吾人預期其他類型的LED晶片亦可用於本發明中。

本發明中使用的該等LED可發射任一顏色的光，從UV區、可見光區到IR區。然而，由於波長轉換材料通常藉由紅移(red shift)轉換光，所以經常需要使用發射UV/藍光區的光之LED，因為此光基本上可被轉換成為任一其他顏色。

本發明中使用的該波長轉換材料較佳的是一螢光及/或磷光材料，其藉由未經轉換光激發並在鬆弛之後發光。

在一目前較佳實施例中，該波長轉換體形成為一自撐式的波長轉換體105，其包括該波長轉換材料或由其組成。

在一實施例中，該自撐式波長轉換體可包含擠壓陶瓷材料，該材料基本上係波長轉換材料，或尺寸上穩定的基質材料，如但不限於PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，或其他可摻雜顆粒且可嵌入波長轉換顆粒的材料。在另一實施例中，該自撐式波長轉換體可包括一陶瓷材料，其具有一超過理論固態密度97%的密度。

可形成為發光陶瓷層之磷光體的實例包含鋁石榴石磷光體，其通式為(Lu_1-x-y-a-bY_xGd_y)₃(Al_1-zGa_z)₅O₁₂：Ce_aPr_b，其中0<x<1,0<y<1,0<z0.1,0<a0.2及0<b0.1，如發射黃綠 區光的Lu₃Al₅O₁₂：Ce³⁺與Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺；及(Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aO_a：Eu_z ²⁺，其中0a<5,0<x1,0y1，及0<z1，如發射紅光區光的Sr₂Si₅N₈：Eu²⁺。合適的Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺陶瓷板可從美國北卡羅來納州的夏洛特Baikowski國際公司購得。其他發射綠光、黃光，及紅光的磷光體亦是適合的，其包含(Sr_1-a-bCa_bBa_c)Si_xN_yO_z：Eu_a ²⁺(a=0.002-0.2,b=0.0-0.25,c=0.0-0.25,x=1.5-2.5,y=1.5-2.5,z=1.5-2.5)，其包含如SrSi₂N₂O₂：Eu²⁺；(Sr_1-u-v-xMg_uCa_vBa_x)(Ga_2-y-zAl_yIn_zS₄)：Eu²⁺，其包含如SrGa₂S₄：Eu²⁺；Sr_1-xBa_xSiO₄：Eu²⁺；及(Ca_1-xSr_x)S：Eu²⁺，其中0<x1，其包含如CaS：Eu²⁺及SrS：Eu²⁺。另外，亦可使用如SSONe、CeCAS之類的材料。

該自撐式波長轉換體通常形成為一平板或一圓頂狀的物體(其有一對著該LED之平面)，或任一其他適於該裝置應用之形狀。本發明中使用的平板形波長轉換體通常具有10微米至1000微米，如大約100微米至500微米，例如大概250微米之厚度。

在該黏合材料107將一自撐式的波長轉換體105光學及實體地黏合至一LED時，使用的該黏合材料107宜是基本上透射的，至少對具有該第一波長的未經轉換光是如此。

黏合材料實例是否適於使用取決於應用、該LED之該發光表面的材料、該波長轉換體的材料及該黏合材料的曝光溫度。

黏合材料實例包含如低熔點玻璃、環氧材料、透射聚合物、氰基丙烯酸酯黏合劑、UV固化黏合劑及矽氧烷，如 PDMS。

該準直儀103通常包括具有高反射性材料，如金屬材料的一或多個自撐式牆元件，通常為金屬薄片，如銀、金、鋁、鈦等的薄片。

此一高反射性材料之一實例係來自Alanod的Miro®。

該(等)牆元件宜為薄壁，其通常具有約為100微米至500微米之厚度；或一含內部反射腔的固體。

該準直儀的高度及由該等準直儀內壁相對於該基板法線形成的角度取決於應用及期望的光準直度。

該等牆元件可為直的或彎曲的，其等形成一V形或U形準直儀。該準直儀減小光源角度且混合輸出窗處的光成為均質光分佈。在投射顯示應用中，該輸出窗可利用一放大鏡及一物鏡直接在顯示器上成像，其中通常需要混合棒、整合器或其他均質器。

通常，該準直儀的高度(從該基板表面計數)約為5毫米至15毫米。

通常，由該等準直儀內壁相對於該基板之法線形成的角度為5°至15°。

該準直儀103係經由一透明的黏合材料104實體地黏合至該LED 101及該基板102。該黏合材料104為光透射，以有助於該LED晶片中產生的光的出耦合(outcoupling)。

該黏合材料104較佳為一種固化的、基本剛性及不易變形的材料，其由前驅材料的原位硬化，如固化形成。本發明中使用的黏合材料之實例包含矽基材料，如矽酮樹脂材 料(如PDMS)；及環氧材料，如日本信越有機矽(Shin-etsu)。

進一步講，該黏合材料104可密封該LED 101，且視情況，若存在，則密封該波長轉換體105，以保護此總成免受外力破壞，如碰撞與刮傷。

根據本發明，一發光裝置100可如下描述而製造。

視情況具有如上描述的一波長轉換體105之一LED 101被配置於一基板102上。

接著，利用一黏合材料，該準直儀103被配置於該基板上，其在該LED側面的周圍。該準直儀103可為一預成型體，或另一選擇為該準直儀103藉由在該基板102上放置兩或多個牆元件以共同形成該準直儀而形成。該準直儀可在該黏合材料前驅物沈積前、沈積後或沈積同時配置於該基板上。沈積該黏合材料前驅物使其接觸該LED 101、該基板102與該準直儀103。

而後，該黏合材料前驅物材料經硬化，如固化，成為一黏合材料104，其將該準直儀103實體地黏合至該基板並將該準直儀103實體及光學地黏合至該LED 101。該黏合材料亦可視情況接觸該波長轉換體105。

熟習此項技術者認識到本發明決不受限於上述較佳實施例。相反地，許多修飾與變更可在附加請求項範圍內。例如，一個以上，如兩個或多個發光二極體可被配置在同一個準直儀內。進一步講，一個以上，如兩個或多個發光二極體可黏合至同一個自撐式波長轉換體。進一步講，應注 意即使上述內容主要係關於包含於一自撐式波長轉換體中的波長轉換材料，但本發明不限於此，且該波長轉換材料可(例如)作為粉末噴覆(spray deposite)至該LED之該發光表面上。

101‧‧‧發光二極體

102‧‧‧基板

103‧‧‧準直儀

104‧‧‧黏合材料

105‧‧‧波長轉換體

106‧‧‧發光表面

107‧‧‧黏合材料

圖1包括圖1a、圖1b及圖1c，示意性地繪示一種用於製造一發光裝置的方法。

101‧‧‧發光二極體

102‧‧‧基板

103‧‧‧準直儀

104‧‧‧黏合材料

105‧‧‧波長轉換體

106‧‧‧發光表面

107‧‧‧黏合材料

Claims (10)

1. 一種用於製造一發光裝置的方法，其包括以下步驟：提供一基板，至少一發光二極體之一底面配置在該基板之頂部上；配置一準直儀於該基板上以使該準直儀至少部分側面地(laterally)圍繞該至少一發光二極體，其係藉由使用一透射黏合元件將該準直儀黏合至該至少一發光二極體及該基板而達成，使得該準直儀係主要地藉由該透射黏合元件而附加至該基板，其中該透射黏合元件將該至少一發光二極體之一側表面黏合至該準直儀，且其中該準直儀係由具有一材料厚度在100微米至500微米的範圍中之至少一自撐式牆元件(self-supporting wall element)形成。
2. 如請求項1之方法，其中一自撐式波長轉換元件光學及實體地黏合至該至少一發光二極體之一發光表面。
3. 如請求項1或2之方法，其中將該準直儀黏合至該至少一發光二極體及該基板包括配置一黏合材料前驅物並使該黏合材料前驅物硬化以形成該透射黏合元件。
4. 如請求項1或2之方法，其中在該基板的平面中，該準直儀係配置於距該至少一發光二極體10微米至200微米的位置。
5. 如請求項1或2之方法，其中該準直儀係由一金屬材料製成。
6. 一種發光裝置，其包括： 至少一發光二極體，其中該至少一發光二極體之一底面係配置於一基板之頂部上；及一用於準直由該至少一發光二極體發射之光的準直儀，其至少部分側面地圍繞該至少一發光二極體，其中該準直儀包含具有一材料厚度在100微米至500微米的範圍中之至少一自撐式牆元件且其中該準直儀係主要地經由一第一透射黏合元件附加至該基板且係經由該第一透射黏合元件黏合至該至少一發光二極體之一側表面。
7. 如請求項6之發光裝置，其進一步包含一自撐式波長轉換元件，其係光學及實體地黏合至該至少一發光二極體之一發光表面。
8. 如請求項6或7之發光裝置，其中該準直儀係由金屬材料製成。
9. 如請求項6或7之發光裝置，其中，在該基板之平面中，該準直儀與該至少一發光二極體之間的距離係在10微米至100微米之範圍中。
10. 如請求項6或7之發光裝置，其中該準直儀為漏斗形，呈現沿到達該基板之法線之一橫截面其面積隨著與該基板之距離的增加而逐漸增加。