專利名稱：具有混合頂部反射體的側(cè)發(fā)射器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種側(cè)發(fā)射的發(fā)光器件，包括布置在襯底上并面對(duì)散射反射體的至少 一個(gè)發(fā)光二極管，所述散射反射體與所述襯底相隔一定距離而設(shè)置并沿所述襯底的延伸而 擴(kuò)展。
背景技術(shù)：
彩色LED以及熒光轉(zhuǎn)換型高功率LED作為有效的高亮度光源用于大型背光板是有 吸引力的。但是，在某些應(yīng)用中，比如，用于手持式顯示設(shè)備如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理等的 薄型背光，需要使用薄型側(cè)發(fā)光的發(fā)射器件作為光源。側(cè)發(fā)光的發(fā)射器件描述于Kim等人的US 2006/0208269A1中，其中描述了設(shè)置在 襯底上、反射表面之下的發(fā)光二極管，這樣設(shè)計(jì)使得發(fā)光二極管的光被通過(guò)全內(nèi)反射的方 式朝向器件的側(cè)面反射。為了將已穿過(guò)反射表面的光(即在反射表面上未受到全內(nèi)反射的 光)散射并通過(guò)反射表面反射回來(lái)，在反射表面之后、在LED的相對(duì)側(cè)設(shè)置散射材料。然而，為了使上述器件能夠適當(dāng)工作，反射表面必須傾斜，使來(lái)自下面的光被以全 內(nèi)反射的方式反射到側(cè)面。因此，襯底到反射表面的距離必須朝兩側(cè)的方向逐漸增加。這 增加了器件的總厚度。此外，為了阻止光通過(guò)頂部表面離開(kāi)散射材料，散射材料需要有可觀 的厚度，這也可能增加器件的總厚度。因此，現(xiàn)有技術(shù)期待薄型側(cè)發(fā)光的發(fā)射器件，這些發(fā)射器件不會(huì)通過(guò)頂部表面發(fā) 光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是至少部分地克服這一問(wèn)題，并提供可易于制造的、具有低厚度、而 不會(huì)通過(guò)頂部表面發(fā)光的側(cè)發(fā)射器件。因此，本發(fā)明的第一方面提供側(cè)發(fā)光發(fā)射器件，該器件包括布置在襯底上并面向 基本上不透明的反射器的至少一個(gè)發(fā)光二極管，該反射體與所述襯底相隔一定距離而設(shè)置 并沿所述襯底的延伸而擴(kuò)展。該反射體包括基本上不透明的鏡面反射(specular)組件和 散射組件，使得以任何入射角入射到組件上的光都被反射和散射。LED發(fā)射的光入射到反射體，并且將這些光獨(dú)立于入射角散射和反射。由于反射 體，即鏡面反射組件，基本上是不透明的，因此沒(méi)有大量的光通過(guò)反射體逸出器件，并且由 此所有逸出該器件的光必須在襯底和反射體之間的開(kāi)口處才逸出。此外，由于反射體基本 上是不透明的，因此反射體的散射組件可被制造得厚度恰足以能實(shí)現(xiàn)期望的散射動(dòng)作。散 射動(dòng)作引起該器件中角度重分布，這增加了光從器件完全逸出的機(jī)會(huì)。因此，散射反射體將 通過(guò)鏡面反射體增加光提取。散射反射體包括面向襯底的散射層以及布置在所述散射層上的反射層，所述散射 層呈現(xiàn)面向所述襯底的粗糙表面，并且所述散射層的折射率不同于所述固體透射材料的折 射率。在此實(shí)施方式中，散射層可以是透明材料。襯底和反射體之間的固體透射材料導(dǎo)致
3更有效的從LED的光提取，這是因?yàn)檩^少的光被從高折射率的LED材料反射到更高折射率 的固體層，而到達(dá)例如空氣。此外，在LED界面處的全內(nèi)反射的臨界角被固體本體增大了， 這增大了從LED的光提取。粗糙表面的粗糙度Ra通常在1納米到1000納米的范圍內(nèi)。當(dāng)反射層被布置在散射層頂部時(shí)，遇到反射體的光將通過(guò)散射層兩次。在獲得相 同散射度的情況下，與在頂部不具有反射體的散射層相比，通過(guò)這一點(diǎn)散射層的厚度可顯 著減小。這有助于減小器件的總厚度。例如通過(guò)研磨固體透射體到所需的厚度，粗糙的表面一般已經(jīng)存在。在此之后，鏡 面反射組件僅需被膠合到散射層，膠合劑用作散射層。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，散射層具有低于所述固體透射材料折射率的折射率。當(dāng)具有特定角度分布的光通過(guò)折射率從高到低的界面時(shí)，在低折射率材料中，角 度分布增加。因此，在該通過(guò)中來(lái)執(zhí)行良好的散射動(dòng)作。當(dāng)反射的光回到高折射率材料時(shí)， 其已經(jīng)變?yōu)槊黠@漫射。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，透射材料可以包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。當(dāng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料被布置在襯底和反射體之間時(shí)，LED發(fā)射的光會(huì)受到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，并 且光輸出的顏色可以根據(jù)用戶的需要而調(diào)整，而無(wú)需增大器件的尺寸或向器件添加外部元 件。此外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可有對(duì)光的散射效果，這增加了在器件中散射的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明諸實(shí)施方式中，反射體可基本上平行于襯底布置。由于散射反射體的散 射作用，反射體可平行于襯底布置以提供薄型器件，而同時(shí)使得所發(fā)光的大部分從襯底與 反射體之間的開(kāi)口逸出器件。


本發(fā)明的這個(gè)和其它方面現(xiàn)在將參考附圖被更詳細(xì)地描述，其中附圖示出了本發(fā) 明目前優(yōu)選的實(shí)施方式。圖1以橫截面視圖示意性地說(shuō)明本發(fā)明器件的一個(gè)實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式在圖1中示意性地說(shuō)明本發(fā)明的側(cè)發(fā)光的發(fā)射器件100的第一實(shí)施方式，它包括 發(fā)光二極管(這里還記作“LED”101)以及LED 101布置于其上的襯底102。本圖中沒(méi)有顯 示、但還出現(xiàn)在如本領(lǐng) 中常規(guī)器件中的是用于LED的驅(qū)動(dòng)電路。反射體103布置在LED 101布置于其上的襯底102的表面之上。因而，LEDlOl面向反射體103。在此實(shí)施方式中，襯底102和反射體103被示出為基本上平行，但按照下面的描 述，這對(duì)于所有的發(fā)明實(shí)施方式不是必要的。襯底102和反射體103分別形成設(shè)置于其間的光傳播區(qū)域115的下限和上限。光 傳播區(qū)域115可以是空的(真空)、填充以氣體、液體、凝膠、或填充固體透射材料106用于 LED所發(fā)射的光在其中傳播。該器件在光傳播115的至少一個(gè)側(cè)向邊沿具有至少一個(gè)位于襯底和反射體之間 的側(cè)向開(kāi)口 114，通過(guò)該開(kāi)口，由LED 101發(fā)射的并在傳播區(qū)域115中傳播的光可逸出該器 件 100。
發(fā)光二極管101布置在襯底102上。LED 101的光通常具有一個(gè)實(shí)質(zhì)角擴(kuò)展，比如 以半球模式或更低擴(kuò)展發(fā)射，并且LED 101的光通常具有垂直于襯底表面的發(fā)光主方向， 即所謂的頂部發(fā)射LED。但是，其它類型的LED也可以用于本發(fā)明的器件。正如本發(fā)明中所使用的，縮寫為“LED”的術(shù)語(yǔ)“發(fā)光二極管”是指為本領(lǐng)域技術(shù)人 員所知的任何類型的發(fā)光二極管或激光發(fā)射二極管，包括但不限于基于無(wú)機(jī)的LED、基于小 型有機(jī)分子的LED(smOLED)和基于聚合物的LED(polyLED)。此外，也可以使用光帶隙LED， 其發(fā)射較狹窄的和可調(diào)的光錐形的光。適于本發(fā)明使用的LED發(fā)射的光通常處于從UV光 到可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。對(duì)于可見(jiàn)光，發(fā)射可以是從紫色到紅色的任何顏色。通常地，藍(lán)光 發(fā)射LED被用于本發(fā)明的器件。襯底102是LED 101的支撐，并且其可以是多層結(jié)構(gòu)的。通常，襯底102包括反射 由LED發(fā)射的光的層。該反射層可以是LED 101的反射背平面，它組合了電極功能和反射 功能，或者其可以是單獨(dú)的層。反射層通常包括金屬，如銀或鋁。根據(jù)本發(fā)明的一般范圍， 反射體103基本上是不透明的。而且，基本上無(wú)論光以什么樣的入射角入射到該反射體，它 都反射和散射入射到該反射體上的光。LED 101所發(fā)射的光被發(fā)射得具有至少一個(gè)分量的光朝向反射體103，并且當(dāng)遇 到反射體時(shí)，光被反射回光傳播區(qū)域之中，然而，此后反射被散射，即具有顯著更高的角擴(kuò) 展，并且光傳播與入射光方向顯著偏移。通常地，經(jīng)過(guò)在反射體103內(nèi)的反射后的角擴(kuò)展接 近半球擴(kuò)展。由于這種高擴(kuò)展，存在良好的機(jī)會(huì)使得光最終通過(guò)側(cè)向開(kāi)口 114逸出該器件。 散射重分配也可以發(fā)生在波導(dǎo)層，例如通過(guò)使得波導(dǎo)層中具有一些散射粒子。該反射的反射度通常在R >約80%的范圍內(nèi)，例如R >約90%。為了獲得反射體的這些高反射和散射特性，反射體包括基本不透明的鏡面反射組 件和一個(gè)散射組件。由于光在被反射之前或在被反射的同時(shí)被散射，因此從任何角度入射 到反射體的光均被散射和反射。因?yàn)榉瓷浣M件是不透明的，基本上沒(méi)有光通過(guò)頂部表面逃 離出器件。此外，由于反射組件是不透明的，散射組件可以被定為最小，只要其足以提供所 需的散射。通過(guò)后向散射，散射組件也有助于反射。該反射體可包括多個(gè)層，包括制造反射 體時(shí)使用的襯底。圖1的實(shí)施方式中的反射體103將在下面作更詳細(xì)地描述。LED 101發(fā)射光到襯底102和反射體103之間的區(qū)域中。該區(qū)域在這里表示為光 傳播區(qū)域115。該光傳播區(qū)域115的目的是將光從LED 101導(dǎo)向側(cè)向開(kāi)口 114。在這個(gè)光 傳播區(qū)域中，光在反射表面之間來(lái)回反射，并最終從側(cè)向開(kāi)口 114逸出該器件。對(duì)于由該器件的LED所發(fā)射的波長(zhǎng)的光，光傳播區(qū)域優(yōu)選地是基本透明的，比如 不明顯地吸收光。光傳播區(qū)域115可能是一個(gè)開(kāi)放空間，填充以任何氣體，如空氣、或者可選地為真 空，或者可是液體、凝膠或固體材料的。適合于在固體本體光傳播區(qū)域115使用的固體材 料的例子包括但不限于固體無(wú)機(jī)材料，如氧化鋁、玻璃、熔融石英、藍(lán)寶石、和YAG，以及硅樹(shù) 脂、含氟聚合物、聚烯烴(polyolefien)或其它聚合物。固體本體光傳播區(qū)域115可進(jìn)一步 包括附加量的散射材料以獲取該區(qū)域內(nèi)同質(zhì)的光分布。在本發(fā)明諸實(shí)施方式中，固體本體 光傳播區(qū)域115，可以但不是必須，包括比如分布在光傳輸區(qū)域115的所布置的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材 料107，或者該光傳播區(qū)域也可以由波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料形成。因此，從光傳播區(qū)域115逸出的很大一部分光將受到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料107的作用。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料107是一種材料，當(dāng)其吸收一定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光后，它發(fā)射出 經(jīng)轉(zhuǎn)換的、不同波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光。通常，經(jīng)轉(zhuǎn)換的波長(zhǎng)向更長(zhǎng)的波長(zhǎng)位移。常規(guī)地，這 些材料通常是熒光的和/或磷光性的。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，許多這樣的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材 料是已知的，并且常用的一組化合物稱為“磷光物質(zhì)”。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可以例如是陶瓷、固體材料，或者嵌入到粘合劑材料(如載體聚合 物)中。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料107匹配于LED 101，使得該材料吸收由LED所發(fā)射光的至少一部 分。因此，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的選擇取決于LED的選擇。例如，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可部分地把藍(lán)光轉(zhuǎn) 化為綠/黃光，其混合成白光。然而，也可以使用其它波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，例如完全把藍(lán)光轉(zhuǎn)換 成綠光、黃光或紅光，或者把UV光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。在這個(gè)實(shí)施方式中，光傳播區(qū)域115包括固體材料，如本文所述，可選地包括波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換材料。反射體103包括面向光傳播區(qū)域115的散射層108和布置在散射層108上的反射 層109。在這個(gè)實(shí)施方式中，散射層108具有面向光傳播區(qū)域的粗糙表面111，并且散射層 108的折射率低于光傳播區(qū)域115的折射率。這種低折射率材料的例子包括但不僅限于干 凝膠、氣凝膠、含氟聚合物、硅樹(shù)脂、硅酸鹽、納米多孔硅酸鹽和折射率溶膠凝膠材料。該低 折射率材料可作為膠合劑，把反射體粘著到光傳播區(qū)域。通常，固體光傳播區(qū)域的折射率為 1. 8到2. 1或更高，因此折射率低于約1. 5的低折射率材料是優(yōu)選的。在可選實(shí)施方式中， 散射層的折射率高于光傳播區(qū)域的折射率。粗糙表面111呈現(xiàn)這樣的粗糙度，使得通過(guò)該表面的光在很大程度上被散射。散 射光將在此后被反射表面109反射，并且然后在進(jìn)入光傳播區(qū)域115以朝著側(cè)向逸出開(kāi)口 114透射之前將再次通過(guò)散射層。本發(fā)明的器件中，通常LED管芯尺寸約為lxlmm，但更小或更大的尺度也可使用。 光傳播區(qū)域的通常厚度在從約10微米到數(shù)毫米的范圍中，比如從10微米到2毫米，比如在 從50到500微米的范圍內(nèi)，通常為約300微米。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明決不受限于上面描述的優(yōu)選實(shí)施方式。相反，在所 附權(quán)利要求書范圍內(nèi)許多修改和變形是可能的。例如，在附圖中，襯底及反射體被示出為它 們的側(cè)向邊沿與光傳播區(qū)域的側(cè)向邊沿相吻合。然而，也有可能襯底和反射體至少其一的 側(cè)向邊沿在光傳播區(qū)域之外?？偠灾?，提供了側(cè)發(fā)光發(fā)射器件，其包括布置在襯底上并面 向散射反射體的至少一個(gè)發(fā)光二極管，其中散射反射體與所述襯底相隔一定距離而設(shè)置并 沿所述襯底延伸而擴(kuò)展。反射體包括面向襯底的散射層和布置在所述散射層上的反射層， 所述散射層呈現(xiàn)面向所述襯底的粗糙表面，所述散射層的折射率不同于所述固體透射材料 的折射率。反射體的散射動(dòng)作引起該器件中的角度重分布，這增加了光從反射體與襯底之間 的側(cè)向開(kāi)口逸出該器件的機(jī)會(huì)，而不透明性阻止光從頂部表面發(fā)射。本發(fā)明的發(fā)光器件可 以例如用在LED照明領(lǐng)域，例如用于顯示器件的背光應(yīng)用，用于光導(dǎo)應(yīng)用，包括平面光導(dǎo)照 明設(shè)備、LED準(zhǔn)直儀配置，比如可用于汽車頭燈照明或一般LED點(diǎn)照明。但使用的領(lǐng)域不僅 限于以上所述的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種側(cè)發(fā)光發(fā)光器件(100)，包括布置在襯底(102)上并面向散射反射體(103)的至少一個(gè)發(fā)光二極管(101)，以及布置在所述襯底(102)和所述反射體(103)之間的固體透射材料(106)，其中所述散射反射體(103)與所述襯底相隔一定距離而設(shè)置并沿所述襯底延伸而擴(kuò)展，其中，所述反射體(103)包括面向所述襯底的散射層(108)，以及布置在所述散射層(108)上的反射層(109)，所述散射層(108)呈現(xiàn)面向所述襯底(102)的粗糙表面(111)，以及所述散射層的折射率不同于所述固體透射材料(106)的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述散射層(108)的折射率低于所述固體透射材 料(106)的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述散射層(108)的折射率高于所述固體透射材 料(106)的折射率。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一的發(fā)光器件，其中所述固體透射材料(106)包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 材料(107)。
5.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一的發(fā)光器件，其中所述反射層(109)包括面向所述散射層 的鏡面反射表面。
6.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一的發(fā)光器件，其中所述反射體(103)平行于所述襯底 (102)布置。
全文摘要
提供側(cè)發(fā)射發(fā)光器件(100)，其中該器件包括布置在襯底(102)上并面向散射反射體(103)的至少一個(gè)發(fā)光二極管(101)，其中所述散射反射體(103)與所述襯底相隔一定距離而設(shè)置并沿所述襯底延伸而擴(kuò)展。反射體包括面向襯底的散射層(108)，以及布置在散射層上的反射層(109)，所述散射層呈現(xiàn)面向所述襯底的粗糙表面(111)，所述散射層的折射率不同于固體透射材料(106、115)的折射率。該反射體(103)的散射動(dòng)作引起該器件內(nèi)的角度重分布，這增加了光從反射體與襯底之間的側(cè)向開(kāi)口選出該器件的機(jī)會(huì)，而不透明性阻止光從頂部表面發(fā)射。
文檔編號(hào)H01L33/50GK101897039SQ200880120057
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者H·J·B·雅格特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司