CN102084508A - 用于led的紧密靠近准直器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于制造发光器件的方法。该方法包括步骤：提供其上布置了至少一个发光二极管(101)的衬底(102)；以及通过使用透明粘合材料(104)将准直器(103)粘合到所述至少一个发光二极管和所述衬底，从而布置所述准直器以至少部分地侧面包围所述至少一个发光二极管。通过使用本发明的方法，可以在放置LED之后布置准直器，这方便了LED的放置。

Description

用于LED的紧密靠近准直器

技术领域

本发明涉及一种发光器件，其包括布置在衬底上的至少一个发光二极管，以及至少部分地侧面包围所述至少一个发光二极管的、用于准直所述至少一个发光二极管发出的光的准直器。本发明还涉及一种用于制造发光器件的方法。

背景技术

根据上述技术领域的发光器件常规上是已知的。除其他以外，它们被用作例如用于电视机和监视器的(图片)显示设备中的背光发光面板中的光源。这样的器件特别适合用作非发射型显示器的背光中的光源，非发射型显示器比如为在(移动)计算机或者(移动)电话中使用的、也称为LCD面板的液晶显示设备。

这样的器件也用作用于一般照明或者用于商店照明的灯具中的光源，商店照明例如为商店橱窗照明或者其上展示了例如珠宝之类的物品的(透明或者半透明)玻璃板或者玻璃的或者(透明)合成树脂的(透明)板的照明。这样的器件还用作窗玻璃的光源，例如用于使得玻璃墙在某些条件下发光，或者借助于光来降低或者阻断通过窗口的视野。还有一种另外的应用是将这种器件封装用作用于照明广告板的光源。此外，器件封装可以用于室内照明，特别是用于家庭照明。

这种类型的发光器件在WO 2005/109529中有所描述，其中发光二极管布置在衬底上并且位于陶瓷材料的准直器中。

然而WO 2005/109529中的这种解决方案通常需要将LED芯片安装在衬底上的预先形成的陶瓷准直结构中。

因此，存在对于更容易制造的改进的发光器件的需求。

发明内容

本发明的目标之一是至少部分地克服该问题，以及提供一种发光器件，其中可以容易地在已经于衬底上布置了发光二极管之后布置准直结构。

在第一方面，本发明涉及一种用于制造发光器件的方法，包括步骤：

提供其上布置了至少一个发光二极管的衬底；

通过使用透明粘合材料将准直器粘合到所述至少一个发光二极管和所述衬底，从而布置所述准直器以至少部分地侧面包围所述至少一个发光二极管。

通过使用本发明的方法，可以在放置LED之后布置准直器，这有助于放置LED。

在本发明的实施方式中，自支撑波长转换元件光学地并且物理地粘合到所述至少一个发光二极管的发光表面。

具有波长转换板的LED在与衬底的法线形成大角度的方向上发出大部分的光。因此，使用准直器对于这样的应用是很有利的。

在本发明的实施方式中，将所述准直器粘合到所述至少一个发光二极管和所述衬底的步骤包括布置粘合材料前驱剂并将其硬化以形成粘合材料。

可以容易地涂覆液体粘合材料等，同时允许一定程度的对准直器的位置的移动，例如调节。

在本发明的实施方式中，在所述衬底的平面中，所述准直器在距所述至少一个发光二极管10到200微米的距离处布置。

准直器有利地接近LED布置以便保持或者最小化光学扩展量(Etendue)的损失。

在本发明的实施方式中，所述准直器由金属材料形成。

由金属材料制成的准直器可以制造得非常薄，同时具有高反射效率。因此，它们适合用于其中准直器被粘结到衬底的解决方案。

在本发明的实施方式中，所述准直器由具有在100到500微米范围内的材料厚度的至少一个自支撑壁元件形成。

在第二方面，本发明涉及一种发光器件，其包括布置在衬底上的至少一个发光二极管，和用于准直所述至少一个发光二极管发出的光的、至少部分地侧面包围所述至少一个发光二极管的准直器。此处，借助于第一透明粘合材料将所述准直器粘合到所述衬底和所述至少一个发光二极管。还要注意，本发明涉及随附权利要求的所有可能组合。

附图说明

现在将参考示出本发明目前的优选实施方式的随附附图，更加详细地描述本发明的这些方面和其他方面。

图1示意性示出用于制造发光器件的方法。

具体实施方式

本发明的器件的一个示例实施方式在图1中示出。该实施方式的发光器件100包括发光二极管(LED)芯片101，其布置在衬底102上。自支撑波长转换体105借助于透射粘合材料107光学地并且物理地粘合到二极管101的发光表面106。

发光二极管101主要通过其发光表面发出第一波长(或者具有第一峰值强度的第一波长区间)的光。

波长转换体105适合于接收和吸收二极管101发出的光的至少一部分，并将吸收的光转换成第二更高波长(或者具有在更高波长处的峰值强度的第二波长区间)的光。波长转换归因于波长转换体中包含的波长转换材料，比如荧光和/或磷光材料。

LED芯片101典型地连接到用于驱动LED芯片的导线(未示出)。

LED发出的光和/或由波长转换材料转换的光由准直器103准直，该准直器103布置为侧面包围LED 101。准直器103呈现朝向LED101的反射表面，以及具有随着远离衬底的距离而增加的横截面面积的漏斗形。因此，准直器壁从LED101探出。

准直器103借助于比如胶水的透明的固化粘合材料104物理地粘合到LED 101和衬底102。

为了尽可能地保留来自LED的光的光学扩展量(Etendue)，重要的是准直器的壁靠近LED 101的侧面。在图1示出的优选实施方式中，壁布置在离LED的侧表面的距离为100微米以下的地方。

如文中所使用的，发光二极管或者LED指的是本领域技术人员已知的任何类型的发光二极管，并且包括常规的基于无机的LED，以及基于有机的LED(OLED)，以及基于聚合物的LED。

LED芯片优选是“覆芯片”型的，其中两条引线都位于芯片的同一侧上。这种设计便于将波长转换体布置在器件的发光表面上。然而，还有其他类型的LED芯片也预期用于本发明。

用于本发明的LED可以发出任何颜色的光，从UV范围，跨过可见光范围，直到IR范围。然而，由于波长转换材料常规上以红移来转换光，所以通常期望使用在UV/蓝色范围内发光的LED，因为这样的光可以被转换为基本上任何其他颜色。

用于本发明的波长转换材料优选是荧光和/或磷光材料，其由未转换的光变为受激并在弛豫时发出光。

在当前优选的实施方式中，将波长转换体成形为自支撑的波长转换体105，其包括波长转换材料或者由波长转换材料构成。

在一实施方式中，自支撑波长转换体可以包括基本上是波长转换材料的压制的陶瓷材料，或者尺寸上稳定的基质材料，比如但不限于PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，或者其他可以掺杂颗粒并且具有内嵌波长转换颗粒的材料。在另一实施方式中，自支撑波长转换体可以包括具有理论固态密度的97％以上的密度的陶瓷材料。

可以形成为发光陶瓷层的磷光剂的示例包括铝石榴石磷光剂，其具有一般分子式(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＜z≤0.1，0＜a≤0.2，而0＜b≤0.1，比如发出黄-绿范围的光的Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺和Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；以及(Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aOa:Eu_z ²⁺，其中0≤a＜5，0＜x≤1，0≤y≤1，而0＜z≤0.1，比如Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺，其发出红色范围的光。合适的Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺陶瓷厚片可以从Charlotte，N.C.的Baikowski International Corporation购得。其他发绿色、黄色，以及红色光的磷光剂也可以是合适的，包括(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)，包括例如SrSi₂N₂O₂:Eu²⁺；(Sr_1-u-v-xMg_uCa_vBa_x)(Ga_2-y-zAl_yIn₂S₄):Eu²⁺，包括例如SrGa₂S₄:Eu²⁺；Sr_1-xBa_xSiO₄:Eu²⁺；以及(Ca_1-xSr_x)S:Eu²⁺，其中0＜x≤1，包括例如CaS:Eu²⁺和SrS:Eu²⁺。此外，像SSONe、CeCAS之类的材料也可以使用。

自支撑波长转换体通常成型为平板或者拱顶形体(其具有朝向LED的平坦表面)，或者任何其他可以适合器件的应用的形状。用于本发明的平板形波长转换体通常具有从10到1000微米的厚度，比如大约100到500微米，例如在250微米左右。

在光学并且物理地将自支撑波长转换体105粘合到LED时使用的粘合材料107优选地为基本上透明，至少对于第一波长的未转换光而言。

适合使用的粘合材料的示例取决于应用、LED的发光表面的材料、波长转换体的材料以及粘合材料将暴露于其的温度。

粘合材料的示例包括例如低熔点玻璃、环氧树脂材料、透明聚合物、氰基丙烯酸酯(Cyano-acrylate)胶、UV固化胶和硅氧烷，比如PDMS。

准直器103通常包括高反射材料的一个或多个自支撑壁元件，高反射材料比如为金属材料，通常为比如银、金、铝、钛等的金属箔片。

这样的高反射材料的一个示例是来自Alanod的Miro

优选地，一个或多个壁元件是薄壁，通常具有约100到500微米的厚度，或者具有内部反射腔的实心体。

准直器的高度和准直器内壁相对于衬底的法线形成的角度取决于应用和期望的光准直度。

壁元件可以是直的或者弯曲的，形成V形或者U形准直器。准直器减小光源的角度并且在输出窗口将光混合成均匀的光分布。在投影显示器应用中，可以用扩束器透镜和物镜将输出窗口直接成像到显示器上，其中通常需要混光棒，积光器或者其他均匀化器。

通常，准直器的高度(从衬底表面开始计算)是大约5到15毫米。

通常，准直器内壁相对于衬底的法线形成的角度是5到15度。

准直器103借助于透明粘合材料104物理地粘合到LED 101和衬底102。粘合材料104是光学透明的以帮助将LED芯片中产生的光向外耦合。

粘合材料104优选是通过前驱材料的在位硬化(situ-hardening)，比如固化而形成的固化的、基本刚性而非柔性的材料。用于本发明的粘合材料的示例包括基于硅的材料比如硅酮材料(例如PDMS)，和环氧树脂材料，比如Shin-etsu。

此外，粘合材料104可以封装LED 101，并且可选地，封装波长转换板105(如果其存在的话)，以便保护该组装件免受外力，比如撞击和刮擦。

根据本发明，可以如下所述地制造发光器件100。

将可选地具有如上所述的波长转换体105的LED 101布置在衬底102上。

接着通过使用粘合材料将准直器103布置在衬底上，包围LED的侧面。准直器103可以是预先形成的，或者替代地，通过放置两个或更多壁元件来一起形成准直器而在衬底102上形成准直器103。准直器在粘合材料前驱剂的沉积之前、之后、或者与其同时布置在衬底上。粘合材料前驱剂沉积为使得其与LED 101、衬底102和准直器103接触。

此后，将粘合材料前驱剂硬化，比如固化为粘合材料104，其物理地将准直器103粘合到衬底并且物理地和光学地将准直器103粘合到LED 101。可选地，粘合材料还与波长转换体105接触。

本领域技术人员将认识到本发明绝不是仅限于上述的优选实施方式。相反，在所附权利要求的范围内很多修改和变化都是可能的。例如，一个以上的，例如两个或更多个发光二极管可以布置在同一个准直结构内。此外，一个以上的，例如两个或更多个发光二极管可以粘合到同一个自支撑波长转换体。此外，应当注意，尽管上面的说明书主要提及自支撑波长转换体中包含的波长转换材料，但本发明不限于此，并且波长转换材料可以例如喷涂沉积为LED的发光表面上的粉末。

Claims (12)

1.一种用于制造发光器件的方法，包括步骤：

提供其上布置了至少一个发光二极管(101)的衬底(102)；

通过使用透明粘合材料(104)将准直器(103)粘合到所述至少一个发光二极管(101)和所述衬底(102)，从而布置所述准直器(103)以至少部分地侧面包围所述至少一个发光二极管(101)。

2.根据权利要求1的方法，其中自支撑波长转换元件(105)光学地并且物理地粘合到所述至少一个发光二极管(101)的发光表面(106)。

3.根据权利要求1或2的方法，其中将所述准直器(103)粘合到所述至少一个发光二极管(101)和所述衬底(102)的步骤包括布置粘合材料前驱剂并将其硬化以形成粘合材料。

4.根据任一前述权利要求的方法，其中在所述衬底(102)的平面中，所述准直器(103)在距所述至少一个发光二极管(104)10到200微米的距离处布置。

5.根据任一前述权利要求的方法，其中所述准直器由金属材料形成。

6.根据任一前述权利要求的方法，其中准直器由具有在100到500微米范围内的材料厚度的至少一个自支撑壁元件形成。

7.一种发光器件(100)，包括布置在衬底(102)上的至少一个发光二极管(101)，和用于准直所述至少一个发光二极管发出的光的、至少部分地侧面包围所述至少一个发光二极管(101)的准直器(103)，其中

借助于第一透明粘合材料(104)将所述准直器(103)粘合到所述衬底(102)和所述至少一个发光二极管(101)。

8.根据权利要求7的发光器件，其中自支撑波长转换元件(105)借助于第二透明粘合材料(107)光学地并且物理地粘合到所述至少一个发光二极管(101)的发光表面(106)。

9.根据权利要求7或8的发光器件，其中所述准直器(103)由金属材料形成。

10.根据权利要求7到9中的任一权利要求的发光器件，其中在所述衬底(102)的平面中，所述准直器(103)与所述至少一个发光二极管(104)之间的距离在10到100微米的范围内。

11.根据权利要求7到10中的任一权利要求的发光器件，其中准直器由具有在100到200微米范围内的材料厚度的至少一个自支撑壁元件形成。

12.根据权利要求7到11中的任一权利要求的发光器件，其中所述准直器(103)为漏斗形，呈现随着沿垂直于所述衬底(102)的法线离开所述衬底的距离而逐渐增加的横截面面积。

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