DE102005004615A1

DE102005004615A1 - Oberflächenmontierbare Leuchtdiode und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102005004615A1
Application number: DE200510004615
Authority: DE
Inventors: Hiroto Fujiyoshida Isoda
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2005-09-01
Also published as: US20050173721A1; CN1652365A; CN100407456C; US7190003B2; JP2005223112A

Abstract

Eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode mit einem Substrat, auf dem Substrat angeordneten Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern, einem Licht aussendenden Diodenelement, das so auf dem Substrat angeordnet ist, dass es mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern elektrisch verbunden ist, einem lichtdurchlässigen Element, das so angeordnet ist, dass es das Licht aussendende Diodenelement einschließt, und einem eine Totalreflexionsfläche bildenden Element, welches um das Licht aussendende Diodenelement innerhalb des lichtdurchlässigen Elements angeordnet ist und eine Nut und ein in der Nut befindliches Gas oder Füllelement umfasst, um das von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht effizient und nach oben zu reflektieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der am 5. Februar 2004 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-28978, deren gesamte Beschreibungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode, welche ein Substrat, ein auf dem Substrat angebrachtes Licht aussendendes Diodenelement und ein lichtdurchlässiges Element, um das Licht aussendende Diodenelement zu umschließen, aufweist und direkt auf der Oberfläche z.B. einer Hauptplatine oder dergleichen angebracht wird, und ein Verfahren zur Herstellung der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode.

Beschreibung verwandter Technik

16 zeigt einen schematischen Aufbau einer konventionellen oberflächenmontierbaren Leuchtdiode, die als reflektierender Metallfilm-Becher-Typ bezeichnet wird. Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode dieses Typs ist z.B. auf Seite 190 in "Electronic Display", geschrieben von Shoichi Matsumoto und veröffentlicht am 7. Juli 1995 von Ohom Co., Ltd, beschrieben. Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode umfasst ein Substrat, auf dem Substrat 1 angeordnete Kathoden- und Anoden-Elektrodenmuster 2 und 3, und ein Licht aussendendes Diodenelement 4, das derart auf dem Kathoden-Elektrodenmuster 2 angeordnet ist, dass es elektrisch mit diesem verbunden ist. Das Licht aussendende Diodenelement 4 und das Anoden-Elektrodenmuster 3 sind durch einen Verbindungsdraht 5 elektrisch verbunden.

Weiterhin ist an einem äußeren Randabschnitt an dem Substrat 1 ein z.B. aus Epoxidharz bestehendes Tragelement 6 angeordnet. Das Tragelement 6 weist an seiner Innenseite eine einen Metallfilm umfassende geneigte reflektierende Fläche 6a und in einem oberen Abschnitt eine Öffnung 7 auf. Die Öffnung 7 ist z.B. durch eine Glasplatte 8 abgedeckt.

Bei einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode dieser Art wird von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahltes Licht an der reflektierenden Fläche 6a nach oben reflektiert und durch die Glasplatte 8 nach außen gelenkt.

Jedoch sinkt bei der oben genannten oberflächenmontierbaren Leuchtdiode, obwohl die Leuchtstärke dadurch erhöht wird, dass das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahlte Licht an der reflektierenden Fläche 6a nach oben reflektiert wird, der optische Reflexionsgrad an der reflektierenden Fläche 6a auf einen Bereich von ungefähr 80 bis 90 Prozent (%). Deshalb tritt bei der Lichtreflexion ein Verlust auf. Ferner kann die reflektierende Fläche 6a, wenn sie über einen langen Zeitraum verwendet wird, unter Umwelteinfluss korrodieren, wodurch der Reflexionsgrad für Licht oft reduziert wird. Deshalb gibt es ein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit der reflektierenden Fläche, wenn sie über einen langen Zeitraum verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode, welche fähig ist, das von einem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht effizient und nach oben zu reflektieren, und ein Verfahren zur Herstellung der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode zur Verfügung zu stellen.

Um die obige Aufgabe zu erfüllen, umfasst eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Substrat, auf dem Substrat angeordnete Kathoden- und Anoden-Elektrodenmuster, ein so auf dem Substrat angeordnetes Licht aussendendes Diodenelement, dass es mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern elektrisch verbunden ist, ein so auf dem Substrat angeordnetes lichtdurchlässiges Element, dass es das Licht aussendende Diodenelement einschließt, und ein eine Totalreflexionsfläche bildendes Element, welches innerhalb des lichtdurchlässigen Elements rings um das Licht aussendende Diodenelement angeordnet ist und so beschaffen ist, dass es das von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht total reflektiert und das reflektierte Licht nach oben lenkt.

Eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, auf dem Substrat angebrachte Kathoden- und Anoden-Elektrodenmuster, ein so auf dem Substrat angeordnetes Licht aussendendes Diodenelement, dass es mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern elektrisch verbunden ist, ein so auf dem Substrat angeordnetes lichtdurchlässiges Element, dass es das Licht aussendende Diodenelement versiegelt, eine Nut, welche ringförmig um das Licht aussendende Diodenelement als Zentrum ausgebildet ist und eine geneigte Fläche aufweist, die sich innerhalb des lichtdurchlässigen Elements von einer Fläche des Substrats in eine Höhenrichtung erstreckt, ein in der Nut enthaltenes Gas oder Füllelement, und eine Grenzfläche, die sich zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Gas oder Füllelement in der geneigten Fläche befindet. Durch einen Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Gases oder Füllelements und dem Brechungsindex des lichtdurchlässigen Elements bildet die Grenzfläche eine Totalreflexionsfläche, um das wenigstens von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements ausgestrahlte Licht nach oben total zu reflektieren.

Ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Prozess zum Bilden eines lichtdurchlässigen Elements mit einem konkaven Abschnitt und einer rings um den konkaven Abschnitt angeordneten ringförmigen Nut, welche eine dem konkaven Abschnitt zugewandte geneigte Fläche aufweist, einen Prozess zum Füllen des konkaven Abschnitts mit einem lichtdurchlässigen Kunstharz, einen Prozess zum Anbringen eines Licht aussendenden Diodenelements auf dem Substrat, einen Prozess zum Anordnen des Substrats so an dem lichtdurchlässigen Element, dass das Licht aussendende Diodenelement in einem Zustand, in dem das lichtdurchlässige Kunstharz in dem konkaven Abschnitt noch nicht hart ist, in das lichtdurchlässige Kunstharz in dem konkaven Abschnitt getaucht wird, und einen Prozess zum Füllen der ringförmigen Nut mit Gas oder einem Füllelement.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten oberflächenmontierbaren Leuchtdiode.
3 ist eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte oberflächenmontierbare Leuchtdiode.
4 ist eine Ansicht, um eine Bedingung für eine Totalreflexion von Licht, das von einem Licht aussendenden Diodenelement in der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode ausgestrahlt wird, zu erklären.
5 ist eine strukturelle Ansicht einer geneigten Fläche in der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode.
6 ist eine strukturelle Ansicht, die eine geneigte Fläche in einem weiteren Ausführungsbeispiel in der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode zeigt.
7 ist eine Ansicht, die einen Prozess zur Anbringung eines Licht aussendenden Diodenelements auf einem Substrat in einem Verfahren zur Herstellung einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode zeigt.
8 ist eine Ansicht, die einen Formungsprozess eines lichtdurchlässigen Elements in dem Herstellungsverfahren zeigt.
9 ist eine Ansicht, die einen Befestigungsprozess des Substrats an dem lichtdurchlässigen Element in dem Herstellungsverfahren zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines großformatigen Substrats, auf dem mehrere Kathoden- und Anoden-Elektrodenmuster regelmäßig angeordnet sind.
11 ist eine Ansicht, die eine erste und eine zweite Gussform zeigt, auf denen sich mehrere Gussformen für lichtdurchlässige Elemente befinden.
12 ist eine Ansicht, die eine Anordnung eines großformatigen Sammelsubstrats und eines großformatigen lichtdurchlässigen Elements zeigt.
13 ist eine Schnittansicht einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Draufsicht auf die in 13 gezeigte oberflächenmontierbare Leuchtdiode.
15 ist eine Ansicht, die eine Verbindung des Licht aussendenden Diodenelements zeigt.
16 ist eine schematische Strukturansicht einer konventionellen oberflächenmontierbaren Leuchtdiode.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erklärt.
1 bis 3 zeigen eine Anordnung aus unterschiedlichen Blickwinkeln, wobei sie ein Ausführungsbeispiel der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode zeigen. Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode umfasst ein Substrat 1. Ein Kathoden-Elektrodenmuster 2 und ein Anoden-Elektrodenmuster 3 sind auf dem Substrat 1 ausgebildet. Die Kathoden- und Anoden-Elektrodenmuster 2 und 3 weisen konvexe Abschnitte auf, die einander zugewandt angeordnet sind (siehe 1). Ein Licht aussendendes Diodenelement 4 ist auf den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern 2 und 3 bei den konvexen Abschnitten so angeordnet, dass es sie überbrückt, und ist durch einen oder mehrere Kontakthöcker 9 (bumps) mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern 2 und 3 elektrisch verbunden. Hier sind die Formen der Kathoden- und Anodenelektrodenmuster 2 und 3 nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten beschränkt, da es ausreicht, sie lediglich mit dem Licht aussendenden Diodenelement 4 auf dem Substrat 1 elektrisch zu verbinden.
Das auf dem Substrat 1 angebrachte Licht aussendende Diodenelement 4 ist von einem lichtdurchlässigen Element 10 eingeschlossen, welches aus einem Kunstharz wie z.B. Epoxidharz besteht. Das lichtdurchlässige Element 10 ist an dem Substrat 1 durch einen Klebstoff befestigt. Ein Abschnitt des lichtdurchlässigen Elements 10 gegenüber dem Licht aussendenden Diodenelement 4 weist einen halbkugelförmigen konkaven Abschnitt 11 auf, und ein lichtdurchlässiges Kunst harz 12 wie Epoxidharz oder dergleichen, wobei es sich um das gleiche Material wie das des lichtdurchlässigen Elements 10 handelt, ist in den halbkugelförmigen konkaven Abschnitt 11 gefüllt.
Um das Licht aussendende Diodenelement 4 innerhalb des lichtdurchlässigen Elements 10 befindet sich ein ringförmiges, eine Totalreflexionsfläche bildendes Element 13, um Licht von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 total zu reflektieren und nach oben zu lenken. Genauer umfasst das eine Totalreflexionsfläche bildende Element 13 eine Nut 14, die ringförmig um das Licht aussendende Diodenelement 4 als Mitte angeordnet ist, und in der Nut 14 befindliche Luft 15. Die Nut 14 weist eine geneigte Fläche 16 auf, die mit einem Winkel gegen eine Oberfläche des Substrats 1 geneigt ist und sich von dem Substrat in eine Höhenrichtung erstreckt.
Das eine Totalreflexionsfläche bildende Element 13 ist so beschaffen, dass es eine Totalreflexionsfläche bildet, um das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht an einer Grenzfläche des lichtdurchlässigen Elements 10 und der Luft 15, mit anderen Worten an der geneigten Fläche 16, durch einen Unterschied zwischen einem Brechungsindex n₀ (= 1) der in der Nut 14 befindlichen Luft 15 und einem Brechungsindex n₁ (= 1,55) des lichtdurchlässigen Elements oder Epoxidharzes 10 total zu reflektieren.
Eine Bedingung, um die Totalreflexion des von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlten Lichts an der geneigten Fläche 16 zu erreichen, lautet wie folgt.
Gibt es eine Beziehung von
zwischen einem Einfallswinkel θ₁ und einem Ausfallswinkel θ₂, wenn das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht in die Grenzfläche, mit anderen Worten in die geneigte Fläche 16 zwischen dem lichtdurchlässigen Element 10 und der Luft 15, eintritt, so wird das von Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahlte Licht an der geneigten Fläche 16 total reflektiert. Wenn z.B., wie in 4 gezeigt, der Brechungsindex n₀ der Luft 15 den Wert 1 aufweist und der Brechungsindex n₁ des lichtdurchlässigen Elements 10 den Wert 1,55 aufweist, kann der Einfallswinkel θ₁ des von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlten Lichts θ₁ > 40,18° betragen, damit das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahlte Licht an der geneigten Fläche 16 total reflektiert wird. Weiterhin, wenn der Brechungsindex n₁ des lichtdurchlässigen Elements 10 durch Verwendung eines anderen Kunstharzes als des Epoxidharzes den Wert 1,70 aufweist, kann der Einfallswinkel θ₁ des von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlten Lichts θ₁ > 36,03° betragen, und wenn der Brechungsindex n₁ des lichtdurchlässigen Elements 10 einen Wert von 1,40 aufweist, kann der Einfallswinkel θ₁ des von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlten Lichts θ₁ > 45,68° betragen.
Beträgt entsprechend der Brechungsindex n₁ des lichtdurchlässigen Elements 10 z.B. 1,55, wenn die geneigte Fläche 16 Teilstücke mit Neigungswinkeln ϕ₁ und ϕ₂ aufweist, so dass das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahlte Licht P₁ und sämtliches anders als das Licht P₁ mit einem Winkel α schräg nach oben ausgestrahlte Licht P_n mit dem Einfallswinkel θ₁ (> 40,18°) eintreffen, so wird das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht P₁ und Licht P_n an der geneigten Fläche 16 total reflektiert und nach oben gelenkt.
Ferner kann die geneigte Fläche 16 zum Erzielen einer Situation, bei welcher das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahlte Licht an der geneigten Fläche 16 total reflektiert wird, Gruppen von geradlinigen Flächen aufweisen, so dass die in 4 gezeigten Neigungswinkel ϕ₁ und ϕ₂ (= Neigungswinkel ϕ) die folgende Formel (2) erfüllen, oder die geneigte Fläche 16 kann so geformt sein, dass der Neigungswinkel ϕ die Formel (2) erfüllt.
Gibt es weiterhin eine Beziehung von
dann kann der Neigungswinkel ϕ (= ϕ₁, ϕ₂) der geneigten Fläche 16 orthogonal (= 90°) sein.
Die geneigte Fläche 16 kann als gekrümmte Fläche, bei der sich ein Neigungswinkel ϕ_a kontinuierlich von der Oberfläche des Substrats 1 in eine Höhenrichtung verändert, wie in 5 gezeigt, oder als mehrere geneigte Flächen 16a, 16b und 16c ..., bei denen die Neigungswinkel ϕ₁, ϕ₂ und ϕ₃ jeweils unterschiedlich sind, wie in 6 gezeigt, ausgeführt sein.
Die geneigte Fläche 16 ist auch in der Lage, das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht P₁ und P_n total zu reflektieren, und das ausgestrahlte Licht Pa kann schärfer ausgerichtet werden, wenn eine geneigte Fläche mit einer vergrößerten Höhe h verwendet wird, in anderen Worten, wenn eine Nut 14 mit einer vergrößerten Tiefe gebildet wird.
Eine Oberseite des lichtdurchlässigen Elements 10 weist ein ebenes Teilstück 10a und geneigte Teilstücke 10b auf. Das ebene Teilstück 10a befindet sich in einem Abschnitt direkt über dem Licht aussendenden Diodenelement 4. Zusätzlich umfassen die geneigten Teilstücke 10b vier rings um das ebene Teilstück 10a angeordnete Flächen und brechen von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 schräg nach oben abgestrahltes Licht Pb, so dass das gebrochene Licht einen parallelen Winkel mit dem von dem ebenen Teilstück 10a ausgestrahlten Licht Pb aufweist.
Ein tragendes Teilstück 17 befindet sich auf einer Außenseite der Nut 14 in dem lichtdurchlässigen Element 10. Ein Kontaktbereich des lichtdurchlässigen Elements 10 und des Substrats 1 ist vergrößert, damit das lichtdurchlässige Element 10 sicher an dem Substrat 1 befestigt werden kann, indem das tragende Teilstück 17 zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin ist in dem tragenden Teilstück 17 des lichtdurchlässigen Elements 10 eine Gas- oder Luft-Auslass-Öffnung 18 angebracht, um die Nut 14 mit der Außenumgebung zu verbinden. Eine Funktion der Luft-Auslass-Öffnung 18 ist es, ein Brechen des lichtdurchlässigen Elements 10 aufgrund einer Ausdehnung der Luft 15 in der Nut 14 zu verhindern, wenn Reflow-Löten verwendet wird, um das auf dem Substrat 1 angebrachte Licht aussendende Diodenelement 4 anzuschließen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode, wie sie oben beschrieben wurde, erklärt.
Wie in 7 gezeigt, wird das Licht aussendende Diodenelement 4 direkt durch Kontakthöcker 9 auf den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern 2 und 3 auf dem Substrat 1 angebracht.
Andererseits werden eine erste Gussform 20 und eine zweite Gussform 21 wie in 8 gezeigt gefertigt. Eine Gussform der ersten und der zweiten Gussform 20 und 21 ist eine obere Gussform, und die andere ist eine untere Gussform. Die erste Gussform 20 weist Formteile zur Formung des ebenen Teilstücks 10a und der geneigten Teilstücke 10b in dem lichtdurchlässigen Element 10 auf. Die zweite Gussform 21 weist Formteile zur Formung des konkaven Abschnitts 11 und der Nut 14 mit der geneigten Fläche 16 auf.
Ein lichtdurchlässiges Kunstharz wie z.B. flüssiges Epoxidharz oder dergleichen wird in einen Hohlraum zwischen der ersten und der zweiten Gussform 20 und 21 gefüllt, und zwar in einem Zustand, in welchem die erste und die zweite Gussform 20 und 21 zusammengesetzt sind. Wenn die erste und die zweite Gussform 20 und 21 auseinander genommen werden, nachdem das lichtdurchlässige Kunstharz hart geworden ist, ist das die Nut 14 mit der geneigten Fläche 16 und dem konkaven Abschnitt 11 umfassende lichtdurchlässige Element 10 gebildet.
Als nächstes, wie in 9 gezeigt, wird das Substrat 1 so angeordnet, dass das Licht aussendende Diodenelement 4 nach unten zeigt, und das lichtdurchlässige Element 10 wird so angeordnet, dass der konkave Abschnitt 11 nach oben zeigt.
Als nächstes wird ein lichtdurchlässiges Kunstharz 12 wie z.B. flüssiges Epoxidharz in den konkaven Abschnitt 11 des lichtdurchlässigen Elements 10 gefüllt.
Als nächstes wird das Substrat 1 durch einen Klebstoff 22 an dem lichtdurchlässigen Element 10 befestigt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Licht aussendende Diodenelement 4 in einem Bereich in der Mitte des konkaven Abschnitts 11 angeordnet und in das lichtdurchlässige Kunstharz 12 getaucht. Als nächstes wird die Luft 15 in die Nut 14 gefüllt.
Als nächstes, wenn das lichtdurchlässige Kunstharz 12 hart geworden ist, ist die oberflächenmontierbare Leuchtdiode hergestellt, wie in 1 gezeigt.
Zusätzlich, auch wenn das oben genannte Verfahren zur Herstellung der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode beschrieben wurde, um eine einzige oberflächenmontierbare Leuchtdiode herzustellen, wird das Herstellungsverfahren eigentlich verwendet, um ein großformatiges Sammelsubstrat 23 herzustellen, auf dem mehrere Kathoden- und Anoden-Elektrodenmuster 2 und 3 regelmäßig angeordnet sind, und auf dem mehrere Licht aussendende Diodenelemente 4 jeweils auf den benachbarten Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern 2 und 3 auf dem großformatigen Sammelsubstrat 23 in Längs- und Querrichtungen angebracht sind, wie in 10 gezeigt.
Andererseits werden eine erste Gussform 24 und eine zweite Gussform 25, wie in 11 gezeigt, gefertigt. Die erste Gussform 24 weist Formteile auf, um ein ebenes Teilstück 10a und geneigte Teilstücke 10b in jedem von mehreren lichtdurchlässigen Elementen 10 zu formen. Die zweite Gussform 25 weist Formteile auf, um alle konkaven Abschnitte 11 und alle Nuten 14 mit einer geneigten Fläche 16 in den mehreren lichtdurchlässigen Elementen 10 zu formen.
Ein lichtdurchlässiges Kunstharz wie z.B. flüssiges Epoxidharz oder dergleichen wird in einen Hohlraum zwischen der ersten und der zweiten Gussform 24 und 25 gegossen, und zwar in einem Zustand, in dem die erste und die zweite Gussform 24 und 25 zusammengesetzt sind.
Wenn die erste und die zweite Gussform 24 und 25 auseinander genommen werden, nachdem das lichtdurchlässige Kunstharz hart geworden ist, sind großformatige lichtdurchlässige Elemente 26 gebildet, die in 12 gezeigt sind und die Nuten 14 mit den geneigten Flächen 16 aufweisen, und die konkaven Abschnitte 11 sind als fester Bestandteil geformt.
Als nächstes, wie in 12 gezeigt, wird das großformatige Sammelsubstrat 23 so angeordnet, dass die Licht aussendenden Diodenelemente 4 nach unten zeigen, und die großformatigen lichtdurchlässigen Elemente 26 werden so angeordnet, dass die konkaven Abschnitte 11 und die Nuten 14 nach oben zeigen.
Als nächstes wird ein lichtdurchlässiges Kunstharz 12 wie z.B. flüssiges Epoxidharz in jeden der konkaven Abschnitte 11 der lichtdurchlässigen Elemente 26 gefüllt.
Als nächstes wird das großformatige Substrat 23 an dem lichtdurchlässigen Element 26 mit einem Klebstoff 22 befestigt. Zu diesem Zeitpunkt ist jedes Licht aussendende Diodenelement 4 in einem zentralen Bereich jedes konkaven Abschnitts 11 angeordnet und in das lichtdurchlässige Kunstharz 12 getaucht.
Als nächstes, wenn das lichtdurchlässige Kunstharz 12 hart geworden ist, sind mehrere oberflächenmontierbare Leuchtdioden hergestellt.
Als nächstes wird jede einzelne oberflächenmontierbare Leuchtdiode aus den großformatigen lichtdurchlässigen Elementen 26 und den großformatigen Substraten 23 geschnitten.
Dadurch, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie es oben beschrieben wurde, werden das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements 4 ausgestrahlte Licht P₁ und das gesamte mit dem Winkel α relativ zu dem Licht P₁ ausgestrahlte Licht P_n an der geneigten Fläche 16 total reflektiert und können nach oben ausgestrahlt werden, weil das eine Totalreflexionsfläche bildende Element 13 zur Verfügung steht, das rings um das Licht aussendende Diodenelement 4 innerhalb des lichtdurchlässigen Elements 10 angeordnet ist und das die luftgefüllte Nut 14 und die geneigte Fläche 16 zur Totalreflexion des von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlten Lichts umfasst. Dadurch kann die Leuchtstärke der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode erhöht werden, weil das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht an der geneigten Fläche 16 total reflektiert wird und z.B. so gelenkt werden kann, dass es an dem ebenen Teilstück 10a gesammelt wird, welches der Oberseite des lichtdurchlässigen Elements 10 entspricht.
Weiterhin gibt es bei der Reflexion von Licht an der Totalreflexionsfläche keinen Verlust, da die geneigte Fläche 16 durch die Brechungsindices n₁ und n₀ des lichtdurchlässigen Elements 10 und der Luft die Totalreflexionsfläche für Licht bildet. Zusätzlich verwendet die geneigte Fläche 16, welche die Totalreflexionsfläche bildet, eine Fläche des lichtdurchlässigen Elements 10 wie sie ist, wodurch sie nicht in Abhängigkeit von den Verwendungsumständen korrodiert, und die Zuverlässigkeit bei Verwendung über einen langen Zeitraum kann erhöht werden.
Weiterhin kann die geneigte Fläche 16, selbst wenn sie z.B. als gekrümmte Fläche, wie in 5 gezeigt, oder als mehrere geneigte Flächen 16a, 16b und 16c, wie in 6 gezeigt, ausgeführt ist, als eine Hochpräzisionsoberfläche ausgeführt werden, weil die die Totalreflexionsfläche bildende geneigte Fläche 16 geformt wird, indem das lichtdurchlässige Kunstharz zwischen die erste und die zweite Gussform 20 und 21 gegossen wird. Entsprechend kann das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht mit einer hohen Effizienz ohne Verlust ausgestrahlt und reflektiert werden.
Weiterhin, da die Nut 14 nur mit Luft gefüllt ist, kann die oberflächenmontierbare Leuchtdiode kostengünstig hergestellt werden, ohne dass ein spezielles Element verwendet wird, um das Licht total zu reflektieren.
Weiterhin, da das lichtdurchlässige Element 10 die geneigten Teilstücke 10b umfasst, wird das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 schräg nach oben ausgestrahlte Licht Pb gebrochen und kann so ausgerichtet werden, dass es zu dem von dem ebenen Teilstück 10a ausgestrahlten Licht Pa parallel ist, wodurch die Leuchtstärke der oberflächenmontierbaren Leuchtdiode erhöht werden kann.
Zusätzlich, da das lichtdurchlässige Element 10 an seiner Außenseite das tragende Teilstück 17 aufweist, kann das lichtdurchlässige Element 10 sicher und stabil an dem Substrat 1 befestigt werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 13 und 14 erklärt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind ähnliche Elemente wie in 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte oberflächenmontierbare Leuchtdiode umfasst eine Linse 30, die sich in einem Abschnitt des lichtdurchlässigen Elements 10 oberhalb des Licht aussendenden Diodenelements 4 befindet. Die Linse 30 sammelt Licht, welches von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlt wird, an der geneigten Fläche 16 reflektiert wird und in die Linse gelangt, oder Licht, welches von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlt wird und direkt in die Linse gelangt, und strahlt dieses nach oben aus. Zusätzlich umfasst das lichtdurchlässige Element 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel auch eine Gas- oder Luft-Auslass-Öffnung 18, um die Nut 14 mit der Außenumgebung zu verbinden.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode in dem zweiten Ausführungsbeispiel weist offensichtlich die gleichen vorteilhaften Eigenschaften auf wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und das von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht kann schärfer ausgerichtet werden.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt, und in Schritten zur Ausführung der Erfindung können die Bestandteile modifiziert und ausgeführt werden, ohne einen Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Weiterhin werden diverse Erfindungen durch eine geeignete Kombination mehrerer in den oben genannten Ausführungsbeispielen offenbarter Bestandteile gebildet. Z.B. können von all den in den Ausführungsbeispielen offenbarten Bestandteilen einige Bestandteile entfernt werden. Weiterhin können Bestandteile in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen geeignet kombiniert werden. Z.B. kann das lichtdurchlässige Element 10 unter Verwendung eines lichtdurchlässigen Glases gebildet werden.
Weiterhin kann das in die Nut 14 in dem eine Totalreflexionsfläche bildenden Element 13 gefüllte Füllelement ein lichtdurchlässiges Element sein, z.B. Gas mit einem Brechungsindex in der Nähe des Brechungsindexes von Luft, z.B. Stick stoffgas. In diesem Fall kann ein Neigungswinkel der geneigten Fläche 16 in einem Winkel gebildet werden, den man aus einer Beziehung der oben genannten Formel (1) in Abhängigkeit von einem Brechungsindex eines jeden der unterschiedlichen in die Nut 14 gefüllten Füllelemente erhält, um das von dem Licht aussendenden Diodenelement 4 ausgestrahlte Licht total zu reflektieren.
Weiterhin, auch wenn das Licht aussendende Diodenelement 4 direkt auf dem Substrat 1 angebracht wurde, ist die Konstruktion nicht auf diese Art beschränkt. Das Licht aussendende Diodenelement 4 ist auf dem Substrat 1 angeordnet und das Licht aussendende Diodenelement kann, wie in 15 gezeigt, jeweils mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern durch Verbindungsdrähte elektrisch verbunden sein.
Zusätzlich kann das Licht aussendende Diodenelement, wie in 16 nach dem Stand der Technik gezeigt, elektrisch mit dem Kathoden-Elektrodenmuster 2 verbunden sein und mit dem Anoden-Elektrodenmuster 3 durch den Verbindungsdraht 5 verbunden sein.

Claims

Eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode mit: – einem Substrat; – auf dem Substrat angeordneten Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern; – einem Licht aussendenden Diodenelement, das so auf dem Substrat angeordnet ist, dass es mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern elektrisch verbunden ist; – einem lichtdurchlässigen Element, das so auf dem Substrat angeordnet ist, dass es das Licht aussendende Diodenelement einschließt; und – einem eine Totalreflexionsfläche bildenden Element, das um das Licht aussendende Diodenelement innerhalb des lichtdurchlässigen Elements angeordnet ist und so beschaffen ist, dass es von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahltes Licht total reflektiert und das reflektierte Licht nach oben lenkt.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 1, bei welcher das eine Totalreflexionsfläche bildende Element eine Totalreflexionsfläche umfasst, die in einer Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem eine Totalreflexionsfläche bildenden Element gebildet ist und von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahltes Licht durch einen Unterschied zwischen einem Brechungsindex eines Materials des eine Totalreflexionsfläche bildenden Elements und einem Brechungsindex des lichtdurchlässigen Elements total reflektiert.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 1, bei welcher das eine Totalreflexionsfläche bildende Element eine Nut, die innerhalb des lichtdurchlässigen Elements um das Licht aussendende Diodenelement zentriert ringförmig gebildet ist, und in der Nut enthaltenes Gas aufweist, und bei welcher die Totalreflexionsfläche in einer Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Gas in der Nut gebildet ist.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 1, bei welcher das eine Totalreflexionsfläche bildende Element eine Nut, die innerhalb des lichtdurchlässigen Elements um das Licht aussendende Diodenelement zentriert ringförmig gebildet ist, und ein in die Nut eingebrachtes lichtdurchlässiges Füllelement mit einem niedrigen Brechungsindex umfasst, und bei welcher die Totalreflexionsfläche in der Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Füllelement in der Nut gebildet ist.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 3, bei welcher die Totalreflexionsfläche mit einem Neigungswinkel gebildet ist, den man aus einer Beziehung zwischen dem Brechungsindex des Gases, einem Brechungsindex des lichtdurchlässigen Elements und einem Einfallswinkel, wenn das von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht in die Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Gas eintritt, erhält.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 4, bei welcher die Totalreflexionsfläche mit einem Neigungswinkel gebildet ist, den man aus einer Beziehung zwischen dem Brechungsindex des Füllelements, einem Brechungsindex des lichtdurchlässigen Elements und einem Einfallswinkel, wenn das von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht in die Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Füllelement eintritt, erhält.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 3, bei welcher die Nut eine ringförmige geneigte Fläche aufweist, um zumindest das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements ausgestrahlte Licht nach oben und total zu reflektieren.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 4, bei welcher die Nut eine ringförmige geneigte Fläche aufweist, um zumindest das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements ausgestrahlte Licht nach oben und total zu reflektieren.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 7, bei welcher die geneigte Fläche so gebildet ist, dass sie sich von dem Substrat in eine Höhenrichtung erstreckt.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 1, bei welcher das lichtdurchlässige Element ein lichtdurchlässiges Kunstharz oder lichtdurchlässiges Glas umfasst.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 1, bei welcher das lichtdurchlässige Element eine Linse umfasst, um das von dem Licht aussendenden Diodenelement ausgestrahlte Licht zu sammeln.
Eine oberflächenmontierbare Leuchtdiode mit: – einem Substrat; – auf dem Substrat angeordneten Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern; – einem Licht aussendenden Diodenelement, das so auf dem Substrat angeordnet ist, dass es mit den Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern elektrisch verbunden ist; – einem lichtdurchlässigen Element, das so auf dem Substrat angeordnet ist, dass es das Licht aussendende Diodenelement versiegelt; – einer Nut, die innerhalb des lichtdurchlässigen Elements um das Licht aussendende Diodenelement zentriert ringförmig gebildet ist und eine geneigte Fläche aufweist, die sich von einer Fläche des Substrats in eine "Höhen"-Richtung erstreckt; – einem in der Nut enthaltenen Gas oder Füllelement; und – einer Grenzfläche, die sich zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Gas oder Füllelement in der geneigten Fläche befindet, – wobei die Grenzfläche eine Totalreflexionsfläche bildet, um zumindest das von den Seitenflächen des Licht aussendenden Diodenelements ausgestrahlte Licht durch einen Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Gases oder Füllelements und dem Brechungsindex des lichtdurchlässigen Elements nach oben und total zu reflektieren.
Die oberflächenmontierbare Leuchtdiode gemäß Anspruch 12, bei welcher das in der Nut enthaltene Gas durch eine in dem lichtdurchlässigen Element angebrachte Gas-Auslass-Öffnung nach außen hin offen ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenmontierbaren Leuchtdiode mit: – einem Prozess zum Bilden eines lichtdurchlässigen Elements mit einem konkaven Abschnitt und einer ringförmigen Nut, die um den konkaven Abschnitt angeordnet ist und eine dem konkaven Abschnitt zugewandte geneigte Fläche aufweist; – einem Prozess zum Füllen des konkaven Abschnitts mit einem lichtdurchlässigen Kunstharz; – einem Prozess zum Anordnen eines Licht aussendenden Diodenelements auf dem Substrat; – einem Prozess zum Anordnen des Substrats an dem lichtdurchlässigen Element, so dass das Licht aussendende Diodenelement in das lichtdurchlässige Kunstharz in dem konkaven Abschnitt in einem Zustand, in dem das lichtdurchlässige Kunstharz in dem konkaven Abschnitt noch nicht hart ist, getaucht wird; und – einem Prozess zum Füllen der ringförmigen Nut mit Gas oder einem Füllelement.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, welches ferner einen Prozess zum Bilden von Kathoden- und Anoden-Elektrodenmustern auf dem Substrat umfasst, um sie elektrisch mit dem Licht aussendenden Diodenelement auf dem Substrat zu verbinden.