СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
LIGHT-EMITTING DEVICE AND METHOD OF MAKING SAID DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему Устройству, которое включает светопроницаемый элемент и позволяет свету от светоизлучающего прибора проходить через светопроницаемый элемент, и способу изготовления светоизлучающего устройства.
Уровень техники
Полупроводниковые светоизлучающие приборы являются небольшими и весьма эффективными с точки зрения потребления энергии, и испускают яркий окрашенный свет. В светоизлучающих приборах, составленных из полупроводниковых элементов, отсутствуют проблемы, связанные с перегоранием спирали в баллоне лампы и т.п. Кроме того, полупроводниковые светоизлучающие приборы обладают такими признаками, как превосходное первоначальное возбуждение и устойчивость к вибрации или повторным включениям/выключениям света. Также были разработаны светоизлучающие устройства, которые включают светоизлучающий прибор и элемент, преобразующий длину волны, и могут испускать свет разнообразных цветов. В таких светоизлучающих устройствах светоизлучающий прибор испускает исходный свет, а элемент, преобразующий длину волны, может возбуждаться исходным светом, чтобы испускать свет, имеющий цвет, отличный от цвета исходного света. За счет комбинации исходного света и света с преобразованным цветом обеспечивается светоизлучение разных цветов на основе принципа аддитивного смешения цветов. Поскольку полупроводниковые светоизлучающие приборы обладают этими превосходными признаками, светоизлучающие приборы, такие как светодиоды (LED) и лазерные диоды (LD), используются в качестве источников света различного типа. В частности, в последние годы уделяется внимание полупроводниковым светоизлучающим приборам как заменителям источников освещения флуоресцентного света и как осветительным средствам следующего поколения с более низким потреблением энергии и увеличенным сроком службы по сравнению с источниками флуоресцентного света. Соответственно, для дальнейшего улучшения мощности светоизлучения и повышения эффективности светоизлучения требуются полупроводниковые светоизлучающие приборы. Кроме того, желательно предложить полупроводниковый светоизлучающий прибор, который служит источником света высокой яркости, как например, автомобильная фара и прожектор.
Примером такого полупроводникового светоизлучающего прибора может быть светоизлучающее устройство 100, описанное в патентном документе 1. На фиг.10 представлено светоизлучающее устройство 100 в сечении. Светоизлучающее устройство 100 включает светодиод (LED) 102 и корпус 103 со светодиодом 102. На стороне корпуса 103 для выхода света имеется отверстие. В этом отверстии установлен светодиод 102. К тому же, отверстие корпуса 103 заполнено покрывающим материалом 111, содержащим светоотражающие частицы 111А. Покрывающий материал 111 покрывает внешнюю область светодиода 102, кроме поверхности 105А для выхода света.
Кроме того, имеющий форму листа слой 110 люминофора расположен на внешней поверхности наполняющего-покрывающего материала 111 и на поверхности 105А для выхода света. Слой 110 люминофора сформирован из полимера, содержащего люминофор, например, YAG (иттрийалюминиевый гранат), который может поглощать свет, испускаемый светодиодом 2 (синий свет), и возбуждаться поглощенным светом для того, чтобы испускать свет с преобразованной длиной волны (желтый свет). Слой 110 люминофора размещен, покрывая всю поверхность 105А для выхода света светодиода 102, и имеет непокрытую светоизлучающая поверхность 110А для выхода света. Первичный свет от светодиода 102 (синий свет) смешивается с вторичным светом (желтым светом), который представляет собой преобразованную по длине волны часть первичного света. В результате чего, через светоизлучающую поверхность 110А выходит белый свет.
Патентный документ 1: публикация выложенного японского патента №2007-19096
Патентный документ 2: публикация выложенного японского патента №2002-305328
Раскрытие изобретения
Проблемы, которые решаются изобретением
Если используется светоизлучающее устройство 100, представленное на фиг.10, то свет входит в слой 110 люминофора и затем выходит не только через светоизлучающую поверхность 110А (см. стрелку L1 на фиг.10), но также и через боковую поверхность 104 (см. стрелку L2 на фиг.10), которая продолжается в направлении толщины. В результате, свет L1, выходящий через светоизлучающую поверхность 110А является белым, в то время как свет L2, выходящий через боковую поверхность 104, содержит недостаточно синего компонента первичного света и, таким образом, имеет желтовато-белый цвет. Другими словами, степень смешения цветов первичного света и вторичного света изменяется в зависимости от того, через какую часть слоя 110 люминофора выходит свет. По этой причине возникает проблема неравномерности цвета.
Кроме того, если в оборудовании таком, как осветительное средство, несколько светоизлучающих устройств 100 объединено таким образом, чтобы каждое светоизлучающее устройство 100 служило единичным источником света, компоненты света от единичного светоизлучающего устройства могут фокусироваться, или рассеиваться системой регулировки света, например, линзой, которая служит средством для корректировки направления всего выходящего света в желательном направлении выходящего света. В этом случае трудно регулировать направление поперечного компонента выходящего света от каждого единичного источника света и, кроме того, имеется различие в цвете между поперечным компонентом света и передним компонентом света. Поскольку поперечный компонент света, вероятно, ухудшает все свойства светоизлучения светоизлучающих устройств, то, поперечный компонент света, соответственно прерывают. Это приводит к потере светового потока, соответствующего поперечному компоненту света, и к снижению яркости. Другими словами, если используется светоизлучающее устройство 100 и светоизлучающее устройство 100 используется в качестве зависимого устройства, то поскольку имеется неравномерность цвета в зависимости от частей слоя 110 люминофора как областей светоизлучения, необходимо прервать несоответствующий компонент света. Следовательно, может довольно уменьшиться световой поток и снизиться яркость. Кроме того, даже при использовании одного светоизлучающего устройства, существует проблема, подобная вышеупомянутой.
Как отмечено выше, что касается света, который проходит через слой 110 люминофора и выходит из светоизлучающего устройства то, этот свет представляет собой смешанный цветной свет, состоящий из первичного света от светодиода 102 и вторичного света, который преобразован по длине волны в слое 110 люминофора. Желательный цветной свет получают в соответствии с соотношением в смеси первичного света и вторичного света. Другими словами, длина волны испускаемого света зависит от количества элементов, преобразующих длину волны, или зависит от плотности заполнения слоя 110 люминофора элементами, преобразующими длину волны. Фактически, если слой 110 люминофора содержит элементы, преобразующие длину волны, количество которых достаточно для преобразования длины волны света, выходящего из источника света, толщина слоя 110 люминофора не может быть малой. Притом, что толщина слоя люминофора зависит от размера частиц элемента, преобразующего длину волны, и от плотности заполнения слоя люминофора элементом, преобразующим длину волны, толщина слоя люминофора при консервативных оценках будет в четыре или более раз больше, чем толщина полупроводниковой структуры без учета подложки для выращивания, и в обычном смысле будет больше в двадцать или более раз. Таким образом, в светоизлучающем устройстве светоизлучение через боковую поверхность визуально достаточно заметно. Соответственно, пропорционально толщине слоя люминофора, проблема неравномерности цвета становится более ощутимой. В дополнение к этому, когда светодиод запускается при большой величине тока, термическое напряжение в элементе, преобразующем длину волны, может увеличиваться соответственно увеличению мощности, подводимой к светодиоду. Тепло, генерируемое элементом, преобразующим длину волны, и термическое напряжение, вызванное генерируемым теплом, скорее всего, ухудшат свойства светоизлучения. В частности, если для осуществления источника света высокой яркости, элемент, преобразующий длину волны, и светоизлучающий прибор размещены близко или присоединены друг к другу, то увеличивается количество тепла, генерируемого элементом, преобразующим длину волны. В этом случае может быть ощутима проблема надежности, вызванная указанным теплом. Кроме того, если для обеспечения высокой яркости будет объединено несколько светоизлучающих устройство, то эта интеграция дополнительно усложнит проблемы, которые возникают в вышеупомянутом единственном светоизлучающем устройстве. Например, на светоизлучающей поверхности возникает неравномерность яркости и неравномерность цвета, вызванные размещением светоизлучающих элементов. Кроме того, поскольку светоизлучающая поверхность увеличена, на неравномерность яркости и неравномерность цвета, вероятно, будет оказывать влияние неравномерное распределение вышеупомянутого элемента, преобразующего длину волны, и, в результате, скорее всего, возникнет неравномерность цвета. Кроме того, с увеличением количества светоизлучающих приборов возрастает выделение тепла и будет усложняться отвод тепла, в результате чего, ухудшается теплораспределение.
Настоящее изобретение разработано для решения вышеупомянутых традиционных проблем. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить светоизлучающее устройство, которое обладает превосходной стойкостью к высокой температуре, и может испускать свет, имеющий незначительную неравномерность цвета и высокую яркость, или может испускать световой поток высокой мощности, и предложить способ изготовления светоизлучающего устройства.
Средства решения проблемы
Для решения вышеупомянутой задачи светоизлучающее устройство согласно первому аспекту настоящего изобретения включает светоизлучающий прибор, светопроницаемый элемент, который получает падающий свет от светоизлучающего прибора, и покрывающий элемент. Светопроницаемый элемент образован светопреобразующим элементом из неорганического материала, который имеет непокрытую снаружи светоизлучающую поверхность и боковую поверхность, примыкающую к светоизлучающей поверхности. Покрывающий элемент содержит светоотражающий материал и покрывает, по меньшей мере, боковую поверхность светопроницаемого элемента.
В светоизлучающем устройстве согласно второму аспекту настоящего изобретения покрывающий элемент окружает светоизлучающий прибор.
В светоизлучающем устройстве согласно третьему аспекту настоящего изобретения светопроницаемый элемент имеет форму пластины и имеет принимающую свет поверхность, противоположную светоизлучающей поверхности. Светоизлучающий прибор соединен с принимающей свет поверхностью.
В светоизлучающем устройстве согласно четвертому аспекту настоящего изобретения светоизлучающий прибор смонтирован на монтажной подложке методом флип-чип.
В светоизлучающем устройстве согласно пятому аспекту настоящего изобретения покрывающий элемент покрывает светоизлучающий прибор.
В светоизлучающем устройстве согласно шестому аспекту настоящего изобретения светоизлучающий прибор закрыт светопроницаемым элементом в плане со стороны светоизлучающей поверхности.
В светоизлучающем устройстве согласно седьмому аспекту настоящего изобретения несколько светоизлучающих приборов оптически соединены с одним светопроницаемым элементом.
Светоизлучающее устройство согласно восьмому аспекту настоящего изобретения включает несколько светоизлучающих приборов, покрывающий элемент, который окружает светоизлучающий прибор, и светопроницаемый элемент. Светопроницаемый элемент является светопреобразующим элементом, имеющим форму пластины, который выполнен из неорганического материала, и имеет непокрытую снаружи светоизлучающую поверхность, боковую поверхность, примыкающую к светоизлучающей поверхности, и принимающую свет поверхность, противоположную светоизлучающей поверхности. Несколько светоизлучающих приборов соединены с принимающей свет поверхностью светопроницаемого элемента, и свет от каждого из светоизлучающих приборов падает на принимающую свет поверхность. Кроме того, покрывающий элемент содержит светоотражающий материал, и покрывает, по меньшей мере, боковую поверхность светопроницаемого элемента.
В светоизлучающем устройстве согласно девятому аспекту настоящего изобретения каждый из светоизлучающих приборов смонтирован на монтажной подложке методом флип-чип.
В светоизлучающем устройстве согласно десятому аспекту настоящего изобретения покрывающий элемент покрывает каждый из светоизлучающих приборов.
В светоизлучающем устройстве согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения каждый из светоизлучающих приборов отделен от покрывающего элемента свободным пространством.
В светоизлучающем устройстве согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения покрывающий элемент включает на стороне светоизлучающей поверхности светоизлучающего устройства открытую снаружи поверхность по существу компланарную со светоизлучающей поверхностью.
В светоизлучающем устройстве согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения светоизлучающий прибор закрыт светопроницаемым элементом в плане со стороны светоизлучающей поверхности.
В светоизлучающем устройстве согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения области соединения и покрывающая область размещены со стороны принимающей свет поверхности светопроницаемого элемента. Светоизлучающие приборы соединены с соединяющими областями, а область покрытия покрыта покрывающим элементом.
В светоизлучающем устройстве согласно пятнадцатому аспекту настоящего изобретения светоизлучающие приборы отделены друг от друга и разделяющая область находится на стороне принимающей свет поверхности светопроницаемого элемента между соединяющими областями. Область покрытия находится в указанной разделяющей области.
В светоизлучающем устройстве согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения светопроницаемый элемент включает выступающую область, которая выступает наружу относительно светоизлучающих приборов. Область покрытия расположена в выступающей области принимающей свет поверхности.
В светоизлучающем устройстве согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения покрывающий элемент содержит в прозрачном полимере по меньшей мере один оксид, содержащий элемент, выбранный из группы, состоящей из Ti, Zr, Nb и Al, в качестве светоотражающего материала.
2
3
2
2
2
5
2
В светоизлучающем устройстве согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения покрывающий элемент является пористым материалом, сформированным, по меньшей мере, из одного материала, выбранного из группы, содержащей AlO, AlN, MgF, TiO, ZrO, NbO, SiO, в качестве светоотражающего материала.
В светоизлучающем устройстве согласно девятнадцатому аспекту настоящего изобретения светопреобразующий элемент содержит люминофор и может преобразовывать длину волны по меньшей мере одной части света, испускаемого светоизлучающим прибором.
В светоизлучающем устройстве согласно двадцатому аспекту настоящего изобретения светопреобразующий элемент является спеченным материалом из неорганического вещества и люминофора.
2
3
3
5
12
В светоизлучающем устройстве согласно двадцать первому аспекту настоящего изобретения неорганическое вещество является оксидом алюминия (AlO), а люминофор является иттрийалюминиевым гранатом YAG (YAlO).
Способ изготовления светоизлучающего устройства согласно двадцать второму аспекту настоящего изобретения является способом изготовления светоизлучающего устройства, содержащего светоизлучающий прибор, светопроницаемый элемент, который принимает падающий свет от светоизлучающего прибора, и покрывающий элемент. Способ включает этапы от первого до третьего. На первом этапе светоизлучающий прибор монтируют на подложке со слоем межсоединений так, что светоизлучающий прибор и подложка со слоем межсоединений электрически соединены друг с другом. На втором этапе по меньшей мере часть стороны для выхода света, противоположную монтажной стороне светоизлучающего прибора, оптически соединяют со светопроницаемым элементом. На третьем этапе боковую поверхность светопроницаемого элемента в направлении толщины покрывают покрывающим элементом. Покрывающий элемент формируют таким образом, чтобы внешняя поверхность покрывающего элемента лежала вдоль внешней поверхности указанного светопроницаемого элемента.
Эффекты изобретения
В конструкции светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению, что касается светопроницаемого элемента, то светоизлучающая поверхность, из которой выходит свет, незащищена покрывающим элементом, а боковая поверхность, примыкающая к светоизлучающей поверхности, покрыта покрывающим элементом. Таким образом, по существу только светоизлучающая поверхность выполняет функцию области светоизлучения светоизлучающего устройства. Поскольку боковая поверхность покрыта покрывающим элементом, свет, который проходит от светоизлучающего прибора к боковой поверхности, отражается покрывающим элементом, примыкающим к боковой поверхности, так чтобы этот отраженный компонент света мог выходить со стороны светоизлучающей поверхности. В результате, можно избежать того, чтобы свет, отличающийся по цвету от света, проходящего через центральную часть светопроницаемого элемента, проходил через боковую поверхность и выходил. Следовательно, имеется возможность подавить возникновение указанной неоднородности цвета. Кроме того, поскольку свет, направляющийся к боковой поверхности, может быть направлен к выходу со стороны светоизлучающей поверхности, имеется возможность снизить потери полного светового потока и улучшить яркость света, выходящего от светоизлучающей поверхности. Соответственно, имеется возможность обеспечить превосходно направленный и яркий излучаемый свет. Таким образом, излучаемый свет можно легко оптически регулировать. Поэтому, если каждое светоизлучающее устройство используется как единичный источник света, светоизлучающее устройство может быть использовано максимально практично. Кроме того, так как тепло может отводиться к покрывающему элементу, имеется возможность улучшить рассеяние тепла от светопроницаемого элемента. Таким образом, можно улучшить надежность светоизлучающего устройства. Кроме того, если светоизлучающее устройство содержит несколько объединенных светоизлучающих приборов, имеется возможность обеспечить однородное распределение яркости света в плоскости светоизлучающего устройства. Следовательно, имеется возможность предложить источник света, обеспечивающий высокую яркость и уменьшенную неравномерность цвета.
В соответствии со способом изготовления светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению, поскольку после позиционирования светопроницаемого элемента боковую поверхность светопроницаемого элемента покрывают покрывающим элементом, имеется возможность обеспечить желаемую подгонку светоизлучающей поверхности светопроницаемого элемента. Кроме того, имеется возможность легко герметизировать светоизлучающий прибор, окруженный светопроницаемым элементом и покрывающим элементом.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
В следующем описании будут описываться варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Однако следует принять во внимание, что варианты, описанные ниже, иллюстрируют светоизлучающее устройство и способ изготовления светоизлучающего устройства, чтобы конкретизировать технические идеи изобретения, и светоизлучающее устройство и способ изготовления светоизлучающего устройства согласно изобретению конкретно не ограничиваются описанием, представленным ниже. В этом описании ссылочные позиции, соответствующие компонентам, представленным в вариантах осуществления изобретения, добавлены в раздел «Формула изобретения» и «Средства решения проблемы» для облегчения понимания пунктов формулы изобретения. Однако следует принять во внимание, что элементы, представленные в пунктах нижеследующей формулы изобретения, конкретно не ограничиваются элементами из вариантов осуществления формулы изобретения. Если не определено иначе, любые размеры, материалы, форма компонентов и относительное размещение компонентов, описанных в вариантах осуществления изобретения, приводятся в качестве примеров и не являются ограничительными.
Дополнительно, для простоты объяснения размеры и взаимное расположение элементов на каждом из чертежей иногда показаны преувеличенными. Одинаковым элементам или им подобным в этом изобретении присвоено одно и то же обозначение и одинаковые ссылочные позиции и их описание опущено. К тому же, несколько конструктивных элементов в настоящем изобретении могут формироваться как отдельная часть, которая выполняет задачи нескольких элементов, с другой стороны, отдельный конструктивный элемент может формироваться в виде несколько частей, которые выполняют задачи отдельного конструктивного элемента. Кроме того, описания некоторых примеров или вариантов осуществления изобретения могут применяться для описания других примеров, вариантов или т.п. Кроме того, в этом описании, термин «на» (например, на слое), не ограничивается состоянием, когда слой сформирован в контакте с верхней поверхностью другого слоя, а также включает состояние, когда слой сформирован выше верхней поверхности другого слоя таким образом, чтобы он был отделен от верхней поверхности другого слоя, и включает состояние, когда слой сформирован с возможностью размещения промежуточного слоя между указанным слоем и другим слоем. Кроме того, в этом описании покрывающий элемент иногда упоминается как герметизирующий элемент.
Вариант 1 осуществления изобретения
На фиг.1 показан схематичный вид в сечении светоизлучающего устройства 1 согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения. Светоизлучающее устройство 1 согласно примеру, показанному на фиг.1 формируется, преимущественно, следующим образом. Светоизлучающее устройство, преимущественно, включает светоизлучающий прибор 10, светопроницаемый элемент 15, который позволяет пропускать свет, испускаемый светоизлучающим прибором 10, и покрывающий элемент 26, который частично покрывает светопроницаемый элемент 15. Светоизлучающий прибор 10 смонтирован на подложке 9 со слоем межсоединений посредством электропроводных элементов 24. Светопроницаемый элемент 15 располагается на верхней стороне светоизлучающего прибора 10 и оптически соединен со светоизлучающим прибором 10. Светопроницаемый элемент 15 имеет принимающую свет поверхность 15b, которая получает свет от светоизлучающего прибора 10, и светоизлучающую поверхность 15а, которая служит плоскостью для излучения полученного света и составляет внешнюю поверхность светоизлучающего устройства 1. Кроме того, Светопроницаемый элемент 15 имеет боковые поверхности 15с, которые лежат по существу перпендикулярно светоизлучающей поверхности 15а и параллельно направлению толщины.
Светопроницаемый элемент 15 частично покрыт покрывающим элементом 26. Светоизлучающая поверхность 15а не покрыта покрывающим элементом 26, чтобы испускать свет наружу. Покрывающий элемент 26 содержит светоотражающий материал 2, способный отражать свет. Кроме того, покрывающий элемент 26 покрывает, по меньшей мере, боковые поверхности 15с, примыкающие к светоизлучающей поверхности 15а светопроницаемого элемента 15. Покрывающий элемент 26 предпочтительно сформирован таким образом, чтобы непокрытая поверхность области, которая покрывается покрывающим элементом 26, лежала по существу в одной плоскости с плоскостью светоизлучающей поверхности 15а. Согласно вышеупомянутой конфигурации свет, испускаемый светоизлучающим прибором 10, проходит к светопроницаемому элементу 15. Светоизлучающая поверхность 15а выполняет функцию окна светоизлучающего устройства. Таким образом, свет выходит через это окно. Окно расположено на стороне передней поверхности в направлении выхода света по отношению к покрывающему элементу, который окружает светопроницаемый элемент. Другими словами, покрывающий элемент по существу лежит в одной плоскости со светоизлучающей поверхностью, или отведен назад от светоизлучающей поверхности к принимающей свет поверхности, так чтобы покрывающий элемент не прерывал свет, выходящий от светоизлучающей поверхности светопроницаемого элемента.
Светопроницаемый элемент 15 включает элемент, преобразующий длину волны, который может преобразовать длину волны по меньшей мере части света, испускаемого светоизлучающим прибором 10. Таким образом, свет, выходящий из светоизлучающего прибора 10, добавляется к вторичному свету и смешивается с вторичным светом, который генерируется при преобразовании длины волны части выходящего света. В результате светоизлучающее устройство может испускать свет, имеющий желаемую длину волны. Элементы и структуры светоизлучающего устройства 1 согласно настоящему изобретению будут описаны ниже.
Светоизлучающий прибор
Известные светоизлучающие приборы, в частности полупроводниковые светоизлучающие приборы, могут использоваться в качестве светоизлучающего прибора 10. Предпочтительно, используются полупроводники группы GaN, так как они могут испускать коротковолновый свет, который эффективно возбуждает люминофоры. Положительные и отрицательные электроды светоизлучающего прибора 10 согласно варианту 1 осуществления изобретения сформированы на одной и той же стороне поверхности. Однако размещение положительных и отрицательных электродов не ограничивается указанным расположением. Например, положительные и отрицательные электроды могут быть сформированы на соответствующих поверхностях. Кроме того, положительные и отрицательные электроды не обязательно ограничиваются одной парой. Может быть сформировано несколько положительных или отрицательных электродов.
Что касается коротковолновой области видимого диапазона спектра, ближней ультрафиолетовой области спектра или более коротковолновой, чем ближняя ультрафиолетовая область спектра, то описываемый далее нитридный полупроводник в следующих вариантах осуществления изобретения, предпочтительно, используется в качестве полупроводникового слоя 11 в светоизлучающем устройстве, который объединяет нитридный полупроводник и элемент, преобразующий длину волны (люминофор). К тому же, полупроводниковый слой не ограничивается этим. Полупроводниковый слой может представлять собой полупроводник, например, из группы ZnSe, группы InGaAs и из группы AlInGaP.
Структура светоизлучающего прибора
Структура светоизлучающего прибора, сформированного полупроводниковым слоем, предпочтительно, включает активный слой, располагаемый между слоем первого типа проводимости (n-типа) и слоем второго типа проводимости (p-тип), которые далее будут обсуждаться с точки зрения выходной световой мощности и эффективности светоизлучающего прибора. Однако этим структура не ограничивается. Каждый электропроводящий слой может частично включать изолирующую структуру, полуизолирующую структуру, или структуру с противоположным типом проводимости. Кроме того, такой структурой можно дополнительно снабдить слой первого или второго типа проводимости. Структурой другого типа, например, структурой защитного слоя можно дополнительно снабдить слой первого или второго типа проводимости. Кроме того, вышеупомянутая подложка может выполнять функцию части слоя одного типа проводимости в светоизлучающем приборе. Если подложка не входит в структуру светоизлучающего прибора, подложка может быть удалена. К тому же, подложка для выращивания может быть удалена после того, как слои полупроводника сформированы, и отделенная структура полупроводникового прибора, т.е., отделенные полупроводниковые слои могут быть сцеплены с опорной подложкой или смонтированы методом флип-чип на опорной подложке, например, на электропроводящей подложке. Также другой прозрачный элемент и другая прозрачная подложка могут быть сцеплены с полупроводниковыми слоями. В частности, если подложка для выращивания, или сцепленный элемент или подложка расположены на стороне полупроводниковых слоев, выполняющей функцию основной поверхности для выхода света, то подложка для выращивания или сцепленный элемент, или подложка обладает прозрачностью. Если подложка для выращивания не обладает прозрачностью, или блокирует или поглощает свет, и полупроводниковые слои сцеплены с такой подложкой, подложку располагают на светоотражающей стороне основной поверхности полупроводникового слоя. Если к полупроводниковым слоям из прозрачной подложки или элемента на стороне для выхода света подводится заряд, то прозрачная подложка или указанный элемент будут обладать электропроводностью. Кроме того, вместо прозрачного элемента или подложки, связанной с полупроводниковыми слоями, может использоваться светопроницаемый элемент 15. Также в приборе полупроводниковые слои могут быть сцеплены или покрыты и могут поддерживаться прозрачным элементом, например, стеклом и полимером. Подложка для выращивания может быть удалена шлифованием подложки для выращивания, закрепленной на участке платы для монтажа чипа или прибора, или, например, методом LLO (лазерным отслаиванием) закрепленной подложки для выращивания. Предпочтительно удалять подложку, даже если используется светопроницаемая подложка различного типа. Причина удаления подложки состоит в том, что можно повысить выходную световую мощность и эффективность выходящего света.
Примерами структуры светоизлучающего прибора или полупроводниковых слоев 11 могут являться гомоструктуры, гетероструктуры или двойные гетероструктуры с MIS-переходом, PIN-переходом или PN-переходом. Структура суперрешетки может быть применена к любому слою. Активный слой 8 может иметь структуру одноквантовой или многоквантовой ямы, снабженную тонким слоем (слоями) для обеспечения квантового эффекта.
Что касается электродов, размещенных на полупроводниковом слое, предпочтительно, чтобы электроды слоя первого типа проводимости (n-типа) и слоя второго типа проводимости (p-тип) были расположены на одной поверхности, выполняющей функцию основной поверхности, как будет описываться далее с помощью примеров. Однако расположение электродов этим не ограничивается. Электроды могут быть расположены на основных поверхностях полупроводниковых слоев и противоположно друг другу. Например, если используется вышеупомянутая структура с удаленной подложкой, то один из электродов может быть размещен на стороне удаленной подложки. Светоизлучающий прибор может быть смонтирован известными способами. Например, если в структуре прибора на одной и той же стороне поверхности имеются положительные/отрицательные электроды, то светоизлучающий прибор может быть смонтирован таким образом, чтобы поверхность формирования электрода выполняла функцию основной поверхности для выхода света. Что касается рассеивания тепла, монтаж методом флип-чип является предпочтительным в том смысле, что сторона подложки для выращивания, противоположная стороне формирования электрода, выполняет функцию основной поверхности для выхода света, как будет описываться далее с помощью примеров. Кроме того, могут быть использованы иные методы монтажа, подходящие для структур устройства.
Светоизлучающие приборы 10, установленные на светоизлучающем устройстве 1, представленном на фиг.1, являются светодиодными чипами, которые представляют собой нитридные полупроводниковые приборы. Светодиодные чипы смонтированы на плате, выполняющей функцию одной из подложек 9 со слоем межсоединений, методом флип-чип. На фиг.2 представлен схематичный вид в сечении светоизлучающего прибора 10. Светоизлучающий прибор 10, представленный на фиг.2, является иллюстративным светоизлучающим прибором.
Структура светоизлучающего прибора 10 описана со ссылкой на фиг.2. Светоизлучающий прибор 10 включает слои нитридного полупроводника, выполняющие функцию полупроводниковой структуры 11, которые ламинированы на подложке 5 для выращивания, выполняющей функцию одной стороны основной поверхности из двух основных поверхностей, противоположных друг другу. В полупроводниковой структуре 11 первый слой 6 нитридного полупроводника, активный слой 8 и второй слой 7 нитридного полупроводника ламинированы в указанном порядке, начиная снизу. Кроме того, первый электрод 3А и второй электрод 3В электрически соединены с первым слоем 6 нитридного полупроводника и вторым слоем 7 нитридного полупроводника, соответственно. Когда электроэнергия подается от внешнего источника через первый электрод 3А и второй электрод 3В, то активный слой 8 светоизлучающий прибор 10 испускает свет. Далее будет описан способ изготовления светоизлучающего прибора с нитридным полупроводником, который будет служить примером светоизлучающего прибора 10.
Светоотражающая структура
Светоизлучающий прибор 10 может иметь светоотражающую структуру. В частности, светоотражающая сторона может являться одной из основных поверхностей (нижняя сторона на фиг.1), она противоположна стороне для выхода света, при этом, две основные поверхности полупроводниковых слоев противоположны друг другу. Светоотражающая структура может быть размещена на этой светоотражающей стороне и, в частности, может быть размещена внутри структуры полупроводникового слоя, на электроде, или т.п.
Прозрачный электропроводящий слой
2
3
2
Как показано на фиг.2, прозрачный электропроводящий слой 13 сформирован на слое полупроводника 7 p-типа. Кроме того, электропроводящий слой, по существу, полностью также может быть сформирован на непокрытой поверхности полупроводникового слоя 6 n-типа. Альтернативно, если отражающая структура размещена на прозрачном электропроводящем слое 13, сторона поверхности, на которой формируется электрод, может выполнять функцию отражающей стороны. Альтернативно, если прозрачный электропроводящий слой не закрыт электродом с плоской контактной площадкой, свет может выходить от этого прозрачного электропроводящего слоя. Альтернативно, отражающий электрод может быть размещен на структуре полупроводникового слоя без указанного прозрачного электропроводящего слоя. Отсутствуют ограничения в том, чтобы прозрачный электропроводящий слой 13 покрывал каждый слой 6 проводника n-типа и слой 7 проводника p-типа, он может покрывать только один из полупроводниковых слоев. Прозрачный электропроводящий слой 13, предпочтительно, сформирован из оксида, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из группы, включающей Zn, В и Sn. Конкретнее, используется прозрачный электропроводящий слой 13, который включает оксид Zn, В и Sn, например, ITO, ZnO, InO и SnO. Предпочтительно, используется ITO. Альтернативно, прозрачный электропроводящий слой может иметь светопроницаемую структуру, включающую, например, металлическую пленку, которая формируется, например из Ni, толщиной 3 нм, металлическую пленку оксида другого металла, нитрида или другого соединения, с отверстиями, выполняющими функцию участков окна. Если электропроводящий слой сформирован, по существу, полностью на непокрытом слое 7 полупроводника p-типа, ток может распространяться однородно по всему слою полупроводника 7 p-типа. Кроме того, толщина и размер прозрачного электропроводящего слоя 13 могут быть разработаны с учетом светопоглощения и электрического сопротивления/поверхностного сопротивления, т.е., прозрачности и отражения структуры и растекания тока по слою. Например, толщина прозрачного электропроводящего слоя 13 может составлять не более 1 мкм, конкретнее, от 10 нм до 500 нм.
Электрод
Электродный слой формируют на полупроводниковой слоистой структуре. Если вышеупомянутый прозрачный электропроводящий слой помещен между электродным слоем и полупроводниковой слоистой структурой, электродный слой электрически соединяется с прозрачным электропроводящим слоем. Электроды сформированы в контакте с прозрачными электропроводящими слоями 13, соответствующим образом размещенными на стороне слоя 7 полупроводника p-типа и слоя 6 полупроводника n-типа, или размещенными на полупроводниковой структуре так, чтобы сформировался первый электрод 3А и второй электрод 3В. Электродные слои могут быть электрически соединены со светоизлучающим прибором 10 и внешними контактами для того, чтобы выполнять функцию электродов с плоской контактной площадкой. Например, электропроводящие элементы 24, к примеру контактные выводы из Au, размещены на поверхностях металлических электродных слоев таким образом, чтобы посредством электропроводящих элементов электроды светоизлучающего прибора электрически соединялись с внешними контактами, противоположными этим электродам. К тому же, в случае, представленном на фиг.2, металлический электродный слой 3В перекрывает прозрачный электропроводящий слой 13 и электрически соединен непосредственно с прозрачным электропроводящим слоем 13. Соответственно, электрод с плоской контактной площадкой, имеет известную конфигурацию. Например, электрод сформирован из любого металла: Au, Pt, Pd, Rh, Ni, W, Mo, Cr и Ti, или сплава, или их сочетания. Иллюстративный металлический электродный слой может иметь слоистую структуру W/Pt/Au, Rh/Pt/Au, W/Pt/Au/Ni, Pt/Au или Ti/Rh в указанном порядке, начиная со стороны нижней поверхности.
Что касается электродных слоев, сформированных на стороне слоя 7 нитридного полупроводника p-типа и слоя 6 нитридного полупроводника n-типа вышеупомянутого светоизлучающего прибора с нитридным полупроводником, или электродов соответствующего типа проводимости, то электродные слои или электроды соответствующего типа проводимости, предпочтительно, имеют аналогичную конфигурацию по типам, толщину слоев и структуру слоев металлов. Причина состоит в том, что совместное формирование электродных слоев или электродов соответствующего типа проводимости с вышеупомянутыми прозрачными электропроводящими слоями может упростить процесс формирования электродов, по сравнению с раздельным формированием. При раздельном формировании электрод, сформированный на стороне слоя нитридного полупроводника n-типа, может представлять собой электрод W/Pt/Au (например, толщины слоев составляют 20/200/500 нм), или дополнительно ламинированный Ni электрод W/Pt/Au/Ni, Ti/Rh/Pt/Au, или т.п.
Защитная пленка
2
2
2
3
После формирования металлического электродного слоя может быть сформирована изоляционная защитная пленка 14, по существу, на всей поверхности полупроводникового светоизлучающего прибора 10, за исключением областей соединения с внешними областями. В случае, представленном на фиг.2, в защитной пленке 14, которая покрывает часть электрода 3А n-типа и часть электрода 3В p-типа, сформированы отверстия для того, чтобы сформировать непокрытые области для электродов. Защитная пленка 14 может быть сформирована из SiO, TiO, AlO, полиимида или т.п.
К тому же, что касается светоизлучающих приборов, установленных на светоизлучающем устройстве, притом, что пиковая длина волны светоизлучения выходящего света, испускаемого светоизлучающим слоем конкретно не ограничивается, могут использоваться полупроводниковые светоизлучающие приборы, которые имеют спектр излучения от около 240 нм до 500 нм, что соответствует от ближней ультрафиолетовой области спектра до коротковолнового диапазона видимого спектра, предпочтительно, от 380 нм до 420 нм или от 450 нм до 470 нм.
Светоизлучающий прибор с нитридным полупроводником
Далее будет описан светоизлучающий прибор с нитридным полупроводником, служащим примером светоизлучающего прибора 10, и способ изготовления светоизлучающего прибора с нитридным полупроводником.
В светоизлучающем приборе 10 с нитридным полупроводником, представленном на фиг.2, для формирования структуры 11 слоя нитридного полупроводника на сапфировой подложке, в качестве подложки 5 для выращивания, эпитаксиально выращены в следующем порядке: слой полупроводника n-типа, в качестве первого слоя 6 нитридного полупроводника; светоизлучающий слой, в качестве активного слоя 8; а также слой полупроводника p-типа, в качестве второго слоя 7 нитридного полупроводника. Впоследствии, для того, чтобы слой 6 полупроводника n-типа был частично непокрыт, светоизлучающий слой 8 и слой 7 полупроводника p-типа селективно травили и удаляли. Электрод n-типа с плоской контактной поверхностью, в качестве первого электрода 3А, сформирован на непокрытой области. Электрод p-типа с плоской контактной поверхностью, в качестве второго электрода 3В, сформирован на прозрачном электропроводящем слое 13 на той же самой стороне плоскости, что и электрод 3А n-типа. К тому же, только заданные части поверхности электрода 3А n-типа с плоской контактной поверхностью и электрода 3В p-типа с плоской контактной поверхностью остаются непокрытыми, а другие части могут быть покрыты изоляционной защитной пленкой 14. Электрод 3А n-типа с плоской контактной поверхностью может быть сформирован на непокрытой области слоя 6 полупроводника n-типа таким образом, чтобы между ними можно было вставить прозрачный электропроводящий слой. Когда электроэнергия подается от внешнего источника посредством первого электрода 3А и второго электрода 3В, то активный слой 8 светоизлучающего прибора 10 испускает свет. Главным образом, свет выходит со стороны верхней поверхности, как показано стрелками на фиг.1. А именно, в представленном на фиг.1 светоизлучающем приборе 10 сторона поверхности, на которой формируется электрод, является монтажной стороной (нижняя сторона на фиг.1), в то время как другая сторона основной поверхности (верхняя сторона на фиг.1), противоположная стороне поверхности, на которой формируется электрод, является основной стороной для выхода света. Далее будут конкретно описываться элементы, входящие в состав полупроводникового светоизлучающего прибора 1.
Подложка для выращивания
2
4
Структура 11 полупроводникового слоя эпитаксиально выращивается на подложке 5 для выращивания. Подложка 5 для выращивания нитридного полупроводника может представлять собой сапфир с гранью С, гранью R или гранью А, в качестве основной поверхности; может быть изолирующей подложкой, например, шпинелью (MgAlO), карбидом кремния (6Н, 4Н или 3С), Si, ZnS, ZnO, GaAs, алмазом; а также может быть оксидной подложкой, способной сцепляться с нитридным полупроводником с решеткой, соответствующей, например, ниобату лития и галлату неодима; а также может представлять собой подложку из нитридного полупроводника, например, GaN и AlN.
(Слой нитридного полупроводника)
1-x-y
Формируют нитридный полупроводник с общей формулой InxAlyGaN (0≤x, 0≤y, x+y≤1), который может быть смешан с В, Р или As. Слой 6 полупроводника n-типа и слой 7 полупроводника p-типа конкретно не ограничивается единственным слоем или многослойной структурой. Слоистая структура 11 нитридного полупроводника включает светоизлучающий слой 8, в качестве активного слоя. Активный слой имеет структуру одноквантовой ямы (SQW) или структуру многоквантовой ямы (SQW). Далее будет описан пример слоя 11 нитридного полупроводника.
Слоистая структура сформирована на подложке для выращивания таким образом, чтобы между слоистой структурой и подложкой для выращивания поместить первичный слой нитридного полупроводника, например, буферный слой (например, выращенную при низкой температуре тонкую пленку GaN и слой GaN). В слоистой структуре, например, контактный слой n-типа GaN, легированный Si, и многослойная структура n-типа GaN/InGaN ламинируют с образованием слоя n-типа нитридного полупроводника. Впоследствии, активный слой InGaN/GaN MQW ламинируют. К тому же, например, многослойную структуру p-типа InGaN/AlGaN, легированную Mg, и контактный слой p-типа GaN, легированный Mg, ламинируют с образованием слоя p-типа нитридного полупроводника. К тому же, светоизлучающий слой 8 нитридного полупроводника (активный слой) имеет структуру квантовой ямы, включающей слои ям, или барьерные слои и слои ям, к примеру. Хотя нитридный полупроводник, используемый для активного слоя, может легироваться примесями p-типа, предпочтительно, чтобы нитридный полупроводник вообще не легировался, или легировался примесями n-типа. Причина состоит в том, что нелегированный нитридный полупроводник или легированный примесями n-типа нитридный полупроводник может обеспечить высокую выходную световую мощность светоизлучающего прибора. Если слой ямы содержит Al, можно получить длину волны короче, чем длина волны 365 нм, соответствующая энергии запрещенной зоны GaN. В зависимости от целей, применения и т.п. светоизлучающих приборов, длина волны света, испускаемого активным слоем, может быть установлена от 360 до около 650 нм, предпочтительнее, от 380 до 560 нм. Соответственно, для испускания света в области видимого света и ближней ультрафиолетовой области спектра, в качестве соединения для слоя ямы используется InGaN. В этом случае, в качестве барьерного слоя, предпочтительно, используются GaN или InGaN. Показательные толщины пленки барьерного слоя и слоя ямы составляют от 1 нм до не более 30 нм, и от 1 нм до не более 20 нм, соответственно. Один слой ямы может составлять структуру с одноквантовой ямой. Несколько слоев ям, помещенных между барьерными слоями и т.п., могут составлять структуру многоквантовой ямы.
Впоследствии, формируют маску заданной конфигурации на поверхности слоя 7 полупроводника p-типа и вытравливают слой 7 полупроводника p-типа и активный слой, являющийся светоизлучающим слоем 8. В результате, контактный слой n-типа, составляющий слой 6 полупроводника n-типа, обнажается в заданном месте. Как показано на фиг.2, n-электрод 3А, p-электрод 13 и электрод 3В с плоской контактной поверхностью, являющийся отражающим электродом, сформированы на контактных слоях n-типа и p-типа. Защитная пленка 14 сформирована на поверхности устройства таким образом, чтобы участки соединения электрода не покрывались. В результате изготовлен светоизлучающий прибор с нитридным полупроводником.
Подложка со слоем межсоединений
2
Если с вышеупомянутыми светоизлучающими приборами 10 в светоизлучающем устройстве 1, представленном на фиг.1, должна быть предусмотрена подложка 9 со слоем межсоединений, то может использоваться подложка, имеющая, по меньшей мере, провода, которые будут соединены с электродами приборов на поверхности подложки. Подложка может быть кристаллической, например, монокристаллической или поликристаллической подложкой, сформированной из нитрида алюминия; или может быть спеченной подложкой, так же как керамической, например, из оксида алюминия, стекла; может быть полуметаллической (например, Si), или металлической подложкой, или может быть слоистым или композиционным элементом, составленным из указанных материалов, например, подложкой с тонкой пленкой нитрида алюминия, сформированной на поверхности указанных материалов. Металлическая подложка, металлизированная подложка и керамическая подложка являются предпочтительными, поскольку они хорошо рассеивают тепло. При создании рисунка соединений на металлическом слое рисунок формируют ионным травлением или травлением. Пример рисунка соединений можно обеспечить при использовании структурированного платинового тонкого слоя, сформированного на вышеупомянутой подложке из нитрида алюминия. При этом, на стороне поверхности подложки, на которой сформирован рисунок соединений, может быть сформирована защитная пленка, например, тонкая пленка SiO или т.п. Тип подложка, которой должен быть снабжен светоизлучающий прибор, не ограничивается подложкой со слоем межсоединений, которая должна быть соединена с электродами светоизлучающего прибора. Может использоваться подложка без рисунка соединений. Например, если сторона поверхности, на которой формируется электрод светоизлучающего прибора, выполняет функцию основной стороны светоизлучения, то сторона подложки светоизлучающего прибора может быть смонтирована на подложке без рисунка соединений, и электроды прибора могут быть соединены с выводами устройства проводами. При монтаже подложки и покрывающего элемента покрывающий элемент может быть размещен на подложке, как показано в иллюстративном светоизлучающем устройстве. Дополнительно, покрывающий элемент может покрывать боковую поверхность подложки.
Светопроницаемый элемент
Светоизлучающее устройство 1, представленное на фиг.1, включает светопроницаемый элемент 15, которое позволяет свету от светоизлучающего прибора 10 проходить через светопроницаемый элемент 15. Предпочитается, чтобы светопроницаемый элемент 15 являлся светопреобразующим элементом, который может преобразовывать длину волны, по меньшей мере, одной части проходящего света, и содержал элемент, преобразующий длину волны. Таким образом, когда первичный свет от источника света проходит через светопроницаемый элемент 15, люминофор, являющийся элементом, преобразующим длину волны, возбуждается, в результате чего обеспечивается вторичный свет с длиной волны, отличной от длины волны основного источника света. Таким образом, цвет вторичного света смешивается с цветом первичного света, который не преобразован по длине волны. Следовательно, имеется возможность обеспечить выходящий свет желаемого цвета.
Светоизлучающий прибор 10, как показано на фиг.1, изолирован светопроницаемым элементом 15 в плане от светоизлучающей поверхности 15а. Другими словами, как показано на фиг.1, боковая поверхность 15 с светопроницаемого элемента 15 выступает за концевые поверхности 33, являющиеся боковыми поверхностями светоизлучающих приборов 10. Таким образом, по сравнению со случаем, показанным на фиг.5 (вариант 3 осуществления изобретения), выходящий свет от оптически соединенного светоизлучающего прибора 10 может быть принят непосредственно принимающей свет поверхностью 15b, которая шире верхней поверхности светоизлучающего прибора 10. Поэтому, потеря светового потока является небольшой. Величина выступа боковой поверхности 15с светопроницаемого элемента 15 относительно боковой поверхности светоизлучающего прибора 10 составляет не менее 3% и не более 30% от размера светоизлучающего прибора и, конкретнее, не менее 5% и не более 15%. Например, в светоизлучающем устройстве согласно примеру 1, как показано на фиг.13, ширина выступа прозрачного элемента 15 на концах составляет около 50 мкм.
Когда вышеупомянутый прозрачный элемент включен в светопроницаемый элемент вместе с элементом, преобразующим длину волны, может быть использован материал, подобный материалу покрывающего элемента, который описывается далее. Например, могут использоваться полимеры, стекло и неорганические вещества. Кроме того, в описанном далее элементе, преобразующем длину волны, может быть использован формованный или кристаллический элемент. Если светопроницаемый элемент имеет форму пластины, предпочтительно, чтобы как светоизлучающая поверхность, так и принимающая свет поверхность, являлись, по существу, плоскими, и чтобы обе противоположные поверхности были параллельны друг другу, и свет, соответственно, проходил от принимающей свет поверхности к светоизлучающей поверхности. Однако настоящее изобретение не ограничивается этой формой. Светоизлучающая поверхность и принимающая свет поверхность не ограничиваются плоской формой. Светоизлучающая поверхность и принимающая свет поверхность могут быть полностью или частично криволинейными, так же как плоскими с неровной поверхностью. Светоизлучающая поверхность и принимающая свет поверхность не ограничиваются плоской формой, а могут иметь различную форму и геометрию, например, форму для фокусирования или рассеивания света, к примеру, оптическую форму (например, форму линзы).
Что касается функции преобразования длины волны светопроницаемого элемента, светоизлучающее устройство может испускать смешанный цветной свет при смешивании света от светоизлучающего прибора и преобразованного света. В дополнение к этому, светоизлучающее устройство может испускать вторичный свет, преобразованный из первичного света от светоизлучающего прибора, например, может испускать свет, преобразованный из ультрафиолетового света от светоизлучающего прибора, или свет смешанного цвета, полученного при смешении преобразованного света несколько цветов.
2
3
А именно, светопроницаемый элемент 15, который выполняет функцию преобразования длины волны, может состоять из стеклянной пластины со светопреобразующим элементом; кристаллофосфора светопреобразующего элемента, или монокристалла, поликристалла, аморфного вещества или керамики, имеющей фазу кристаллофосфора; спеченного вещества, агрегированной подложки или пористого материала частиц кристаллофосфора и прозрачного элемента, соответственно, добавленного к частицам кристаллофосфора; элемента со светопроницаемым элементом (например, полимером) смешанного с ним или пропитанного им; или из прозрачного элемента, содержащего частицы люминофора (например, элемента из формованного прозрачного полимера и т.д.). С точки зрения теплостойкости, предпочтительно, чтобы светопроницаемый элемент состоял из неорганических материалов, а не из органических материалов таких, как полимеры. А именно, светопроницаемый элемент, предпочтительно, состоит из прозрачного неорганического материала, который содержит люминофор. Если светопроницаемый элемент состоит из спеченного вещества люминофора и неорганического вещества (связующего материала), или сформирован из спеченного вещества или монокристалла люминофора, надежность элемента повышается. Если используется описываемый далее люминофор YAG (иттрийалюминиевый гранат), с точки зрения надежности, предпочтительно, чтобы светопроницаемый элемент являлся спеченным веществом YAG/оксид алюминия, при использовании оксида алюминия (AlO) в качестве связующего материала (связующего), так же как монокристалл YAG и спеченное вещество из YAG высокой чистоты. Хотя форма светопроницаемого элемента 15 конкретно не ограничивается, светопроницаемый элемент 15 сформирован в виде пластины согласно варианту 1 осуществления изобретения. При использовании пластинчатого светопроницаемого элемента, светопроницаемый элемент имеет высокую эффективность сцепления с поверхностью для выхода света светоизлучающего прибора 10, сформированной в форме пластины, и, к тому же, поверхность для выхода света может быть легко размещена, по существу, параллельно основной поверхности светопроницаемого элемента 15. В дополнение к этому, если светопроницаемый элемент 15 имеет, по существу, постоянную толщину, может быть устранена неравномерность распределения компонента элемента, преобразующего длину волны. Таким образом, возможно, по существу, равномерное преобразование длины волны света, проходящего через светопроницаемый элемент 15, и возможна стабилизация соотношения смешиваемых цветов. Следовательно, возможно устранить неравномерность цвета света от участка к участку светоизлучающей поверхности 15а. В связи с этим, если несколько светоизлучающих приборов 10 размещено под одним светопроницаемым элементом 15, можно обеспечить высокую яркость светоизлучения и меньшую неравномерность по яркости и по распределению цвета на светоизлучающей поверхности, связанную с размещением светоизлучающих приборов 10. С точки зрения эффективности светоизлучения и регулировки цвета, предпочтительно, чтобы толщина светопроницаемого элемента 15, выполняющего функцию элемента, преобразующего длину волны, составляла не менее 10 мкм и не более 500 мкм, и, предпочтительнее, толщина составляла не менее 50 мкм и не более 300 мкм.
1-x
x
3
1-y
y
5
12
3
Люминофор YAG (иттрийалюминиевый гранат), активизированный церием, и люминофор LAG (лютеций-алюминиевый гранат) могут быть приведены в качестве примеров типичных люминофоров, используемых для элемента, преобразующего длину волны, который для испускания белого света может быть, соответственно, объединен со светоизлучающим прибором синего света. В частности, для длительного использования при высокой яркости светоизлучающего устройства, предпочтительно, применять люминофор (ReSm)(AlGa)O:Ce (где, 0≤x≤1, 0≤y≤1, и где Re является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, содержащей Y, Gd, La и Lu) или т.п. К тому же, может использоваться люминофор, который содержит, по меньшей мере, один люминофор, выбранный из группы, содержащей YAG, LAG, ВАМ, ВАМ:Mn, (Zn,Cd)Zn:Cu, ССА, SCA, SCESN, SESN, CESN, CASBN и CaAlSiN:Eu.
2
4
x
1-x
2
4
2
2
2
x
y
2/3x+4/3y
x
y
z
2/3x+4/3y-2/3z
Светоизлучающее устройство 1 может включать несколько элементов, преобразующих длину волны, или несколько светопроницаемых элементов, которые выполняют функцию элемента, преобразующего длину волны. Например, вышеупомянутый элемент, преобразующий длину волны, может включать смесь люминофоров двух или более типов. В дополнение к этому, светоизлучающее устройство 1 для преобразования длины волны излучения с получением других длин волн, отличных друг от друга, может включать светопроницаемый элемент, который имеет несколько элементов, преобразующих длину волны, или включает несколько светопроницаемых элементов, выполняющих эту функцию. Например, светоизлучающее устройство 1 может включать ламинированный элемент, состоящий из светопроницаемых элементов. Кроме того, светоизлучающее устройство 1 может содержать светопроницаемый элемент, который включает один тип элемента, преобразующего длину волны, или выполняет функцию одного типа элемента, преобразующего длину волны, и может содержать участок светопреобразования, отделенный от светопроницаемого элемента, который имеет светопреобразующий элемент на участке окна для выхода света светоизлучающего устройства, или на пути света от источников света до участка окна для выхода света (например, между светоизлучающими приборами и светопроницаемым элементом, в связующем элементе), или между светоизлучающими приборами и покрывающим элементом. Если используется нитридный люминофор, который испускает свет от желтого до красного цвета, может быть увеличен красноватый компонент. При этом, можно обеспечить осветительное средство с высоким общим индексом цветопередачи Ra, или светодиод, испускающий свет, подобный по цвету свету электрической лампочки. А именно, количество люминофора с точкой цветности, отличной от светоизлучающего прибора, на основании диаграммы цветности CIE отрегулировано, исходя из длины волны светоизлучения светоизлучающего прибора. Таким образом, имеется возможность испускать свет, соответствующий любой точке на диаграмме цветности, по линии, соединяющей люминофор и светоизлучающий прибор. В дополнение к этому, в качестве примеров люминофоров можно привести нитридные люминофоры, которые преобразуют свет ближней ультрафиолетовой области спектра в видимый свет в диапазоне от желтого к красному цвету, оксинитридные люминофоры, силикатные люминофоры, LSiO:Eu (L представляет собой щелочноземельные металлы), в частности (SrMae)SiO:Eu (Мае представляет собой щелочноземельные металлы, например, Са и Ва), и т.п. Примерами люминофоров, относящихся к нитридной группе, и оксинитридных люминофоров могут быть Sr-Ca-Si-N:Eu, Ca-Si-N:Eu, Sr-Si-N:Eu, Sr-Ca-Si-O-N:Eu, Ca-Si-O-N:Eu, Sr-Si-O-N:Eu, и т.п. Люминофоры, являющиеся щелочноземельными силикатами, могут быть представлены общей формулой LSiON:Eu, общей формулой LSiN():Eu, или LSiON():Eu (L является Sr, Са, или Sr и Са).
В светоизлучающем устройстве количество светоизлучающих приборов 10 под одним светопроницаемым элементом 15 конкретно не ограничивается. Однако предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство включало два или более светоизлучающих приборов 10, испускающих свет, который проходит через один светопроницаемый элемент 15. Причина состоит в том, что при этом имеется возможность увеличить общую величину светового потока, проходящего к принимающей свет поверхности 15b, и, таким образом, имеется возможность увеличить яркость испускаемого света от светоизлучающей поверхности 15а. Если используется несколько светоизлучающих приборов 10, то светоизлучающие приборы 10 могут быть соединены друг с другом. Однако, в этом случае, предпочтительно, чтобы светоизлучающие приборы 10 были отдалены друг от друга на соответствующее расстояние. Соответственно, расстояние между светоизлучающими приборами 10 может быть рассчитано с учетом направленности света и свойств рассеяния тепла, генерируемого светоизлучающим устройством, а также с учетом точности монтажа светоизлучающих приборов. Например, указанное расстояние может составлять не более 10% от размера светоизлучающего прибора.
Покрывающий элемент и герметизирующий элемент
Как показано на фиг.1, герметизирующий элемент 26 покрывает частично светопроницаемый элемент 15. А именно, герметизирующий элемент 26 покрывает, по меньшей мере, боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15.
Отсутствуют ограничения по применению полимерных материалов, являющихся основным материалом герметизирующего элемента 26, при условии, что они являются прозрачными. Предпочтительно использовать соединения кремнийорганической смолы, денатурированные соединения кремнийорганической смолы и т.п. Однако могут использоваться прозрачные соединения изоляционного полимера, например, соединения эпоксидной смолы, соединения денатурированной эпоксидной смолы и соединения акриловой смолы. Кроме того, могут использоваться превосходные погодостойкие герметизирующие элементы, например, гибридные полимеры, содержащие, по меньшей мере, одну из этих смол. К тому же, может использоваться превосходный светоустойчивый неорганический материал, например, стекло и силикагель. При этом, герметизирующий элемент желаемой формы может быть сформирован на стороне светоизлучения, чтобы обеспечить эффект линзы. В этом случае, имеется возможность сфокусировать свет, испускаемый светоизлучающими чипами. С точки зрения термостойкости и погодостойкости в варианте 1 осуществления изобретения, в качестве герметизирующего элемента, используется кремнийорганическая смола.
В варианте 1 осуществления изобретения герметизирующий элемент 26 содержит светоотражающие материалы 2 в вышеупомянутой смоле. Предпочтительно, чтобы герметизирующий элемент 26 содержал, по меньшей мере, два типа полимерных материалов с различными коэффициентами преломления. В этом случае, имеется возможность улучшить отражающую способность и устранить рассеивающийся компонент светового потока, который проходит через полимер и рассеивается к соседнему элементу. Таким образом, имеется возможность направить свет в желаемом направлении. Для достижения вышеупомянутых эффектов, по меньшей мере, один тип полимерного материала, обладающего меньшим светопоглощением, включен в смолу в качестве основного материала, т.е., в кремнийорганическую смолу, согласно варианту 1 осуществления изобретения. Если герметизирующий элемент 26 содержит светоотражающий материал, то увеличивается коэффициент отражения герметизирующего элемента 26. Кроме того, если герметизирующий элемент 26 включает прозрачные частицы, то, соответственно, отражение прозрачными частицами может обеспечить низкое светопоглощение и низкие световые потери покрывающего элемента. Другими словами, выходящий свет от светодиодных чипов, отражается элементом 26, который покрывает периферию светодиодных чипов, и направляется к светодиодным чипам или светопроницаемому элементу 15. Герметизирующий элемент 26 может содержать один тип полимера, например, кремнийорганическую смолу. Например, может использоваться двухкомпонентная кремнийорганическая смола, состоящая из основного компонента и отвердителя.
2
2
2
5
2
3
2
Светоотражающий материал 2, включенный в герметизирующий элемент или покрывающий элемент 26 является материалом, выбранным из группы, содержащей оксиды Ti, Zr, Nb, Al и Si, или, по меньшей мере, одним материалом, выбранным из группы, содержащей AlN и MgF. Конкретно, светоотражающий материал 2 является, по меньшей мере, одним материалом, выбранным из группы, содержащей TiO, ZrO, NbO, AlO, MgF, AlN и SiO. Предпочтительно, чтобы светоотражающий материал, включенный в вышеупомянутый элемент 26, в частности, в прозрачный полимер, являлся материалом, выбранным из группы, содержащей оксиды Ti, Zr, Nb и Al, в частности, в качестве прозрачных частиц. В этом случае, прозрачность и отражающая способность светоотражающего материала, и разность коэффициентов преломления светоотражающего материала и основного материала увеличивается. Покрывающий элемент может быть формованным элементом, который сформирован из вышеупомянутых светоотражающих материалов. Конкретно, покрывающий элемент может быть пористым материалом, например, агрегированным элементом или спеченным элементом из вышеупомянутых частиц, сгруппированных вместе. Кроме того, покрывающий элемент может быть формованным элементом, сформированным с использованием гель-золь процесса. Покрывающий элемент из такого пористого материала является предпочтительным. Причина состоит в том, что, так как разность коэффициентов преломления вышеупомянутого светоотражающего материала и воздуха внутри пор может быть большим, то может быть улучшена светоотражающая способность покрывающего элемента. Если сравнивать покрывающим элемент из пористого материала и покрывающий элемент, который включает основной материал, например, вышеупомянутый полимер, то они, вероятно, будут отличаться по формуемости, герметизирующим свойствам и воздухонепроницаемости. При условии, что светоизлучающее устройство включает покрывающий элемент, содержащий любой или оба материала, предпочтительно, чтобы покрывающий элемент содержал вышеупомянутый основной материал. К тому же, с учетом особенностей обоих типов покрывающих элементов, покрывающий элемент может быть комбинированным формованным элементом, сформированным из обоих типов покрывающих элементов. Например, сформированный покрывающий элемент желаемой формы пропитывают смолой со стороны внешней поверхности таким образом, чтобы смола проникала через внешнюю поверхность в глубину покрывающего элемента. В этом случае, сформированный таким образом покрывающий элемент может герметизировать светоизлучающие приборы, улучшать воздухонепроницаемость и обеспечивать высокие характеристики отражения на стороне внутренней поверхности, являющейся стороной светоизлучающего прибора, которая обладает пористостью. Покрывающий элемент или герметизирующий элемент, или изолирующий элемент, входящий в состав покрывающего элемента, не обязательно полностью или герметично уплотняют светоизлучающие приборы. Внутренние участки покрывающего элемента или изолирующего элемента могут взаимодействовать с внешней стороной. Покрывающий элемент или изолирующий элемент могут быть прозрачными как воздух. Покрывающий элемент или изолирующий элемент должны только, по меньшей мере, предотвращать рассеяние светового потока, в частности, предотвращать рассеяние светового потока в направлении светоизлучения.
В покрывающем элементе, в вышеупомянутом основном материале которого содержится светоотражающий материал, длина рассеяния света изменяется в соответствии с концентрацией или плотностью светоотражающего материала. В связи с этим, предпочтительно, чтобы концентрация или плотность регулировались в соответствии с формой и размером светоизлучающего устройства. Например, если светоизлучающее устройство является относительно небольшим, то желательно, чтобы толщина покрывающего элемента, который покрывает светоизлучающий прибор и светопроницаемый элемент, была малой. Другими словами, предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство включало светопроницаемый элемент с высокой концентрацией светоотражающего материала, чтобы дать возможность тонкому элементу устранить рассеяние света. С другой стороны, если высокая концентрация светоотражающего материала в основном материале усложняет производство при проведении производственных процессов таких, как подготовка основного материала покрывающего элемента, содержащего светоотражающий материал, нанесение и формирование основного материала, то концентрация светоотражающего материала в основном материале может быть, соответствующим образом, отрегулирована. Хотя был описан покрывающий элемент, который включает основной материал, то же самое относится к вышеупомянутому пористому элементу. К примеру, согласно писанному ниже сравнительному эксперименту, достаточно того, чтобы концентрация составляла не менее 30 мас.% и толщина составляла не менее 20 мкм. Эти диапазоны могут обеспечить испускаемый от светоизлучающей поверхности свет высокой яркости с острой направленностью. Кроме того, если концентрация светоотражающего материала является высокой, свойства рассеяния тепла могут быть улучшены. В качестве другого примера, концентрация светоотражающего материала в кремнийорганической смоле может составлять не менее 20 мас.% и не более 30 мас.%. Этот диапазон является предпочтительным, поскольку смола может иметь соответствующую вязкость, и могут легко формироваться области, не полностью заполненные герметизирующим элементом или покрывающим элементом 26.
Покрываемая область
Как описывалось ранее, выходящий свет от светоизлучающих приборов 10 проходит принимающую свет поверхность 15b светопроницаемого элемента 15, распространяется в светопроницаемом элементе 15 и затем выходит от светоизлучающей поверхности 15а. Таким образом, следующие этапы и рабочие эффекты можно обеспечить, покрывая герметизирующим элементом 26, по меньшей мере, боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15. Во-первых, имеется возможность предотвратить рассеяние света от областей боковой поверхности 15с. Во-вторых, имеется возможность устранить излучение света, направленное наружу со стороны боковой поверхности 15с, при значительном различии цвета со светоизлучением от светоизлучающей поверхности 15а, и поэтому уменьшить неравномерность цвета всего испускаемого света. В-третьих, поскольку внешняя область светоизлучения ограничивается, за счет отражения света, идущего к боковым поверхностям 15с, к стороне для выхода света, имеется возможность улучшить направленность испускаемого света и увеличить яркость светоизлучающей поверхности 15а. В-четвертых, поскольку тепло, генерируемое светопроницаемым элементом 15, подводится к герметизирующему элементу 26, имеется возможность улучшить свойства рассеяния тепла светопроницаемого элемента 15. Если светопроницаемый элемент 15 содержит элемент, преобразующий длину волны, эта конфигурация является весьма эффективной, поскольку элемент, преобразующий длину волны, генерирует большое количество тепла.
Так как герметизирующий элемент 26 покрывает боковую поверхность 15с, примыкающую к светоизлучающей поверхности 15а светопроницаемого элемента 15, т.е., сторону боковой поверхности 15с, которая продолжается параллельно направлению толщины, и светоизлучающая поверхность 15а не покрыта герметизирующим элементом 26, форма внешней поверхности герметизирующего элемента 26 конкретно не ограничивается. Например, герметизирующий элемент 26 может формироваться, выступающим наружу относительно светоизлучающей поверхности 15а (этот вариант осуществления изобретения) или быть установленным заподлицо (вариант 3 осуществления изобретения). С другой стороны, в варианте 1 осуществления изобретения, как показано на фиг.1, внешняя поверхность герметизирующего элемента 26 формируется, продолжаясь по светоизлучающей поверхности 15а, другими словами, непокрытая поверхность области, покрываемой герметизирующим элементом 26, является по существу, компланарной со светоизлучающей поверхностью 15а. Соответственно, имеется возможность облегчить производство и повысить выходную световую мощность. К тому же, поскольку боковая поверхность 15с, по существу, полностью покрыта, имеется возможность улучшить свойства рассеяния тепла светопроницаемого элемента 15.
В варианте 1 осуществления изобретения герметизирующий элемент 26 покрывает одну часть принимающей свет поверхности 15b, так же как и боковую поверхность 15с светопроницаемого элемента 15. А именно, как показано на фиг.1, пространство между светопроницаемым элементом 15 и подложкой со слоем межсоединений 9 заполнено герметизирующим элементом 26 таким образом, чтобы периферии светоизлучающих приборов 10 были покрыты герметизирующим элементом 26. А именно, герметизирующий элемент 26 покрывает одну область принимающей свет поверхности 15b светопроницаемого элемента 15 кроме областей, которые обращены к светоизлучающим приборам 10. При этой конфигурации обеспечиваются области оптического соединения между светоизлучающими приборами 10 и светопроницаемым элементом 15, и на принимающей свет поверхности светопроницаемого элемента обеспечивается область, покрываемая герметизирующим элементом 26. В результате, может ограничиваться прохождение света через оптически соединенные области таким образом, чтобы первичный свет от светоизлучающих приборов 10 мог с высокой эффективностью направляться от оптически соединяющих областей к стороне светопроницаемого элемента 15. Также в покрываемых областях свет, который проходит к стороне принимающей свет поверхности светопроницаемого элемента, отражается герметизирующим элементом 26 к стороне для выхода света. Соответственно, имеется возможность исключить потери первичного света, который входит в светопроницаемый элемент. Такие потери могут происходить в результате поглощения света подложкой со слоем межсоединений 9 и т.п. Если несколько светоизлучающих приборов 10 соединяются с одним светопроницаемым элементом 15, как показано на фиг.1 или т.п., предпочтительно, чтобы пространство между светоизлучающими приборами также было заполнено герметизирующим элементом 26 таким образом, чтобы герметизирующий элемент 26 покрывал разделяющие области, расположенные между областями соединения принимающей свет поверхности 15b со светоизлучающими приборами. Светопроницаемый элемент 15, вероятно, будет сохранять генерируемое тепло непосредственно выше областей соединения, к которым присоединены светоизлучающие приборы 10. Эта конфигурация может улучшить рассеяние тепла в вышеупомянутых разделяющих областях. Кроме того, предпочтительно, чтобы светопроницаемый элемент 15 имел выступающие области, которые выступают наружу относительно светоизлучающих приборов 10, и выступающие области на стороне принимающей свет поверхности 15b были покрыты герметизирующим элементом 26, как описано выше. Причина состоит в том, что эта конфигурация облегчает рассеяние тепла к внешним перифериям светопроницаемого элемента 15 и светоизлучающего прибора 10. Поскольку увеличены покрываемые области светопроницаемого элемента 15, которые покрывает герметизирующий элемент 26, имеется возможность дополнительно улучшить рассеяние тепла от светопроницаемого элемента 15.
Дополнительный элемент
Также к светоотражающему материалу 2 и светопреобразующему элементу могут быть добавлены соответствующие элементы, например, загуститель к покрывающему или герметизирующему элементу 26, и светопроницаемый элемент 15, в соответствии с применением. Таким образом, может быть предложено светоизлучающее устройство, которое обеспечивает светоизлучение требуемого цвета и характеристики направленности, к тому же, эти элементы или поверхности устройства, например, внешняя поверхность покрывающего элемента, могут иметь цвет, например, могут быть покрашены в черный цвет для увеличения контраста с окружающей средой. Аналогично, могут быть добавлены пигменты различных типов в качестве фильтрующего материала, который обеспечивает эффект фильтра, отсекая от светоизлучающих приборов свет, входящий извне, и свет с неподходящей длиной волны.
Адгезив
На границе между светоизлучающим прибором 10 и светопроницаемым элементом 15 помещен адгезив 17 для того, чтобы светоизлучающий прибор 10 и светопроницаемый элемент 15 были закреплены. Адгезив 17, предпочтительно, составлен из материала, который может эффективно направлять свет, испускаемый светоизлучающим прибором 10, в сторону светопроницаемого элемента 15 и может оптически соединять светоизлучающий прибор 10 и светопроницаемый элемент 15 друг с другом. Примером адгезива, используемого для вышеупомянутых элементов, может являться полимерный материал. Например, используется прозрачный адгезив такой, как кремнийорганическая смола. Кроме того, светоизлучающий прибор 10 и светопроницаемый элемент 15 могут быть закреплены друг с другом посредством кристаллизационной адгезии, термокомпрессионной сварки или т.п.
Светоизлучающее устройство
Вышеупомянутые светоизлучающие приборы 10 смонтированы на подложке со слоем межсоединений 9 методом флип-чип. Вышеупомянутый светопроницаемый элемент и покрывающий элемент расположены на светоизлучающих приборах 10 и подложке со слоем межсоединений 9. Таким образом, обеспечивается демонстрационное светоизлучающее устройство 1, показанное на фиг.1. В качестве примера описан способ изготовления светоизлучающего устройства, а именно, способ изготовления со ссылкой на фиг.3. Первоначально, как показано на фиг.3(а), в соответствии со схемой монтажа методом флип-чип формируют контактные выводы 24 на подложке со слоем межсоединений 9 или на светоизлучающих приборах 10. Впоследствии, светоизлучающие приборы 10 методом флип-чип монтируются посредством контактных выводов 24. В указанном примере один светодиодный чип размещен в области, предназначенной для одного светоизлучающего устройства. Однако количество установленных чипов может, соответственно, изменяться в зависимости от размера светоизлучающей поверхности и размера светопроницаемого элемента. Кроме того, светоизлучающие приборы 10 могут быть установлены посредством эвтектического сцепления. В этом случае область соединения между подложкой со слоем межсоединений 9 и светоизлучающим прибором 10 может быть большой, чтобы облегчить рассеяние тепла. В результате чего, имеется возможность улучшить рассеяние тепла.
Кроме того, в процессе изготовления, представленном на фиг.3(b), кремнийорганическую смолу, являющуюся адгезивом 17, наносят на сторону задней поверхности светоизлучающего прибора 10 (на заднюю поверхность сапфировой подложки или на непокрытую поверхность нитридного полупроводника, если подложка удалена методом LLO), и светопроницаемый элемент 15 ламинируют на светоизлучающий прибор 10. Впоследствии, кремнийорганическая смола 17 термоотверждается, в результате чего, светоизлучающие приборы 10 и светопроницаемый элемент 15 приклеиваются друг к другу.
Кроме того, в процессе изготовления, показанном на фиг.3(с) выполняется трафаретная печать. При трафаретной печати, на подложке со слоем межсоединений 9 размещают металлическую маску. Наносят смолу для формирования герметизирующего элемента 26 и размазывают резиновым скребком. С помощью резинового скребка тонкий слой смолы наносят на поверхность светопроницаемого элемента 15 так, чтобы поверхность формирующегося герметизирующего элемента 26 продолжалась по поверхности светопроницаемого элемента 15, другими словами, так, чтобы обе поверхности были, по существу, компланарными. Альтернативно, поверхность герметизирующего элемента 26 после заливки смолы 26 может быть сглажена под собственным весом без использования резинового скребка. Альтернативно, герметизирующий элемент 26 может быть сформирован литьевым формованием. После отверждения смолы 26 металлическую маску удаляют, и смолу и подложку со слоем межсоединений разрезают в заданных местах (например, по пунктирным линиям на фиг.3(с)), нарезая по размеру платы.
Тем не менее, способ размещения смолы 26, которая покрывает периферии светоизлучающих приборов 10, конкретно не ограничивается. Например, может быть сформирован блок, являющийся каркасным элементом, который формирует границы области размещения смолы 26, и может быть заполнен смолой 26. Каркасный элемент может быть удален после того, как светоизлучающее устройство сформировано. Альтернативно, каркасный элемент можно оставить, если требуется сохранение каркасного элемента в связи с мягкостью смолы, заполняющей внутреннее пространство каркасного элемента. Каркасный элемент образует контур светоизлучающего устройства и может увеличить прочность светоизлучающего устройства. Кроме того, для упрощения процесса подложка со слоем межсоединений может иметь впадину. Также светоизлучающий прибор может быть установлен непосредственно в светоизлучающем устройстве в заданном монтажном положении. Другими словами, плата может быть устранена. Кроме того, каждая из вышеупомянутых монтажных плат, отделенных друг от друга, может быть светоизлучающим устройством. Альтернативно, может быть приклеена линза или т.п., уплотняющая каждую из вышеупомянутых монтажных плат. В этом случае, каждая плата с линзой может являться светоизлучающим устройством.
Вариант 2 осуществления изобретения
В варианте 2 осуществления изобретения светоизлучающие приборы 10 размещены относительно светопроницаемого элемента 15 в другом иллюстративном расположении. На фиг.4 представлен схематичный вид в сечении светоизлучающего устройства 20 согласно варианту 2 осуществления изобретения. В светоизлучающем устройстве 20, представленном на фиг.4, боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15 являются, по существу, компланарными с концевыми поверхностями 33 светоизлучающих приборов 10, другими словами, боковые поверхности светопроницаемого элемента 15 и светоизлучающего прибора 10 являются, по существу, компланарными. Это размещение может предотвратить неравномерность цвета, которая из-за недостаточного количества света от светоизлучающего прибора, вероятно, произойдет на участке, где светопроницаемый элемент выступает относительно прибора согласно предшествующему варианту 1 осуществления изобретения, т.е., на внешних периферийных участках светопроницаемого элемента. В этом описании словосочетание «по существу, компланарный» относится к приблизительно компланарному, с точки зрения вышеупомянутых функций. Например, под словосочетанием «по существу, компланарный» подразумевается, что отклонение размера светопроницаемого элемента или светоизлучающего прибора компланарного светоизлучающего устройства может составлять ±10%. Словосочетание «по существу, компланарным» относится не только к светопроницаемому элементу со светоизлучающим прибором, а также указанное словосочетание может относиться к светоизлучающей поверхности светопроницаемого элемента с внешней поверхностью покрывающего элемента, который изолирует светоизлучающую поверхность.
Вариант 3 осуществления изобретения
На фиг.5 показан схематичный вид в разрезе светоизлучающего устройства 30 согласно варианту 3 осуществления изобретения. В светоизлучающем устройстве 30, представленном на фиг.5, светопроницаемый элемент 15 ламинирует светоизлучающие приборы 10 частично, другими словами, боковая поверхность 15с светопроницаемого элемента 15 не доходит до концевой поверхности 33 светоизлучающего прибора 10.
В схемах размещения, показанных на фиг.1 (вариант 2 осуществления изобретения), на фиг.4 (вариант 3 осуществления изобретения) и на фиг.5 (указанный вариант осуществления изобретения), периферия светоизлучающей поверхности 15а покрыта герметизирующим элементом 26 в плане со стороны для выхода света. Соответственно, от внешних областей герметизирующего элемента 26, содержащего светоотражающий материал 2, свет не испускается. Другими словами, область светоизлучения светоизлучающего устройства, по существу, зависит от светоизлучающей поверхности 15а светопроницаемого элемента 15. При размещении согласно варианту осуществления изобретения 1, показанном на фиг.1, величина светового потока и выходная световая мощность светоизлучающего устройства могут быть увеличены, поскольку светоизлучающая поверхность 15а может быть большой по сравнению со светоизлучающим прибором. В примере согласно этому варианту осуществления изобретения, показанном на фиг.5, область светоизлучения уменьшена и светоизлучающая поверхность является небольшой по сравнению со светоизлучающим прибором. Соответственно, при этом возможно дальнейшее сглаживание соотношения смешиваемых цветов, по существу, до постоянного. Поэтому, дополнительно можно уменьшить неравномерность цвета испускаемого света. Кроме того, так как область светоизлучения уменьшена, можно увеличить относительную яркость. К тому же, размещение, показанное на фиг.4, является своего рода средним размещением между примерами размещений, показанных на фиг.1 и фиг.5. Поэтому, можно сбалансировать световой поток/яркость и распределение цвета испускаемого света.
Вариант 4 осуществления изобретения
Кроме того, важно, чтобы герметизирующий элемент 26 был размещен, по меньшей мере, на периферии светоизлучающей поверхности 15а светопроницаемого элемента 15, другими словами, герметизирующий элемент 26 был сформирован в поверхностном контакте с боковыми поверхностями 15с, чтобы ограничить область светоизлучения светоизлучающего устройства светоизлучающей поверхностью 15а. Другие области, покрываемые герметизирующими элементами 26, конкретно не ограничены. Светоизлучающее устройство 40 согласно варианту 4 осуществления изобретения отличается от устройств согласно вариантам 1-3 осуществления изобретения, с точки зрения области, покрываемой герметизирующим элементом 26 для изоляции светоизлучающего прибора 10. На фиг.6 представлен схематичный вид в сечении светоизлучающего прибора 40 согласно варианту 4 осуществления изобретения. В светоизлучающем устройстве 40 другие структуры, кроме области, покрываемой герметизирующим элементом 26b, по существу, подобны структурам согласно вариантам 1-3 осуществления изобретения, и поэтому подобные компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и их описание опущено.
Область, покрываемая герметизирующим элементом 26b, согласно варианту 4 осуществления изобретения для изоляции светоизлучающего прибора 10 отличается от покрываемых областей согласно вариантам 1-3 осуществления изобретения. Таким образом, герметизирующий элемент 26b покрывает только внешние участки, отдаленные от концевых поверхностей 33 светоизлучающих приборов 10. Соответственно, непокрытые участки, которые не изолированы от оптически соединяющих частей и электрически и физически соединяющих частей, разделены промежутками. Оптически соединяющие части поверхностей светоизлучающего прибора подсоединены к вышеупомянутому светопроницаемому элементу. Электрически и физически соединяющие части светоизлучающих приборов электрически и физически подсоединены к подложке со слоем межсоединений. Герметизирующим элементом 26b не заполняют промежуточные области между двумя или более светоизлучающими приборами 10 для того, чтобы сформировать полые участки. В частности, в примере, показанном на фиг.6, герметизирующий элемент 26b вне светоизлучающих приборов 10 отдален от концевых поверхностей 33 светоизлучающих приборов 10. А именно, герметизирующий элемент 26b размещен со стороны концевых поверхностей 33 светоизлучающих приборов 10, по существу, параллельно концевым поверхностям 33, и расположен на расстоянии от концевых поверхностей 33. Следовательно, светоизлучающий прибор 10 изолирован светопроницаемым элементом 15 и подложкой со слоем межсоединений 9 в вертикальном направлении и герметизирующим элементом 26b в горизонтальном направлении. Таким образом, посредством указанных изолирующих элементов сформировано внутреннее пространство и сформированы впадины на перифериях светоизлучающих приборов 10. Предпочтительно, чтобы покрывающий элемент был сформирован как изолирующий элемент, который изолирует боковую область принимающей свет поверхности светопроницаемого элемента и светоизлучающих приборов и покрывает участки подложки со слоем межсоединений, или был размещен на подложке со слоем межсоединений, как описывалось выше. Кроме того, предпочтительно, чтобы покрывающий элемент был расположен на расстоянии от светоизлучающих приборов, чтобы посредством изолирующих элементов формировалась внутренняя область, как описывалось в этом варианте осуществления изобретения. Как проиллюстрировано, в этом случае предпочтительно, чтобы изолирующий элемент был сформирован как внешний корпусной элемент, который включает светопроницаемый элемент, как окно изолирующего элемента, и светоизлучающую поверхность внешнего корпусного элемента, т.е., сформирован как внешний корпусной элемент, светоизлучающая поверхность которого размещена на стороне передней поверхности в направлении выхода света.
В случае вышеупомянутой конфигурации, т.е., когда внутренняя область сформирована вышеупомянутым изолирующим элементом, имеется возможность устранить потери света, вызванные изоляцией вышеупомянутой непокрытой части светоизлучающего прибора (например, поглощением герметизирующим элементом света). Таким образом, имеется возможность увеличить световой поток на вышеупомянутом оптически соединяющем участке. В результате, светоизлучающее устройство может иметь высокую выходную световую мощность и яркость. В этом случае предпочтительным является увеличение разницы между коэффициентом преломления вышеупомянутого внутреннего пространства и коэффициентом преломления светоизлучающего прибора, в связи с чем, вышеупомянутое внутреннее пространство герметично уплотнено, обеспечивая большую разницу между коэффициентом преломления устройства и коэффициентом преломления воздуха или газа на выступающей части. Кроме того, если несколько светоизлучающих приборов оптически соединяются с одним светопроницаемым элементом, предпочтительно, чтобы между приборами были сформированы аналогичные полые участки. Кроме того, когда светоизлучающая поверхность светопроницаемого элемента является достаточно большой, по сравнению с вышеупомянутым светоизлучающим прибором или его оптически соединяющим участком, можно надлежащим образом использовать вышеупомянутые основные материалы светопроницаемого элемента и покрывающего элемента, например, полимер. В этом случае, принимающая свет поверхность светопроницаемого элемента имеет оптически соединяющую область, которая соединяется с прибором, и имеется соединяющая область заполняющего элемента, который заполняет внутреннее пространство, соединенное с прозрачным элементом. Соответственно, имеется путь, по которому свет от устройства входит в вышеупомянутый заполняющий элемент, в дополнение к пути, по которому свет от устройства непосредственно входит в оптически соединяющую область. В результате, свет может входить в светопроницаемый элемент через соединяющую область заполняющего элемента. Поэтому, светоизлучающая поверхность может быть больше, чем устройство. К тому же, герметизирующий элемент 26b имеет простую форму. Соответственно, также имеется возможность предложить светоизлучающее устройство 40, в котором герметизирующий элемент 26b изготовлен отдельно от светопроницаемого элемента 15 и соединен со светопроницаемым элементом 15.
Пример 1
2
Чтобы оценить преимущества характеристик светоизлучения светоизлучающих устройств согласно вариантам осуществления изобретения, приводятся следующие примеры. Как показано на фиг.1, светоизлучающее устройство 1 согласно примеру 1 включает один светопроницаемый элемент 15 и два светодиодных чипа, имеющих, приблизительно, квадратную форму размером около 1 мм × 1 мм. Герметизирующий элемент 26 покрывает участки светопроницаемого элемента 15 и светоизлучающего прибора 10. Светопроницаемый элемент 15 имеет форму пластины. Светоизлучающая поверхность 15а и принимающая свет поверхность 15b, противоположная светоизлучающей поверхности 15а, имеют прямоугольную форму размером около 1,1 мм × 2,2 мм. К тому же, толщина составляет 150 мкм. Кроме того, герметизирующий элемент 26 сформирован из кремнийорганической смолы, содержащей частицы TiO. Как показано на фиг.1, герметизирующий элемент 26 сформирован так, что покрывает периферийные участки светоизлучающей поверхности 15а, а именно, боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15 в плане со стороны для выхода света светоизлучающего устройства 1, и продолжается в одной плоскости до светоизлучающей поверхности 15а. Таким образом, в светоизлучающем устройстве 1 светоизлучающая поверхность 15а выполняет функцию основной светоизлучающей поверхности, и периферия светоизлучающей поверхности 15а покрыта герметизирующим элементом 26, чтобы устранить направленное наружу от покрывающих областей светоизлучение. Светопроницаемый элемент 15 покрывает оптически соединяющие области принимающей свет поверхности 15b, соединенной со светоизлучающими приборами 10, и заполняет пространство между подложкой со слоем межсоединений 9 и светопроницаемым элементом 15, чтобы изолировать боковые поверхности и монтажную сторону светоизлучающего прибора 10.
Сравнительный пример 1
На фиг.7 представлен схематичный вид в сечении светоизлучающего устройства 200, согласно сравнительному примеру 1. Светоизлучающее устройство 200 имеет область, покрываемую герметизирующим элементом 26 для изоляции светопроницаемого элемента 15, что является единственным существенным отличием от светоизлучающего устройства 1, выполненного согласно примеру 1. А именно, светопроницаемый элемент 15 выступает вверх от поверхности герметизирующего элемента 26. Боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15 не покрыты герметизирующим элементом 26. Таким образом, снаружи боковые поверхности 15с непокрыты.
Как описывалось выше, что касается способов изготовления светоизлучающего устройства согласно примеру 1 и сравнительному примеру 1, то в примере 1 после того, как светопроницаемый элемент 15 ламинирован, светопроницаемый элемент 15 покрывают герметизирующим элементом 26, в то время как в сравнительном примере 1 после того, как герметизирующий элемент 26 предварительно сформирован, светопроницаемый элемент 15 присоединяют к герметизирующему элементу 26. Таким образом, герметизирующий элемент 26 согласно сравнительному примеру 1 не покрывает боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15, другими словами, боковые поверхности 15с снаружи непокрыты. В результате, в светоизлучающем устройстве 200 согласно сравнительному примеру 1, когда выходящий от светоизлучающих приборов 10 свет проходит через принимающую свет поверхность 15b светопроницаемого элемента 15, выходящий свет распространяется в светопроницаемом элементе 15, затем выходит от непокрытых боковых поверхностей 15с и светоизлучающей поверхности 15а. А именно, светопроницаемый элемент 15 светоизлучающего устройства 200 имеет конфигурацию, подобную светоизлучающему устройству 100, показанному на фиг.10, другими словами, выходящий от светопроницаемого элемента 15 свет испускается не только от светоизлучающей поверхности 15а, а также и со стороны боковых поверхностей 15с. Поэтому визуально заметна разница по цвету света, испускаемого от светоизлучающей поверхности 15а, и света, испускаемого от боковой поверхности 15с.
Далее описывается световой поток, яркость и свойства распределения цветности светоизлучающих устройств согласно примеру 1 и сравнительному примеру 1.
Что касается светового потока, максимальные величины в примере 1 и в сравнительном примере 1 составляют 167 [лм] (цветность ФY составляет около 0,339) и 166 [лм] (цветность ФY составляет около 0,322), соответственно. Соответственно, характеристики светового потока в примере 1 и сравнительном примере 1, по существу, одинаковы. Поэтому, установлено, что при покрытии боковой поверхности 15b светопроницаемого элемента 15 герметизирующим элементом 26 согласно примеру 1, практически, отсутствует эффект отсекания света.
2
2
2
2
Что касается яркости, то в примере 1 максимальная яркость и усредненная величина средней яркости светоизлучения составляет 6086 [кд/см] и 3524 [кд/см], соответственно, в то время как в сравнительном примере максимальная яркость и усредненная величина средней яркости светоизлучения составляет 3952 [кд/см] и 2500 [кд/см], соответственно. Таким образом, в примере 1 яркость улучшена примерно на 40% относительно сравнительного примера 1. На фиг.8 показаны свойства распределения цветности светоизлучающих устройств согласно примеру 1 и согласно сравнительному примеру 1. Как в примере 1, так и в сравнительном примере 1, относительная максимальная величина цветовой температуры находится в области небольшого угла обзора, т.е., на оптической оси. Цветовые температуры снижаются, когда абсолютная величина угла выхода света возрастает. Однако в сравнительном примере 1 имеется заметное отличие цветовой температуры при большем угле от цветовой температуры при меньшем угле. А именно, цвет света при большем угле и цвет света при меньшем угле отличаются настолько, что воспринимается неравномерность цвета. В примере 1 разница цветовых температур является весьма незначительной, относительно сравнительного примера 1. В сравнительном примере 1 цветовая температура изменяется резко в зависимости от величины угла обзора, притом, что относительная максимальная величина цветовой температуры лежит на оптической оси, а в примере 1 цветовая температура изменяется плавно в зависимости от величины угла обзора. Другими словами, в примере 1 при всех углам обзора цветовая температура изменяется мало, поэтому неравномерность цвета значительно снижается. Поскольку, независимо от светового потока выходящего света, в выходящем свете в поперечном направлении наблюдается в большей или меньшей степени неравномерность цвета светоизлучения всего светоизлучающего устройства, предпочтительно, чтобы герметизирующий элемент 26 направлял компонент света, проходящего в поперечном направлении, к стороне светоизлучающей поверхности 15а, как описывалось выше. Преимущества герметизирующего элемента 26, с точки зрения яркости, будут рассмотрены ниже.
В светоизлучающем устройстве, в котором покрыты боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15 согласно настоящему изобретению (далее иногда называемым устройством «покрытого типа») при увеличении толщины светопроницаемого элемента 15, соответственно, увеличивается область, покрываемая герметизирующим элементом 26 для изоляции боковой поверхности 15с. Как описывалось выше, практически, отсутствует какое-либо влияние светопоглощения герметизирующим элементом 26, покрывающим боковые поверхности. Соответственно, даже при увеличении толщины светопроницаемого элемента 15, компонент света, идущий в направлении толщины, направляется к стороне светоизлучающей поверхности 15а. В результате, от светоизлучающего устройства наружу свет испускается, по существу, только через светоизлучающую поверхность 15а. Таким образом, яркость света от светоизлучающей поверхности 15а не зависит от толщины светопроницаемого элемента 15, и в любой случае может быть, по существу, постоянной.
С другой стороны, в светоизлучающем устройстве, описанном в сравнительном примере 1, в котором боковые поверхности 15с светопроницаемого элемента 15 непокрыты (далее иногда называемым устройством «непокрытого типа»), при увеличении толщины светопроницаемого элемента 15, увеличивается пропорция компонента света, выходящего от боковых поверхностей или света, выходящего от боковых поверхностей. Другими словами, пропорция света, испускаемого от поверхности для выхода света, являющейся стороной для выхода света, уменьшается. Таким образом, яркость света, выходящего от поверхности для выхода света, уменьшается.
Была проведена верификация, чтобы верифицировать пропорцию выходящего света от светоизлучающей поверхности 15а и пропорцию выходящего света от обеих боковых поверхностей 15с имеющего форму пластины светопроницаемого элемента, или диапазон толщины светопроницаемого элемента 15, при котором можно эффективно обеспечить увеличение яркости света посредством покрытия боковой поверхности 15с, другими словами, можно эффективно обеспечить отражение света боковой поверхностью 15с, покрытой герметизирующим элементом 26. Предполагая, что свет испускается не от принимающей свет поверхности 15b, являющейся нижней поверхностью как в устройстве покрытого типа, так и в устройстве непокрытого типа, а этот свет равномерно испускается от светоизлучающей поверхности 15а, а также от боковых поверхностей 15с в устройстве непокрытого типа, измеряли яркость света, испускаемого от светоизлучающей поверхности 15а устройств каждого типа ([яркость] = [световой поток]/[область светоизлучающей поверхности]), как представлено на фиг.9. Кроме того, принимая, что общий световой поток в устройстве покрытого типа уменьшается на 10%, по сравнению с устройством непокрытого типа, на графике показано изменение яркости света в соответствии с увеличением соотношения толщины светопроницаемого элемента 15 ([пропорция боковой поверхности] = [область обеих боковых поверхностей]/[область светоизлучающей поверхности]). Принятое здесь уменьшение светового потока, составляющее 10%, является величиной с учетом светопоглощения при отражении герметизирующим элементом 26 в устройстве покрытого типа. Однако, как описывалось выше, светопоглощение герметизирующим элементом 26, фактически, почти не происходит. Величина является оценкой количества световых потерь.
Как показано на фиг.9, в устройстве покрытого типа, поскольку область светоизлучения не зависит от толщины светопроницаемого элемента, яркость является, по существу, постоянной. С другой стороны, в устройстве непокрытого типа, когда увеличивают толщину светопроницаемого элемента, уменьшается количество света, испускаемого от светоизлучающей поверхности. Таким образом, снижается относительная яркость света. Кроме того, толщина светопроницаемого элемента составляет 0,04 мм или пропорция боковой поверхности составляет около 12%, обеспечивая, по существу, одинаковую яркость в устройствах покрытого типа и непокрытого типа. Также при толщине 0,02 мм или пропорции боковой поверхности, составляющей около 5,2%, обеспечивается разность световых потоков 5%. Соответственно, если толщина светопроницаемого элемента больше этой величины, установлено, что яркость света в устройстве покрытого типа выше, чем в устройстве непокрытого типа.
Когда эта оценка применяется к характеристикам яркости света в устройствах, описанных в вышеупомянутом примере 1 и сравнительном примере 1, установлено, что пропорция боковой поверхности, составляющая около 29%, при вышеупомянутой разности световых потоков 5% обеспечивает соотношение яркостей ([яркость устройства непокрытого типа]/[яркость устройства покрытого типа]), составляющее около 134%. Кроме того, по сравнению с соотношением яркостей, составляющим около 141% при разности световых потоков 0%, предшествующий пример 1 отличается от сравнительного примера 1 примерно на 0,01%, и соотношение яркостей в предшествующем примере 1 и сравнительном примере 1 составляет около 141%. Эти значения показывают хорошее согласование друг с другом.
Как описывалось ранее, поскольку сравнительная верификация устройства покрытого типа и устройства непокрытого типа, основанная на вышеупомянутом предположении, показывает хорошее согласование между свойствами, полученными в примере 1 и сравнительном примере 1, установлено, что указанная верификация является эффективной.
Толщина и отражающая способность покрывающего элемента
2
2
2
Что касается светоотражающего материала 2, включенного в герметизирующий элемент 26 светоизлучающего устройства 1 согласно примеру 1, то кремнийорганическая смола содержит TiO, в качестве светоотражающего материала 2, для формирования герметизирующего элемента 26. Отражающая способность герметизирующего элемента 26 и глубина проникновения света, входящего в герметизирующий элемент 26, изменяются в соответствии с содержанием светоотражающего материала в прозрачной смоле и в зависимости от толщины покрывающего элемента 26. Аналогично примеру 1, на керамической подложке формировали, например, пленку Al с высоким коэффициентом отражения и пленку W с низким коэффициентом отражения. Аналогично примеру 1, в кремнийорганическую смолу добавляли частицы TiO (средний диаметр частиц составляет 0,2 мкм) и перемешивали. Материалы покрывающего элемента приготавливали в пропорциях 25 мас.%, 33 мас.% и 50 мас.% TiO по отношению к кремнийорганической смоле. Указанные материалы наносили на вышеупомянутую керамическую подложку. Для нанесения указанных материалов использовали метод центрифугирования при скоростях вращения 2000, 4000 и 6000 об/мин. Смола является термоотверждаемой. Таким образом, изготавливали испытательные образцы. Отражающую способность испытательных образцов, изготовленных из указанных материалов, в эксплуатационных условиях определяли в направлении, перпендикулярном поверхности испытательных образцов. Таким образом, можно оценить вышеупомянутую отражающую способность, вышеупомянутую глубину проникновения света, и т.п.
2
Например, покрывающие элементы, с толщинами 20 мкм и 70 мкм изготавливали из материала, содержащего 50 мас.% TiO, при скоростях вращения центрифуги 6000 и 2000 об/мин. С другой стороны, отражающая способность покрывающих элементов не зависит от разности между коэффициентами отражения Al и W и, по существу, является постоянной. Иначе говоря, при увеличении скорости вращения центрифуги, когда толщина элемента уменьшается, отражающая способность имеет тенденцию немного снижаться. Например, отражающая способность снижается от 94% до 89% при вышеупомянутой скорости вращения центрифуги и толщине элемента.
2
2
2
2
2
2
2
2
Кроме того, если содержание TiO составляет около 25 мас.% и 33 мас.%, разность между коэффициентами отражения вышеупомянутых отражающих пленок Al и W [отражающая способность образца Al] - [отражающая способность образца W] является большой. В частности, указанная разность имеет тенденцию увеличиваться в диапазоне больших скоростей вращения центрифуги. Указанная разность в диапазоне больших скоростей вращения центрифуги для испытательного образца с 33 мас.% TiO меньше, чем для испытательного образца с 25 мас.% TiO. Например, для испытательного образца, содержащего 33 мас.% TiO, и скорости вращения центрифуги 2000 об/мин, почти не существует какой-либо разницы между коэффициентами отражения отражающих пленок из Al и W. К тому же, отражающая способность вышеупомянутого испытательного образца, содержащего 33 мас.% TiO ниже, чем отражающая способность вышеупомянутого испытательного образца с 50 мас.% TiO. Также отражающая способность испытательного образца, содержащего 25 мас.% TiO ниже, чем отражающая способность вышеупомянутого испытательного образца с 33 мас.% TiO. По этой причине содержание отражающего материала может быть не менее 30 мас.%, предпочтительно, не менее 40 мас.% и, предпочтительнее, не менее 50 мас.%. Установлено, что толщина может быть не менее 20 мкм. На основании этого также установлено, что указанная толщина покрывающего элемента является достаточной для изоляции внешних периферийных частей светопроницаемого элемента, для промежутков между светопроницаемым элементом и подложкой со слоем межсоединений, для участков светопроницаемого элемента, выступающих относительно прибора, для непокрытых участков приборов, и для промежутках между приборами.
В светоизлучающем устройстве 1 согласно примеру 1 интервал между противоположными поверхностями светопроницаемого элемента 15 и подложки со слоем межсоединений 9 составляет не менее 100 мкм. Соответственно, если промежуточную область заполняют герметизирующим элементом 26, герметизирующий элемент 26 будет иметь толщину в пределах этого интервала. Следовательно, обеспечивается отражение света к стороне принимающей свет поверхности 15b так, чтобы предотвращалось поглощение света подложкой 9 со слоем межсоединений.
Пример 2
Аналогично светоизлучающему устройству 1, представленному на фиг.6, изготовлено следующим образом устройство, которое включает полые части вокруг светоизлучающих приборов.
Аналогично примеру 1, светоизлучающие приборы смонтированы на подложке со слоем межсоединений и светопроницаемый элемент соединен со светоизлучающими приборами. В этом примере, светопроницаемый элемент по размеру больше подложки со слоем межсоединений и имеет размер около 2,2 мм × 3,2 мм. Светопроницаемый элемент размещен изолированно от подложки со слоем межсоединений. К тому же, светоизлучающие приборы также размещены изолированно от подложки со слоем межсоединений. Впоследствии, согласно примеру 1, смолу покрывающего элемента применяют для покрытия боковых поверхностей подложки со слоем межсоединений, боковых поверхностей и участков принимающей свет поверхности светопроницаемого элемента, и при термоотверждении смолы формируется покрытие. В этом процессе боковые поверхности подложки позволяют смоле выполнять функцию перегородки так, чтобы смола удерживалась, не входя вовнутрь подложки со слоем межсоединений, т.е., внутренние стенки покрывающего элемента сформированы на краях подложки со слоем межсоединений. Смола, покрывающая боковые поверхности подложки извне, покрывает принимающую свет поверхность светопроницаемого элемента, который выступает наружу относительно подложки со слоем межсоединений. Таким образом, формируются полые участки между внутренними стенками смолы и светоизлучающими приборами. В этом примере полые участки имеют такой же размер, как и области подложки со слоем межсоединений, которые выступают относительно светоизлучающих приборов. Ширина выступающих участков подложки со слоем межсоединений и ширина полых участков, сформированных вокруг внешних периферий светоизлучающих приборов, составляет 400 мкм (расстояние от светоизлучающего прибора до внутренней стенки смолы). Таким образом, изготовлено светоизлучающее устройство, которое включает полые участки вокруг светоизлучающих приборов. Для сравнения со светоизлучающим устройством, включающим полые участки, в измененном примере было изготовлено светоизлучающее устройство без полых участков. В измененном примере, в вышеупомянутом процессе отверждения смолы, воздушные пузыри удалялись из смолы для того, чтобы был уменьшен эффект удерживания смолы боковыми поверхностями подложки. В результате, смола перемещается выше подложки со слоем межсоединений и покрывает поверхности светоизлучающего прибора. Смола термоотверждается так, чтобы был сформирован покрывающий элемент без полых участков. Таким образом, изготовлено светоизлучающее устройство согласно измененному примеру.
Оба светоизлучающие устройства согласно указанным двум примерам имеют характеристику светоизлучения ФY, составляющую около 0,37. Световой поток в примере устройства с полыми участками составляет 206,4 лм. Световой поток в примере устройства без полых частей составляет 203,2 лм. Кроме того, что касается соотношения световых потоков до и после нанесения/формирования смолы, другими словами, что касается соотношения светового потока светоизлучающего устройства со светопроницаемым элементом, приклеенным на светоизлучающем приборе на подложке, но без покрывающего элемента, и светового потока светоизлучающего устройства согласно каждому предшествующему примеру с покрывающим элементом, полученным при формировании смолы на светоизлучающем устройстве без покрывающего элемента [световой поток устройства с покрывающим элементом]/[световой поток устройства без покрывающего элемента], то соотношение световых потоков устройства с полыми участками составляет 7,0%, а соотношение световых потоков устройства без полых участков составляет 4,8%. При других значениях ФY наблюдается аналогичная тенденция. Таким образом, устройство с полыми участками имеет улучшенную выходную световую мощность или улучшенную мощность.
Специалист в данной области техники может предположить, что ограничение области светоизлучения путем ограничения части области светоизлучения повлечет за собой нежелательные последствия, в связи с чем, такое ограничение не проводится. Причина состоит в том, что, поскольку явления отражения учащаются, могут происходить потери света, в результате чего, испускаемый световой поток может уменьшаться. Однако, вопреки традиционным представлениям, поскольку светоизлучающее устройство, согласно настоящему изобретению, имеет вышеупомянутую конфигурацию, иначе говоря, даже когда ограничена область светоизлучения, имеется возможность обеспечить высокую яркость светоизлучения, так как устраняется уменьшение светового потока и, кроме того, снижается неравномерность цвета. Этот эффект обеспечивается не только благодаря локализации света герметизирующим элементом, но также обеспечивается синергическим действием светопроницаемого элемента, имеющего форму пластины, который может устранить неравномерное распределение света с преобразованной длиной волны и может эффективно предотвратить возникновение неравномерности цвета. Кроме того, если несколько светоизлучающих приборов размещено под одним светопроницаемым элементом, выполняющим функцию преобразования длины волны, то вблизи участка над каждым светоизлучающим прибором яркость света является высокой и, соответственно, яркость света уменьшается с расстоянием от светоизлучающего прибора. Поэтому имеется тенденцию возникновения неравномерности яркости и неравномерности цвета на светоизлучающей поверхности. Однако, благодаря конфигурации устройства согласно настоящему изобретению, можно уменьшить неравномерность яркости и неравномерность цвета. Поэтому, можно обеспечить, по существу, высокую равномерную яркость светоизлучения на светоизлучающей поверхности. Кроме того, согласно способу изготовления, в соответствии с которым герметизирующий элемент 26 формируют после присоединения светопроницаемого элемента 15, можно поддерживать плотный контакт стороны боковой поверхности светопроницаемого элемента 15 и герметизирующего элемента 26, независимо от величины светопроницаемого элемента 15. Соответственно, имеется возможность улучшить герметизацию светоизлучающих приборов, изолированных светопроницаемым элементом 15 и герметизирующим элементом 26. Поэтому, имеется возможность предложить долговечное светоизлучающее устройство с продолжительным сроком службы. Аналогичный эффект может обеспечить корпус, в котором пространство вокруг светоизлучающего прибора заполнено герметизирующим элементом, и герметизирующий элемент покрывает поверхность светоизлучающего прибора, как описывалось в примере 1.
Пример 3
Кроме того, проводилась сравнительная оценка характеристик термостойкости элементов, которые входят в состав светопроницаемого элемента. Светоизлучающее устройство согласно примеру 3 аналогично светоизлучающему устройству, описанному в примере 1. Таким образом, светопроницаемый элемент 15 сформирован из неорганического материала, а именно, из спеченного элемента YAG. В то же время, в светоизлучающем устройстве согласно сравнительному примеру 2, светопроницаемый элемент 15 содержит органический материал, и получен при формовании кремнийорганической смолы, смешанной с YAG, в полимерный лист. Толщина полимерного листа составляет от около 100 до 150 мкм. В светоизлучающих устройствах согласно примеру 3 и сравнительному примеру 2, все элементы являются аналогичными элементам светоизлучающего устройства согласно примеру 1, за исключением того, что, с вышеупомянутой точки зрения, отличаются друг от друга только материалы светопроницаемых элементов.
Что касается светоизлучающих устройств согласно примеру 3 и сравнительному примеру 2, которые включают вышеупомянутые светопроницаемые элементы, сформированные из спеченного материала YAG и полимерного листа, соответственно, то для оценки их характеристик термостойкости на светоизлучающие устройства подавался электрический ток 700 мА, и устройства непрерывно испускали свет в течение 1000 часов при температуре окружающей среды 85°С. На фиг.11 представлен график, показывающий изменение выходной световой мощности в зависимости от затраченного времени. Кроме того, на фиг.12 представлен график, показывающий изменение величины цветности (ФY) в зависимости от затраченного времени. Как показано на фиг.11, в светоизлучающем устройстве согласно примеру 3, который включает спеченный материал YAG, выходная световая мощность имеет тенденцию увеличиваться с затраченным временем. Затем увеличенная выходная световая мощность сохраняется. По истечении 1000 часов наблюдается увеличение выходной световой мощности на 5%, по сравнению с началом измерения. С другой стороны, в светоизлучающем устройстве согласно сравнительному примеру 2, который включает полимерный лист, выходная световая мощность значительно уменьшается сразу же после начала измерения. Далее не происходит восстановления выходной световой мощности. По истечении 1000 часов наблюдается уменьшение выходной световой мощности на 20% или более, по сравнению с началом измерения.
Кроме того, в светоизлучающем устройстве согласно примеру 3, который включает спеченный материал YAG, как показано на фиг.12, величина цветности (ФY) немного возрастает только вначале измерения. Однако возрастание является незначительным. Кроме того, даже по истечении времени изменение величины цветности является незначительным, и величина цветности становится постоянной. По истечении 1000 часов величина цветности остается увеличенной на 0,003 по сравнению с начальной величиной. С другой стороны, в светоизлучающем устройстве согласно сравнительному примеру 2, который содержит полимерный лист, величина цветности (ФY) значительно возрастает сразу после начала измерения. Затем по истечении времени величина цветности уменьшается. Хотя величина цветности возросла на 0,01, в середине испытания скорость изменения была большой и цветность являлась непостоянной.
На фиг.13 показано состояние светопроницаемого элемента светоизлучающих устройств согласно примеру 3 и сравнительному примеру 2 до проведения испытания на термостойкость. На фиг.14 представлено состояние светопроницаемого элемента светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 2 по истечении 1000 часов испытания на теплостойкость при вышеупомянутых условиях. Оба чертежа являются схематичным видом в плане, на котором показана периферия светопроницаемого элемента 15. Как показано на фиг.14, полимерный лист в качестве светопроницаемого элемента 15 согласно сравнительному примеру 2 сильно поврежден. Ясно видно сильное повреждение, которое выражается вздутием части листа, образовавшимся при деформации листа (деформированный участок 16 светопроницаемого элемента). К тому же, люминофор YAG весьма неравномерно распределен в смоле. Кроме того, появились трещины, продолжающиеся от покрывающего элемента 26 к светопроницаемому элементу 15. В то же время, в светоизлучающем устройстве согласно примеру 3, даже после проведения испытания на термостойкость, форма показанного на фиг.13 светопроницаемого элемента 15, который сформирован из спеченного материала, не изменяется. Кроме того, распределение люминофора YAG не является неравномерным. Таким образом, можно представить, что, даже когда полимерный лист и спеченный материал одинаково покрыты покрывающим элементом 26, свойства рассеяния тепла и тепловые напряжения указанных светопроницаемых элементов отличаются друг от друга. Из вышеупомянутых результатов испытаний следует, что спеченный материал YAG по своим свойствам превосходит полимерный лист.
Промышленное применение
Светоизлучающее устройство и способ изготовления светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению могут быть, соответственно, применены для источника света осветительного оборудования, светодиодного дисплея, источника заднего освещения, сигнального освещения, освещаемого выключателя, различных датчиков, различных индикаторов и т.п.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичный вид в сечении светоизлучающего устройства согласно варианту 1 осуществления изобретения.
Фиг.2 - схематичный вид в сечении светоизлучающего прибора согласно варианту 1 осуществления изобретения.
Фиг.3 - схема способа изготовления светоизлучающего устройства согласно варианту 1 осуществления изобретения.
Фиг.4 - схема способа изготовления светоизлучающего устройства согласно варианту 2 осуществления изобретения.
Фиг.5 - схема способа изготовления светоизлучающего устройства согласно варианту 3 осуществления изобретения.
Фиг.6 - схематичный вид в сечении светоизлучающего устройства согласно варианту 4 осуществления изобретения.
Фиг.7 - схематичный вид в сечении светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 1.
Фиг.8 - график, на котором показано распределение цветности светоизлучения светоизлучающих устройств согласно примеру 1 и сравнительному примеру 1.
Фиг.9 - график, на котором показана зависимость яркости от соотношения боковой поверхности и светоизлучающей поверхности светопроницаемого элемента и угла обзора.
Фиг.10 - вид в сечении традиционного светоизлучающего устройства.
Фиг.11 - график, на котором показана выходная световая мощность устройств, согласно примеру 3 и сравнительному примеру 2, при испытании на термостойкость.
Фиг.12 - график, на котором показана величины цветности светоизлучения устройств, согласно примеру 3 и сравнительному примеру 2, при испытании на термостойкость.
Фиг.13 - схематичный вид в плане, на котором показана периферия светопроницаемых элементов светоизлучающих устройств, согласно примеру 3 или сравнительному примеру 2, перед испытанием на термостойкость.
Фиг.14 - схематичный вид в плане, на котором показана периферия светопроницаемого элемента светоизлучающего устройства, согласно сравнительному примеру 2, после испытания на термостойкость.
Объяснение ссылочных позиций
1, 20, 30, 40… Светоизлучающее устройство
2… Светоотражающий материал
3А… Первый электрод (электрод с плоской контактной поверхностью N-типа)
3В… Второй электрод (электрод с плоской контактной поверхностью P-типа)
5… Подложка для выращивания (сапфировая подложка)
6… Первый слой нитридного полупроводника (слой полупроводника N-типа)
7… Второй слой нитридного полупроводника (слой полупроводника P-типа)
8… Светоизлучающий слой (активный слой)
9… Подложка со слоем межсоединений (плата)
10… Светоизлучающий прибор
11… Полупроводниковая структура
13… Прозрачный электропроводящий слой (прозрачный электрод, ITO)
14… Защитная пленка
15… Светопроницаемый элемент
15а… Светоизлучающая поверхность
15b… Принимающая свет поверхность
15с… Боковая поверхность
16… Деформированный участок светопроницаемого элемента
17… Адгезив (кремнийорганическая смола)
24… Электропроводный элемент
26, 26b… Покрывающий элемент (герметизирующий элемент, полимер)
33… Концевая поверхность
100, 200… Светоизлучающее устройство
102… Светодиод
103… Корпус
104… Боковая поверхность
105А… Поверхность выхода света
110… Слой люминофора
110А… Светоизлучающая поверхность
111… Покрывающий материал
111А… Светоотражающая частица
L1, L2… Свет