СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА НЕГО
COATED LIGHT-EMITTING DEVICE AND METHOD OF COATING SAID DEVICE

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству, содержащему светоизлучающий диод, расположенный на монтажной подложке, причем упомянутое устройство имеет боковую периферийную поверхность и верхнюю поверхность и оптически активный слой покрытия. Также раскрыт способ нанесения такого слоя покрытия на светоизлучающее устройство.
Предпосылки изобретения
Сегодня светоизлучающие устройства высокой мощности, содержащие светоизлучающие диоды (СИД), используются во все увеличивающемся ряде применений в освещении. Обычно для изготовления СИД высокой мощности используются две системы материалов.
InGaN используется для получения эффективных синих СИД.
AlInGaP используется для получения эффективных красных и янтарных СИД.
Обе системы материалов страдают от значительных потерь эффективности, когда состав их материалов изменяют для смещения длины волны излучения от синего к зеленому и от красного к зеленому.
При применении на пути света преобразующих длину волны материалов, таких как флуоресцентные и/или люминесцентные материалы, излученная длина волны может быть приспособлена ко многим специальным длинам волн. СИД, излучающие синий и/или ультрафиолетовый (УФ) свет, являются особенно подходящими в качестве источника света в таких светоизлучающих диодах (или светоизлучающих диодах с преобразованием длины волны) благодаря тому, что преобразующие длину волны материалы обычно поглощают по меньшей мере часть света, излучаемого диодом, и излучают свет, имеющий большую длину волны (красное смещение).
Системы InGaN могут быть объединены с таким преобразующим длину волны материалом, или оптическим компонентом, например, материалом-люминофором, для преобразования части синего света низкой длины волны с высокой энергией в более высокие длины волн низкой энергии. Таким образом, при объединении синего СИД с соответствующими люминофорными телами на СИД могут быть получены белые СИД (т.е. СИД белого свечения) (обычно с использованием люминофоров YAG:Ce), или же синий СИД может быть преобразован в зеленый, желтый, янтарный или красный СИД с использованием подходящих материалов-люминофоров. Это преобразование цвета идет с потерями эффективности (главным образом, потерями на смещение Стокса), но высокая исходная эффективность синих СИД делает даже полное преобразование в янтарный и красный привлекательной альтернативой непосредственно излучающим системам AlInGaP, которые страдают от проблем термической эффективности.
JP 2002353507 раскрывает светоизлучающее тело, в котором флуоресцентное вещество, которое изменяет излучаемый свет на другой цвет, стабилизируют. Это достигается заполнением канавок внутри СИД смолой, содержащей люминофор, в качестве связующего кристаллы агента для стабилизации общего количества смолы.
Традиционная люминофорная технология СИД использует люминофорные пигменты или порошковые частицы, заделанные в смолу поверх СИД. Это ведет, однако, к потерям на обратное рассеяние и технологическим отклонениям. Новая технология использует керамическую люминофорную технологию, названную технологией “Lumiramic” (преобразователь Lumiramic описан в US2005/0269582А1). Данная технология позволяет получать высоко фото- и термостойкие керамические люминофорные пластинки с точно заданными толщиной и геометрией, чтобы соответствовать геометрии СИД, которая обычно представляет собой квадрат 1×1 мм. При регулировании пористости в этих керамических люминофорных телах, или люминофорах, различия длины пути с углом могут быть достаточно разбросаны/рассеяны с обеспечением довольно однородной по углу цветовой характеристики, хотя и с потерей некоторой части света в результате обратного рассеяния к СИД.
Используя технологию Lumiramic, белые СИД могут быть получены (с использованием, например, люминофоров YAG:Ce) за счет частичного преобразования синего света в более высокие длины волн. Также могут быть получены зеленые, янтарные и красные СИД при попытке полностью поглотить синий свет СИД и эффективно преобразовать его в цветовой спектр, соответствующий характеристикам зеленого, янтарного или красного.
Однако, эта люминофорная технология с пластинками требует непренебрежимой толщины люминофорного тела по сравнению с размером СИД. Люминофорное тело обычно имеет толщину порядка 120 мкм при размере 1×1 мм для белого СИД. Это дает в результате значительный вклад в излучение света от четырех боковых поверхностей, или боковых сторон, данного квадратного объема.
Кроме того, сам СИД имеет боковую поверхность с непренебрежимым извлечением света. Чип СИД может быть перевернутым (типа «флип-чип»), где оба вывода расположены на одной и той же стороне чипа. Данная конструкция облегчает размещение преобразующего длину волны тела на светоизлучающей поверхности устройства. В случае СИД-технологии с перевернутым чипом СИД монтируют с подложкой, или светопропускающим телом, на нем. Когда эту подложку, обычно сапфировую, не удаляют, данная сапфировая подложка толщиной обычно 100 мкм также дает значительный вклад в боковую поверхность. Для решения этой проблемы подложка может быть удалена в процессе отслаивания. Все же, пакет слоев СИД на InGaN, состоящий из квантовых ям и анода, катода и отражателя, может иметь толщину порядка 10 мкм и состоит из материалов с высоким показателем преломления, что приводит в результате к значительному волноводному распространению и непренебрежимому боковому излучению.
Связующий слой, соединяющий СИД и люминофор Lumiramic, увеличивает толщину боковой поверхности и обычно имеет толщину 10 мкм.
Примеры связующих материалов включают в себя, например, силиконовую смолу.
Недостатки, относящиеся к излучаемому из боковых (краевых) поверхностей светоизлучающего устройства свету, заключаются в следующем:
С краев СИД и краев связки возникает утечка непреобразованного света, такого как синий свет, из краевых поверхностей. В случае Lumiramic частичного преобразования это может привести к избытку синего света, а также значительным колебаниям потока синего света, имеющимся при больших углах по отношению к направлению нормали, и поэтому снижению цветовой однородности и насыщенности по углу. В частности, колебания толщины слоя, такой как толщина связки, и неточности размещения люминофора, как имеет место при обработке, дают колебания утечки синего света из боковых поверхностей. В случае Lumiramic полного преобразования утечка синего света сильно снижает чистоту цвета зеленого, янтарного или красного СИД. Кроме того, эта утечка света снижает эффективность, так как часть синего света не преобразуется в желаемый цвет.
Преобразование длины волны через боковые края люминофора, которое является иным по спектру по сравнению со спектром преобразования из верхней поверхности люминофора из-за различий в длине пути между светом, излучаемым из боковых сторон и из верхней поверхности. Это является особенно нежелательным для люминофоров полного преобразования, так как неполное преобразование через боковые стороны люминофора снижает чистоту цвета СИД.
Излучение потока света из боковых поверхностей частично (приближенно наполовину) направлено вниз, обратно к монтажной подложке, которая обычно расположена рядом с кристаллом СИД. Обычно такой свет, излучаемый в неправильную сторону, а также свет, излучаемый в направлении вверх, но под большими углами к направлению нормали, трудно эффективно улавливать в оптической системе, объединенной с источником света, такой как коллиматорная оптика, линзы и т.д., и поэтому он, вероятно, снижает эффективность системы. Аналогично, идущий вниз поток света взаимодействует с монтажной подложкой и типично будет частично поглощаться, частично отражаться и обычно меняться в цвете при взаимодействии с поверхностью монтажной подложки. Свет, рассеянный или отраженный от монтажной подложки, также увеличивает площадь СИД-источника и дает посторонний (паразитный) свет, который является нежелательным для требующих протяженности в пространстве критических применений, таких как автомобильное переднее освещение или проекционные СИД-системы.
Увеличенная протяженность в пространстве сравнима с площадью активной поверхности СИД. Это обусловлено увеличенной площадью поверхности люминофора по сравнению с площадью поверхности СИД. Боковые стороны люминофора будут вносить вклад в увеличенную площадь источника, даже если площадь верхней поверхности люминофора сходна с СИД. Это особенно важно в требующих протяженности в пространстве критических применений, таких как автомобильное переднее освещение, модули фото- или видео-вспышек или проекционные СИД-системы.
В заключение, все различные варианты светоизлучающих устройств страдают от недостатков, относящихся к боковым краям Lumiramic и/или связующего слоя и/или кристалла СИД. Эти недостатки связаны, главным образом, с колебаниями цвета или ограниченной чистотой цвета из-за нежелательных спектральных различий между боковым излучением и верхним излучением. Кроме того, имеется излучение светового потока с преобразованием длины волны из боковых поверхностей, частично (приближенно наполовину) направленного вниз и вбок, который трудно эффективно использовать при каком-либо применении. Кроме того, протяженность в пространстве может быть также увеличенной по сравнению с площадью активных поверхностей СИД, что является недостатком в требующих протяженности в пространстве критических применениях, таких как проекционные СИД-системы, автомобильные фары или прожекторы.
В US 2005/0062140 был раскрыт способ нанесения покрытия на светоизлучающее устройство с использованием литейной формы для нанесения материалов со светопреобразующими частицами на СИД-устройство. Однако, данный способ включает в себя специальное устройство для нанесения покрытия и является трудоемким и дорогостоящим.
Таким образом, имеется потребность в светоизлучающем устройстве и способах получения такого светоизлучающего устройства, которое не страдает от нежелательных колебаний или чистоты цвета и потерь эффективности из-за излучения света через боковые края светоизлучающего устройства или дает увеличенную протяженность в пространстве по сравнению с площадью активной поверхности СИД.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является по меньшей мере частичное преодоление указанных проблем и создание светоизлучающего устройства и способа получения такого светоизлучающего устройства, которое не страдает от потери эффективности из-за рассеяния света через боковые поверхности светоизлучающего устройства.
Следовательно, согласно первому аспекту настоящее изобретение предусматривает светоизлучающее устройство 1, содержащее светоизлучающий диод 2, размещенный на монтажной подложке 3. Устройство имеет боковую периферийную поверхность 6 и верхнюю поверхность 8 и оптически активный слой покрытия 7. Этот слой покрытия 7:
- покрывает по меньшей мере часть упомянутой периферийной поверхности 6,
- простирается от монтажной подложки 3 до упомянутой верхней поверхности 8 и
- по существу не покрывает верхнюю поверхность 8.
Когда по меньшей мере часть боковой периферийной поверхности светоизлучающего устройства покрыта оптически активным слоем покрытия от монтажной подложки до верхней поверхности, но по существу не включая верхнюю поверхность, можно контролировать свет, выходящий из боковой поверхности. Таким образом, свет может быть, например, увеличен на верхней поверхности.
В вариантах воплощения изобретения оптически активный слой покрытия выбран из группы отражательного, диффузного, спектрально фильтрующего, люминесцентного и светоблокирующего слоев покрытия и их комбинаций.
Когда такой оптически активный слой покрытия используется для покрытия боковой периферийной поверхности, этот слой покрытия будет становиться отражательным, диффузным, спектрально фильтрующим, люминесцентным или светоблокирующим в соответствии с выбором.
В вариантах воплощения изобретения устройство дополнительно содержит размещенный на светоизлучающем диоде оптический компонент 4, выбранный из группы люминофорного тела, светопропускающего тела и отражающего тела и их комбинаций. В вариантах воплощения изобретения отражающее тело размещено так, что свет будет выходить через по меньшей мере часть боковой периферийной поверхности.
В вариантах воплощения изобретения устройство дополнительно содержит оптический компонент, размещенный на светоизлучающем устройстве.
В вариантах воплощения изобретения слой покрытия является твердым. Боковая периферийная поверхность также может быть покрыта более чем одним слоем покрытия.
В вариантах воплощения изобретения светоизлучающие устройства согласно изобретению могут быть размещены в массивах.
При размещении в массивах светоизлучающих устройств согласно изобретению, имеющих слой покрытия на боковой периферийной поверхности, можно, например, избежать перекрестных помех между отдельными светоизлучающими устройствами. Таким образом, светоизлучающие устройства могут быть адресованы индивидуально.
Массив светоизлучающих устройств также может быть выполнен совместно использующим слой покрытия.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение предусматривает способ нанесения слоя покрытия на по меньшей мере часть боковой периферийной поверхности 6 светоизлучающего устройства 1, содержащего светоизлучающий диод. Способ содержит:
размещение оптически активного слоя покрытия 7 на по меньшей мере части периферийной поверхности 6, причем слой покрытия 7 простирается от подложки 3 до верхней поверхности 8 и по существу не покрывает верхнюю поверхность 8.
Авторы изобретения выяснили, что при использовании способа по настоящему изобретению для покрытия боковой периферийной поверхности, или бокового края, светоизлучающего устройства может быть осуществлен быстрый и простой способ нанесения покрытия. Более того, покрытие устройства может быть получено при использовании капиллярной силы для того, чтобы покрыть боковую периферийную поверхность. Благодаря этому твердому слою покрытия, образованному на боковой периферийной поверхности, и отрегулированным оптическим свойствам данного покрытия управляют свойствами света, выходящего через боковой край светоизлучающего устройства.
В вариантах воплощения изобретения способ дополнительно содержит следующие стадии:
- нанесение первой жидкой композиции покрытия на монтажную подложку 3,
- обеспечение возможности первой композиции покрытия покрыть по меньшей мере часть первой боковой периферийной поверхности 6 светоизлучающего устройства 1, и
- отверждение первой композиции покрытия с получением первого твердого слоя покрытия 7 на упомянутой по меньшей мере части боковой периферийной поверхности 6.
В вариантах воплощения изобретения композиции покрытия обеспечивают возможность покрывать по меньшей мере часть первой боковой периферийной поверхности 6 под действием капиллярной силы.
В вариантах воплощения изобретения композицию покрытия наносят способом, выбранным из группы дозирования иглой, дозирования соплом, печати и распыления.
Когда используют эти способы нанесения, можно добиться точного количества композиции покрытия. Таким образом, можно контролировать количество слоя покрытия путем контролирования количества используемой композиции покрытия.
В вариантах воплощения изобретения жидкая композиция покрытия при отверждении образует твердый слой покрытия, выбранный из группы отражательного, диффузного, спектрально фильтрующего, люминесцентного и светоблокирующего слоев покрытия и их комбинаций.
Когда образован такой твердый слой покрытия, можно контролировать утечку света из боковой периферийной поверхности светоизлучающего устройства. Таким образом, для различных целей композиция покрытия может быть выбрана образующей отражательный, диффузный, спектрально фильтрующий, люминесцентный или светоблокирующий слой.
Композиция покрытия может содержать золь-гель-производный материал или силиконовую смолу.
В вариантах воплощения изобретения боковая периферийная поверхность может быть предварительно обработана, чтобы она стала полярной, когда используется полярная композиция покрытия. Альтернативно, боковая периферийная поверхность может быть обработана, чтобы она стала аполярной, и может использоваться аполярная или полярная композиция покрытия.
Когда монтажная подложка и боковая периферийная поверхность предварительно обработаны таким путем, капиллярная сила будет помогать полярной композиции покрытия покрывать монтажную подложку. При обработке только части монтажной подложки и боковой периферийной поверхности так, чтобы она стала полярной, можно покрывать только некоторые части боковой периферийной поверхности. Как следствие, также можно получать части боковой периферийной поверхности, свободные от слоя покрытия. Аналогично аполярная композиция покрытия может быть использована на поверхности, предварительно обработанной так, чтобы она стала полярной или аполярной, для того, чтобы покрыть выбранные части боковой периферийной поверхности.
В вариантах воплощения изобретения способ дополнительно содержит следующие стадии:
- нанесение по меньшей мере второй жидкой композиции покрытия на монтажную подложку;
- обеспечение возможности второй композиции покрытия покрыть по меньшей мере часть второй боковой периферийной поверхности светоизлучающего устройства; и
- отверждение второй композиции покрытия с получением второго твердого слоя покрытия на упомянутой по меньшей мере части второй боковой периферийной поверхности.
Первая композиция покрытия может в одном варианте воплощения отличаться от второй композиции покрытия.
Благодаря использованию различных материалов в первом и втором слое покрытия можно получить различные твердые слои покрытия, имеющие отражательные, диффузные, спектрально фильтрующие и светоблокирующие оптические функциональности. Таким образом, одна и та же боковая периферийная поверхность может быть покрыта более чем одним слоем покрытия, имеющим одинаковую или различную оптическую функциональность.
Первая боковая периферийная поверхность может в другом варианте воплощения отличаться от второй боковой периферийной поверхности.
Когда различные боковые периферийные поверхности покрыты различными твердыми слоями покрытия, части боковой периферийной поверхности получают различные оптические функциональности.
Кроме того, следует отметить, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям пунктов формулы изобретения.
Эти и другие варианты воплощения описаны более подробно в подробном описании.
Краткое описание чертежей
Указанный и другие аспекты настоящего изобретения будут теперь описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, показывающие предпочтительные в настоящее время варианты воплощения изобретения. В качестве примера, чертежи показывают отражательные слои покрытия. Однако, слой покрытия может быть также люминесцентным, окрашенным, рассеивающим и поглощающим. Чертежи не являются обязательно соответствующими масштабу.
Фигура 1 схематически иллюстрирует поперечное сечение одного варианта воплощения излучающего вверх светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, имеющего люминофорное тело Lumiramic, при этом боковая периферийная поверхность покрыта отражательным слоем покрытия.
Фигура 2 схематически иллюстрирует поперечное сечение другого варианта воплощения излучающего вверх светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, имеющего люминофорное тело Lumiramic, которое является изогнутым, при этом боковая периферийная поверхность покрыта отражательным слоем покрытия.
Фигура 3 схематически иллюстрирует поперечное сечение другого варианта воплощения излучающего вверх светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, имеющего люминофорное тело Lumiramic, при этом боковая периферийная поверхность покрыта двумя слоями покрытия.
Фигура 4 схематически иллюстрирует поперечное сечение другого варианта воплощения излучающего вверх светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, имеющего подложку, при этом боковая периферийная поверхность покрыта отражательным слоем покрытия.
Фигура 5 схематически иллюстрирует поперечное сечение одного варианта воплощения излучающего вбок светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, при этом часть боковой периферийной поверхности покрыта отражательным слоем покрытия.
Фигура 6 схематически иллюстрирует поперечное сечение одного варианта воплощения излучающего вбок светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, имеющего подложку и люминофорное тело, при этом часть боковой периферийной поверхности покрыта отражательным слоем покрытия.
Фигура 7 схематически иллюстрирует поперечное сечение одного варианта воплощения массива светоизлучающих устройств по настоящему изобретению, при этом часть боковой периферийной поверхности покрыта отражательным слоем покрытия.
Фигура 8а-с схематически иллюстрирует вид в перспективе способа нанесения покрытия на боковую периферийную поверхность светоизлучающего устройства.
Фигура 9 иллюстрирует вид в перспективе варианта воплощения светоизлучающего устройства по настоящему изобретению, при этом часть боковой периферийной поверхности покрыта отражательным слоем покрытия.
Подробное описание
Далее варианты воплощения светоизлучающих устройств согласно настоящему изобретению описываются более подробно.
Соответственно, один вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 1.
Так, в данном варианте воплощения светоизлучающее устройство 1, содержащее СИД 2 с перевернутым чипом, размещено на монтажной подложке 3. На СИД 2 размещен оптический элемент 4, в данном варианте воплощения - люминофорное тело 4а, т.е. Lumiramic, для приема света, излучаемого СИД 2. Для соединения люминофорного тела 4а и СИД 2 использован связующий слой 5. На боковой поверхности, или боковой периферийной поверхности, 6 светоизлучающего устройства 1 размещен слой покрытия 7, имеющий отражательную функциональность, так что свет по существу не выходит через боковую поверхность 6 светоизлучающего устройства 1. Вместо этого он отражается, в итоге выходя через верхнюю поверхность 8 люминофорного тела 4а.
Использованные здесь термины «боковая поверхность», «боковой край», «боковая сторона» и «боковая периферийная поверхность» все относятся к площади боковой поверхности вокруг светоизлучающего диода, но не включая площадь верхней поверхности.
В группе лучей I синий свет, сгенерированный на p,n-переходе, пропускается к связующему слою и падает на боковое покрытие, давая в результате диффузное обратное рассеяние к связке, люминофору или СИД.
В группе лучей II синий свет не преобразуется в люминофоре и отражается обратно в люминофор. Часть отраженного света выводится через верхнюю поверхность.
В группе лучей III сгенерированный свет волноводно распространяется в материале InGaN с высоким показателем преломления (n=2,7) и падает на края, где он отражается обратно боковым покрытием. Угловое перераспределение в процессе обратного рассеяния способствует преодолению улавливания света при его волноводном распространении. Поэтому часть света выводится из СИД к слоям связки и люминофора.
В группе лучей IV синий свет поглощается в люминофоре и преобразовывается, например, в красный свет. Красный свет перемещается в таком направлении, что сталкивается с боковой поверхностью, и рассеивается обратно и частично выводится через верхнюю поверхность. Поскольку эти группы лучей являются подобными в вариантах воплощения, которые подобны друг другу, не все варианты воплощения содержат специальную ссылку на эти группы лучей.
Могут быть усмотрены многие вариации варианта 1. Например, может использоваться люминофорный верхний излучатель с полным преобразованием или частичным преобразованием. В случае полного преобразования люминофор поглощает синий свет и превращает его в большой степени в другой цвет с большей длиной волны. Та степень, в которой это происходит, зависит от толщины Lumiramic и коэффициентов концентрации и поглощения люминесцентных центров в люминофоре. Стараются добиться достаточно больших длин пути в люминофоре для преобразования почти всего синего света в большие длины волн, такие как зеленый, янтарный или красный. Благодаря боковому покрытию цветовая характеристика по углу является очень хорошей, т.е. отсутствует утечка синего света под большими углами.
Другой вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 2.
Данный вариант воплощения подобен варианту 1, за исключением того, что боковые стороны люминофорного тела 4а являются изогнутыми, имея нависание по сравнению с СИД. Отражательное покрытие присутствует на правой и левой боковых сторонах, но с различными углами.
В данном случае размер люминофора является больше, чем размер СИД. Слой связки между СИД и люминофором может покрывать либо по существу всю площадь СИД, либо большую площадь люминофора. Если площадь связки меньше, чем площадь люминофора, то только зона нависания может быть заполнена покрытием, например, чтобы блокировать боковое излучение СИД и/или связки, не перекрывая боковую сторону люминофора. Альтернативно, могут быть покрыты как зона нависания, так и стороны люминофора. Кроме того, нависание может иметь различную форму, такую как изогнутая или квадратная.
Люминофор также может быть выполнен с меньшим размером по отношению к площади СИД, или размещение люминофора может быть неточным, не полностью покрывая площадь СИД, но показывая как нависание, так и наклон в конкретном направлении. Боковое покрытие обеспечивает средство перекрытия и экранирования прямо излучающих частей СИД. Выполненный с меньшим размером Lumiramic может иметь лучшие связывание и точность размещения в производстве.
Площадь связки может простираться за пределы площади СИД и площади люминофора, и часть материала связки может покрывать боковые стороны СИД и люминофора.
Покрытие может простираться только на часть боковой поверхности или на всю поверхность, при условии, что оно простирается от монтажной подложки до верхней поверхности, но не включая верхнюю поверхность. Можно только покрывать Lumiramic или покрывать СИД. Это достигается регулировкой характеристики смачивания монтажной подложки и боковой поверхности светоизлучающего устройства.
В другом варианте воплощения можно также покрывать под СИД, где осуществляется электрический контакт с монтажной подложкой. Из-за формирования электродов с рисунком некоторая часть света будет утекать через зазоры между электродами или зеркалами. Этот свет может проходить на тыльную часть СИД, где он будет, вероятно, поглощаться. Если используется отражательное боковое покрытие, этот свет будет рассеиваться обратно к СИД для повторного использования.
Когда используется отражательный слой покрытия, он также может распространиться на окружения монтажной подложки так, чтобы увеличить отражательную способность монтажной подложки и тем самым снизить световую потерю любого света, направленного обратно к СИД.
В другом варианте воплощения светоизлучающее устройство может быть куполообразным.
Еще один вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 3.
Данный вариант воплощения подобен варианту 1, но имеет два слоя покрытия 7а и 7b. Первый слой покрытия 7b является прозрачным, а второй слой покрытия 7а является отражательным. Осуществимы также и другие комбинации функциональностей и числа слоев. Однако, преимуществом такой комбинации покрытий может быть возможность заполнять часть связующего слоя или зону герметика под кристаллом, который присутствует неполностью. Например, отклонения в процессе соединения связкой могут привести в результате к незавершенным связующим слоям, которые неполностью перекрывают зазор между кристаллом и СИД. Он может быть сначала заполнен прозрачным слоем, а затем покрыт, например, отражательным слоем. В противном случае отражательный слой заполнял бы зазоры и приводил к экранированию части потока света, что приводило бы в результате к потерям света. Конечно, возможны другие комбинации слоев покрытия.
Другой вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 4.
Так, в данном варианте воплощения светоизлучающее устройство 1, содержащее СИД 2 с перевернутым чипом, размещено на монтажной подложке 3. На СИД 2 все еще присутствует подложка 4b. На боковой поверхности 6 светоизлучающего устройства 1 размещен слой покрытия 7, имеющий отражательную функциональность, так что свет по существу не выходит через боковые поверхности 6 светоизлучающего устройства. Вместо этого он отражается, в итоге выходя через верхнюю поверхность 8 подложки 4b. На фигуре 4 показаны три пути (траектории) лучей. Путь I лучей указывает на волноводное распространение света в СИД к краям, который отражается обратно покрытием. Путь II лучей показывает путь света через сапфировую подложку с отражением на боковой стороне. Путь III лучей показывает путь прямого излучения лучей без взаимодействия с боковыми сторонами.
Соответственно, на боковой поверхности могут присутствовать различные отражательные, поглощающие, окрашенные, дифузионные и люминесцентные слои покрытия, а также комбинации слоев покрытия. Также возможно, что покрывается только часть поверхности. Также возможна комбинация СИД с такой подложкой, такой как сапфир, и люминофорным телом.
В диффузном слое покрытия падающий свет главным образом пропускается с незначительными отклонениями от своего пути света (незначительное количество падающего света может претерпеть множественные события рассеивания и все еще быть отраженным). Эта диффузионная способность помогает бороться с зависящими от угла цветовыми эффектами, т.е. свет различных положений и углов смешивается. Предпочтительно, боковое покрытие имеет ограниченную оптическую толщину, такую как 10-100 мкм, но это не строго необходимо. В таком случае площадь источника света незначительно увеличивается как следствие событий рассеяния, при которых центры рассеяния могут рассматриваться как новые точечные источники для лучей света.
В другом варианте воплощения боковое покрытие является окрашенным так, чтобы поглощать синий свет и пропускать желтый или янтарный или красный свет. Благодаря такому боковому покрытию утечка синего света под большими углами подавляется, тогда как преобразованный свет все еще пропускается. Поглощение синего света приведет в результате к более низкой эффективности по сравнению с отражательным боковым покрытием. Однако, преобразованный свет будет использоваться более эффективно, так как он может легко выводиться из покрытого люминофором СИД (рсСИД), а также из боковых сторон.
В другом варианте воплощения предусмотрено поглощающее боковое покрытие для рассматриваемых длин волн, что обычно означает, что покрытие является поглощающим для видимого света, т.е. покрытие является черным. Данный случай менее предпочтителен по вполне понятным причинам эффективности. Однако, утечка света из боковых сторон эффективно подавляется, но это справедливо как для синего света, так и преобразованного света (если только преобразованный свет не находится в инфракрасной области, при условии, что черное покрытие является прозрачным в ИК области).
В другом варианте воплощения светоизлучающее устройство имеет люминесцентное боковое покрытие, в котором синий свет (частично) поглощается и преобразуется в более высокие длины волн и переизлучается. Такое боковое покрытие может содержать частицы похожего люминофора, как и люминофорный материал Lumiramic (например, YAG:Ce для частичного превращения в белый). Боковое покрытие может также содержать частицы люминофора, которые отличаются от материала Lumiramic, например, содержащее красный люминофор боковое покрытие для того, чтобы сделать излучение белого света из люминофора Lumiramic теплее по цвету, т.е. тепло-белую конфигурацию.
Другой вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 5.
Так, в данном варианте воплощения излучающее вбок светоизлучающее устройство 1, содержащее СИД 2 с перевернутым чипом, размещено на монтажной подложке 3. На СИД 2 размещено люминофорное тело 4а Lumiramic. На люминофорном теле размещено отражающее тело 4с, отражающее свет. Покрытие боковой поверхности 6 предотвращает пропускание света через одну или более боковых сторон и отражает и рециклирует этот свет для того, чтобы пропустить его через непокрытую сторону. В случае квадратного Lumiramic может быть покрыта только одна боковая поверхность, или две поверхности, или три поверхности, или части каждой из этих поверхностей. Например, также может быть оставлен открытым угол Lumiramic для излучения света из зоны данного угла. Боковое отражательное покрытие и верхнее отражательное покрытие могут образовать один единственный слой, такой как отражательный слой покрытия с высоким рассеянием.
В одном варианте воплощения конфигурации 1×1 мм с толщиной люминофора 250 мкм и люмен-эффективностью непокрытого бокового излучателя 100% люмен-эффективность составила 95% у СИД с покрытой первой боковой поверхностью, 78% - для СИД с покрытой второй боковой поверхностью, и 50% - для СИД с покрытой третьей боковой поверхностью. Часть света поэтому теряется в СИД, но остальной поток вынужден проходить через меньшую площадь и в конкретные стороны. Яркость боковых поверхностей поэтому увеличивается. Это важно, например, в применениях для фоновой подсветки или в конструкциях световодных источников света, в которых свет должен эффективно сопрягаться в тонкие световоды для того, чтобы разместить источники света на сторонах световодной платы.
Еще один вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 6.
В данном варианте воплощения излучающего вбок светоизлучающего устройства, подобного варианту 5, на СИД под люминофорным телом все еще присутствует подложка. Слой покрытия присутствует только на СИД и подложке, но не на люминофорном теле.
В качестве альтернативы отражающее тело может быть размещено прямо на подложке. Покрытие может присутствовать на боковой поверхности подложки, без значительной утечки синего света из боковой стороны подложки СИД за счет использования отражательного бокового покрытия. Люминофор может также простираться за пределы площади подложки СИД (быть выполненным с большим размером).
Однако, излучающие вбок светоизлучающие устройства могут также иметь и другие типы слоев покрытия, такие как диффузные или люминесцентные слои покрытия. При использовании диффузного бокового покрытия можно влиять на угловое и спектральное распределение бокового излучения, например, чтобы сделать его более однородным.
При использовании бокового покрытия, которое поглощает синий свет и пропускает преобразованный свет (например, янтарный свет), боковой излучатель полного преобразования может быть получен с высокой чистотой цвета.
При распределении на двух боковых сторонах, на разных боковых поверхностях могут быть реализованы различные оптические функциональности, например, отражательное покрытие может быть введено на первой, второй или третьей боковых поверхностях, а окрашенное покрытие, поглощающее синий и излучающее преобразованный свет, - на других сторонах.
Так, в другом варианте воплощения, на по меньшей мере одну сторону СИД наносят отражательное боковое покрытие, а на другие стороны - окрашенное боковое покрытие. Это может быть использовано для получения излучающего вбок СИД полного преобразования высокой чистоты цвета с одной, двумя или тремя излучающими боковыми поверхностями.
Покрытые люминофором СИД, рсСИД, являются, к примеру, особенно полезными в ограниченных применениях с высокой яркостью и протяженностью в пространстве, таких как прожекторы, модули светодиодных вспышек, проекционные дисплеи и автомобильные фары.
Для некоторых из этих применений (например, в перенастраиваемых прожекторах или в автомобильных фарах, которые светят в поворот) СИД должны быть адресуемыми индивидуально, так чтобы каждый отдельный СИД мог быть включен/выключен или переключен на ближний свет, как того требует пользователь/ситуация.
Одной из проблем с массивами СИД в индивидуально адресуемых массивах является то, что световой пучок накачки одного СИД может легко достигнуть люминофора соседнего СИД в массиве. Это может, например, заставить лампу выдавать неправильный выходной спектр или включиться СИД в фаре, тогда как он должен быть в выключенном состоянии.
Еще один вариант воплощения устройства по настоящему изобретению проиллюстрирован на фигуре 7.
В данном варианте воплощения покрывают массив светоизлучающих устройств, имеющих различные цвета. Люминофоры Lumiramic используют для получения R=красного, G=зеленого и W=белого света, тогда как сапфировую подложку В используют для получения синего света из светоизлучающего устройства. Отражательное покрытие размещается на боковых поверхностях вокруг светоизлучающих устройств и между светоизлучающими устройствами, так что светоизлучающие устройства даже делят между собой (совместно используют) слой покрытия.
Массивы могут быть одномерными или двумерными. Зазор между СИД может быть заполнен отражательным покрытием под действием капиллярной силы или при нанесении рисунка. Зазор между СИД может быть также частично заполнен или заполнен слоем с различной функциональностью, таким как прозрачный, диффузный, окрашенный или люминесцентный слой. СИД могут быть приведены в действие одновременно, например, когда они размещены последовательно, или СИД могут быть приведены в действие независимо. Массивы могут также иметь одинаковый цвет, и покрытие может быть размещено только на боковых поверхностях устройств, так что покрытие не делится между устройствами. Массивы могут также состоять из СИД, каждый из которых имеет свое индивидуальное боковое покрытие, в таком случае не деля между собой их слои покрытия.
В частности, предусмотрен массив СИД с красным Lumiramic полного преобразования, с зеленым Lumiramic полного преобразования, синий СИД с подложкой и, необязательно, белым Lumiramic частичного преобразования. Обычно толщина различных люминофоров и/или подложек может меняться. Боковые покрытия могут приспосабливаться к таким высоким различиям. Отражательное покрытие будет подавлять оптическое перекрестные помехи между СИД, так чтобы получить массив СИД с широким диапазоном цветов высокой чистоты, когда СИД могут быть адресованы индивидуально. Это дает источник света с чрезвычайно широким интервалом смешения цветов, т.е. от очень чистых цветов до любой смеси этих цветов в пределах расширенного диапазона цветов на диаграмме цветности. Это важно для светодиодных источников света с регулируемым цветом, например, прожекторов или источников света обычного освещения.
Когда оптическое смешение требуется на небольшом расстоянии, боковые покрытия между СИД могут быть выполнены прозрачными или диффузными, однако в таком случае оптические перекрестные помехи между СИД будет влиять на рабочие характеристики. Например, когда включен только красный СИД, генерируемый синий свет из этого СИД будет также способен возбуждать соседний зеленый люминофор с получением также частично зеленого света.
Чтобы предотвратить эти перекрестные помехи, все еще максимизируя способность к смешению, между СИД может быть нанесено окрашенное или люминесцентное пигментированное покрытие, которое поглощает синий свет, перемещающийся от одного СИД к следующему. В случае люминесцентного покрытия этот синий свет будет опять же преобразован в другой цвет.
В другом варианте воплощения могут быть использованы квадратные массивы, такие как массивы 2×2. Альтернативно, вместо массива 1×4 также могут быть аналогично выполнены более крупные массивы, такие как массив 4×4 с чередованием цветов RGBW, GBWR, BWRG, WRGB (R=красный, G=зеленый, В=синий и W=белый).
В еще другом варианте воплощения, нанося массив люминофоров на единственный СИД и используя боковые покрытия, СИД можно подразделить на зоны высокой чистоты цвета с координатами цвета x,y, соответствующими положению красного, зеленого и синего на диаграмме цветности. Световое излучение от этих окрашенных зон будет смешиваться в зависимости от расстояния до СИД. Преимущество состоит в том, что цвета могут быть созданы из чистых RGB цветов для того, чтобы получить белый СИД, который может быть комбинированным и соответствует массивам фильтров RGB цвета в таких применениях, как фоновая подсветка ЖКД или проекционные дисплеи. (YAG:Ce Lumiramic частичного преобразования - это белый СИД, не построенный из смешанных чистых цветов, и поэтому является менее подходящим в комбинации с цветофильтрами). Зоны между люминофорами могут быть выполнены прозрачными или диффузными для того, чтобы способствовать световому смешению. Наружное боковое покрытие предпочтительно является отражательным для того, чтобы минимизировать цветотени на сторонах СИД.
В другом варианте воплощения покрывают массивы излучающих вбок СИД с Lumiramic. Вместо размещения отдельных боковых излучателей полного преобразования с боковыми покрытиями рядом друг с другом, соседние СИД могут быть размещены так, чтобы делить между собой общие боковые покрытия. В таком случае боковое покрытие может рассматриваться как покрытие на границе раздела между соседними СИД, и СИДЫ могут быть размещены ближе друг к другу. При использовании отражательных боковых покрытий перекрестные помехи между СИД подавляются, так чтобы добиться массива СИД с излучением, которое может находиться в интервале от индивидуальных цветов высокой чистоты до любой смеси этих цветов.
В том случае, когда индивидуальные цвета не требуются, а требуется оптимальное смешение цветов, покрытия между СИД могут быть выполнены прозрачными, диффузными, окрашенными или люминесцентными. В первых двух случаях как синий, так и преобразованный свет могут проходить к соседним СИД. В последних двух случаях синий свет будет (по меньшей мере частично) поглощаться, а преобразованный свет будет способен проходить и смешиваться с соседними пикселями.
В другом варианте воплощения отражательные боковые покрытия помещают на люминофоры Lumiramic с поляризующей структурой из проволочной сетки на поверхности люминофора. В таком случае боковые стороны люминофора без поляризующей структуры блокируются от утечки неполяризованного света.
В заключение, изобретение может быть применено в конструкциях СИД, обычно использующих преобразование люминофором. Однако, технология бокового покрытия может быть также применена для обычных цветных (без преобразования люминофором) СИД. Эти СИД находят применение в лампах-вспышках, автомобильных передних и задних фонарях, фоновых подсветках или обычном освещении, таком как точечные светильники.
Изобретение также может применяться в массивах таких СИД, например, для использования в массивах СИД для автомобильного переднего освещения или в RGB-массивах СИД для целей проекционного освещения или в перенастраиваемых по цвету (точечных) лампах обычного освещения.
Использованный в данной заявке термин «светоизлучающий диод», сокращенный здесь как СИД, относится к любому типу светоизлучающего диода или лазерного излучающего диода, известного специалистам в данной области техники, включая, но не ограничиваясь ими, СИД на основе неорганических соединений, СИД на основе небольших органических молекул (нмОСИД) (smOLEDs) и СИД на основе полимеров (полиСИД) (polyLEDs).
СИД для применения в настоящем изобретении могут излучать свет любого цвета, от УФ диапазона через видимый диапазон до ИК диапазона. Однако, поскольку преобразующие длину волны материалы традиционно преобразуют свет при красном смещении, часто желательно использовать СИД, излучающий свет в УФ/синем диапазоне, так как такой свет может быть преобразован в по существу любой другой цвет.
Чип СИД предпочтительно является перевернутым по типу («флип-чип»), где оба вывода расположены на одной и той же стороне чипа. Эта конструкция облегчает размещение преобразующего длину волны тела на светоизлучающей поверхности устройства. Однако, для использования в настоящем изобретении предусмотрены также и другие типы чипов СИД.
Преобразующим длину волны материалом для использования в настоящем изобретении предпочтительно является флуоресцентный и/или фосфоросцентный материал, который становится возбужденным непреобразованным светом и излучает свет при релаксации. Оптическим компонентом является обычно материал-люминофор, например, керамический люминофор, такой как люминофоры Lumiramic.
СИД полного преобразования представляет собой СИД, где весь электрически сгенерированный свет преобразуется в желаемый цвет, тогда как СИД частичного преобразования относится к СИД, где только часть электрически сгенерированного света преобразуется в другой цвет.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу получения светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению.
Далее будет более подробно описан способ нанесения покрытия на боковую поверхность светоизлучающего устройства.
Светоизлучающее устройство 1 содержит светоизлучающий диод (СИД) 2, который размещен на монтажной подложке 3. На эту монтажную подложку 3 наносят жидкую композицию покрытия. Композиция покрытия может быть нанесена в заданном количестве, так что капиллярная сила может переносить указанную жидкую композицию покрытия, чтобы покрыть боковую поверхность светоизлучающего устройства. Это количество представляет собой обычно каплю или ряд капель. Однако, в зависимости от толщины желаемого покрытия, это количество может также быть большим. Этот объем жидкости устройства СИД с площадью 1×1 мм может составлять между 0,01 и 100 микролитрами, предпочтительно - между 0,1 и 10 микролитрами, а более предпочтительно - между 0,5 и 5 микролитрами. Объем твердого материала обычно меньше из-за усадки во время отверждения покрытий и/или удалению растворителей.
На фигуре 8а-с показан схематический чертеж покрытия боковой поверхности светоизлучающего устройства. Так, фигура 8а иллюстрирует каплю жидкости, помещенную на чип СИД. На фигуре 8b под действием капиллярной силы эта капля начинает покрывать боковую поверхность устройства. Фигура 8с иллюстрирует, что достигнуто покрытие все боковой поверхности.
Композицию покрытия помещают в некое местоположение на монтажной подложке, рядом с или в контакте с боковой поверхностью светоизлучающего устройства, так что композиция покрытия под действием капиллярной силы будет покрывать боковую поверхность. Композиция покрытия может быть помещена, например, в 0-2 мм от боковой поверхности светоизлучающего устройства, или в 0,5-1 мм от указанной поверхности.
Когда композицию покрытия наносят таким образом, капиллярные силы будут более быстро способствовать нанесению покрытия на боковую кромку светоизлучающего устройства.
Для того чтобы нанести определенное количество композиции покрытия, необходимое для определенного места, может использоваться дозатор. Таким дозатором может быть шприц, игла или система сопел. Простейший способ нанесения покрытия представляет собой нанесение капли композиции покрытия с использованием шприца, иглы или сопла с контроллером для дозирования желаемого объема капли, обычно при регулировании времени и давления дозирования.
Однако, нанесение может быть также осуществлено с помощью печати или распыления композиции покрытия, например, при использовании трафаретной печати или впрыскивающего сопла или распылительного сопла.
Покрытие может облегчаться при использовании капиллярных сил для покрытия боковой поверхности. Покрытие боковой поверхности обычно происходит за счет самосмачивания в течение примерно 1 или 2 секунд.
Покрытия можно также добиться нанесением рисунка жидкой композиции покрытия на монтажную подложку вокруг светоизлучающего устройства, вынуждая текучую среду контактировать с покрываемыми участками. В данном случае сопло или игла поступательно перемещается регулируемым и программируемым образом при управлении дозированием в ходе этого перемещения. Это является преимуществом, если текучая среда покрытие имеет плохое смачивание на покрываемых материалах устройства, и это обеспечивает путь для покрытия только конкретных сторон. Плохое смачивание предотвращает самосмачивание, но дозированное нанесение рисунка заставляет текучую среду распределяться. Недостатками являются требующаяся более критическая точность размещения и дополнительные продолжительности процесса.
Также может быть реализована комбинация нанесения рисунка и самосмачивания, например, при перемещении сопла по прямой линии рядом с множественными устройствами СИД, разделенными коротким расстоянием и помещенными по прямой линии, и дозировании при перемещении сопла по прямой линии. Дозированная текучая среда взаимодействует с краем устройства СИД и самосмачивается на его периферии.
Композиция покрытия представляет собой жидкую композицию, которая может содержать золь-гель-мономер, например, алкилалкоксисилан, такой как метилтриметоксисилан, или силиконовую смолу. Золь-гель-мономеры могут быть (частично) гидролизованы и полимеризованы в жидкости, которая может содержать воду и/или спирты. А значит, данный тип текучей среды является обычно гидрофильным (полярным). Она может содержать различное количество растворителя или растворителей для регулирования вязкости текучей среды. Силиконовая смола является текучей средой в неотвержденном виде и может быть использована как таковая, или, необязательно, для регулирования вязкости этой текучей среды добавляют растворитель. Силиконовые смолы существуют во многих химических композициях и свойствах материала от различных поставщиков. Вязкости, а также свойства материала могут изменяться после отверждения, в интервале от эластичных гелей до жестких силиконовых покрытий. В зависимости от типа силиконовой смолы примером такого растворителя является ксилол. Такие силиконовые текучие среды являются обычно, но не обязательно, аполярными.
Степень, в которой текучая среда является полярной или аполярной, может зависеть от точного состава текучей среды, например, типа и количества используемых растворителей.
Композиция покрытия для использования в настоящем изобретении представляет собой композицию покрытия, которая при отверждении образует рассеивающий, поглощающий, люминесцентный, диффузный или отражательный слой покрытия, т.е. оптически активный слой покрытия. Имеется много примеров композиций, которые могут быть использованы для данной цели.
Под «твердым» в настоящем изобретении также понимается, что слой покрытия может быть аморфным.
В типичном случае в композиции, предпочтительно имеющей низкую вязкость, диспергированы рассеивающие, поглощающие, люминесцентные, диффузные или отражающие частицы.
Например, в композиции покрытия могут быть диспергированы рассеивающие частицы, такие как оксиды металлов, отражательные, диффузные или люминесцентные металлические чешуйки и/или поглощающие красители или пигменты.
2
Например, частицы TiO, такие как имеющие субмикронные диаметры, могут быть использованы в качестве неорганических рассеивающих частиц. При использовании подходящего содержания, такого как 5-60 об.% частиц, может быть реализовано отражательное покрытие с низкими потерями на рассеяние при толщинах, превышающих, например, 5 микрон.
Композицию покрытия отверждают с получением твердого слоя покрытия на боковой поверхности. Отверждение может происходить при любом отверждающем воздействии, например, при воздушной сушке покрытия для удаления растворителя, и/или отверждении покрытия, обычно при повышенной температуре. В качестве примера, для отверждения золь-гель-мономера покрытие может сушиться в течение примерно 10 минут с выпариванием из покрытия большей части растворителей (таких как вода и метанол). Затем покрытие дополнительно сушат при 90°C в течение 20 мин, а после этого золь-гель отверждают с образованием хрупкой метилсиликатной сетки за счет отверждения при 200°C в течение 1 ч.
Обычная толщина слоя покрытия составляет 10-500 мкм.
Таким образом, композицию покрытия выбирают так, что при отверждении полученная твердая композиция имеет следующие оптические функциональности или комбинации таких функциональностей:
2
2
2
3
Отражательную функциональность - обычно при использовании рассеивающих пигментов, таких как частицы оксидов металлов наподобие TiO, ZrO и AlO. Одной менее предпочтительной альтернативой является использование металлических чешуек или частиц или пор. При покрытии боковых краев композицией покрытия, имеющей такую функциональность, светопропускание через боковое покрытие будет небольшим, и большая часть света будет отражаться (например, 95%).
Указанный выбор функциональности решает проблемы 1-4, описанные в разделе «предпосылки». Недостатком является то, что небольшое количество отраженного бокового света может повторно поглощаться СИД и теряться. Еще яркость верхней поверхности увеличивается, например, был реализован обычный прирост яркости в направлении нормали на 10-15% на покрытом с боков кристалле СИД размерами 1×1 мм с люминофором толщиной 120 мкм.
2
2
2
3
Диффузную функциональность при использовании рассеивающих пигментов, таких как частицы оксидов металлов наподобие TiO, ZrO и AlO. Это обеспечивает (частичное) светопропускание через боковые покрытия, в которых величина прямого рассеяния и обратного рассеяния может регулироваться объемной концентрацией и размером частиц пигментов и толщиной покрытия.
Данная функциональность решает частично проблемы 1 и 2, описанные выше, но не проблемы 3 и 4. Преимущество состоит в том, что меньше света направляется обратно к обычно допускающему потери СИД по сравнению с отражательной функциональностью.
Цветную или спектрально фильтрующую функциональность с использованием цветных пигментов. Обычно окрашенный слой будет поглощать синий свет СИД и пропускать преобразованный свет от люминофора. Это решает проблему 1, особенно для Lumiramic полного преобразования, но не проблемы 2, 3 и 4.
В случае частичного преобразования поглощение синего света создает риск смещения цвета под углом при поглощении слишком большого количества синего света. Для решения этой проблемы необходимо тонкое регулирование характеристик поглощения, такое как частичное поглощение утечки синего света.
Преимуществом является увеличенный общий поток света по сравнению с отражательной функциональностью.
Поглощающую функциональность при использовании пигментов, поглощающих спектр падающего потока света. Она решает большинство проблем, но приведет к серьезной потере потока света и не увеличит яркость верхней поверхности и поэтому является менее предпочтительной. Поглощающая способность может быть полной или только частичной в зависимости от поглощающего пигмента или свойств красителя, концентрации и толщины слоя.
Люминесцентную функциональность при использовании люминесцентных пигментов/частиц, дающих либо такой же, как и люминофор, либо иной люминесцентный спектр. Утечка синего света через стороны будет поглощаться и преобразовываться в более высокие длины волн. Это будет решать проблему 1, особенно для люминофоров полного преобразования, но не проблемы 2, 3 и 4. Это также слегка увеличивает площадь источника света. Преимуществом является ожидаемый общий поток света по сравнению с отражательной функциональностью.
Таким образом, для вариантов воплощения настоящего изобретения может рассматриваться комбинация различных слоев покрытия, имеющих различные функциональности, в зависимости от желаемой функциональности, или же различные функциональности могут комбинироваться в одном и том же покрытии, например, объединение диффузной функциональности с люминесцентной функциональностью.
Монтажная подложка и боковая поверхность могут быть предварительно обработаны таким образом, чтобы они стали полярной (или гидрофильной), и композиция покрытия может быть полярной (или гидрофильной). Тогда капиллярная сила будет помогать гидрофильной (полярной) композиции покрытия покрывать обработанные монтажную подложку и боковые поверхности. При обработке только части монтажной подложки и боковой поверхности, чтобы она стала гидрофильной, можно покрывать только некоторые части боковой поверхности, как показано на фиг. 9. Аналогично при использовании аполярной (или гидрофобной) композиции покрытия, такой как большинство силиконов, на полярной (или гидрофильной поверхности) может быть достигнуто ограниченное распространение текучей среды или же может быть достигнуто хорошее распространение на аполярной (или гидрофобной) поверхности. Как следствие, также можно обработать часть монтажной подложки и боковой поверхности, чтобы она стала аполярной (или гидрофобной), и, таким образом, при использовании полярной (или гидрофильной) композиции покрытия часть боковой поверхности не будет иметь слоя покрытия. Очевидно, условия смачивания поверхности монтажной подложки и боковых сторонах устройства не могут быть идентичными, и может быть реализовано предпочтительное распространение либо на монтажной подложке, либо на боковых сторонах. Кроме того, поверхности боковых сторон обычно состоят из многих компонентов, таких как материал СИД, материалы связки, подложки СИД или люминофор. Может происходить предпочтительное смачивание этих различных материалов. Например, если люминофор имеет плохие условия смачивания для текучей среды покрытия, не может быть или может быть реализовано только ограниченное боковое покрытие люминофора, тогда как, например, могут быть покрыты связка и кристалл СИД.
Другой способ покрыть только часть боковой поверхности достигается путем регулирования условий смачивания поверхности СИД (например, регулированием кислородной плазменной или УФ-озонной обработки устройства СИД), нанесенного количества и/или путем увеличения или регулирования вязкости композиции покрытия, или путем добавления растворителя, который обладает более быстрым испарением.
В принципе, композиция покрытия может быть нанесена с использованием методов, которые будут также покрывать верх Lumiramic, таких как нанесение ножевым устройством, нанесение центрифугированием, нанесение распылением, нанесение окунанием или нанесение поливом. Особенно в том случае, когда наносится покрытие-отражатель, поверх поверхности Lumiramic должен быть размещен несмачивающийся слой. Если имеется достаточное несмачивание, покрытие будет иметь тенденцию стекать на стороны, т.к. энергетически невыгодно покрывать несмачивающуюся верхнюю поверхность в случае гидрофобной композиции покрытия, не оставляя вообще никакого или оставляя только тонкий слой сверху. Достаточно тонкий слой покрытия-отражателя сверху будет еще частично прозрачным и может быть допустимым. Несмачивающийся слой может состоять из гидрофобного слоя покрытия, например, гидрофобного силанового монослоя фторсилановой обработки верхней поверхности люминофора. Для диффузных, люминесцентных, окрашенных композиций покрытия перекрытие верхней поверхности может быть допустимо. Диффузное верхнее покрытие может способствовать перераспределению распределения света с достижением более однородного по углу цвета. Люминесцентное или окрашенное верхнее покрытие может способствовать сниженной утечке синего света из верхней поверхности для применений люминофора с полным преобразованием.
Это особенно важно, если композиция покрытия наносится в больших количествах. Несмачивающийся слой может быть твердым веществом, жидкостью или гелем. Он может быть объемным слоем, а также монослоем, осажденным на верхнюю поверхность Lumiramic (например, углеводородсилан или фторсилан, который прореагировал с поверхностью люминофора из газовой фазы).
Однако, предпочтительным является способ, в котором исключено растекание по верхней поверхности, особенно, для рецептур отражательного покрытия.
Вязкость композиции может быть выбрана так, что композиция является достаточно низковязкой для легкого распространения вокруг светоизлучающего устройства под действием капиллярной силы. Так, вязкость может составлять между 1 и 100 мПа∙с.
Также вязкость текучей среды может быть снижена нагреванием текучей среды и/или устройства.
При регулировании вязкости также можно регулировать площадь, покрываемую композицией покрытия. Например, если используется низкая вязкость, композиция покрытия будет легче распространяться, и нанесение покрытия будет происходить быстрей. С другой стороны, если используется более высокая вязкость, композиция покрытия будет иметь тенденцию распространяться менее легко, и будет возможно покрывать только часть боковой поверхности.
Когда на боковых поверхностях достигается хорошее смачивание, угол смачивания твердого слоя покрытия может составлять между 0-45 градусами. Когда низкий угол смачивания достигается предложенным способом нанесения покрытия, для покрытия боковой поверхности требуется лишь немного материала, что может быть предпочтительным.
Кроме того, это имеет преимущество в том, что источник света не будет значительно увеличен, что толщина бокового покрытия (а значит, и оптические свойства) могут быть все еще достаточно регулируемыми, и что меньшее напряжение будет оказываться на боковое покрытие и устройство СИД из-за усадочных напряжений, которые обычно имеют место при отверждении бокового покрытия. Резкий профиль, который может быть достигнут, имеет небольшую опасность прохождения света, входящего в боковое покрытие.
Соответственно, предусмотрен менее предпочтительный вариант воплощения бокового покрытия, использующий композицию покрытия, которая показывает плохое смачивание на боковых поверхностях или отдельных боковых поверхностях. Как результат, угол смачивания на боковой поверхности будет большим (например, между 45 и 90 градусами или даже превышающим 90 градусов). Поверхностное перекрытие боковой поверхности может быть неполным в зависимости от дозируемого количества. Путем регулирования наносимого количества площадь слоя, которая покрывается, может регулироваться. Например, могут быть покрыты только СИД и связующий слой, тогда как значительная часть люминофора Lumiramic является непокрытой. Как таковые, пути утечки света 1 и 2 могут быть подавлены, тогда как путь 3 еще дает утечку. Преимущество состоит в том, что из СИД может извлекаться больше света и подавляются колебания боковой утечки света из-за колебаний толщины связки. Цветовая характеристика по углу может быть все еще достаточной для практического использования. Для полного перекрытия требуется большое количество материала. Кроме того, в случае окрашенного, слегка диффузного или люминесцентного слоев имеет место высокий риск прохождения в это боковое покрытие, которое будет распространять свет без значительного извлечения света, что является весьма нежелательным.
В другом варианте воплощения изобретения на монтажную подложку наносят вторую жидкую композицию покрытия, так что она будет покрывать по меньшей мере часть второй боковой поверхности светоизлучающего устройства. Вторую композицию покрытия отверждают с получением второго твердого слоя покрытия на по меньшей мере части второй боковой поверхности. Аналогично, множественные слои покрытия могут быть нанесены поверх друг друга.
Когда светоизлучающее устройство покрывают различными композициями покрытия в первом и втором слое покрытия, можно получить различные твердые слои покрытия, имеющие отражательную, диффузную, спектрально фильтрующую, люминесцентную и светоблокирующую оптические функциональности. Таким образом, одна и та же боковая поверхность может быть покрыта более чем одним слоем покрытия, имеющим одинаковую или различную оптическую функциональность.
Следовательно, различные части боковой поверхности могут иметь различные оптические функциональности.
Покрытие, расположенное на боковых поверхностях устройств, находится в тесной близости с боковыми поверхностями, обычно в контакте. Однако, из-за усадочных напряжений, недостаточной адгезии, термических напряжений, физический контакт бокового покрытия с боковыми сторонами (их частями), а также с монтажной подложкой (ее частью) может быть нарушен. Как результат, может существовать обычно небольшой зазор, где этот контакт нарушен. Это не обязательно препятствует функциональности бокового покрытия.
Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылкой на приведенные в качестве примера конкретные варианты его воплощения, специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные разнообразные изменения, модификации и т.п. Поэтому описанные варианты воплощения не предназначены ограничивать объем изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.