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發(fā)光剖面改進(jìn)的led的制作方法

文檔序號:6866867閱讀:174來源:國知局
專利名稱:發(fā)光剖面改進(jìn)的led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及LED領(lǐng)域。在現(xiàn)今的LED中,通常提供有襯底,在襯底的表面(此外還稱為“第一表面”)上提供有發(fā)光裝置。該發(fā)光裝置發(fā)出光(例如通過適當(dāng)金屬離子的熒光),該光在經(jīng)過襯底之后發(fā)射。
然而,在發(fā)光裝置中發(fā)射的光通常不是定向的,即所述光以各個(gè)方向發(fā)射。因此,由于在襯底表面上的全反射而損失了一定量的光,所述襯底表面位于其上定位有發(fā)光裝置的第一表面的另一側(cè)(此外還稱為“第二表面”)。
因此本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種LED,其中由于所述表面的第二表面上的全反射引起的光損失得以降低。
本發(fā)明的目標(biāo)可以通過這樣一個(gè)LED實(shí)現(xiàn),所述LED包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面且具有折射率n1的襯底層;提供在所述第一表面上的發(fā)光裝置;以及布置在所述第二表面上的顆粒陣列,其特征在于,位于所述第二表面上的折射率匹配裝置,該折射率匹配裝置具有的折射率n2為n2≥n1-0.5且n2≤n1+3,藉此折射率匹配裝置的填充高度低于所述顆粒陣列的最大高度。
由于折射率匹配裝置和顆粒陣列的相互作用,由全反射引起的損失量得以降低。在一些使用了根據(jù)本發(fā)明的LED的應(yīng)用中,發(fā)光可以增加20%。
應(yīng)當(dāng)注意,在所述表面的第二表面上的顆粒布置在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公知,例如從WO2003061028中即可得知。
術(shù)語“折射率匹配裝置的填充高度低于所述顆粒陣列的最大高度”具體意思是指以這樣的方式將折射率匹配裝置疊放或者填充在襯底層之上,使得并非所有的顆粒全部被折射率匹配裝置覆蓋和/或圍繞。
優(yōu)選地,所述折射率n2≥n1-0.2且n2≤n1+2.5,更加優(yōu)選的是n2≥n1-0.2且n2≤n1+2。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,折射率匹配裝置的折射率n2為≥1.0且≤4,優(yōu)選地,折射率匹配裝置的折射率n2為≥1.3且≤3.7,最優(yōu)選的是,折射率匹配裝置的折射率n2為≥1.5且≤3.5。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,以這樣的方式提供所述折射率匹配裝置,使得≥90%且≤100%的折射率匹配裝置將顆粒陣列填充至顆粒陣列高度的≥20%且≤80%。
優(yōu)選的是,并不使用折射率匹配裝置完全填充所述顆粒陣列。如果沒有填充(即沒有折射率匹配裝置),將由于襯底上的全反射而存在損失。另一方面,如果折射率匹配裝置填充至顆粒陣列的總高度,那么由于在折射率匹配裝置與空氣界面處的全反射將把光重定向至發(fā)射層,因而從顆粒層將沒有適當(dāng)?shù)陌l(fā)射。
因此,優(yōu)選的是,≥30%且≤100%的折射率匹配裝置將顆粒陣列填充至顆粒陣列高度的≥20%且≤80%。在上下文中,術(shù)語“折射率匹配裝置填充或堆疊至顆粒陣列高度的≥20%且≤80%”應(yīng)當(dāng)以這樣的方式理解,在兩個(gè)相鄰顆粒之間的每個(gè)點(diǎn)處,折射率匹配裝置的高度為所述點(diǎn)處相鄰顆粒的兩個(gè)頂點(diǎn)的線與襯底的距離的≥20%且≤80%。
更加優(yōu)選的是,以≥50%且≤100%,仍然更加優(yōu)選的是≥70%且≤100%,最優(yōu)選的是≥90%且≤100%的折射率匹配裝置填充顆粒陣列至所述顆粒陣列高度的≥20%且≤80%。
優(yōu)選地以≥90%,更優(yōu)選地≥95%,最優(yōu)選地≥99%且≤100%的折射率匹配裝置填充顆粒陣列至所述顆粒陣列高度的≥20%且≤80%,更優(yōu)選地≥25%且≤75%,最優(yōu)選地≥30%且≤60%。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例,顆粒陣列的體積填充為≥50%且≤90%。
根據(jù)本發(fā)明,顆粒陣列的體積填充通過以下方式測量在LED的一個(gè)點(diǎn)或者多個(gè)點(diǎn)處,形成LED的橫截面切割(例如通過斷開LED)。優(yōu)選的是,斷裂邊緣的長度大于或等于平均顆粒尺寸的2000%,以使用表面區(qū)域用于體積近似。
將距離襯底層最遠(yuǎn)的顆粒頂點(diǎn)相互連接以形成線。
計(jì)算所述線與襯底層的上邊緣/上表面之間的區(qū)域A。
然后計(jì)算區(qū)域A中使用顆粒和/或折射率匹配裝置填充的部分區(qū)域PA。
那么顆粒陣列的體積填充為 可以通過例如光學(xué)顯微術(shù)或者任何其他適當(dāng)?shù)某上裣到y(tǒng)來實(shí)施區(qū)域A和PA的測量。可以替代地和/或附加地,可以使用X射線熒光分析或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他適當(dāng)?shù)姆椒▉泶_定顆粒和填充材料的體積量。
本發(fā)明已經(jīng)仔細(xì)研究了光損耗以及體積填充的問題,并得出下面的結(jié)論。
無論如何如果沒有體積填充,由于在襯底層的邊緣和/或上表面上的全反射因而將損耗大量的光。僅僅在襯底和顆粒的接觸表面,逃逸錐面的襯底外部的光可以進(jìn)入顆粒的散射層。然而,如果體積填充太高,那么由于填充的上邊緣處的全反射將把光重定向至發(fā)射層,因而從顆粒層將沒有適當(dāng)?shù)陌l(fā)射。
因此,優(yōu)選的是,顆粒層的體積填充≥50%且≤90%。更加優(yōu)選的是,顆粒層的體積填充≥60%且≤85%,最優(yōu)選的是≥70%且≤80%。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,折射率匹配裝置在≥0cm-1%且≤1000cm-1的≥380nm至≤700nm的波長范圍內(nèi)具有吸收作用。通過這種做法,可以限制由于折射率匹配裝置引起的進(jìn)一步的損失。優(yōu)選地,在≥0cm-1且≤100cm-1的≥380nm至≤700nm的波長范圍具有吸收作用,更加優(yōu)選的是,在≥0cm-1且≤1cm-1的≥380nm至≤700nm的波長范圍內(nèi)具有吸收作用。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,折射率匹配裝置包括流體。優(yōu)選地所述流體包括硅材料。此外,優(yōu)選的是,固化之前流體的運(yùn)動粘度≥300cSt至≤500cSt,更加優(yōu)選的是≥350cSt至≤450cSt。同樣優(yōu)選的是,在590nm時(shí)折射率≥1.40至≤1.74,更加優(yōu)選的是≥1.51至≤1.63。在400和700納米之間的吸收系數(shù)優(yōu)選≥0cm-1至≤0.1cm-1在將流體用作折射率匹配裝置或者折射率匹配裝置之一的情況下,優(yōu)選的是,在制作LED期間固化流體。優(yōu)選在60℃實(shí)施固化1小時(shí)。優(yōu)選在固化之后流體的肖氏強(qiáng)度(根據(jù)ASTM D-2240測得)≥30至≤40,更加優(yōu)選地是≥33至≤37。此外,優(yōu)選的是,固化后體積收縮為≥0至≤6%,更加優(yōu)選的是≥0至≤4%。
優(yōu)選通過旋轉(zhuǎn)涂布(spin-casting)和/或滴液涂布(drop-casting)和/或刮刀涂布(doctor blading)將流體涂覆在襯底上。這些方法本身已經(jīng)證明是最合適的。在涂覆之后,優(yōu)選通過溫度、曝光或者化學(xué)反應(yīng)使流體硬化。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,折射率匹配裝置包括小顆粒(也稱作折射率匹配顆粒),藉此折射率匹配顆粒的直徑為≥1nm且≤50nm。優(yōu)選地,折射率匹配顆粒的直徑為≥5nm且≤30nm,最優(yōu)選的折射率匹配顆粒的直徑為≥10nm且≤20nm。折射率匹配顆粒與大顆粒之比(體積)Rp優(yōu)選地在0.1≤Rp≤2的范圍內(nèi),更加優(yōu)選地為0.2≤Rp≤1.5,最優(yōu)選地是0.3≤Rp≤1。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例,折射率匹配裝置包括顆粒和流體。在一些應(yīng)用中,這還致使LED發(fā)光的顯著增加。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,折射率匹配裝置包括流體和/或顆粒,所述流體和/或顆粒具有從玻璃、硅酮、聚合物、環(huán)氧樹脂類、折射率≥1.0且≤3.5的無機(jī)材料(優(yōu)選選自金屬的氧化物、和/或氟化物、和/或磷酸鹽、和/或氮化物和/或硅酸鹽)、無機(jī)聚合物、有機(jī)聚合物(優(yōu)選折射率≥1.0且≤3.5)或者其混合物構(gòu)成的組中選擇的材料。這些材料已經(jīng)證明它們在實(shí)踐中非常有效。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,以這樣的方式提供所述顆粒陣列,使得≥70%至≤100%的顆粒在襯底上形成單層陣列。該布置連同折射率匹配裝置已經(jīng)證明是最有效的。更加優(yōu)選的≥80%,最優(yōu)選≥90%至≤100%的顆粒在襯底上形成單層陣列。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,形成顆粒陣列的顆粒具有平均直徑≥40nm且≤1000μm。優(yōu)選地,所述顆粒的平均直徑≥100μm且≤400μm。最優(yōu)選地,所述顆粒的平均直徑≥1000nm且≤300μm。在實(shí)踐中已經(jīng)證明這是最有效的。優(yōu)選地,所述顆粒的平均直徑≥100nm且≤400nm。最優(yōu)選地,所述顆粒的平均直徑≥120nm且≤300nm。在實(shí)踐中已經(jīng)證明這是最有效的。
根據(jù)本發(fā)明的LED可以在各種系統(tǒng)中使用,其中所述系統(tǒng)是家庭應(yīng)用系統(tǒng)、商店照明系統(tǒng)、家庭照明系統(tǒng)、重點(diǎn)照明系統(tǒng)、局部照明系統(tǒng)、劇場照明系統(tǒng)、光纖應(yīng)用系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、自點(diǎn)亮顯示系統(tǒng)、像素化顯示系統(tǒng)、分段顯示系統(tǒng)、告警信號系統(tǒng)、醫(yī)療照明應(yīng)用系統(tǒng)、指示信號系統(tǒng)或者裝飾照明系統(tǒng)。
前述部件以及權(quán)利要求所述的部件和根據(jù)本發(fā)明在所述實(shí)施例使用的部件并不收到尺寸、形狀、材料選擇以及技術(shù)觀念的任何特殊限制,使得可以毫無限制地應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域中公知的選擇標(biāo)準(zhǔn)。
在從屬權(quán)利要求和下面關(guān)于各個(gè)附圖的描述中,公開了本發(fā)明目的附加細(xì)節(jié)、特點(diǎn)和優(yōu)勢,所述附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的LED的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的LED的局部截面視圖;圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LED的局部截面視圖;圖3示出第一和第二實(shí)施例的區(qū)域A的局部截面視圖;圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的LED的局部截面視圖。在兩個(gè)實(shí)施例中,LED包括襯底10以及布置在所述襯底10上的顆粒陣列20,所述襯底通常為玻璃襯底。為了示例目的,對于圖1和圖2,分別示出的顆粒陣列相同。圖3示出了區(qū)域A,用于測量體積填充,所述區(qū)域A是連接顆粒頂點(diǎn)的線與襯底層的上邊緣/上表面之間的區(qū)域。為了更好的理解,圖1和圖2也示出了連接顆粒頂點(diǎn)的線。應(yīng)當(dāng)注意的是,在示出的實(shí)施例中,(或多或少)僅存一個(gè)顆粒層。然而,在存在一個(gè)以上顆粒層的情況下,可以應(yīng)用本發(fā)明。在這種情況下,用于計(jì)算區(qū)域A的線通過互連距襯底層最遠(yuǎn)的顆粒頂點(diǎn)而構(gòu)成。
圖1示出了第一實(shí)施例,其中流體30形式的折射率匹配裝置已形成在襯底上??梢钥闯?,圖1的實(shí)施例的體積填充接近85%。折射率匹配裝置30的材料優(yōu)選地可從玻璃、硅酮、折射率≥1.0且≤3.5的無機(jī)材料、無機(jī)聚合物、有機(jī)聚合物(優(yōu)選折射率≥1.0且≤3.5)或者其混合物構(gòu)成的組中選擇。
如從圖1可以看出,以這樣的方式提供折射率匹配裝置,使得≥90%且≤100%的折射率匹配裝置將顆粒陣列填充至顆粒陣列高度的≥20%且≤80%。盡管顆粒陣列的高度改變(由于兩個(gè)顆粒距離襯底更遠(yuǎn)定位),但是折射率匹配裝置的填充高度總是≥20%且≤80%。
箭頭表示的是通過襯底10、折射率匹配裝置30以及顆粒陣列20的光路的路線。如從圖1可以看出,光入射在襯底上,然后被引入折射率匹配裝置,從該裝置進(jìn)入顆粒,然后發(fā)射。在沒有折射率匹配裝置的情況下,將發(fā)生由虛線表示的全反射。因此,折射率匹配裝置增加了LED發(fā)射的光的總量。
圖2示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例,其中顆粒40形式的折射率匹配裝置已提供在襯底10上。顆粒的直徑≥1nm且≤50nm。如圖2所示實(shí)施例的體積填充接近50%。這些折射率匹配顆粒還用于增加LED發(fā)射的光的量。
從圖2可以看出,以這樣的方式提供折射率匹配裝置,使得≥90%且≤100%的折射率匹配裝置將顆粒陣列填充至顆粒陣列高度的≥20%且≤80%。盡管顆粒陣列的高度改變(由于兩個(gè)顆粒距離襯底更遠(yuǎn)定位),但是折射率匹配裝置的填充高度總是≥20%且≤80%。
應(yīng)當(dāng)注意,根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,可以出現(xiàn)包含顆粒的折射率匹配裝置和包含流體的折射率匹配裝置。在一些應(yīng)用中,這還致使LED的發(fā)光顯著增加。
權(quán)利要求
1.一種LED,包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面且具有折射率n1的襯底層;提供在所述第一表面上的發(fā)光裝置;以及布置在所述第二表面上的顆粒陣列,其特征在于,位于所述第二表面上的折射率匹配裝置,該折射率匹配裝置具有的折射率n2為n2≥n1-0.5且n2≤n1+3,藉此折射率匹配裝置的填充高度低于所述顆粒陣列的最大高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED,藉此折射率匹配裝置的折射率n2≥1.0且n2≤4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED,籍此顆粒陣列的體積填充≥5 0%且≤90%和/或以這樣的方式提供所述折射率匹配裝置,使得≥30%且≤100%的折射率填充裝置將顆粒陣列填充至顆粒陣列高度的≥20%且≤80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的LED,藉此折射率匹配裝置在≥0cm-1且≤1000cm-1的≥380nm至≤700nm的波長范圍內(nèi)具有吸收作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的LED,藉此折射率匹配裝置包括流體,在固化之前流體的運(yùn)動粘度優(yōu)選≥300cSt至≤500cSt,更加優(yōu)選的是≥350cSt至≤450cSt和/或在590nm時(shí)折射率優(yōu)選為≥1.40至≤1.74,更加優(yōu)選的是≥1.51至≤1.63。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的LED,藉此折射率匹配裝置包括小顆粒(也稱作折射率匹配顆粒),折射率匹配顆粒的中值粒徑≥1nm且≤50nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的LED,藉此折射率匹配裝置包括流體和/或顆粒,所述流體和/或顆粒具有從玻璃、硅酮、折射率≥1.0且≤3.5的無機(jī)材料、無機(jī)聚合物、優(yōu)選折射率≥1.0且≤3.5的有機(jī)聚合物或者其混合物構(gòu)成的組中選擇的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的LED,藉此以這樣的方式提供所述顆粒陣列,使得≥70%至≤100%的顆粒在襯底上形成單層陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的LED,藉此形成顆粒陣列的顆粒具有平均直徑≥50nm且≤1000μm。
10.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述LED的系統(tǒng),所述系統(tǒng)在以下一種或多種應(yīng)用中使用家庭應(yīng)用系統(tǒng)、商店照明系統(tǒng)、家庭照明系統(tǒng)、重點(diǎn)照明系統(tǒng)、局部照明系統(tǒng)、劇場照明系統(tǒng)、光纖應(yīng)用系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、自點(diǎn)亮顯示系統(tǒng)、像素化顯示系統(tǒng)、分段顯示系統(tǒng)、告警信號系統(tǒng)、醫(yī)療照明應(yīng)用系統(tǒng)、指示信號系統(tǒng)或者裝飾照明系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED,包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面且具有折射率n
文檔編號H01L33/56GK1973380SQ200580021175
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者D·伯特拉姆, H·比克特爾, W·布塞爾特, H·格雷納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司
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