用于背光应用的侧面发光led光源的制作方法

专利名称：：用于背光应用的侧面发光led光源的制作方法
技术领域：
：本发明涉及光器件领域。更为具体地，本发明涉及侧面发光器件以及用于制造这种侧面发光器件的方法。
背景技术：
：现有技术中，侧面发光的发光二极管器件(LED器件)通常被用在移动背光应用中。现有技术中的侧面发光LED器件的基本结构是带有LED芯片和电连接的基底，也即这样的光波导，其配备有反射结构或顶部涂层，该反射结构或顶部涂层在该光波导内反射该LED芯片发射的光，使得所发射的光通过LED封装的侧表面射出该LED封装。US2006/0273337A1公开了一种侧面发光LED封装和一种制造该侧面发光LED封装的方法。该侧面发光LED封装包括上述的基本结构，其中光波导由模制部分构成，该模制部分具有中心被压的凹下去的上表面，该上表面覆盖并保护该基底和光源。此外，该上表面被反射层覆盖。该反射层使得光源发射的光从模制部分向侧边反射，该模制部分形成相对于基底的在侧面方向上的光透射表面。从上面举例说明的现有技术的侧面发光LED的侧表面发出的光常常具有不均勻的角度分布。在现有技术文档us2006/0239000A1中提出了解决这个问题的一种解决方案，其公开了一种侧面发光LED封装，其中两个单独的由基本结构构成的侧面发光LED被头对头地安装以使得从每个单独的侧面发光LED扩散的光束进行互补。然而，各个侧面发光LED的安装涉及机械上复杂的且占用空间的结构。
发明内容本发明的目的是提供一种侧面发光器件，以及一种用于制造这种器件的方法，其减轻了现有技术中的上述缺点。通过如在权利要求1和15中所限定的根据本发明的器件和方法实现了该目的。因此，根据如权利要求1所述的本发明的第一方面，提供了一种侧面发光器件，其包括两个子组件，每个子组件包括基底、布置在该基底上的至少一个光源、以及具有第一表面和相对的第二表面的发光板。该第一表面光学上与该至少一个光源相结合。该至少一个光源发射能够从该发光板激励激发光的波长的光。这两个子组件被安排成使得发光板的第二表面光学上结合在一起。因此，提供了一种侧面发光器件，其具有从发光板激励激发光的光源，该器件包括两个子组件。这两个子组件是对称地配置的，并且可以在光学上结合在一起之前在制造过程中单独地进行检查。这对于在安装器件之前检测制造缺陷是有利的。此外，当具有对称配置的面对面的两组至少一个光源时，从该侧面发光器件发射的光被相对于单组至少一个光源的光扩散属性进行了补偿。相比于使用普通配置的侧面发光器件，与所需光器件面积成比例的光强度也被加倍。根据如权利要求2所述的器件的一个实施例，该发光板是发光陶瓷小板。发光陶瓷小板提供了一种材料，其适合用于吸收光源所产生的光，并且因此作为光致激发的结果适合用于发射激发光。该发光陶瓷小板充当光波导，并且可以针对透明和半透明属性进行优化。根据如权利要求3所限定的器件的一个实施例，该至少一个光源是由裸露的发光二极管管芯形成的。通过使用光学上与发光板结合在一起的裸管芯，从这些管芯进行的光提取具有高效率。此外，获得了来自该器件侧表面的对称颜色发射和在所有角度上的发射。根据如权利要求4所限定的器件的一个实施例，该至少一个光源是由激光二极管形成的，其有利于高功率应用和窄带应用。根据如权利要求5所限定的器件的一个实施例，使用光学胶粘剂将所述发光板在光学上结合到所述光源，其提供了发光板与光源的有利的光学结合以及组装。该光源的光经由该光学胶粘剂导进该发光板，其提供了光源与发光板之间的高光学耦合。此外，通过优化相对于该发光板和所述光源的光学胶粘剂折射率系数，获得了从该光源到该发光板的最优光提取。通过优化从光源到发光板的光提取，器件的光效率增加了。根据如权利要求6所限定的器件的一个实施例，使用光学胶粘剂将发光板光学上结合在一起，因此提供在两个板之间的良好的光学耦合和组装，这是有利的。此外，具有相对于所述发光板的提供对所述发光板中生成的光的全内反射的折射率的光学胶粘剂，将减少由于发光板和光学胶粘剂之间的边界中的折射所造成的光损耗。根据如权利要求7所限定的器件的一个实施例，该光学胶粘剂是无机的。根据如权利要求8所限定的器件的一个实施例，该发光板是从包括下面的材料的组中选择的白光发射材料、红光发射材料、绿光发射材料、蓝光发射材料和琥珀色光发射材料，这在各种显示应用中使用该器件时是有利的。根据如权利要求9所限定的器件的一个实施例，该器件还包括在该光源或该发光板上安排的波长特定的光学层，该层有利于分别选择在光源和光学胶粘剂之间以及在基底与光学胶粘剂之间的光学耦合的波长特定的光学属性。根据如权利要求10所限定的器件的一个实施例，该波长特定的光学层对于所述光源生成的光是透明的，并且对于在该发光板中生成的光进行反射，其将进一步增加器件的光效率。根据如权利要求11所限定的器件的一个实施例，该器件还包括安排成与该器件的所述基底相连接的散热器。该散热器提供散热功能以确保器件的两个子组件具有相同的热环境。根据如权利要求12所限定的器件的一个实施例，仅仅一个发光板被使用，其仍然提供一种对称器件，但是需要较短的制造过程，这是有利的。根据如权利要求13所限定的器件的一个实施例，所述子组件的光源电连接在一起，其使得子组件的供电方案更为高效。根据如权利要求14所限定的器件的一个实施例，该基底是该基底是不透明的或反射性的。当子组件的基底具有固有的不透明属性或是反射性的时候，与现有技术的侧面发光LED不同，根据本发明的器件不需要顶部镜子来阻拦直射光和/或在横向方向上的反射光以增加该器件的输出光强度。根据如权利要求15所限定的器件的一个实施例，提供了一种制造侧面发光器件的方法，包括针对两个子组件；-提供基底；-将至少一个光源布置在所述基底上；以及-在光学上将发光板结合在所述至少一个光源上；以及接着-组装所述两个子组件使得所述发光板光学上结合在一起。因此，提供了一种方法，其中两个子组件在组装之前首先被制造，这是有利的，因为允许在安装之前检查单个子组件。如果这两个子组件被选择为相同的，则制造过程变得更为有效，因为子组件可以在相同的制造线上生产。根据如权利要求16所限定的方法的一个实施例，该组装步骤包括将所述发光板光学上结合在一起，这是有利的。根据如权利要求17所限定的方法的一个实施例，该光学结合是通过利用光学胶粘剂进行粘合来实现的。根据如权利要求18所限定的方法的一个实施例，该方法还包括在所述光源与所述发光板之间提供波长特定的光学层的步骤。根据如权利要求19所限定的方法的一个实施例，该方法还包括在子组件之间提供电连接的步骤。本发明基于这样的认识，即由光学上结合在一起的两个子组件构成侧面发光器件，其中每个子组件包括安装在基底上的至少一个光源并且该光源在光学上与发光板结合在一起，该发光板面对对应的另一个子组件的发光板，从而得到一种具有来自侧表面的在所有角度上一致且对称的颜色发射的、对称的、高功率的、高效率的侧面发光器件。通过参考下文描述的实施例和阐述，本发明的这些和其它方面、特征以及优点将变得明显。现在，将参考附图来更为详细地描述本发明，其中图la)图示了根据本发明的器件的一个实施例的子组件的示意性横截面视图。图lb)图示了根据本发明的侧面发光器件的一个实施例的示意性横截面视图。图2a)和图2b)图示了根据本发明的侧面发光器件的两个实施例的示意性横截面视图。图3图示了根据本发明的侧面发光器件的一个实施例，该实施例包括散热器。图4描绘了制造根据本发明的侧面发光器件的方法的主要步骤的备选实施例的示意性图示。具体实施例方式在本发明的第一方面，提供了一种侧面发光器件，其包括两个子组件，这两个子组件被组装在一起从而形成一个统一的侧面发光器件。图la)图示了子组件100，其包括在其上提供了一个或多个光源140的基底130。光源140在光学上与发光板110相结合。该发光板具有第一表面111和第二表面112。该光学结合被安排为使得在光源140中所产生的光被导向到发光板110，在发光板110中的光是通过光致发光来生成的，也即来自光源的光被发光板材料吸收并在较长的波长上重新发射。因此，光源140和发光板110中的材料必须匹配，使得光源140发射能够从发光板110激发激发光的波长的光。在下文将描述的示例说明性的非限制实施例中，基底130是陶瓷的。LED形式的光源被安排在基底130的表面。光源140通过使用用于发光二极管的薄膜倒装芯片(TFFC)技术来安装。这种技术允许将阳极和阴极放置为远离光源的光输出通道，从而留下裸管芯，可获得对管芯中产生的光的畅通无阻的光学耦合。这实现了对管芯的最大光抽取，并且继而实现了器件的高光效率。^hhttp://www,lumileds.com/newsandevents/releases/PR73.Ddf.Ddf中描沭了薄腊倒装芯片(TFFC)技术，并且在此将不对其进行更详细的描述。在侧面发光器件200的实施例中，光源140是用激光二极管来实现的。然而，为了简单起见，在下面的非限制性示例的实施例中，仅仅讨论LED光源。在该实施例中，光源也即裸管芯140，在光学上与发光陶瓷小板110相结合。光源140与发光陶瓷小板110之间的这种光学结合包括光学胶粘剂，其在图中被图示成层120。在图lb)中，图示了根据本发明的侧面发光器件200的实施例。如上所述的两个子组件100、100’被安排成使得发光板110、110’的各自的第二表面112、112’被光学上结合在一起。该光学结合包括光学胶粘剂并且被图示成层250。在侧面发光器件200的实施例中，所述子组件100、100’的光源140、140’被电连接，其被图示成电连接器260，参见例如图3。在本发明的一个实施例中，针对透明和/或半透明属性对发光陶瓷小板110进行了优化。当形成发光陶瓷时，磷粉(或其他合适的材料)被暴露给高压和热，以将磷颗粒烧结进陶瓷体。这些颗粒接着被紧密地包装并且粘结在一起以形成颗粒构成的坚硬的烧结块。所得到的发光陶瓷的光学特性是紧密包装的各个磷颗粒的光学特性，其中在各个磷颗粒之间的界面处具有小的光学不连续性。这给出了光学上几乎均质的材料，其具有与形成发光陶瓷的磷材料相同的折射率。因为在各个磷颗粒之间不同折射率的材料非常少，所以发光陶瓷是透明的或半透明的。此外，所使用的发光板110可以是白光发射材料、红光发射材料、绿光发射材料、蓝光发射材料以及琥珀色光发射材料。本领域的普通技术人员应该认识到，也可以使用发射任何其它颜色光的材料，并且这被认为是属于本发明的范围。当设计侧面发光器件200的光属性以匹配特定的应用或所需的发射颜色时，发光板的配置是参考发光板的厚度以及发光材料内的发光中心的浓度来进行选择的。层120和250中的光学胶粘剂在一个实施例中是无机的。具有高折射率的无机粘合剂利用接近发光陶瓷材料的折射率的折射率提供了良好的光学耦合。可选地，可以通过使用溶胶凝胶(sol-gel)玻璃或者超薄的有机粘合胶层或如环氧树脂或硅胶之类的混合的有机_无机粘合剂层来实现粘合。在该器件的一个有利的实施例中，光学胶粘剂具有相对于发光板110和光源140适合于从光源至发光板的最优光抽取的折射率。同样，选择该折射率相对于发光板能获得对发光板110中所生成的光的全内反射，这提供了侧面发光器件的高效率。光学胶粘剂的特性(这种特性诸如是折射率、胶粘剂的线厚度、透明性和半透明性)优选地适合于在发光板中生成的光的颜色。在侧面发光器件的可选实施例中，如图2中所描绘的波长特定的光学层280被安排在该器件中。在图2a)中，波长特定的光学层280被安排在发光板110上，并且更为具体地安排在发光板110的表面上，这个表面面对光源140。在另一个实施例中，波长特定的光学层280被安排在在光源140的顶部，见图2b)，也即被安排在LED的结合表面上。因此，在两个实施例中，层280都被安排在光源140和发光板140之间。波长特定的光学层280构成波长特定的镜子，其对于激发波长也即在光源140中所生成的光是透明的，并且对于在发光板110中所生成的光是反射性的。通过这种方式，来自基底130上的光源140的光可以进入发光板110以激发该板材料并且在发光板110中导致光致发光。从该光致发光过程生成的光于是被该波长特定的光学层280反射并且回到发光板110中，并且随后可以通过发光板110的侧表面113和114发射出该侧面发光器件。这降低了否则可能发生在该器件内的后向散射损耗。波长特定的光学层280是通过使用光子学结构来实现的。在一个可选实施例中，波长特定的光学层280被实现成二向色镜，在该例子中发光板110或者光源140的顶表面提供有多层堆叠280，其包括至少两个具有不同折射率的材料。这种堆叠被称为光学滤波器。在表1中示出了这种二向色镜(也即堆叠)280的一个例子，其中所使用的材料是二氧化硅(SiO2)和五氧化二铌(Nb2O5)。这些材料都是公知的光学材料。目的是透射在光源140中发射的蓝光，对于这种二向色镜，该光必须被转换成在发光板110、110’中的红光。接着，该红光在发光板110、110’的顶表面和底表面被反射，从而它仅可以从器件的侧表面113或114中的一个逸出。这种类型的二向色镜280允许来自激励光源的大的角度范围的光通过该二向色镜280透射进入发光板，同时反射转换后的激发光(在这个例子中是红光)并且阻碍该激发光往回穿过该二向色镜280。总之，二向色镜可以被设计并且应用于透射蓝色或UV光并且反射任何比蓝色或UV更长的波长。表1层材料d(nm)层材料d(nm)层材料d(nm)介质M~Nb20596.4810Si0284.0919Nb20513.16一2Si0284.69ΠNb20588.4420Si0238.31~~3Nb205187.3612Si0250.0721Nb205184.25~Si02107.1113Nb205δΓθ22Si0232.29~~5Nb20591.9414Si0248.6623Nb205663~~~6Si0280.2915Nb205187.5824Si0294.12~~7Nb20585.3616Si0244.4825Nb205829~<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>基底陶瓷板图3图示了侧面发光器件300的一个实施例。这里安排散热器310与侧面发光器件200相连接。该散热器310用于扩散该器件200内部和外部产生的热的目的，以实现两个子组件100、100’(以及更为具体地两组光源140、140’)的均勻的热条件。该散热器还用于反射来自该器件的光的目的，并且另外该散热器310还用作用于电连接(未示出)的接线支撑以给器件200供电。散热器310可包括例如铝之类的具有恰当的反射和散热属性的任何材料，或者用于散热的材料和像铝、银或漫(白)反射涂层之类的任一种镜面反射涂层的组合。在本发明的一个可选实施例中，每个子组件的基底130具有固有的不透明属性或者是反射性的。于是，在该器件中产生的光在基底130的表面上至少被阻碍或者被反射，从而光仅可以从该器件的侧表面113或114之一逸出。本发明的第二方面是一种制造侧面发光器件的方法，其在图4中的一步一步的图示中进行了图示。步骤400到420示意性地描绘了用于制造侧面发光器件200的单独的子组件100的步骤。步骤430到440示出了两个子组件100、100，的最终组装。在起始步骤400中，提供基底。通过使用用于发光二极管的薄膜倒装芯片(TFFC)技术，给该基底装配电极和阳极(未示出)，从而在步骤405中包括裸管芯发光二极管的光源140被放置在该基底上并且被电连接到电极和阳极。在另一实施例中，光源包括激光二极管或某些其它合适的光源。在该方法的一个实施例中，步骤405后紧随步骤410，在步骤410中光源140与发光板110光学结合。首先，光学胶粘剂层120通过丝网印刷、旋转涂敷或任何其它合适的分配方法被分配在光源140的顶部。发光板110接着被附着到光学胶粘剂层120，并且在压力下光学胶粘剂层以一种适用于所用胶粘剂的方法固化。取决于胶粘剂，该固化可以通过例如将子组件100暴露给UV光或加热一段合适的时间量来实现。除了将发光板110固定到基底130上的光源140之外，该光学胶粘剂还形成了光源140与发光板110之间的光学结合。完整的子组件100在步骤420中示出。在这个示例性的实施例中，在步骤430中，通过首先在第一子组件100的上表面112上分配一层光学胶粘剂250，两个子组件100、100’被组装在一起以形成侧面发光器件200。这是用上面所描述的用于层120的相同方法来实现的。接着，通过粘合即通过压力将第二子组件100’的上表面112粘合到光学胶粘剂层250上，第二子组件100’被附着到第一子组件100。接着，光学层250被允许在用于当前胶粘剂的恰当的固化条件下进行固化。与当前胶粘剂相关联的固化条件可以是例如压力、温度和/或辐射类型。最终，在备选的步骤440中，侧面发光器件200被提供有在第一子组件100与第二子组件100’的光源之间电连接器260。在一个可选的实施例中，两个子组件100和100’是通过使用备选的合适的粘合材料来组装的。该粘合可以通过使用sol-gel玻璃或者超薄的有机粘合剂层或像环氧树脂或硅胶之类的混合的有机_无机结合剂层来实现。在一种可选的实施例中，该方法包括提供波长特定的光学层280的附加步骤，该波长特定的光学层280是光子学结构或二向色镜。该附加步骤被表示为两个步骤406或407以指示它可以在该方法中的何处执行。在布置了光源之后，也即在步骤405之后，步骤406被执行，并且接着该方法继续前进到步骤410。当执行该方法时，当选择使用步骤407而不是使用步骤406时，步骤407是在步骤410中施加光学胶粘剂之前执行的，也即在步骤405与410之间执行。该附加步骤406或407是通过提供薄的材料层来执行的，以便形成多层堆叠280，其包括至少两种具有不同折射率的材料，(见表1)。当执行根据使用步骤406的实施例的方法时，多层堆叠280被施加在光源之上。当执行根据使用步骤407的实施例的方法时，在将发光板110与光源140粘合在一起来的步骤之前，该多层堆叠被直接施加在发光板110上。在一个可选的实施例中，该方法还包括步骤450，在该步骤中散热器310被提供给侧面发光器件200。在一个非限制性的例子中，这是通过将器件200安装在合适形状的铝片或其它散热材料中来应用散热器310而实现的。在上面的例子中，光源140是通过使用薄膜倒装芯片(TFFC)来安装的发光二极管LED，然而该方法的原理可用于任何合适的现有的或者未来的光源，并且权利要求书的范围不应当被限制到具体的裸管芯LED。上面，已经描述了如在所附权利要求书中所限定的根据本发明的侧面发光器件的实施例。这些应当仅被看成非限制性的例子。本领域的普通技术人员应该理解，在本发明的范围内，许多修改以及备选实施例是可能的，本发明的范围将由所附权利要求书来限定。应当注意，在本申请中，并且特别是关于所附权利要求书，词语“包括”不排除其它单元或步骤，词语“一种”、“一个”不排除复数，其本身对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。权利要求一种侧面发光器件，其包括两个子组件，每个子组件包括-基底；-布置在所述基底上的至少一个光源-具有第一表面以及相对的第二表面的发光板，其中所述第一表面与所述至少一个光源光学上结合，并且其中所述至少一个光源发射具有能够从所述发光板激励激发光的波长的光；其中所述两个子组件被安排成将所述发光板的第二表面光学上结合在一起。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述发光板是发光陶瓷小板。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述至少一个光源是由裸露的发光二极管管芯形成的。4.根据权利要求2所述的器件，其中所述至少一个光源是由激光二极管形成的。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，其中使用光学胶粘剂将所述发光板在光学上结合到所述光源。6.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，其中使用光学胶粘剂在光学上结合所述发光板。7.根据权利要求5或6所述的器件，其中所述光学胶粘剂是无机的。8.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，其中所述发光板是从包括下述材料的组中选择的白光发射材料、红光发射材料、绿光发射材料、蓝光发射材料以及琥珀色光发射材料。9.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，还包括安排在所述光源上或所述发光板上的波长特定的光学层。10.根据权利要求9所述的器件，其中所述波长特定的光学层对于所述光源生成的光是透明的，并且对于所述发光板中生成的光是反射性的。11.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，还包括被安排成与所述器件的基底相连接的散热器。12.根据权利要求1所述的器件，其中所述子组件中的仅一个子组件包括发光板。13.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，其中所述子组件的光源是电连接的。14.根据前述权利要求中的任意一项所述的器件，其中所述基底是不透明的或反射性的。15.一种制造侧面发光器件的方法，包括针对两个子组件-提供基底；-将至少一个光源布置在所述基底上；以及-在光学上将发光板结合在所述至少一个光源上；以及接着-组装所述两个子组件使得所述发光板光学上结合在一起。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述组装步骤包括将所述发光板光学上结合在一起。17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述光学结合是通过利用光学胶粘剂进行粘合来实现的。18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括在所述光源与所述发光板之间提供波长特定的光学层的步骤。19.根据权利要求15到18中的任意一项所述的方法，还包括在所述子组件之间提供电连接器的步骤。全文摘要本发明涉及侧面发光器件，其包括光学上结合在一起的两个子组件。每个子组件包括基底，沉积在该基底上的至少一个光源，以及光学上与该至少一个光源相结合的发光板。该光源发射能够从该发光板中激励出激发光的波长的光。这两个子组件被安排成使得发光板的自由表面彼此面对。该侧面发光器件例如可用于包括利用薄膜倒装芯片(TFFC)技术安排的裸管芯或者激光二极管的光源。文档编号H01L25/075GK101828136SQ200880111729公开日2010年9月8日申请日期2008年10月10日优先权日2007年10月16日发明者H·A·范斯普朗,J·德格拉夫申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司