專利名稱：：用于背光應用的側面發光led光源的制作方法
技術領域：
：本發明涉及光器件領域。更為具體地，本發明涉及側面發光器件以及用于制造這種側面發光器件的方法。
背景技術：
：現有技術中，側面發光的發光二極管器件(LED器件)通常被用在移動背光應用中。現有技術中的側面發光LED器件的基本結構是帶有LED芯片和電連接的基底，也即這樣的光波導，其配備有反射結構或頂部涂層，該反射結構或頂部涂層在該光波導內反射該LED芯片發射的光，使得所發射的光通過LED封裝的側表面射出該LED封裝。US2006/0273337A1公開了一種側面發光LED封裝和一種制造該側面發光LED封裝的方法。該側面發光LED封裝包括上述的基本結構，其中光波導由模制部分構成，該模制部分具有中心被壓的凹下去的上表面，該上表面覆蓋并保護該基底和光源。此外，該上表面被反射層覆蓋。該反射層使得光源發射的光從模制部分向側邊反射，該模制部分形成相對于基底的在側面方向上的光透射表面。從上面舉例說明的現有技術的側面發光LED的側表面發出的光常常具有不均勻的角度分布。在現有技術文檔us2006/0239000A1中提出了解決這個問題的一種解決方案，其公開了一種側面發光LED封裝，其中兩個單獨的由基本結構構成的側面發光LED被頭對頭地安裝以使得從每個單獨的側面發光LED擴散的光束進行互補。然而，各個側面發光LED的安裝涉及機械上復雜的且占用空間的結構。
發明內容本發明的目的是提供一種側面發光器件，以及一種用于制造這種器件的方法，其減輕了現有技術中的上述缺點。通過如在權利要求1和15中所限定的根據本發明的器件和方法實現了該目的。因此，根據如權利要求1所述的本發明的第一方面，提供了一種側面發光器件，其包括兩個子組件，每個子組件包括基底、布置在該基底上的至少一個光源、以及具有第一表面和相對的第二表面的發光板。該第一表面光學上與該至少一個光源相結合。該至少一個光源發射能夠從該發光板激勵激發光的波長的光。這兩個子組件被安排成使得發光板的第二表面光學上結合在一起。因此，提供了一種側面發光器件，其具有從發光板激勵激發光的光源，該器件包括兩個子組件。這兩個子組件是對稱地配置的，并且可以在光學上結合在一起之前在制造過程中單獨地進行檢查。這對于在安裝器件之前檢測制造缺陷是有利的。此外，當具有對稱配置的面對面的兩組至少一個光源時，從該側面發光器件發射的光被相對于單組至少一個光源的光擴散屬性進行了補償。相比于使用普通配置的側面發光器件，與所需光器件面積成比例的光強度也被加倍。根據如權利要求2所述的器件的一個實施例，該發光板是發光陶瓷小板。發光陶瓷小板提供了一種材料，其適合用于吸收光源所產生的光，并且因此作為光致激發的結果適合用于發射激發光。該發光陶瓷小板充當光波導，并且可以針對透明和半透明屬性進行優化。根據如權利要求3所限定的器件的一個實施例，該至少一個光源是由裸露的發光二極管管芯形成的。通過使用光學上與發光板結合在一起的裸管芯，從這些管芯進行的光提取具有高效率。此外，獲得了來自該器件側表面的對稱顏色發射和在所有角度上的發射。根據如權利要求4所限定的器件的一個實施例，該至少一個光源是由激光二極管形成的，其有利于高功率應用和窄帶應用。根據如權利要求5所限定的器件的一個實施例，使用光學膠粘劑將所述發光板在光學上結合到所述光源，其提供了發光板與光源的有利的光學結合以及組裝。該光源的光經由該光學膠粘劑導進該發光板，其提供了光源與發光板之間的高光學耦合。此外，通過優化相對于該發光板和所述光源的光學膠粘劑折射率系數，獲得了從該光源到該發光板的最優光提取。通過優化從光源到發光板的光提取，器件的光效率增加了。根據如權利要求6所限定的器件的一個實施例，使用光學膠粘劑將發光板光學上結合在一起，因此提供在兩個板之間的良好的光學耦合和組裝，這是有利的。此外，具有相對于所述發光板的提供對所述發光板中生成的光的全內反射的折射率的光學膠粘劑，將減少由于發光板和光學膠粘劑之間的邊界中的折射所造成的光損耗。根據如權利要求7所限定的器件的一個實施例，該光學膠粘劑是無機的。根據如權利要求8所限定的器件的一個實施例，該發光板是從包括下面的材料的組中選擇的白光發射材料、紅光發射材料、綠光發射材料、藍光發射材料和琥珀色光發射材料，這在各種顯示應用中使用該器件時是有利的。根據如權利要求9所限定的器件的一個實施例，該器件還包括在該光源或該發光板上安排的波長特定的光學層，該層有利于分別選擇在光源和光學膠粘劑之間以及在基底與光學膠粘劑之間的光學耦合的波長特定的光學屬性。根據如權利要求10所限定的器件的一個實施例，該波長特定的光學層對于所述光源生成的光是透明的，并且對于在該發光板中生成的光進行反射，其將進一步增加器件的光效率。根據如權利要求11所限定的器件的一個實施例，該器件還包括安排成與該器件的所述基底相連接的散熱器。該散熱器提供散熱功能以確保器件的兩個子組件具有相同的熱環境。根據如權利要求12所限定的器件的一個實施例，僅僅一個發光板被使用，其仍然提供一種對稱器件，但是需要較短的制造過程，這是有利的。根據如權利要求13所限定的器件的一個實施例，所述子組件的光源電連接在一起，其使得子組件的供電方案更為高效。根據如權利要求14所限定的器件的一個實施例，該基底是該基底是不透明的或反射性的。當子組件的基底具有固有的不透明屬性或是反射性的時候，與現有技術的側面發光LED不同，根據本發明的器件不需要頂部鏡子來阻攔直射光和/或在橫向方向上的反射光以增加該器件的輸出光強度。根據如權利要求15所限定的器件的一個實施例，提供了一種制造側面發光器件的方法，包括針對兩個子組件；-提供基底；-將至少一個光源布置在所述基底上；以及-在光學上將發光板結合在所述至少一個光源上；以及接著-組裝所述兩個子組件使得所述發光板光學上結合在一起。因此，提供了一種方法，其中兩個子組件在組裝之前首先被制造，這是有利的，因為允許在安裝之前檢查單個子組件。如果這兩個子組件被選擇為相同的，則制造過程變得更為有效，因為子組件可以在相同的制造線上生產。根據如權利要求16所限定的方法的一個實施例，該組裝步驟包括將所述發光板光學上結合在一起，這是有利的。根據如權利要求17所限定的方法的一個實施例，該光學結合是通過利用光學膠粘劑進行粘合來實現的。根據如權利要求18所限定的方法的一個實施例，該方法還包括在所述光源與所述發光板之間提供波長特定的光學層的步驟。根據如權利要求19所限定的方法的一個實施例，該方法還包括在子組件之間提供電連接的步驟。本發明基于這樣的認識，即由光學上結合在一起的兩個子組件構成側面發光器件，其中每個子組件包括安裝在基底上的至少一個光源并且該光源在光學上與發光板結合在一起，該發光板面對對應的另一個子組件的發光板，從而得到一種具有來自側表面的在所有角度上一致且對稱的顏色發射的、對稱的、高功率的、高效率的側面發光器件。通過參考下文描述的實施例和闡述，本發明的這些和其它方面、特征以及優點將變得明顯。現在，將參考附圖來更為詳細地描述本發明，其中圖la)圖示了根據本發明的器件的一個實施例的子組件的示意性橫截面視圖。圖lb)圖示了根據本發明的側面發光器件的一個實施例的示意性橫截面視圖。圖2a)和圖2b)圖示了根據本發明的側面發光器件的兩個實施例的示意性橫截面視圖。圖3圖示了根據本發明的側面發光器件的一個實施例，該實施例包括散熱器。圖4描繪了制造根據本發明的側面發光器件的方法的主要步驟的備選實施例的示意性圖示。具體實施例方式在本發明的第一方面，提供了一種側面發光器件，其包括兩個子組件，這兩個子組件被組裝在一起從而形成一個統一的側面發光器件。圖la)圖示了子組件100，其包括在其上提供了一個或多個光源140的基底130。光源140在光學上與發光板110相結合。該發光板具有第一表面111和第二表面112。該光學結合被安排為使得在光源140中所產生的光被導向到發光板110，在發光板110中的光是通過光致發光來生成的，也即來自光源的光被發光板材料吸收并在較長的波長上重新發射。因此，光源140和發光板110中的材料必須匹配，使得光源140發射能夠從發光板110激發激發光的波長的光。在下文將描述的示例說明性的非限制實施例中，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通過使用用于發光二極管的薄膜倒裝芯片(TFFC)技術來安裝。這種技術允許將陽極和陰極放置為遠離光源的光輸出通道，從而留下裸管芯，可獲得對管芯中產生的光的暢通無阻的光學耦合。這實現了對管芯的最大光抽取，并且繼而實現了器件的高光效率。^hhttp://www,lumileds.com/newsandevents/releases/PR73.Ddf.Ddf中描沭了薄臘倒裝芯片(TFFC)技術，并且在此將不對其進行更詳細的描述。在側面發光器件200的實施例中，光源140是用激光二極管來實現的。然而，為了簡單起見，在下面的非限制性示例的實施例中，僅僅討論LED光源。在該實施例中，光源也即裸管芯140，在光學上與發光陶瓷小板110相結合。光源140與發光陶瓷小板110之間的這種光學結合包括光學膠粘劑，其在圖中被圖示成層120。在圖lb)中，圖示了根據本發明的側面發光器件200的實施例。如上所述的兩個子組件100、100’被安排成使得發光板110、110’的各自的第二表面112、112’被光學上結合在一起。該光學結合包括光學膠粘劑并且被圖示成層250。在側面發光器件200的實施例中，所述子組件100、100’的光源140、140’被電連接，其被圖示成電連接器260，參見例如圖3。在本發明的一個實施例中，針對透明和/或半透明屬性對發光陶瓷小板110進行了優化。當形成發光陶瓷時，磷粉(或其他合適的材料)被暴露給高壓和熱，以將磷顆粒燒結進陶瓷體。這些顆粒接著被緊密地包裝并且粘結在一起以形成顆粒構成的堅硬的燒結塊。所得到的發光陶瓷的光學特性是緊密包裝的各個磷顆粒的光學特性，其中在各個磷顆粒之間的界面處具有小的光學不連續性。這給出了光學上幾乎均質的材料，其具有與形成發光陶瓷的磷材料相同的折射率。因為在各個磷顆粒之間不同折射率的材料非常少，所以發光陶瓷是透明的或半透明的。此外，所使用的發光板110可以是白光發射材料、紅光發射材料、綠光發射材料、藍光發射材料以及琥珀色光發射材料。本領域的普通技術人員應該認識到，也可以使用發射任何其它顏色光的材料，并且這被認為是屬于本發明的范圍。當設計側面發光器件200的光屬性以匹配特定的應用或所需的發射顏色時，發光板的配置是參考發光板的厚度以及發光材料內的發光中心的濃度來進行選擇的。層120和250中的光學膠粘劑在一個實施例中是無機的。具有高折射率的無機粘合劑利用接近發光陶瓷材料的折射率的折射率提供了良好的光學耦合。可選地，可以通過使用溶膠凝膠(sol-gel)玻璃或者超薄的有機粘合膠層或如環氧樹脂或硅膠之類的混合的有機_無機粘合劑層來實現粘合。在該器件的一個有利的實施例中，光學膠粘劑具有相對于發光板110和光源140適合于從光源至發光板的最優光抽取的折射率。同樣，選擇該折射率相對于發光板能獲得對發光板110中所生成的光的全內反射，這提供了側面發光器件的高效率。光學膠粘劑的特性(這種特性諸如是折射率、膠粘劑的線厚度、透明性和半透明性)優選地適合于在發光板中生成的光的顏色。在側面發光器件的可選實施例中，如圖2中所描繪的波長特定的光學層280被安排在該器件中。在圖2a)中，波長特定的光學層280被安排在發光板110上，并且更為具體地安排在發光板110的表面上，這個表面面對光源140。在另一個實施例中，波長特定的光學層280被安排在在光源140的頂部，見圖2b)，也即被安排在LED的結合表面上。因此，在兩個實施例中，層280都被安排在光源140和發光板140之間。波長特定的光學層280構成波長特定的鏡子，其對于激發波長也即在光源140中所生成的光是透明的，并且對于在發光板110中所生成的光是反射性的。通過這種方式，來自基底130上的光源140的光可以進入發光板110以激發該板材料并且在發光板110中導致光致發光。從該光致發光過程生成的光于是被該波長特定的光學層280反射并且回到發光板110中，并且隨后可以通過發光板110的側表面113和114發射出該側面發光器件。這降低了否則可能發生在該器件內的后向散射損耗。波長特定的光學層280是通過使用光子學結構來實現的。在一個可選實施例中，波長特定的光學層280被實現成二向色鏡，在該例子中發光板110或者光源140的頂表面提供有多層堆疊280，其包括至少兩個具有不同折射率的材料。這種堆疊被稱為光學濾波器。在表1中示出了這種二向色鏡(也即堆疊)280的一個例子，其中所使用的材料是二氧化硅(SiO2)和五氧化二鈮(Nb2O5)。這些材料都是公知的光學材料。目的是透射在光源140中發射的藍光，對于這種二向色鏡，該光必須被轉換成在發光板110、110’中的紅光。接著，該紅光在發光板110、110’的頂表面和底表面被反射，從而它僅可以從器件的側表面113或114中的一個逸出。這種類型的二向色鏡280允許來自激勵光源的大的角度范圍的光通過該二向色鏡280透射進入發光板，同時反射轉換后的激發光(在這個例子中是紅光)并且阻礙該激發光往回穿過該二向色鏡280。總之，二向色鏡可以被設計并且應用于透射藍色或UV光并且反射任何比藍色或UV更長的波長。表1層材料d(nm)層材料d(nm)層材料d(nm)介質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>基底陶瓷板圖3圖示了側面發光器件300的一個實施例。這里安排散熱器310與側面發光器件200相連接。該散熱器310用于擴散該器件200內部和外部產生的熱的目的，以實現兩個子組件100、100’(以及更為具體地兩組光源140、140’)的均勻的熱條件。該散熱器還用于反射來自該器件的光的目的，并且另外該散熱器310還用作用于電連接(未示出)的接線支撐以給器件200供電。散熱器310可包括例如鋁之類的具有恰當的反射和散熱屬性的任何材料，或者用于散熱的材料和像鋁、銀或漫(白)反射涂層之類的任一種鏡面反射涂層的組合。在本發明的一個可選實施例中，每個子組件的基底130具有固有的不透明屬性或者是反射性的。于是，在該器件中產生的光在基底130的表面上至少被阻礙或者被反射，從而光僅可以從該器件的側表面113或114之一逸出。本發明的第二方面是一種制造側面發光器件的方法，其在圖4中的一步一步的圖示中進行了圖示。步驟400到420示意性地描繪了用于制造側面發光器件200的單獨的子組件100的步驟。步驟430到440示出了兩個子組件100、100，的最終組裝。在起始步驟400中，提供基底。通過使用用于發光二極管的薄膜倒裝芯片(TFFC)技術，給該基底裝配電極和陽極(未示出)，從而在步驟405中包括裸管芯發光二極管的光源140被放置在該基底上并且被電連接到電極和陽極。在另一實施例中，光源包括激光二極管或某些其它合適的光源。在該方法的一個實施例中，步驟405后緊隨步驟410，在步驟410中光源140與發光板110光學結合。首先，光學膠粘劑層120通過絲網印刷、旋轉涂敷或任何其它合適的分配方法被分配在光源140的頂部。發光板110接著被附著到光學膠粘劑層120，并且在壓力下光學膠粘劑層以一種適用于所用膠粘劑的方法固化。取決于膠粘劑，該固化可以通過例如將子組件100暴露給UV光或加熱一段合適的時間量來實現。除了將發光板110固定到基底130上的光源140之外，該光學膠粘劑還形成了光源140與發光板110之間的光學結合。完整的子組件100在步驟420中示出。在這個示例性的實施例中，在步驟430中，通過首先在第一子組件100的上表面112上分配一層光學膠粘劑250，兩個子組件100、100’被組裝在一起以形成側面發光器件200。這是用上面所描述的用于層120的相同方法來實現的。接著，通過粘合即通過壓力將第二子組件100’的上表面112粘合到光學膠粘劑層250上，第二子組件100’被附著到第一子組件100。接著，光學層250被允許在用于當前膠粘劑的恰當的固化條件下進行固化。與當前膠粘劑相關聯的固化條件可以是例如壓力、溫度和/或輻射類型。最終，在備選的步驟440中，側面發光器件200被提供有在第一子組件100與第二子組件100’的光源之間電連接器260。在一個可選的實施例中，兩個子組件100和100’是通過使用備選的合適的粘合材料來組裝的。該粘合可以通過使用sol-gel玻璃或者超薄的有機粘合劑層或像環氧樹脂或硅膠之類的混合的有機_無機結合劑層來實現。在一種可選的實施例中，該方法包括提供波長特定的光學層280的附加步驟，該波長特定的光學層280是光子學結構或二向色鏡。該附加步驟被表示為兩個步驟406或407以指示它可以在該方法中的何處執行。在布置了光源之后，也即在步驟405之后，步驟406被執行，并且接著該方法繼續前進到步驟410。當執行該方法時，當選擇使用步驟407而不是使用步驟406時，步驟407是在步驟410中施加光學膠粘劑之前執行的，也即在步驟405與410之間執行。該附加步驟406或407是通過提供薄的材料層來執行的，以便形成多層堆疊280，其包括至少兩種具有不同折射率的材料，(見表1)。當執行根據使用步驟406的實施例的方法時，多層堆疊280被施加在光源之上。當執行根據使用步驟407的實施例的方法時，在將發光板110與光源140粘合在一起來的步驟之前，該多層堆疊被直接施加在發光板110上。在一個可選的實施例中，該方法還包括步驟450，在該步驟中散熱器310被提供給側面發光器件200。在一個非限制性的例子中，這是通過將器件200安裝在合適形狀的鋁片或其它散熱材料中來應用散熱器310而實現的。在上面的例子中，光源140是通過使用薄膜倒裝芯片(TFFC)來安裝的發光二極管LED，然而該方法的原理可用于任何合適的現有的或者未來的光源，并且權利要求書的范圍不應當被限制到具體的裸管芯LED。上面，已經描述了如在所附權利要求書中所限定的根據本發明的側面發光器件的實施例。這些應當僅被看成非限制性的例子。本領域的普通技術人員應該理解，在本發明的范圍內，許多修改以及備選實施例是可能的，本發明的范圍將由所附權利要求書來限定。應當注意，在本申請中，并且特別是關于所附權利要求書，詞語“包括”不排除其它單元或步驟，詞語“一種”、“一個”不排除復數，其本身對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。權利要求一種側面發光器件，其包括兩個子組件，每個子組件包括-基底；-布置在所述基底上的至少一個光源-具有第一表面以及相對的第二表面的發光板，其中所述第一表面與所述至少一個光源光學上結合，并且其中所述至少一個光源發射具有能夠從所述發光板激勵激發光的波長的光；其中所述兩個子組件被安排成將所述發光板的第二表面光學上結合在一起。2.根據權利要求1所述的器件，其中所述發光板是發光陶瓷小板。3.根據權利要求2所述的器件，其中所述至少一個光源是由裸露的發光二極管管芯形成的。4.根據權利要求2所述的器件，其中所述至少一個光源是由激光二極管形成的。5.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，其中使用光學膠粘劑將所述發光板在光學上結合到所述光源。6.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，其中使用光學膠粘劑在光學上結合所述發光板。7.根據權利要求5或6所述的器件，其中所述光學膠粘劑是無機的。8.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，其中所述發光板是從包括下述材料的組中選擇的白光發射材料、紅光發射材料、綠光發射材料、藍光發射材料以及琥珀色光發射材料。9.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，還包括安排在所述光源上或所述發光板上的波長特定的光學層。10.根據權利要求9所述的器件，其中所述波長特定的光學層對于所述光源生成的光是透明的，并且對于所述發光板中生成的光是反射性的。11.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，還包括被安排成與所述器件的基底相連接的散熱器。12.根據權利要求1所述的器件，其中所述子組件中的僅一個子組件包括發光板。13.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，其中所述子組件的光源是電連接的。14.根據前述權利要求中的任意一項所述的器件，其中所述基底是不透明的或反射性的。15.一種制造側面發光器件的方法，包括針對兩個子組件-提供基底；-將至少一個光源布置在所述基底上；以及-在光學上將發光板結合在所述至少一個光源上；以及接著-組裝所述兩個子組件使得所述發光板光學上結合在一起。16.根據權利要求15所述的方法，其中所述組裝步驟包括將所述發光板光學上結合在一起。17.根據權利要求15或16所述的方法，其中所述光學結合是通過利用光學膠粘劑進行粘合來實現的。18.根據權利要求16或17所述的方法，還包括在所述光源與所述發光板之間提供波長特定的光學層的步驟。19.根據權利要求15到18中的任意一項所述的方法，還包括在所述子組件之間提供電連接器的步驟。全文摘要本發明涉及側面發光器件，其包括光學上結合在一起的兩個子組件。每個子組件包括基底，沉積在該基底上的至少一個光源，以及光學上與該至少一個光源相結合的發光板。該光源發射能夠從該發光板中激勵出激發光的波長的光。這兩個子組件被安排成使得發光板的自由表面彼此面對。該側面發光器件例如可用于包括利用薄膜倒裝芯片(TFFC)技術安排的裸管芯或者激光二極管的光源。文檔編號H01L25/075GK101828136SQ200880111729公開日2010年9月8日申請日期2008年10月10日優先權日2007年10月16日發明者H·A·范斯普朗,J·德格拉夫申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司