顯示裝置和發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了顯示裝置和發(fā)光元件。所述顯示裝置包括：發(fā)光元件本體部；低折射率層部，其設(shè)置于所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面上并且具有第一折射率；和封裝構(gòu)件，其被設(shè)置用來將所述發(fā)光元件本體部和所述低折射率層部密封于所述封裝構(gòu)件內(nèi)，所述封裝構(gòu)件具有平坦的光輸出表面并且具有大于所述第一折射率的第二折射率。所述發(fā)光元件包括：發(fā)光元件本體部；以及低折射率層部，其設(shè)置于所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面上且具有比封裝構(gòu)件的折射率低的折射率，所述封裝構(gòu)件具有平坦的光輸出表面并且將所述發(fā)光元件本體部密封在所述封裝構(gòu)件內(nèi)。本發(fā)明提供了具有優(yōu)異的取光效率并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的顯示裝置和發(fā)光元件。
【專利說明】顯示裝置和發(fā)光元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示裝置和用于該顯示裝置中的發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]以往已經(jīng)提出過使用發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光元件的各種顯示裝置。在使用LED的顯示裝置(下文中稱為LED顯示器)中，以二維的形式布置有多個(gè)LED。
[0003]此外，關(guān)于具有上述這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，以往已經(jīng)提出了各種技術(shù)來提高取光效率(light extraction efficiency)。例如，為了提高取光效率，已經(jīng)提出了一種將LED密封在以透鏡形狀形成的樹脂密封體(resin capsule)中的技術(shù)(例如，參見ShengLiu, Xiaobing Luo:“LED Packaging for Lighting Applications:Design, Manufacturing, and Testing，，，John Wiley and Sons, 2011.X

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]如上所述，針對(duì)于LED顯示器，以往已經(jīng)提出了各種技術(shù)來提高發(fā)光效率。然而，在本【技術(shù)領(lǐng)域】中，除了期望取光效率的提高之外，還期望一種能夠使LED顯示器小型化的技術(shù)。
[0005]為了滿足這樣的需求，于是做出了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，期望提供一種具有優(yōu)異的取光效率并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的顯示裝置，還期望提供用于該顯示裝置中的發(fā)光元件。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種顯示裝置。所述顯示裝置包括發(fā)光元件本體部、低折射率層部以及封裝構(gòu)件，并且所述低折射率層部和所述封裝構(gòu)件被構(gòu)造如下。所述低折射率層部設(shè)置于所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面上并且具有第一折射率。所述封裝構(gòu)件被設(shè)置用來將所述發(fā)光元件本體部和所述低折射率層部密封于所述封裝構(gòu)件內(nèi)，所述封裝構(gòu)件具有平坦的光輸出表面并且具有大于所述第一折射率的第二折射率。
[0007]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種發(fā)光兀件。所述發(fā)光兀件包括發(fā)光兀件本體部和設(shè)置于所述發(fā)光兀件本體部的光輸出表面上的低折射率層部。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光元件中，所述低折射率層部具有比封裝構(gòu)件的折射率低的折射率，所述封裝構(gòu)件具有平坦的光輸出表面，并且所述封裝構(gòu)件用于將所述發(fā)光元件本體部密封于所述封裝構(gòu)件內(nèi)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在發(fā)光元件本體部上設(shè)置有折射率低于具有平坦的光輸出表面的所述封裝構(gòu)件的折射率的所述低折射率層部。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠增加從所述發(fā)光元件本體部以小于光在所述封裝構(gòu)件的所述光輸出表面處的全反射臨界角的角度入射到所述封裝構(gòu)件的所述光輸出表面上的光分量。
[0009]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠增加從所述發(fā)光元件本體部以小于光在所述封裝構(gòu)件的所述光輸出表面處的全反射臨界角的角度入射到所述封裝構(gòu)件的所述光輸出表面上的光分量，并且因此能夠獲得優(yōu)異的取光效率。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于使用了具有平坦的光輸出表面的封裝構(gòu)件，因此能夠使所述顯示裝置小型化。也即是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠提供一種具有優(yōu)異的取光效率并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的顯示裝置，并且能夠提供發(fā)光元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出了在相關(guān)技術(shù)中的發(fā)光元件(比較例1的封裝形態(tài))中的取光操作。
[0011]圖2示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的示意性結(jié)構(gòu)和封裝形態(tài)以及該發(fā)光元件中的取光操作。
[0012]圖3A和圖3B示出了對(duì)第一實(shí)施例的封裝形態(tài)和比較例1的封裝形態(tài)進(jìn)行的光路模擬的評(píng)估結(jié)果。
[0013]圖4A和圖4B分別示出了比較例2和比較例3的封裝形態(tài)。
[0014]圖5A和圖5B分別示出了對(duì)比較例2的封裝形態(tài)和比較例3的封裝形態(tài)進(jìn)行的光路模擬的評(píng)估結(jié)果。
[0015]圖6示出了第一實(shí)施例的封裝形態(tài)中的低折射率層部的厚度與亮度改善率(luminance improvement rate)之間的關(guān)系。
[0016]圖7示出了第一實(shí)施例的封裝形態(tài)中的低折射率層部的折射率與亮度改善率之間關(guān)系。
[0017]圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例的顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0018]圖9是用于解釋黑樹脂層的效果(功能)的圖。
[0019]圖10A和圖10B是用于解釋黑樹脂層的效果(功能)的圖。
[0020]圖11示出了第二實(shí)施例的顯示裝置中的取光操作。
[0021]圖12A至圖12C分別是示出了變型例1至變型例3的顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在下文中，將參照附圖以如下順序來說明本發(fā)明的各實(shí)施例的發(fā)光元件的示例和包含這些發(fā)光元件中的任意一者的顯示裝置。需要注意的是，本發(fā)明并不限于下列示例。
[0023]1、第一實(shí)施例:發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)
[0024]2、第二實(shí)施例:顯示裝置的結(jié)構(gòu)
[0025]1、第一實(shí)施例:發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)
[0026]首先，在說明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)之前，將會(huì)先具體說明在使用LED的相關(guān)技術(shù)中的LED顯示器中當(dāng)使該LED顯示器小型化時(shí)可能出現(xiàn)的問題。
[0027]在LED顯示器中，在如同相關(guān)技術(shù)的情形中那樣將各LED密封于以透鏡形狀形成的樹脂密封體中的情況下，LED的總封裝件趨于變大，因而限制了 LED顯示器的小型化。作為解決該問題以使LED顯示器小型化的手段，可以考慮用具有平坦的光輸出表面的封裝構(gòu)件來密封LED的手段。也即是，通過用其光輸出表面是平坦的表面而不是透鏡結(jié)構(gòu)的封裝構(gòu)件來密封LED，有可能將LED顯示器小型化。
[0028]然而，這種手段會(huì)導(dǎo)致取光效率降低的問題。將參照?qǐng)D1具體說明該問題。需要注意的是，圖1示出了在用具有平坦的光輸出表面的樹脂構(gòu)件(封裝構(gòu)件)密封LED的情況(比較例1的封裝形態(tài))下的取光操作。
[0029]在從LED10射出的光束(黑色箭頭)之中，以大于光會(huì)發(fā)生全反射的臨界角(稍后說明的圖2中的Θ0)的角度Θ1入射到樹脂構(gòu)件20的光輸出表面20a上的光分量可以從光輸出表面20a被提取至外部。另一方面，以小于或等于上述全反射臨界角的角度Θ2入射到樹脂構(gòu)件20的光輸出表面20a上的光分量被光輸出表面20a全反射并且無法被提取至外部。因此，在圖1所示的比較例1的LED10的封裝形態(tài)中，取光效率降低了。
[0030]因此，在本實(shí)施例中，提出了一種發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)，通過這種發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)，SP使在用具有平坦的光輸出表面20a的樹脂構(gòu)件20密封LED10的時(shí)候，也能夠獲得優(yōu)異的取光效率。
[0031][發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)和封裝形態(tài)]
[0032]圖2示出了第一實(shí)施例的發(fā)光元件的橫截面結(jié)構(gòu)和封裝形態(tài)以及該發(fā)光元件中的取光操作。需要注意的是，在圖2所示的本實(shí)施例的發(fā)光元件1的結(jié)構(gòu)和樹脂構(gòu)件20(封裝構(gòu)件)的結(jié)構(gòu)中，與圖1所示的比較例1中的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)以相同的附圖標(biāo)記表示。
[0033]發(fā)光兀件1包括LED10 (發(fā)光兀件本體)和設(shè)置于LED10的光輸出表面上的低折射率層部11。需要注意的是，例如可以使用目前市售的任意LED來形成LED10。
[0034]低折射率層部11的折射率(第一折射率)小于樹脂構(gòu)件20的折射率(第二折射率)，發(fā)光元件1被該樹脂構(gòu)件20密封。需要注意的是，可以使用任意材料來形成低折射率層部11，只要該材料的折射率小于樹脂構(gòu)件20的折射率即可。例如，可以使用Si02或氣凝膠(aerogel)等形成低折射率層部11，或者可以使用空氣間隙形成低折射率層部11。在使用Si02形成低折射率層部11的情況下，例如能夠通過Si02的蒸發(fā)角度來控制折射率并且能夠獲得約1.08的折射率。在使用氣凝膠形成低折射率層部11的情況下，例如能夠獲得約1.01的折射率。
[0035]此外，低折射率層部11可以具有任意厚度并且例如可以被設(shè)定為約1 μ m的厚度。需要注意的是，例如可以根據(jù)稍后將要說明的諸如LED顯示器所必需的取光開口的尺寸等條件來適當(dāng)?shù)卦O(shè)定低折射率層部11的折射率和厚度。
[0036]在本實(shí)施例的封裝形態(tài)中，如圖2所示，用具有平坦的光輸出表面20a的樹脂構(gòu)件20密封具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件1的低折射率層部11側(cè)的表面(發(fā)光元件1的光輸出表面)。
[0037]需要注意的是，可以使用任意樹脂材料形成樹脂構(gòu)件20，只要該樹脂材料的折射率大于低折射率層部11的折射率即可。此外，如同在稍后說明的第二實(shí)施例的LED顯示器中那樣，在樹脂構(gòu)件20上設(shè)置有黑樹脂層和屏幕的情況下，優(yōu)選使用與這些組成構(gòu)件在折射率方面相匹配的材料來形成樹脂構(gòu)件20。
[0038][發(fā)光元件中的取光操作]
[0039]接著，將說明在圖2所示的本實(shí)施例的發(fā)光元件1的封裝形態(tài)中的取光操作。首先，從LED10射出的光經(jīng)由低折射率層部11入射到樹脂構(gòu)件20上。此時(shí)，在低折射率層部11與樹脂構(gòu)件20之間的界面處，低折射率層部11的折射率和樹脂構(gòu)件20的折射率之間的差別使得光行進(jìn)方向改變。具體地，低折射率層部11的折射率小于樹脂構(gòu)件20的折射率，如圖2中所示，在低折射率層部11與樹脂構(gòu)件20之間的界面處光路被改變?yōu)楦咏咏鼧渲瑯?gòu)件20的厚度方向。也即是，在本實(shí)施例中，從低折射率層部11出射的光的角度范圍變得比在未設(shè)置有低折射率層部11的情況下(比較例1)更窄(即，更受限制)。
[0040]在這種情況下，在從LED10射出的光束(黑色箭頭)之中，以小于全反射臨界角Θ 0的角度入射到樹脂構(gòu)件20的光輸出表面20a上的光分量的路徑也同樣在低折射率層部11與樹脂構(gòu)件20之間的界面處被改變。因此，這些光分量中的一部分會(huì)穿過低折射率層部11而行進(jìn)，于是光行進(jìn)方向與光輸出表面20a所成的角度變得大于全反射臨界角Θ 0 ;因此，能夠?qū)⒃摴鈴墓廨敵霰砻?0a取出至外部。
[0041]S卩，通過使用本實(shí)施例的發(fā)光元件1，能夠?qū)⒃趫D1所示的比較例1的封裝形態(tài)中無法取出至外部的那些光分量中的一部分取出至外部。將參照?qǐng)D3A和圖3B具體說明此操作。
[0042]圖3A示出了在圖1所示的比較例1的封裝形態(tài)中從LED10射出的光的光路，該光路是通過射線追蹤模擬而被計(jì)算出的。此外，圖3B示出了在圖2所示的本實(shí)施例的封裝形態(tài)中從發(fā)光元件1射出的光的光路，該光路是通過射線追蹤模擬而被計(jì)算出的。需要注意的是，圖3A中的被白線包圍的矩形區(qū)域是布置有LED10的區(qū)域，并且圖3B中的被白線包圍的矩形區(qū)域是布置有發(fā)光元件1的區(qū)域。
[0043]從圖3A和圖3B之間的比較可以清楚地看出，在使用本實(shí)施例的發(fā)光元件1的情況下，從發(fā)光元件1射出的光的范圍變得比在比較例1的情況下更受限制(出射光的角度范圍變得更窄)。此外，從圖3A和圖3B之間的比較可以清楚地看出，在本實(shí)施例的發(fā)光元件1的封裝形態(tài)(取光模式)的情況下，相比于比較例1，發(fā)現(xiàn)有更大量的光從光輸出表面20a被取出至外部。這是因?yàn)?，通過在LED10的光輸出表面上設(shè)置低折射率層部11，相比于比較例1而言，以大于全反射臨界角θ 0的角度入射到樹脂構(gòu)件20的光輸出表面20a上的光分量更多(因全反射而被反射的光分量更少)。
[0044]如上所述，通過使用本實(shí)施例的發(fā)光元件1，能夠?qū)⒃诒容^例1的結(jié)構(gòu)中無法取出至外部的那些光分量的一部分取出至外部。因此，在使用本實(shí)施例的發(fā)光元件1的情況下，取光效率變得高于比較例1的封裝形態(tài)(圖1)中的取光效率。
[0045][比較例2和比較例3的封裝形態(tài)]
[0046]此外，這里將會(huì)比較本實(shí)施例的封裝形態(tài)(取光模式)和如同上述相關(guān)技術(shù)中那樣把LED10密封于以透鏡形式形成的樹脂密封體中的封裝形態(tài)(取光模式)。圖4A和圖4B分別示出了比較例2和比較例3中的封裝形態(tài)。
[0047]圖4A示出了在未設(shè)置有低折射率層部的發(fā)光元件(只設(shè)置有LED)被密封于以透鏡形狀形成的樹脂密封體中的情況(比較例2的封裝形態(tài))下的取光操作。另一方面，圖4B示出了在設(shè)置有低折射率層部的發(fā)光元件被密封于以透鏡形狀形成的樹脂密封體中的情況(比較例3的封裝形態(tài))下的取光操作。需要注意的是，在圖4A和圖4B分別示出的比較例2和比較例3的封裝形態(tài)中，與圖2中所示的本實(shí)施例的封裝形態(tài)中的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)以相同的附圖標(biāo)記表示。
[0048]從圖4A和圖1之間的比較可以清楚地看出，比較例2的封裝形態(tài)具有這樣的結(jié)構(gòu):其中，使用具有以透鏡形狀形成的光輸出表面30a的樹脂構(gòu)件30作為圖1中所示的比較例1的封裝形態(tài)中的LED10的封裝構(gòu)件。此外，從圖4B和圖2之間的比較可以清楚地看出，比較例3的封裝形態(tài)具有這樣的結(jié)構(gòu):其中，使用具有以透鏡形狀形成的光輸出表面30a的樹脂構(gòu)件30作為圖2中所示的本實(shí)施例的封裝形態(tài)中的LED10的封裝構(gòu)件。[0049]此外，圖5A和圖5B分別示出了在比較例2的封裝形態(tài)和比較例3的封裝形態(tài)中從LED10 (發(fā)光元件1)射出的光的光路，這些光路是通過射線追蹤模擬而被計(jì)算出的。需要注意的是，圖5A和圖5B中的被白線包圍的半圓形區(qū)域是布置有樹脂構(gòu)件30的區(qū)域。
[0050]從圖5A和圖5B之間的比較可以清楚地看出，發(fā)現(xiàn)了:因?yàn)樵诒容^例3中在LED10的光輸出表面上設(shè)置有低折射率層部11，所以相比于比較例2，在比較例3中從發(fā)光元件1射出的光的范圍更受到限制并且所輸出光的角度范圍變得更窄。
[0051][取光效率的評(píng)估]
[0052]這里，在第一實(shí)施例以及比較例1至比較例3中的上述封裝形態(tài)(取光模式)中，通過模擬計(jì)算出了從各自的樹脂構(gòu)件輸出的光的亮度，并將它們進(jìn)行了比較。需要注意的是，在此模擬分析中，低折射率層部11的折射率η被設(shè)定為在1.07至1.2的范圍內(nèi)的預(yù)定值(1.10)，并且樹脂構(gòu)件的折射率被設(shè)定為1.48。下表中示出了評(píng)估結(jié)果。需要注意的是，t匕較例1的封裝形態(tài)(圖1)中的所輸出光的亮度被設(shè)定為1 (基準(zhǔn))，并且在下表中示出了它的相對(duì)亮度。
【權(quán)利要求】
1.一種顯示裝置，其包括:發(fā)光元件本體部；低折射率層部，所述低折射率層部設(shè)置于所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面上并且具有第一折射率；以及封裝構(gòu)件，所述封裝構(gòu)件被設(shè)置用來將所述發(fā)光元件本體部和所述低折射率層部密封于所述封裝構(gòu)件內(nèi)，所述封裝構(gòu)件具有平坦的光輸出表面并且具有大于所述第一折射率的第二折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其還包括:遮光層，所述遮光層設(shè)置在與從所述發(fā)光元件本體部經(jīng)由所述低折射率層部輸出的光的取出區(qū)域不重疊的區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中，所述遮光層設(shè)置在所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面?zhèn)鹊念A(yù)定位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中，所述遮光層設(shè)置在所述顯示裝置的配線的表面上的預(yù)定位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中，所述遮光層設(shè)置在所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面?zhèn)鹊念A(yù)定位置處，并且所述遮光層還設(shè)置在所述顯示裝置的配線的表面上的預(yù)定位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的顯示裝置，其中，所述遮光層包括黑樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的顯示裝置，其還包括:屏幕，所述屏幕設(shè)置于所述封裝構(gòu)件上，其中，所述封裝構(gòu)件包括與所述屏幕在折射率方面相匹配的構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的顯示裝置，其中，所述封裝構(gòu)件包括樹脂構(gòu)件，所述樹脂構(gòu)件包括光可塑性樹脂和光硬化性樹脂中的任一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的顯示裝置，其還包括:發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電路，所述發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置于所述封裝構(gòu)件中并且驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光元件本體部。
10.一種發(fā)光兀件，其包括:發(fā)光元件本體部；以及低折射率層部，所述低折射率層部設(shè)置于所述發(fā)光元件本體部的光輸出表面上，所述低折射率層部的折射率比封裝構(gòu)件的折射率低，所述封裝構(gòu)件具有平坦的光輸出表面，并且所述封裝構(gòu)件將所述發(fā)光元件本體部密封于所述封裝構(gòu)件內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01L33/54GK103680335SQ201310415078
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】何·賈斯汀, 琵琶剛志 申請(qǐng)人:索尼公司