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    • 专利摘要:
    Einlichtemittierendes Bauelement enthält eine Licht-erzeugende Einheit(51) zum Erzeugen eines primärenLichtes in einem ersten Wellenlängenbereich,ein mit der Licht-erzeugenden Einheit (51) verbundenes Wellenlängenwandlerelement(4) zum Umwandeln eines Teils des primären Lichtes in ein sekundäres Lichtin einem zweiten Wellenlängenbereich,und einen mit dem Wellenlängenwandlerelement(4) verbundenen omnidirektionalen Reflektor (6), um das sekundäre Lichtund den Rest des primärenLichtes, welches nicht von dem Wellenlängenwandlerelement (4) umgewandeltwurde, zu empfangen. Der omnidirektionale Reflektor (6) enthält einenomnidirektionalen, eindimensionalen photonischen Kristall mit einerReflexionscharakteristik, welche im wesentlichen eine Totalreflexiondes Restes des primären Lichtesbei jedem Einfallswinkel und jeder Polarisation zurück zum Wellenlängenwandlerelement(4) ermöglicht.
    公开号:DE102004002101A1
    申请号:DE200410002101
    申请日:2004-01-14
    公开日:2005-05-25
    发明作者:Chung-Hsiang Lin
    申请人:Han Shin Co Ltd；
    IPC主号:G02B6-122
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen omnidirektionalen eindimensionalen photonischenKristall und ein aus demselben hergestelltes lichtemittierendesBauelement.
    [0002] DasU.S. Patent Nr. 5,813,753 offenbart eine lichtemittierende Vorrichtung,die eine in einer Vertiefung mit reflektierenden Seitenwänden angeordnete UV/Blau-LED,ein die LED umgebendes und die Vertiefung ausfüllendes lichtdurchlässiges Material,ein Phosphormaterial in der Form von im dem lichtdurchlässigen Materialverteilten Partikeln, und ein an einer Vorderseite des lichtdurchlässigen Materialsangeordnetes Langwellenpaß-(LWP)-Filterenthält.
    [0003] Diein dem U.S. Patent Nr. 6,155,699 offenbarte lichtemittierende Vorrichtungenthälteinen eine Vertiefung ausbildenden Napf, eine in der Vertiefung angeordneteLeuchtdiode, eine die Leuchtdiode einkapselnde domförmige Einkapselungsschicht,einen die Einkapselungsschicht umgebenden verteilten Bragg-Reflektor-(DBR)-Spiegel,ein den DBR-Spiegel umgebendes Wellenlängenwandlerelement, und einedas Wellenlängenwandlerelementeinkapselnde Linse. Der DBR-Spiegelist im Fachgebiet als mehrschichtige dielektrische Struktur miteiner räumlich periodischenVariation der dielektrischen Konstante und mit einer photonischenFrequenzbandlückeneigenschaftbekannt, welche die Ausbreitung von Licht in einem bestimmten Frequenzbereichinnerhalb der dielektrischen Struktur verhindert und welche dieTotalreflexion des Lichtes ermöglicht.Das Wellenlängenwandlerelementbesteht normalerweise aus phosphoreszierenden Materialien, welcheim Fachgebiet bekannt sind als ein Mittel zur Absorption und Umwandlungvon primäremLicht (z.B. von unsichtbarem oder UV/Blau-Licht), welches einenkürzeren Wellenlängenbereichbesitzt, in ein sekundäresLicht (z.B. ein sichtbares oder weißes Licht) welches einen längeren Wellenlängenbereichbesitzt. Der DBR-Spiegelbesitzt eine Durchlaßcharakteristik,bei der ein Großteildes ersten Lichtes durch ihn und zu dem Wellenlängenwandlerelement durchläuft, und eineReflexionscharakteristik, die verhindert, daß das vom Wellenlängenwandlerelementerzeugte zweite Licht in die einkapselnde Schicht eintritt. Im Gebrauchemittiert die Leuchtdiode ein primäres Licht, das durch die einkapselndeSchicht und den DBR-Spiegel durchgeht, und das anschließend inein sekundäresLicht durch ein phosphoreszierendes Material in dem Wellenlängenwandlerelementumgewandelt wird. Ein Teil des sekundären Lichtes verläßt die lichtemittierendeVorrichtung durch die Linse, währendder Rest des sekundärenLichtes auf den DBR-Spiegel auftrifft und anschließend vondem letzteren zurückzum Wellenlängenwandlerelementreflektiert wird, um so zu verhindern, daß das sekundäre Lichtin die einkapselnde Schicht eintritt; dadurch wird der Wirkungsgradder lichtemittierenden Vorrichtung erhöht.
    [0004] Dader in das sekundäreLicht umgewandelte Anteil des primären Lichtes von der Konzentration unddem Quantenwirkungsgrad des phosphoreszierenden Materials in demWellenlängenwandlerelementabhängt,kann ein erheblicher Anteil des primären Lichtes nicht umgewandeltwerden und durch das Wellenlängenwandlerelementund die Linse hindurch und in die Luft austreten, was zu einer Verringerung desWirkungsgrads der lichtemittierenden Vorrichtung und der Qualität des sekundären Lichtesführt, wiez.B. in der Farbtemperatur und Reinheit, und was schädlich für die Umgebungsein kann, wenn das primäreLicht ein UV-Licht ist. Daher besteht ein Bedarf, den Wirkungsgradbei der Umwandlung des primärenLichtes in das sekundäreLicht zu verbessern, um so den Wirkungsgrad der lichtemittierendenVorrichtung zu erhöhen.
    [0005] Dervorstehend erwähnteDBR-Spiegel und das LWP-Filter sind dielektrische Strukturen mitPaaren von Schichten mit hohen und niedrigen Brechungsindizes. Esist bekannt, daß dieherkömmlichenDBR-Spiegel und LWP-Filter Licht über einen weiten Bereich vonEinfallswinkeln in Bezug zu einer senkrechten Linie einer Oberfläche derdielektrischen Struktur des DBR-Spiegels oder LWP-Filters nichtso gut reflektieren oder hindurchtreten lassen.
    [0006] DasU.S. Patent Nr. 6,130,780 offenbart einen omnidirektionalen Reflektor,der aus einem omnidirektionalen eindimensionalen photonischen Kristallhergestellt ist, welcher omnidirektionale photonische Bandlücken besitzt,und welcher in der Lage ist, das Licht bei jedem einfallenden Winkelund jeder Polarisation total zu reflektieren, wenn die Frequenz (oderWellenlänge)des einfallenden Lichtes in den Bandlücken liegt. Der offenbarteReflektor besteht aus einem Paar von Schichten mit hohem und niedrigemBrechungsindex. Der Reflexionsindexkontrast zwischen den beidendielektrischen Materialien sollte hoch genug sein, um omnidirektionalephotonische Bandlückenauszubilden.
    [0007] Diegesamten Offenbarungen der U.S. Patente Nr. 6,155,699, 5,813,753und 6,130,780 sind hiermit durch Bezugnahme beinhaltet.
    [0008] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellungeiner lichtemittierenden Vorrichtung oder eines lichtemittierendenBauelements mit omnidirektionalen Reflektoren, welche in der Lageist, die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
    [0009] Gemäß einemersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine lichtemittierendeVorrichtung bereitgestellt, die aufweist: Eine Licht-erzeugende Einheitzum Erzeugen eines primärenLichtes in einem ersten Wellenlängenbereich;ein Wellenlängenwandlerelement,das mit der Licht-erzeugenden Einheit verbunden ist, um einen Teildes primärenLichtes in ein sekundäresLicht in einem zweiten Wellenlängenbereichumzuwandeln; und wenigstens einen omnidirektionalen Reflektor, dermit dem Wellenlängenwandlerelementverbunden ist, um das sekundäreLicht und den Rest des primärenLichtes, welches nicht durch das Wellenlängenwandlerelement umgewandeltwurde, zu empfangen. Der omnidirektionale Reflektor ist eine dielektrischeStruktur mit einer räumlichperiodischen Variation der Dielektrizitätskonstante. Er enthält wenigstenseine dielektrische Einheit, die wenigstens zwei dielektrische Schichten aufweist,die sich voneinander im Brechungsindex und der Schichtdicke in einersolchen Weise unterscheiden, daß derReflektor eine Durchlaßcharakteristik,bei der das sekundäreLicht durch ihn hindurchgeht, und eine Reflexionscharakteristikaufweist, bei der im wesentlichen der Rest des primären Lichtes unterjedem Einfallswinkel und jeder Polarisation total zum Wellenlängenwandlerelementreflektiert wird.
    [0010] Gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein omnidirektionalerReflektor bereitgestellt, welcher eine dielektrische Struktur miteiner räumlichperiodischen Variation der Dielektrizitätskonstante aufweist. Die dielektrischeStruktur enthältwenigstens eine dielektrische Einheit, die drei dielektrische Schichtenaufweist, welche sich voneinander im Brechungsindex und der Schichtdickein einer solchen Weise unterscheiden, daß der Reflektor eine Reflexionscharakteristik,welche im wesentlichen eine Gesamtreflexion eines primären Lichtesin einem ersten Wellenlängenbereichzuläßt, undeine Durchlaßcharakteristikaufweist, welche ein Durchlassen eines sekundären Lichtes in einem zweiten Wellenlängenbereichaußerhalbdes ersten Wellenlängenbereicheszuläßt.
    [0011] Inden Zeichnungen, welche Ausführungsformender Erfindung veranschaulichen, zeigen:
    [0012] 1 eineschematische Teilschnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsformeiner lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0013] 2 eineschematische Teilschnittansicht zur Veranschaulichung der Struktureines omnidirektionalen Reflektors der lichtemittierenden Vorrichtung derersten bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0014] 3 eineVergleichsgraphik, welche die mittlere Reflexion und Transmissionals eine Funktion der Wellenlängedarstellt, indem alle Einfallswinkel und Polarisationen für zwei unterschiedlicheomnidirektionale Reflektoren auf derselben lichtemittierenden Vorrichtungder ersten bevorzugten Ausführungsformberücksichtigtwerden;
    [0015] 4 eineschematische Teilschnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsformder lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0016] 5 eineschematische Teilschnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsformeiner lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0017] 6 eineschematische Teilschnittansicht der dritten bevorzugten Ausführungsformeiner lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,welche von einer anderen Seite der lichtemittierenden Vorrichtungaus betrachtet ist;
    [0018] 7 eineschematische Ansicht der vierten bevorzugten Ausführungsformder lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0019] 8 eineschematische Ansicht einer fünftenbevorzugten Ausführungsformeiner lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0020] 9 einegraphische Darstellung, welche die photonische Bandstruktur desomnidirektionalen, eindimensionalen photonischen Kristalls der ersten bevorzugtenAusführungsformder Erfindung darstellt; und
    [0021] 10 einegraphische Darstellung, welche die mittlere Reflexion und Transmissionals eine Funktion der Wellenlängedarstellt, indem alle Einfallswinkel und Polarisationen berücksichtigtwerden, wenn die einfallenden Welle aus der Luft kommt.
    [0022] DerKürze halberwerden gleiche Elemente durchgängigdurch die Beschreibung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
    [0023] 1 und 2 veranschaulichendie erste bevorzugte Ausführungsformeiner lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.Die lichtemittierende Vorrichtung enthält: eine Licht-erzeugende Einheit 51,welche wenigstens ein Licht-erzeugendes Element 511 für die Erzeugungeines primärenLichtes in einem ersten Wellenlängenbereich enthält; einWellenlängenwandlerelement 4,das mit der Licht-erzeugendenEinheit 51 zum Umwandeln eines Teils des primären Lichtesin ein sekundäres Lichtin einem zweiten Wellenlängenbereichverbunden ist; erste und zweite Glassubstrate 31, 32,zwischen denen das Wellenlängenumwandlungselement 4 angeordnetist; und erste und zweite omnidirektionale Reflektoren 6,zwischen denen das erste und zweite Glassubstrat 31, 32 zumEmpfang des sekundärenLichtes und des Restes des primärenLichtes, welches nicht durch das Wellenlängenwandlerelement 4 umgewandeltwurde, angeordnet sind. Jeder der beiden ersten und zweiten omnidirektionalen Reflektoren 6 istaus einem omnidirektionalen, eindimensionalen photonischen Kristallhergestellt und besitzt eine Durchlaßcharakteristik, welche die Transmissiondes sekundärenLichtes durch diesen ermöglicht,sowie eine Reflexionscharakteristik, welche im wesentlichen eineTotalreflexion des Restes des primären Lichtes mit jedem Einfallswinkelund jeder Polarisation zum Wellenlängenumwandlungselement 4 ermöglicht.Jeder der beiden ersten und zweiten omnidirektionalen Reflektoren 6 isteine dielektrische Struktur mit einer räumlich periodischen Variationder Dielektrizitätskonstanteund enthältwenigstens eine dielektrische Einheit 61, die wenigstens erste,zweite und dritte dielektrische Schichten 611, 612 und 613 enthält, welchesich voneinander im Brechungsindex und der Schichtdicke unterscheiden.Die zweite dielektrische Schicht 612 ist zwischen der erstenund dritten dielektrischen Schicht 611, 613 angeordnetund besitzt einen niedrigeren Brechungsindex als die erste und drittedielektrische Schicht 611, 613. Die dritte dielektrischeSchicht 613 besitzt einen niedrigeren Brechungsindex alsdie erste dielektrische Schicht 611. Man beachte, daß die Ausbreitungdes Lichtes durch die dielektrische Struktur hauptsächlich durchden Brechungsindex und die Dicke jeder dielektrischen Schicht derdielektrischen Struktur beeinflußt wird. Somit muß die zweitedielektrische Schicht 612, welche zwischen der ersten unddritten dielektrischen Schicht 611, 613 angeordnetist, keinen niedrigeren Brechungsindex als die erste und drittedielektrische Schicht 611, 613 haben.
    [0024] DasWellenlängenwandlerelement 4 weist gegenüberliegendeobere und untere Oberflächen 41, 42 auf.Das Licht-erzeugende Element 511 der Licht-erzeugendenEinheit 51 ist in die untere Oberfläche 42 des Wellenlängenwandlerelementes 4 eingelegt.Das zweite Glassubstrat 32 ist an der unteren Oberfläche 42 desWellenlängenwandlerelementes 4 befestigtund deckt die Licht-erzeugende Einheit 51 ab. Das ersteGlassubstrat 31 ist an der oberen Oberfläche 41 desWellenlängenwandlerelementes 4 befestigt.Der erste und zweite omnidirektionale Reflektor 6 ist andem ersten bzw. zweiten Glassubstrat 31, 32 befestigt.
    [0025] DurchVerwendung von UV-LED-Chips als Licht-erzeugende Einheit 51 undvon Phosphoren als Wellenlängenwandlerelement 4 kanndie lichtemittierende Vorrichtung weißes Licht erzeugen.
    [0026] Beider ersten bevorzugten Ausführungsform istdie erste dielektrische Schicht 611 aus TiO2,die dritte dielektrische Schicht 613 aus Ta2O5, und die zweite dielektrische Schicht 612 ausSiO2 hergestellt. Weitere dielektrischeMaterialien, welche in den Reflektoren 6 dieser Erfindungverwendet werden können,enthalten Al2O3,MgO, ZrO2, MgF2,BaF2, und CaF2. 9 isteine graphische Darstellung, welche die photonische Bandstruktur(Frequenz überWellenvektor kY) des omnidirektionalen,eindimensionalen photonischen Kristalls, der die erste, zweite und drittedielektrische Schicht 611, 612 und 613 umfasst, darstellt.Dieser photonische Kristall besitzt eine omnidirektionale photonischeBandlückezwischen den Frequenzen 0,298 (c/a) und 0,295 (c/a) (d.h. den Frequenzen,welche dem Punkt 201 und dem Punkt 202 in 9 entsprechen)für eineinfallendes Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 369nm bis 373 nm, wenn der Gitterabstand des photonischen Kristalls110,0 nm ist. Definitionen des Wellenvektors (kY)und der Wellenpolarisationen TE und TM können in der Beschreibung desU.S. Patentes Nr. 6,130,780 gefunden werden.
    [0027] Inder ersten bevorzugten Ausführungsform enthält jederder beiden ersten und zweiten omnidirektionalen Reflektoren 6 vierzehnperiodisch angeordnete dielektrische Einheiten 61 mit derin 9 dargestellten Bandstruktur.
    [0028] 10 stelltdie mittlere Reflexion und Transmission der omnidirektionalen Reflektoren 6 als eineFunktion der Wellenlängeunter Berücksichtigungaller Einfallswinkel und Polarisationen dar, wenn die einfallendeWelle aus der Luft kommt. Die Reflexion beträgt bis zu 99 Prozent zwischenWellenlängenvon 366 nm und 378 nm, was mit der Erwartung für die omnidirektionale photonischeBandlücke in 9 übereinstimmt.
    [0029] NachOptimierung des Verhaltens der omnidirektionalen Reflektoren zeigt 3 einengrafischen Vergleich der Bemittelten Transmission und Reflexionals eine Funktion der Wellenlängefür den ausTiO2/SiO2/Ta2O5 (Trio) hergestelltenomnidirektionalen Reflektor 6, und dem aus TiO2/SiO2 (Paar) bestehenden omnidirektioalen Reflektor,wenn das einfallende Licht von dem Wellenlängenwandlerelement 4 kommt.Der omnidirektionale Reflektor 6 aus TiO2/SiO2/Ta2O5 besitzteine schmalere Wellenlängenspitzeals der omnidirektioale Reflektor 6 aus TiO2/SiO2, und ist effizienter bei der Durchlässigkeit dessekundärenLichtes im sichtbaren Bereich, ohne die Reflexion des primären Lichtes,wie z.B. des Lichtes in dem UV-Bereich, zum Wellenlängenwandlerelement 4 zureduzieren.
    [0030] DasLicht-erzeugende Element 511 liegt in der Form einer lichtemittierendenDiode wie z.B. einer organischen Leuchtdiode oder einer polymerischenLeuchtdiode vor, welche das primäreLicht in dem Wellenlängenbereichzwischen 350 und 470 nm emittiert. Das Wellenlängenwandlerelement 4 enthält einetransparente Harzmatrix mit einem fluoreszierenden Material, wiez.B. darin verteilten Partikeln aus einem Phosphormaterial. Beider ersten bevorzugten Ausführungsformist das Wellenlängenwandlerelement 4 einGemisch aus dem fluoreszierenden Material und eine Siliconmaterialin einem Verhältnis von1 zu 20. Das fluoreszierende Material enthält drei (rote, grüne und blaue)Primärfarbenmaterialienund ist in der Lage, das primäreLicht in das sekundäre Lichtinnerhalb eines Wellenlängenbereicheszwischen 400 und 700 nm umzuwandeln.
    [0031] Üblicherweiseist eine reflektierende Metallschicht auf dem Boden der lichtemittierendenEinheit angeordnet, um das primäreund sekundäreLicht zurückzum Wellenlängenwandlerelementzu reflektieren. Jedoch absorbiert, wenn das primäre Lichtinnerhalb des UV-Bereiches liegt, die reflektierende Metallschichteinen Teil des primärenLichtes, was wiederum zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der lichtemittierendenVorrichtung führt.Wir nehmen nochmals Bezug auf 1. Anstattdurch die reflektierende Metallschicht absorbiert zu werden, wirddas primäreLicht vom zweiten omnidirektionalen Reflektor 6 totalreflektiert.Zusätzlichist eine reflektierende Metallschicht 71 an der Unterseitedes zweiten omnidirektionalen Reflektors 6 angeordnet,um das sekundäreLicht zurückzum Wellenlängenwandlerelement 4 zureflektieren. Daher verbessert der zweite omnidirektionale Reflektor 6 inKombination mit der reflektierenden Metallschicht 71 weiterden Wirkungsgrad der lichtemittierenden Vorrichtung. Man beachte,daß dieHauptfunktion des zweiten omnidirektionalen Reflektors 6 inder Totalreflexion des primärenLichtes zurückzum Wellenlängenwandlerelement 4 besteht.Somit kann der zweite Reflektor 6 aus omnidirektionalen,eindimensionalen photonischen Kristallen hergestellt werden, welcheaus nur zwei Materialien bestehen (z.B. TiO2/SiO2).
    [0032] 4 veranschaulichtdie zweite bevorzugte Ausführungsformder lichtemittierenden Vorrichtung dieser Erfindung, welche derersten bevorzugten Ausführungsformmit der Ausnahme ähnelt,daß das Wellenlängenwandlerelement 4 undder erste omnidirektionale Reflektor 6 eine im allgemeinendomförmigeStruktur aufweisen, um die Transmission des sekundären Lichtesweiter zu erhöhenund den Wirkungsgrad der lichtemittierenden Vorrichtung zu verbessern.
    [0033] 5 und 6 veranschaulichendie dritte bevorzugte Ausführungsformder lichtemittierenden Vorrichtung dieser Erfindung, welche sichvon der ersten Ausführungsformdahingehend unterscheidet, daß dasWellenlängenwandlerelement 4 gegenüberliegendeobere und untere Oberflächen 41, 42 sowie linkeund rechte Seitenflächen 43 besitzt.Die Licht-erzeugendeEinheit 51 enthälteine linke Reihe Licht- erzeugenderElemente 511, die in die linke Seitenfläche 43 des Wellenlängenwandlerelementes 4 eingelegtsind, und eine rechte Reihe Licht-erzeugender Elemente 511,die in die rechte Seitenfläche 43 desWellenlängenwandlerelementes 4 eingelegt sind.Das zweite Glassubstrat 32 ist an der unteren Oberfläche 42 desWellenlängenwandlerelementes 4 befestigt.Das erste Glassubstrat 31 ist an der oberen Oberfläche 41 desWellenlängenwandlerelementes 4 befestigt.Der erste und zweite omnidirektionale Reflektor 6 sindan dem ersten bzw. zweiten Glassubstrat 31, 32 befestigt.Linke und rechte reflektierende Metallschichten 72 sindan den linken und rechten Seitenflächen 43 des Wellenlängenwandlerelementes 4 angebracht,und decken die linke bzw. rechte Reihe der Licht-erzeugenden Elemente 511 ab.
    [0034] 7 veranschaulichtdie vierte bevorzugte Ausführungsformder lichtemittierenden Vorrichtung dieser Erfindung, welche derersten Ausführungsformmit der Ausnahme ähnlichist, daß dieLicht-erzeugenden Elemente 511 und der zweite omnidirektionaleReflektor in die untere Oberfläche 42 desWellenlängenwandlerelementes 4 ineiner solchen Weise eingelegt sind, daß eine obere Oberfläche 611 des zweitenomnidirektionalen Reflektors 6 an einer unteren Oberfläche 501 jedesLicht-erzeugenden Elementes 511 angebracht ist, und eineuntere Oberfläche 602 deszweiten omnidirektionalen Reflektors 6, welcher der oberenOberfläche 601 deszweiten Reflektors 6 gegenüberliegt, bündig mit der unteren Oberfläche 42 desWellenlängenwandlerelementes 4 ist,und daß diereflektierende Metallschicht 71 an der unteren Oberfläche 42 desWellenlängenwandlerelementes 4 angebrachtist und die untere Oberfläche 602 desReflektors 6 abdeckt. Das zweite Glassubstrat 32 istan der reflektierenden Metallschicht 71 angebracht unddeckt diese ab.
    [0035] 9 veranschaulichtdie fünftebevorzugte Ausführungsformder lichtemittierenden Vorrichtung dieser Erfindung, welche dervierten Ausführungsformmit der Ausnahme ähnlichist, daß daszweite Glassubstrat 32 an der unteren Oberfläche 42 des Wellenlängenwandlerelementes 4 angebrachtist und die Oberfläche 602 desomnidirektionalen Reflektors 6 abdeckt, und daß die reflektierendeMetallschicht 71 an dem zweiten Glassubstrat 32 angebrachtist und dieses abdeckt.
    [0036] Dader Aufbau des oder der omnidirektionalen Reflektoren 6 inder lichtemittierenden Vorrichtung dieser Erfindung im wesentlichendie Totalreflexion des Primärlichtesbei jedem Einfallswinkel und jeder Polarisation aus der lichtemittierendenEinheit 51 zurückin das Wellenlängenwandlerelement 4 ermöglicht,könnendie vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.
    [0037] Aufgrundder Trio-Struktur des omnidirektionalen, eindimensionalen photonischenKristalls, d.h. der ersten, zweiten und dritten dielektrischen Schicht 611, 612, 613,welche sich voneinander im Brechungsindex und den Schichtdickenunterscheiden, besitzt der daraus hergestellte omnidirektionaleReflektor eine schmalere Wellenlängespitzein der Reflexion gegenüberder Wellenlänge(siehe 3) als der omnidirektionale Reflektor mit einerPaar-Struktur.
    权利要求:
    Claims (24)
    [1] Lichtemittierendes Bauelement, gekennzeichnetdurch eine Licht-erzeugende Einheit (51) zum Erzeugeneines primärenLichtes in einem ersten Wellenlängenbereich; einWellenlängenwandlerelement(4), das mit der Licht-erzeugenden Einheit (51)verbunden ist, um einen Teil des primären Lichtes in ein sekundäres Licht ineinem zweiten Wellenlängenbereichumzuwandeln; und wenigstens einen omnidirektionalen Reflektor(6) aus einem omnidirektionalen photonischem Kristall,der mit dem Wellenlängenwandlerelement(4) verbunden ist, um das sekundäre Licht und den Rest des primären Lichtes,welches nicht durch das Wellenlängenwandlerelementumgewandelt wurde, zu empfangen.
    [2] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß derReflektor (6) wenigstens eine dielektrische Einheit (61)enthält, diewenigstens zwei dielektrische Schichten besitzt, welche sich voneinanderim Brechungsindex und der Schichtdicke in einer solchen Weise unterscheiden, daß der Reflektor(6) eine Durchlaßcharakteristik, welchedie Transmission des sekundärenLichtes durch diesen ermöglicht,und eine Reflexionscharakteristik besitzt, welche im wesentlichendie Totalreflexion des Restes des primären Lichtes zurück zum Wellenlängenwandlerelement(4) ermöglicht.
    [3] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß derReflektor (6) wenigstens eine dielektrische Einheit (61)enthält, diewenigstens drei dielektrische Schichten besitzt, welche sich voneinanderim Brechungsindex und der Schichtdicke in einer solchen Weise unterscheiden, daß der Reflektor(6) eine Durchlaßcharakteristik, welchedie Transmission des sekundärenLichtes durch diesen ermöglicht,und eine Reflexionscharakteristik besitzt, welche im wesentlichendie Totalreflexion des Restes des primären Lichtes zurück zum Wellenlängenwandlerelement(4) ermöglicht.
    [4] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, fernerdadurch gekennzeichnet, daß diedielektrischen Schichten erste, zweite und dritte dielektrischeSchichten (611, 612, 613) umfassen, wobei diezweite dielektrische Schicht (612) zwischen der erstenund dritten dielektrischen Schicht (611, 613) angeordnetist und einen kleineren Brechungsindex als die erste und drittedielektrische Schicht (611, 613) besitzt, wobeidie dritte dielektrische Schicht (613) einen kleinerenBrechungsindex als die erste dielektrische Schicht besitzt (611).
    [5] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, fernerdadurch gekennzeichnet, daß die Licht-erzeugendeEinheit (51) an einer Seite des Wellenlängenwandlerelementes (4)eingelegt ist, wobei der Reflektor (6) an einer gegenüberliegenden Seitedes Wellenlängenwandlerelementes(4) angeordnet ist, die der einen Seite des Wellenlängenwandlerelementes(4) gegenüberliegt.
    [6] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 5, fernergekennzeichnet durch einen zweiten omnidirektionalen Reflektor (6)und ein erstes und zweites Glassubstrat (31, 32),wobei die Licht-erzeugende Einheit (51) und das Wellenlängenwandlerelement(4) zwischen den beiden Glassubstraten (31, 32)angeordnet sind, wobei das Wellenlängenwandlerelement (4)gegenüberliegendeobere und untere Oberflächen(41, 42) besitzt, die Licht- Erzeugungseinheit (51) eineein- oder zweidimensionale Anordnungen von Licht-erzeugenden Elementen(511) besitzt, die in die untere Oberfläche (42) des Wellenlängenwandlerelementes(4) eingelegt sind, das zweite Glassubstrat (32)an der unteren Oberfläche(42) des Wellenlängenwandlerelementes(4) ausgebildet ist und die Licht-erzeugende Einheit (51)abdeckt, das erste Glassubstrat (31) an der oberen Oberfläche (41)des Wellenlängenwandlerelementes(4) ausgebildet ist, der erste und zweite Reflektor (6)auf dem ersten bzw. zweiten Glassubstrat (31, 32)ausgebildet ist.
    [7] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 6, fernerdadurch gekennzeichnet, daß der zweiteReflektor (6) wenigstens eine dielektrische Einheit (61)enthält,die wenigstens zwei dielektrische Schichten besitzt, welche sichvoneinander im Brechungsindex und der Schichtdicke unterscheiden.
    [8] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 4, fernerdadurch gekennzeichnet, daß die erstedielektrische Schicht (611) aus TiO2 hergestellt ist,die zweite dielektrische Schicht (612) aus SiO2 unddie dritte dielektrische Schicht (613) aus Ta2O5 hergestellt ist.
    [9] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 6, fernerdadurch gekennzeichnet, daß jedes Licht-erzeugendeElement (511) in der Form einer lichtemittierenden Diodevorliegt, die das primäre Lichtmit einer Wellenlängein dem Bereich von 350 bis 470 nm emittiert.
    [10] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 9, fernerdadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängenwandlerelement(4) eine transparente Harzmatrix mit einem darin verteiltenfluoreszierenden Material in der Weise enthält, daß es das primäre Licht indas sekundäreLicht mit einer Wellenlängein dem Bereich von 400 bis 700 nm umwandelt.
    [11] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 7, fernerdurch eine reflektierende Metallschicht (71) gekennzeichnet,die auf dem zweiten Reflektor (6) ausgebildet ist.
    [12] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, fernergekennzeichnet durch einen zweiten omnidirektionalen Reflektor (6)und ein erstes und zweites Glassubstrat (31, 32),wobei das Wellenlängenwandlerelement(4) zwischen den beiden Glassubstraten (31, 32)angeordnet ist, wobei das Wellenlängenwandlerelement (4)gegenüberliegendeobere und untere Oberflächen(41 und 42) und linke und rechte Seitenflächen (43)aufweist, die Licht-erzeugende Einheit (51) eine linkeReihe von Licht-erzeugendenElementen (511), die in die linke Seitenfläche desWellenlängenwandlerelementes(4) eingelegt sind, und eine rechte Reihe von Licht-erzeugenden Elementen(511) enthält,die in die rechte Seitenfläche(43) des Wellenlängenwandlerelementes(4) eingelegt sind, das zweite Glassubstrat (32)auf der unteren Oberfläche(42) des Wellenlängenwandlerelementes(4) ausgebildet ist, die erste Glassubstrat (31)auf der oberen Oberfläche(41) des Wellenlängenwandlerelementes(4) ausgebildet ist, der erste und zweite Reflektor (6)auf dem ersten bzw. zweiten Glassubstrat (31, 32)ausgebildet sind.
    [13] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 12,ferner dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflektor (6)wenigstens eine dielektrische Einheit (61) enthält, diewenigstens zwei dielektrische Schichten aufweist, welche sich voneinanderim Brechungsindex und der Schichtdicke unterscheiden.
    [14] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 13,ferner gekennzeichnet durch linke und rechte reflektierende Metallschichten(72), die auf der linken und rechten Seitenfläche (43)des Wellenlängenwandlerelementes(4) ausgebildet sind, und die linke bzw. rechte Reihe derLicht-erzeugenden Elemente (511) abdecken.
    [15] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, fernerdadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängenwandlerelement(4) gegenüberliegendeobere und untere Oberflächen(41, 42) enthält, wobeidie lichtemittierende Bauelement ferner ein erstes Glassubstrat(31) aufweist, das auf der oberen Oberfläche (41)des Wellenlängenwandlerelementes (4)ausgebildet ist, der Reflektor (6) auf dem ersten Glassubstrat(31) ausgebildet ist, die Licht-Erzeugungseinheit (51)ein Licht-Erzeugungselement (511) enthält, das in der unteren Oberfläche (42)des Wellenlängenwandlerelementes(4) eingebettet ist.
    [16] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 15,ferner gekennzeichnet durch einen zweiten omnidirektionalen Reflektor(6) und eine reflektierende Metallschicht (71),wobei das Licht-Erzeugungselement (511) eine untere Oberfläche (501) aufweist,der zweite Reflektor (6) in der unteren Oberfläche (42)des Wellenlängenwandlerelementes (4)eingebettet ist und eine obere Oberfläche (611), die aufder unteren Oberfläche(501) des Licht-Erzeugungselementes (511) ausgebildetist, und eine untere Oberfläche(602) besitzt, die der oberen Oberfläche (601) des zweitenReflektors (6) gegenüberliegt, diereflektierende Metallschicht (71) auf der unteren Oberfläche (42)des Wellenlängenwandlerelementes (4)ausgebildet ist und die untere Oberfläche (602) des zweitenReflektors (6) abdeckt.
    [17] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 16,ferner gekennzeichnet durch ein zweites Glassubstrat (32),das auf der reflektierenden Metallschicht (71) ausgebildetist.
    [18] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 16,dadurch gekennzeichnet, daß derzweite Reflektor (6) wenigstens eine dielektrische Einheit (61)enthält,die wenigstens zwei dielektrische Schichten besitzt, welche sichvoneinander im Brechungsindex und in der Schichtdicke unterscheiden.
    [19] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 15,ferner gekennzeichnet durch einen zweiten omnidirektionalen Reflektor(6) und ein zweites Glassubstrat (32), wobei dasLicht-Erzeugungselement (511) eine untere Oberfläche (501)besitzt, der zweite Reflektor (6) in der unteren Oberfläche 42 des Wellenlängenwandlerelementes(4) eingebettet ist und eine obere Oberfläche (601),die auf der unteren Oberfläche(501) des Licht-Erzeugungselementes (511)ausgebildet ist, und eine untere Oberfläche (602) besitzt,die der oberen Oberfläche(601) des zweiten Reflektors (6) gegenüberliegt,das zweite Glassubstrat (32) auf der unteren Oberfläche (42) desWellenlängenwandlerelementes(4) ausgebildet ist und die untere Oberfläche (602)des zweiten Reflektors (6) abdeckt.
    [20] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 19,ferner gekennzeichnet durch eine reflektierenden Metallschicht (71),die auf dem zweiten Glassubstrat (32) ausgebildet ist unddieses abdeckt.
    [21] Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 19,dadurch gekennzeichnet, daß derzweite Reflektor (6) wenigstens eine dielektrische Einheit (61)enthält,die wenigstens zwei dielektrische Schichten besitzt, welche sichvoneinander im Brechungsindex und der Schichtdicke unterscheiden.
    [22] Omnidirektionaler Reflektor (6), gekennzeichnetdurch eine dielektrische Struktur aus einem omnidirektionalen Kristallmit einer räumlichperiodischen Variation der Dielektrizitätskonstante, wobei die dielektrischeStruktur wenigstens eine dielektrische Einheit (61) enthält, diewenigstens drei dielektrische Schichten besitzt, welche sich voneinanderim Brechungsindex und der Schichtdicke in einer solchen Weise unterscheiden,daß derReflektor (6) eine Streuungscharakteristik, die eine Reflexionscharakteristikzeigt, welche im wesentlichen die Totalreflexion eines primären Lichtesin einem ersten Wellenlängenbereichermöglicht,sowie eine Transmissionscharakteristik besitzt, welche die Transmissioneines sekundärenLichts in einem zweiten Wellenlängenbereichaußerhalbdes ersten Wellenlängenbereichsermöglicht.
    [23] Reflektor (6) nach Anspruch 22, dadurchgekennzeichnet, daß diedielektrischen Schichten eine erste, zweite und dritte dielektrischeSchicht (611, 612, 613) enthält, wobeidie zweite dielektrische Schicht (612) zwischen der erstenund dritten dielektrischen Schicht (611, 613)angeordnet ist und einen niedrigeren Brechungsindex als die ersteund dritte dielektrische Schicht (611, 613) aufweist,und die dritte dielektrische Schicht (613) einen kleinerenBrechungsindex als die erste dielektrische Schicht (611) aufweist.
    [24] Reflektor (6) nach Anspruch 23, dadurchgekennzeichnet, daß dieerste dielektrische Schicht (611) aus TiO2,die zweite dielektrische Schicht (612) aus Ta2O5 und die dritte dielektrische Schicht (613) ausSiO2 hergestellt ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-05-25| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-11-16| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    2007-04-26| 8128| New person/name/address of the agent|Representative=s name: ARTH, BUCHER & KOLLEGEN, 82152 PLANEGG |
    2007-05-03| 8181| Inventor (new situation)|Inventor name: LIN, CHUNG-HSIANG, TAIPEH, TW |
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