CN101232066A - 发光二极管的密封剂轮廓 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光二极管的密封剂轮廓，其中具体公开一种发光封装二极管，包括发光二极管芯片，安装在反射封装中，其中，与二极管相邻的表面是近Lambertian反射器。在封装中的密封剂以Lambertian反射器为界以及在密封剂中的荧光体转换由LED芯片发出的频率，以及结合由芯片发出的频率产生白光。由密封剂形成的基本上平的弯月镜限定封装二极管的发射面。

Description

发光二极管的密封剂轮廓
本申请要求2006年9月1日提交的序列号No.60/824,390的优先权。
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)中的密封剂材料的几何结构，以及更具体地说，涉及从产生白光的表面安装侧视图LED发出的光图案。
背景技术
发光二极管表示半导体材料类，其中，通过生成光子的至少一些重新合，在p-n结上的电流的应用驱动在电子和空穴间的重新组合。根据电子和物理的非常公知的原理，光子的波形(由此频率)基于重新组合的能量变化。反过来，通过半导体材料的带隙，即材料的价带及其导带间的能量差，限定或限制能量。
因此，通过形成它的材料，大大地限定由LED发出的颜色。由砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaP)形成的二极管倾向于在可见光谱的低能红和黄部分中产生光子。材料，诸如碳化硅(SiC)和III族氮化物具有更大带隙，由此能产生具有出现在可见光谱的绿、蓝和紫色部分中以及电磁光谱的紫外线部分中的更大能量的光子。
在一些应用中，当将其输出调节或转换成不同颜色时，LED更有用。特别地，当发蓝光的LED的可用性大大地增加时，使用能转换蓝光子的发黄光的荧光体也同样地增加。特别地，由二极管发出的蓝光和由荧光体发出的黄光的结合能产生白光。反过来，来自固体源的白光的可用性提供在许多应用中结合它们的能力，特别是包括照明和作为用于彩色显示器的背光。在这些设备(例如平面计算机屏幕、个人数字助理和蜂窝电话)中，蓝LED和黄荧光体产生白光，然后以照射彩色元件(通常由液晶形成，“LCD”)的一些形式分布。
在本申请中，一般意义上使用术语“白光”。熟悉人眼感知的多种颜色或颜色生成的人将意识到频率的特定混合能限定为用于具体目的的“白色”。尽管在此所述的一些二极管能产生这类精确的输出，但在此更广泛地使用术语“白色”以及术语“白色”包括不同个人或检测器将感知为具有稍微倾向例如黄色或蓝色的色彩的光。
在许多传统应用中，为其所需用途封装发光二极管(在其基础半导体结构中，通常称为芯片)。如在此所使用的，术语封装通常是指连同对二极管提供一些物理保护并且能光学地引导光输出的塑料透镜(树脂、环氧树脂、密封剂)，将半导体芯片放在适当的电结构中。
在许多传统的应用中，透镜至少部分由半球面形成。例子是典型的T13/4封装，其被广泛地认可并包含在大量LED应用中。
最近，发光二极管正用于照明目的。特别地，能产生白光的LED经一些其他类型的设备(通常是液晶)，用于背光平板显示器(计算机屏幕、个人数字助理、蜂窝电话)以便产生或显示颜色。在这些应用的许多中，垂直于相关屏幕的面安装LED。在该定向中，以及代替直接在屏幕本身的后面，使LED朝向光导的边缘-通常是塑料的平面-以便当来自LED的光进入光导的边缘时，光导反过来朝显示屏的表面垂直地重新定向它。
为此目的封装的发光二极管称为侧视图表面安装LED或侧视图。许多表面安装侧视图二极管在它们的外壳内包含凹弯月镜。凹弯月镜能倾向于聚焦光并产生更高强度，但以整体能量为代价。不必说，凹弯月镜也防止机械损坏密封剂(密封剂通常比封装的其他部分更易碎)。
发白光的侧安装面视图LED通常通过包含具有发黄光的荧光体的发蓝光LED芯片来实现。来自芯片的蓝光激发荧光体发黄光。这产生蓝和黄频率的组合，一起产生白光的适当色调。
然而，已经发现当结合某些较高亮度二极管，传统的凹弯月镜用在侧视图表面安装LED中时，密封剂的凹形状变得不利，因为它会降低通量和颜色均匀度。
这些缺点对具有比典型的LED更Lambertian的远场轮廓的芯片来说特别显著。Lambertian是指表面遵守Lambert(朗伯)余弦定律的程度，表示在任一方向中，来自优良扩散表面的元件的反射或透射发光强度(通量)随那一方向和表面的法向矢量间的角度的余弦变化。Lambert余弦定律通常表示为公式N＝N0cosA，其中，N是辐射强度，N0是垂直于发射面的辐射法线以及A是视向和发射表面的法线间的角度。
在实际意义中，来自Lambert发射器的辐射比较低Lambertian或非Lambertian发射器更均匀。
因此，凹弯月镜倾向于降低或消除产生近Lambertian远场图的那些LED的远场优势。
因此，存在补充具有适当透镜或密封剂形状的高质量二极管的亮度和远场特性的需要，这增强，而不是防碍用于所需目的的光输出。
发明内容
本发明是发光封装二极管，包括具有安装在反射封装中的近Lambertian远场图的LED芯片，其中，与二极管相邻的表面也为近Lambertian反射器；封装中并以Lambertian反射器为界的密封剂；密封剂中的荧光体，其转换由LED芯片发出的频率以及连同由LED芯片发出的频率产生白光，以及基本上平的弯月镜，由限定封装二极管的发射表面的密封剂形成。
基于下述结合附图的详细描述，本发明的上述和其他目的和优点以及实现它的方式将变得更清楚。
附图说明
图1是传统的侧视图表面安装发光二极管的截面图。
图2、3和4是根据本发明的侧视图表面安装发光二极管的截面图。
图5是结合光导，根据本发明的二极管的透视图。
具体实施方式
图1是称为表面安装侧视图二极管的类型的传统发光二极管的截面图。二极管通常由10表示。封装二极管10包括白树脂封装12中的发光二极管芯片11。包括各个电触点13和14，用于将封装二极管10连接到电路或设备。为清楚起见，图1避免从示例说明所有布线，但不包括通常用于将芯片11连接到一个电极的导线15，同时该芯片本身建立在第二电极(未示出)上。如在许多这种传统的封装中，芯片11由密封剂16覆盖，该密封剂16填充由树脂封装12的壁17和底面20限定的凹口。用于光转换的荧光体表示为块点21。
在传统的封装10中，密封剂形成凹弯月镜22。如前所提到的，在这种传统的二极管中，凹弯月镜22能帮助聚焦特定方向中的光，但可以减少颜色均匀性。不必说，这也降低通量，换取更高定向强度。凹弯月镜22也限定白树脂封装12的边界内的密封剂。这能帮助防止密封剂与其他物体物理接触，由此至少某种程度上对二极管10提供一些物理保护。
图2示例说明根据本发明的封装二极管25。其中相同的元件具有与图1相同的参考数字。因此，在图2的侧视图表面安装实施例中，二极管25包括白树脂封装12、LED芯片11、各个触点13和14以及由侧壁17和底面20限定的封装12中的凹口。封装12的壁14和底面20在它们的反射特性中最好是近Lambertian。用于这些封装的白树脂广泛可获得以及本领域易于理解，以及不必详细地论述。
在图2中，用26表示密封剂，因为它具有不同于图1中所示的传统弯月镜的形状。特别地，在本发明中，密封剂形成为基本上平的透镜27。后一设计在制造期间提供更好远场均匀性以及更大亮度通量的优点。
密封剂能是适合于本发明目的以及不干扰芯片的操作的任何材料。如在2006年9月1日提交的共同未决和共同受让的申请序列号No.60/824,385，“Phosphor Position In Light Emitting Diodes”中所阐述的，当LED芯片在光谱的较高能量部分(例如蓝、紫和紫外线)中发射时，密封剂应当对在该频率发出的光子具有低电抗或惰性。因此，聚硅氧烷(“硅酮”)树脂倾向于特别适合于密封剂。
尽管发明人不希望受任何理论束缚，但已经发现使用平或透镜27补充和增强具有Lambertian或近Lambertian远场特性的芯片，诸如可从本发明的受让人，Cree Inc.Durham North Carolina获得的EZBRIGHTTM和EZRTM LED芯片。
包含荧光体在本领域非常公知以及在此将不详细地论述。对发蓝光二极管，掺杂铈的钇铝石榴石(YAG:Ce)是适合的荧光体材料的一个例子，因为它响应较高能量频率以及作为响应发射黄频率。如在前所提到的，这些蓝和黄频率的结合能产生白光的适当阴影。
图3示例说明本发明的另一实施例。再次，只要适当，相同的参考数字将表示相同的元件。在图3中，封装二极管用30表示以及包括白树脂封装12中的LED芯片11。然而，在图3中，密封剂用34表示，以及形成为适度圆顶透镜31。已经发现保持在白树脂封装12的顶面32的约50微米内的非常微小的弯月镜(凹或凸)仍然提供如图2中所示平面的均匀性好处。50微米尺寸限定在弯月镜33的最高(最低)部分和白树脂封装12的顶面32间。作为比例比较，封装12将具有长度、宽度和高度约2-4毫米量级的尺寸。
进一步发现根据本发明，通过由密封剂34中的点表示的光漫射器，能增强与圆顶透镜31的混合的辐射。一般地说，漫射器是任何物体集，可能包括密封剂中的气泡，在密封剂34内物理地散射光。
图2和3示例说明荧光体21最好直接位于芯片11和白树脂封装12的底面20上或非常接近它们。用于以这种方式定向荧光体的方法在先前包含的申请No.60/824,385，Phosphor Position in LightEmitting Diodes中阐述过。
图4是相对于圆顶透镜31，与图3类似的根据本发明的二极管40的截面图。在图4中，然而，用41表示密封剂，因为它不包括漫射器。用42表示荧光体，因为它仅覆盖芯片11的发射区。以这种方式限制荧光体42的位置允许圆顶透镜31稍大一些，同时仍产生良好的颜色均匀度。
通过这种适度的圆顶31(图3和4)，能优化光提取和效率，以及适度的圆顶能提供在特定方向中聚焦光同时在其他方向中不聚焦光的优点。反过来这最大化与用作用于平面显示器(特别是包括液晶)的那些的背光单元的一部分的平面部件诸如光导的耦合。在这些应用中，本发明提供将光牢固地聚焦在光导的平面内同时以最大效率和均匀性在平面上扩展它的能力。
图5示例说明该原理，其中，沿光导47的后边缘46，放置根据本发明的两个二极管(分别用45表示)。如由矢量箭头50所示，稍微圆顶的弯月镜(图3和4中的31)能产生比在光导47的主要平面中更多的光，同时避免浪费那一平面上和下的光，由此增加二极管45和光导47的结合效率。
图5还示例说明在一些实施例中，用矩形轮廓而不是方形或圆形轮廓特征化侧视图表面安装二极管。在这些情况下，适度地圆顶密封剂的发光表面形成弧状轮廓，其在主发射的方向中延伸，如由图5进一步例示，朝向二极管意图照射的光导的边缘。
在这些情况下，如果单独地看密封剂，其从白树脂封装(例如图1-4中的12)延伸的程度将限定具有一个矩形侧面的立体多边形，垂直于矩形面的两个弧状平面，以及从矩形侧面的头到尾延伸并跟随两个弧状平面的弧的垂直曲线壁。这将在表面安装LED和表面安装侧视图LED中更常见的半球面或其他部分球面与本发明的圆顶区别开。
将理解到根据本发明的圆顶31或平面透镜27不必在单一步骤中形成。因为弯月镜27，3在制造中的变化几乎不可避免，将导致颜色点的初始可变性、颜色均匀度、强度和远场轮廓(或这些的任一组合)。例如，密封剂10的高度或位置的小到10微米的变化能限定有用和失败二极管间的差异。因此，在本发明中，通过连续应用薄层的附加密封剂，直到产生所需特性为止，能重制密封剂。
在本发明的优选实施例中阐述的附图和说明书中，尽管采用特定的术语，但仅在一般和描述意义上使用它们，而不是用于限制目的，本发明的范围在权利要求中限定。

Claims (26)

1.一种发光封装二极管，包括：
发光二极管芯片，安装在反射封装中，其中，与所述二极管相邻的表面是近Lambertian反射器；
在所述封装中并以所述近Lambertian反射器为界的密封剂；
在所述密封剂中的荧光体，其转换由所述芯片发出的频率，以及结合由所述芯片发出的频率产生白光；以及
基本上平的弯月镜，由限定所述封装二极管的发射面的所述密封剂形成。
2.如权利要求1所述的封装二极管，包括具有近Lambertian远场图的发光二极管芯片。
3.如权利要求1所述的封装二极管，其中，所述密封剂包括多层所述密封剂。
4.如权利要求1所述的发光封装二极管，其中，所述发光二极管由III族氮化物材料体系形成。
5.如权利要求1所述的发光封装二极管，其中，所述荧光体包括掺杂铈的钇铝石榴石。
6.如权利要求1所述的发光封装二极管，其中，所述反射封装包括白树脂。
7.如权利要求1所述的发光封装二极管，其中，所述密封剂包括漫射器。
8.如权利要求1所述的发光封装二极管，其中，所述密封剂包括聚硅氧烷树脂。
9.一种显示器，其结合光导在侧视图表面安装定向中包含权利要求1的封装二极管。
10.一种发光封装二极管，包括：
发光二极管芯片，安装在侧视图表面安装反射封装中，其中，与所述二极管相邻的表面是近Lambertian反射器；
在所述封装中并以所述近Lambertian反射器为界的密封剂；
在所述密封剂中的荧光体，其转换由所述芯片发出的频率，以及结合由所述芯片发出的频率产生白光；以及
圆顶弯月镜，由限定所述封装二极管的发射面的所述密封剂形成。
11.如权利要求10所述的封装二极管，包括具有近Lambertian远场图的发光二极管。
12.如权利要求10所述的封装二极管，其中，所述密封剂包括多层所述密封剂。
13.如权利要求10所述的发光封装二极管，其中，所述发光二极管由III族氮化物材料体系形成。
14.如权利要求10所述的发光封装二极管，其中，所述荧光体包括掺杂铈的钇铝石榴石。
15.如权利要求10所述的发光封装二极管，其中，所述反射封装包括白树脂。
16.如权利要求10所述的发光封装二极管，其中，所述密封剂包括漫射器。
17.如权利要求10所述的发光封装二极管，其中，所述密封剂包括聚硅氧烷树脂。
18.如权利要求10所述的发光封装二极管，其中，定向所述荧光体以便仅覆盖所述芯片的发射区。
19.一种发光显示器，包括
光导；
沿所述光导的一个边缘的至少一个封装发光二极管；
所述封装二极管包括：
具有近Lambertian反射器的反射封装，
在所述反射封装中的发光二极管芯片，
在所述封装中并覆盖所述芯片的密封剂，
在所述密封剂中的荧光体，其转换由所述芯片发出的频率以及结合由所述芯片发出的频率产生白光，以及
由所述密封剂形成的圆顶弯月镜，其相对于所述光导的边缘，限定所述封装二极管的发射面。
20.如权利要求19所述的发光显示器，其中，所述封装二极管是具有矩形轮廓的侧视图表面安装封装，以及所述圆顶密封剂的发光面形成在所述芯片的主发射方向中延伸并朝向所述光导的所述边缘的弧状轮廓。
21.如权利要求19所述的发光显示器，其中，所述二极管芯片由III族氮化物材料体系形成。
22.如权利要求19所述的发光显示器，其中，所述反射封装是白聚合物树脂。
23.如权利要求19所述的发光显示器，包括沿所述光导的至少一个边缘的至少两个封装发光二极管。
24.如权利要求23所述的发光显示器，其中，所述光导为矩形以及具有基本上平面的尺寸。
25.如权利要求19所述的发光显示器，其中，所述密封剂是聚硅氧烷树脂。
26.如权利要求19所述的发光显示器，其中，所述荧光体包括掺杂铈的钇铝石榴石。
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