CN102169947A - 宽角度椭圆发光二极管封装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及宽角度椭圆发光二极管封装。本发明涉及LED封装和使用LED封装的LED显示器，其中LED显示器的峰值发射可呈现改善的发射特性。在一些实施例中，改善的特性包括根据本发明的LED封装的较宽水平发射角度，其使LED显示器获得例如较宽的远场图形的改善的发射特性。当从不同水平视角观看显示器时其提供改善的图像强度和质量。不同的实施例还提供当从不同垂直角度观看时，LED封装具有发射不同颜色光的改善的发射特性。在一个实施例中，红和绿LED封装在某一范围内的不同垂直视角还具有基本相同的发射图案。这有助于在这些角度显示器呈现的色彩是一致的。

Description

宽角度椭圆发光二极管封装
技术领域
本发明涉及发光二极管封装和利用发光二极管封装作为其光源的显示器。
背景技术
发光二极管(LED或LEDs)是将电能转换为光的固态器件，其通常包含一个或更多夹在相反掺杂层之间的半导体材料的有源层。当跨越上述掺杂层施加偏压时，空穴和电子被注入有源层，在那里空穴和电子复合以产生光。光从有源层以及LED的所有表面被发射。
在最近十年或更长时期内，科技进步已使得LED具有更小的占用空间(footprint)、提高的发射效率以及降低的成本。相比于其它发射器，LED也具有延长的工作寿命。例如，LED的工作寿命可以超过50,000小时，而白炽灯泡的工作寿命大约为2,000小时。LED也能比其它光源更坚固耐用且消耗更少能量。由于这些以及其它原因，LED更为普及且目前在越来越多的白炽、荧光、卤素及其它发射器的传统领域应用中使用。
为了在传统应用中使用LED芯片，已知的是将LED芯片装入封装中以提供环境和/或机械保护、色彩选择、聚光等。LED封装也包括用于电连接LED封装至外部电路的电引线、接触或迹线。在图1所示的典型LED封装/部件10中，单个LED芯片12通过焊料接合或导电环氧树脂安装在反射杯13上。一个或更多接合线(wire bond)11连接LED芯片12的欧姆接触至引线15A和/或15B，引线15A和/或15B可以附着到反射杯13或与反射杯13集成。反射杯13可以被可含有波长转换材料(如磷光体)的密封剂材料16填充。磷光体可以吸收LED发射的第一波长的光而自发地发射第二波长的光。于是，整个组件可以被装在透明保护树脂14中，其可以被模塑为透镜形状。而反射杯13可在向上的方向上引导光，当光反射时可能发生光损耗(即由于实际反射器表面的小于100％的反射率，一些光可能被反射杯吸收)。此外，对于如在图1中所示的封装10的封装而言，热滞留(heat retention)可能是一个问题，因为可能难以通过引线15A、15B汲取热量。
不同的LED封装，如图1示出的那些，不论大小，都可以作为显示器的光源使用。在许多户内和户外场合，例如在体育场、赛马场、音乐会以及在大型公共区，如纽约城的泰晤士广场，大型屏幕基于LED的显示器(常称作巨屏)变得更普遍。这些显示器或屏幕中的一些可以是60英尺高且60英尺宽那样大。这些屏幕可以包括数千“像素”或“像素模块”，其每一个可以包含多个LED。像素模块可以使用高效率、高亮度LED，这些LED允许显示器从相对遥运处是可见的，即使是白天在日光的条件下。像素模块可以具有如3个或4个这样少的LED(一个红光、一个绿光以及一个蓝光)，这允许像素从红、绿和/或蓝光的结合中发射许多不同颜色的光。在最大的巨屏幕中，每个像素模块可以具有几十个LED。这些像素模块被设置为矩形网格。在一种类型的显示器中，该网格可以是640个模块宽以及480个模块高，且屏幕的尺寸取决于像素模块的实际尺寸。
最传统的基于LED的显示器通过接受输入信号(例如TV信号)的计算机系统控制并基于在该像素模块中所需的特定颜色而形成整个显示器图像，该计算机系统决定在每个像素模块中的哪一个LED发光以及发多亮。也可包括电源系统，其提供功率至每一个像素模块以及提供至每一个LED的功率可被调制以便其发射所需的亮度。提供导体以施加合适的功率信号至像素模块中的每一个LED。
LED显示器很少安装在观看者视线的高度，并且更典型的是安装在视线高度的上方，例如建筑物的侧面或运动场中正面看台的顶部上。现在参考图2，所示的传统LED显示器20安装在观看者22视线高度的上方升高的位置。观看者22典型地位于显示器20的下方并向上观看显示器使得观看者到显示器20的视线24到显示器的垂直发射方向26呈角度θ。图2的LED显示器典型地包括多个诸如图1所示的那些的发射器28，这些发射器呈现典型地沿封装纵轴的峰值发射，且峰值发射邻近中心。
使显示器包括多个LED封装28可获得在垂直方向26上的垂直的显示峰值发射特性，如所示的。LED显示器20的Iv和远场图形(FFP)峰值发射特性可垂直于沿垂直轴26的显示。当显示器20安装在升高位置时，观看者视线24低于垂线，由显示器发射的多数光未被观察者看见并浪费掉。观看者在显示器下方和显示器侧面时也存在该情况。减少浪费的光量的一种方法是通过在较好匹配观察者视线24的角度上安装显示器，但是其需要复杂和昂贵的安装硬件，该安装硬件难以使用，尤其是对于安装在高海拔的巨大显示器。
观看者在观看时不经常直接在基于LED的显示器前面。根据观看者所处的位置，水平视角可不同。而且，当人相对LED显示器移动时，例如散步，可在不同水平角度观看。典型地，具有邻近中心的峰值发射的LED显示器在不同水平角度可能经历发射强度的减少。每个像素的不同LED封装的远场图形(FFP)还可不同，使得当从不同角度观看时LED显示器可能经历图像质量变化。
发明内容
本发明针对的是LED封装和使用LED封装的LED显示器，其中设置LED封装以提供宽角度水平发射。这导致LED显示器呈现例如宽角度远场图形(farfield pattern)的改善的发射特性。LED显示器在垂直视角范围还可呈现改善的图像质量。LED封装还可包括提供更可靠的操作的特征。
根据本发明的LED显示器的一个实施例包括多个LED封装，其中每个具有水平发射角和垂直发射角。在显示器中使用的所述LED封装中的至少一些中水平发射角比垂直发射角更大。
根据本发明的LED封装的一个实施例包括至少部分地嵌入密封剂的引线框，其中引线框包括LED的反射杯。设置反射杯和密封剂使得从LED封装发射的LED光在第一方向的发射角大于在第二方向的发射角。
根据本发明的LED显示器的另一个实施例包括多个LED封装，其每个具有水平发射角和垂直发射角。在所述LED封装中的至少一些中水平发射角大于垂直发射角，使得LED显示器产生比其垂直远场图形更宽的水平远场图形。
根据本发明的LED显示器的另一个实施例包括多个像素，其每个包括发射不同颜色光的多个LED封装。每个LED封装具有水平发射角和垂直发射角，其中水平发射角大于垂直发射角。视角范围内不同垂直视角的每个LED封装的发射图案基本相同。
本发明的这些和其它方面以及优点将从随后以实例阐明本发明的特征的详细描述和附图中变得显而易见。
附图说明
图1是传统发光二极管封装；
图2是示出一些LED显示器的典型视角的示意图；
图3是根据本发明的引线框的一个实施例的顶视图；
图4是图3所示引线框的侧视图；
图5是根据本发明的引线框的另一实施例的顶视图；
图6是图5所示引线框的侧视图；
图7是根据本发明的反射杯和密封剂的一个实施例的侧视图；
图8是根据本发明的密封剂的一个实施例的顶视图；
图9是图8所示的密封剂的侧视图；
图10是图8所示密封剂的另一侧视图；
图11是示出根据本发明的LED封装的一个实施例的水平发射图案的曲线图；
图12是示出根据本发明的LED封装的垂直发射图案的曲线图；
图13示出传统引线框；
图14示出根据本发明的引线框的一个实施例；
图15示出根据本发明的引线框的另一实施例；
题16示出根据本发明的引线框的又一实施例；
图17示出根据本发明的LED显示器的一个实施例的水平发射图案的曲线图；
图18示出根据本发明的LED显示器的垂直发射图案的曲线图；
图19示出LED显示器的视角范围；
图20示出根据本发明的红和绿LED封装在0°的发射图案的曲线图；
图21示出根据本发明的红和绿LED封装在15°的射图案的曲线图；
图22示出根据本发明的红和绿LED封装在30°的发射图案的曲线图。
具体实施方式
本发明针对的是LED封装以及采用LED封装的LED显示器，其中LED显示器的峰值发射可呈现改善的发射特性。在一些实施例中，改善的特性包括根据本发明的LED封装的较宽水平发射角度，其使LED显示器获得例如较宽的远场图形的改善的发射特性。当从不同水平视角观看显示器时其提供改善的图像强度和质量。不同的实施例还提供当从不同垂直角度观看时，LED封装具有发射不同颜色光的改善的发射特性。在一个实施例中，红和绿LED封装在某一范围内的不同垂直视角还具有基本相同的发射图案。这有助于在这些角度显示器呈现的色彩是一致的。
在具有唯一尺寸和设置的LED封装的LED显示器中可获得这些改善的发射特性。这些包括但不局限于反射杯的光学设计、封装密封剂中引线框的高度、以及LED封装密封剂的形状尺寸和形状。根据本发明的LED封装还可具有通过不同操作温度使封装更可靠的多个特征。这些特征可包括对LED产生的热提供改善散热的引线框尺寸。引线框还可被提供有表面粗糙，其提供引线框和密封剂之间的改善的粘结。
上述特性的组合提供了LED显示器具有更可靠的操作和从不同水平和垂直角度观看的LED显示器的改善的发射特性。
下面描述根据本发明的多个不同实施例，其提供所需的发射特性，但应该理解这些特性可以以超过这里描述的那些方式的不同方式来提供。下面的一些LED封装实施例是关于较宽水平发射角来描述的，但是应该理解本发明还可用于提供也可设置成提供更大垂直发射角的LED封装。还可理解下面描述的不同视角仅是不同实施例中可提供的不同视角的代表。尽管关于LED封装描述了显示器的实施例，但是还可理解可使用许多不同类型的发射器，而且该术语的使用意味着包含所有固态发射器，例如LED、LED芯片和激光二极管。这里描述的LED封装具有单个LED，但是应该理解它们可具有多于一个LED。根据本发明的LED封装还可具有显示器中安装的不同安装设置，例如引线或表面安装设置。
这里关于特定实施例描述来本发明，但应该理解本发明可以不同形式来具体实施并不应该解释为局限于这里所阐述的实施例。尤其是可提供超过上面描述的那些的许多不同的LED、反射杯和引线框设置，并且密封剂可提供改善可靠性和从LED封装的发射特性和使用LED封装的LED显示器的多个特征。尽管下面讨论的LED封装的不同实施例针对的是在LED显示器中的使用，但是它们可单独地或与其它具有相同或不同峰值发射倾斜(tilt)的LED封装一起用于多种其它应用中。
也可理解的是，当元件例如层、区域或衬底被称为在另一元件“之上”时，它可以是直接在另一元件上或也可以存在介于其间的元件。此外，这里可以使用相对的术语，例如“内部的”、“外部的”、“上部的”、“上面”、“下部”、“下面”和“在……之下”以及相似的术语来描述一层或另一区域的关系。可理解的是，这些术语意在包含除了图中描述的取向之外器件的不同取向。
尽管这里术语第一、第二等可以用于描述各种元件、部件、区域和/或部分，但这些术语将不限制这些元件、部件、区域和/或部分。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域或部分与另一个元件、部件、区域或部分。因此，在下面讨论的第一元件、部件、区域或部分可以称为第二元件、部件、区域或部分而没有偏离本发明的教导。
这里参考截面图描述本发明的实施例，其中截面图示出了本发明的实施例的示意性图。依此，部件的实际厚度可以不同，并且由于例如制造技术和/或容限的原因，可预期改变图示的形状。本发明的实施例将不解释为局限于这里示出的区域的特定形状，而是由于例如制造上的原因包括形状上的偏离。典型地，由于标准的制造容限，图示或描述的正方形或矩形区域将具有圆形或弧形特征。因此图中示出的区域实际上是示意性的，并且它们的形状并不旨在说明器件的区域的精确形状，并且也不旨在限制本发明的范围。
如上所述，通过使用具有独特反射杯设计的LED封装可至少部分地获得根据本发明的LED显示器的改善的发射特性。在一些实施例中，反射杯可具有到其侧表面的不同角度和高度的椭圆形状，以匹配安装在反射杯中的LED芯片的发射特性和结构。例如，相比于用于主要从顶部表面发出光的LED(即顶部发射LED)的反射杯，反射杯可具有不同角度和尺寸，用于从所有表面发出光的LED(即体发射LED)。
图3和4示出根据本发明的LED封装50的一个实施例，该LED封装50典型地被嵌入在如环氧树脂的密封剂中。为了描述方便，在没有密封剂的情况下示出LED封装50和下面的实施例。封装50包括具有反射杯54的引线框52，LED 56安装在反射杯54的基座处。引线框52可使用已知制造方法由传统材料制成。可以通过第一引线部分52a和第二引线框部分52b将电信号施加到LED56，接合线(未示出)穿过第二引线框部分52b和LED 56之间以将电信号载送到LED 56。
许多不同类型的LED可用在封装50中。传统LED的制造通常是已知的，并且这里仅简要讨论。可以使用已知的工艺来制造LED，且一种合适的制造工艺是使用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)。LED的层通常包括夹在第一和第二相反掺杂外延层之间的有源层/区，其所有这些都是连续形成在生长衬底上的。LED芯片可以形成在晶片上，然后被单体化以安装在封装中。可以理解，生长衬底可以作为最终单体化的LED的一部分而保留或者生长衬底可以被全部或部分地移除。
还可以理解，在LED 56中还可以包括另外的层和元件，包括但不限于缓冲层、成核层、接触层和电流扩展层，以及光提取层和元件。有源区可以包括单量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、双异质结或超晶格结构。有源区和掺杂层可以由不同材料系统制造，优选的材料系统是III族氮化物基材料系统。III族氮化物指的是那些在氮和周期表的III族中的元素(通常是铝(Al)、镓(Ga)和铟(In))之间形成的半导体化合物。该术语还涉及三元和四元化合物，如铝镓氮(AlGaN)和铝铟镓氮(AlInGaN)。在优选的实施例中，掺杂层是氮化镓(GaN)且有源层是InGaN。在替换实施例中，掺杂层可以是AlGaN、铝镓砷(AlGaAs)或铝镓铟砷磷(AlGaInAsP)。
生长衬底可以由很多材料制成，如蓝宝石、碳化硅、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)，合适的衬底是4H多型体碳化硅，然而也可以使用包括3C、6H和15R多型体的其它碳化硅多型体。碳化硅具有某些优点，如与蓝宝石相比晶格匹配更接近III族氮化物，并且导致产生具有更高质量的III族氮化物膜。碳化硅还有非常高的导热性以使碳化硅上的III族氮化物器件的总输出功率不会被衬底的散热所限制(形成在蓝宝石上的一些器件的情况可能是这样)。SiC衬底可从美国北卡罗来纳州杜伦的克里研究公司获得，以及关于制作它们的方法在科学文献中和美国专利No.Re.34,861、No.4,946,547和No.5,200,022中被陈述。
LED还可包括传导电流扩展结构和顶部表面上的接合线垫，它们都由导电材料制成，导电材料可使用已知方法来沉积。可用于这些元件的一些材料包括Au、Cu、Ni、In、Al、Ag或它们的组合以及导电氧化物和透明导电氧化物。电流扩展结构可包括在LED 56上布置成网格的导电指状物，这些指状物间隔开以增强从垫到LED顶部表面的电流扩展。在操作中，如下所述电信号通过接合线被施加到垫，并且电信号通过电流扩展结构的指状物和顶部表面传播到LED中。电流扩展结构经常用在顶部表面是p型的LED中，但还可用于n型材料。
这里描述的某些或全部LED可以用一个或更多磷光体来涂覆，磷光体吸收至少一些LED光并发射不同波长的光，以使LED发射来自LED和磷光体的光的组合。在根据本发明的一个实施例中，白色发光LED具有发射蓝色波长谱的光的LED且磷光体吸收部分蓝光并再发射黄光。LED发射蓝光与黄光的白光组合。在其它实施例中，如上面提到的美国专利No.7,213,940中所述的那样，LED芯片发射蓝光与黄光的非白光组合。在某些实施例中，磷光体包括可商业上获得的YAG:Ce，然而采用由基于(Gd，Y)3(Al，Ga)5O12:Ce系统(如Y3Al5O12:Ce(YAG))的磷光体制成的转换粒子，全范围的宽的黄光谱发射是可能的。其它可用于白色发光LED芯片的黄光磷光体包括：Tb3-xRExO12:Ce(TAG)；RE＝Y，Gd，La，Lu；或Sr2-x-yBaxCaySiO4:Eu。
发射红光的LED可包括允许红光直接从有源区发射的LED结构和材料，例如淡红色的AlInGaP LED。可替换地，在其它实施例中，红色发光LED可以包括被吸收LED光并发射红光的磷光体覆盖的LED。LED可以发射蓝光或UV光，一些适合于这些结构的磷光体可以包括：Lu2O3:Eu3+；(Sr2-xLax)(Ce1-xEux)O4；Sr2-xEuxCeO4；SrTiO3:Pr3+，Ga3+；CaAlSiN3:Eu2+；和Sr2Si5N8:Eu2+。
可以采用许多不同方法用磷光体来涂覆LED，在序号为No.11/656,759和No.11/899,790的美国专利申请中描述了一种合适的方法，这两个专利申请的发明名称都是“Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices FabricatedUtilizing Method”，并且二者通过引用被并入此处。可替换地，可以使用其它方法涂覆LED，如电泳沉积(EPD)，在发明名称为“Close Loop ElectrophoreticDeposition of Semiconductor Devices”的美国专利申请No.11/473,089中描述了一种合适的EPD方法，其也通过引用并入此处。应该理解根据本发明的LED封装还可具有不同颜色的多个LED，其中的一个或多个可以是白色发光。
根据本发明的一个方面，反射杯54可具有不同尺寸以匹配其特定LED的发射特性。在所示实施例中，反射杯54具有最适合体发射LED的尺寸。体发射LED是指来自有源区的光从LED的所有表面发射出的LED。发射不同颜色的光的不同的LED可以是体发射，例如传统蓝色或绿色LED，其中的一些可如前所述被磷光体覆盖。反射杯54的反射表面58的侧面可设置成具有适合于体发射LED的高度和角度。
在所示实施例中，反射杯54为椭圆形以促进具有较宽发射角的LED封装发射。当从上观看时反射杯54在第一方向上比在第二垂直方向上长。反射杯54还具有底部表面60，其在第一方向60a上长于第二垂直方向60b。在一个实施例中，第一方向60a比第二垂直方向60b在长度上长近似10％或更多。在其他实施例中，第一方向60a长度比第二垂直方向60b长20％或更多。在其它实施例中，第一方向60a可以比垂直方向60b长30％或更多。在一个实施例中，第一方向近似为0.9mm并且垂直方向近似为0.65mm。
可以理解反射杯的尺寸还可取决于其它因素。不同尺寸透镜或密封剂可限制特定反射杯的尺寸。如果反射杯对于特定密封剂来说太大，则它可能离密封剂表面太近，其可能呈现破裂的危险。不同尺寸的LED还可影响反射杯的尺寸。如果相比于LED尺寸，反射杯太小，那么当在反射杯中安装LED时将很难进行。
所示实施例的反射杯54可设置为反射来自体发射LED 56的大部分光以便来自LED的光有助于显示器的有效发射。在所示实施例中，侧反射表面58可以比LED 56的顶部表面高。在一个实施例中，LED 56的顶部表面上的侧表面的高度可以是LED 56总高度的50％或更多。在其它实施例中，LED 56的顶部表面上的侧表面58的高度可以是LED 56的总高度的30％或更高。在其它实施例中，LED 56的顶部表面上的侧表面的高度可以是LED 56的总高度的10％或更高。在一个实施例中，LED芯片可具有大于约0.05mm的高度62，并且在另一实施例中大于约0.10mm。在一个实施例中反射表面可具有近以0.15mm的高度，LED具有近似0.10mm的高度。
反射杯还可具有反射开口64，其被测量为相对反射表面之间的角度。在一些实施例中反射开口可近似为80°或更多，而在其它实施例中它可近似为90°或更多。在所示的实施例中，反射开口64可具有近似100°的角度，然而可理解反射杯可具有不同的尺寸和角度。
图5和6示出根据本发明的LED封装70的另一实施例，其具有与LED封装50类似的椭圆形，并包括类似的引线框72和反射杯74，LED 76安装到反射杯74的底部表面80。在该实施例中LED 76是顶部发射，意味着来自LED 76的大部分发射从其顶部表面射出。类似于上面的实施例，底部表面80是椭圆形并在一个方向80a上比其垂直方向80b上长。在一个实施例中，如上所述这些长度的差别可以是10、20或30％或更多，并且在一个实施例中可近似为0.9mm乘0.65mm。
然而，反射杯74的侧反射表面78可具有更适于顶部发射LED的发射特性的尺寸。与LED 76的高度相比，侧反射表面78可具有比体发射LED的反射杯更高的高度以反射从LED的顶部表面发射的更多的光。在一个实施例中，LED76的顶部表面上的侧表面78的高度可以是LED 76的总高度的150％或更多。在其它实施例中，LED 76的顶部表面上的侧表面78的高度可以是LED 76的总高度的100％或更多。在其它实施例中，LED 76的顶部表面上的侧表面78的高度可以是LED 76的总高度的50％或更多。在所示实施例中，对于具有近似0.10mm的高度的LED 76来说，侧反射表面78的高度82可以近似为0.25mm。
类似于上面的实施例，反射杯74可具有反射开口84，其被测量为相对反射表面之间的角度。反射开口可因顶部发射LED而不同以在所需的方向上捕获和重新引导来自LED的更多的光。在一些实施例中，反射开口84可近似为60°或更多，而在其它实施例中可近似为70°或更多。在所示实施例中，反射开口84可具有近似80°的角度，然而可以理解反射杯可具有不同的尺寸和角度。
可理解根据本发明的反射杯可具有取决于其LED的尺寸和发射特性的不同尺寸。该反射杯尺寸的匹配，例如反射表面高度和反射开口，以匹配特定LED，可为提高并匹配整个显示器的视角宽度并匹配不同LED类型的FFP留出余地。
根据本发明的反射杯的形状和尺寸有助于促进更大视角下LED封装发射并还促进具有不同LED类型的LED封装的类似发射特性。也就是，不同LED类型具有不同反射杯设置，类似的光量可以基本匹配的发射图案被反射。
根据本发明的LED封装还具有其它特性和尺寸，其有助于促进更宽视角下的发射。图7示出根据本发明的LED封装100的一个实施例，其包括反射杯102和LED 104，所有这些都嵌入密封剂108中。LED封装还可包括引线框，该图为了便于描述而省略了该引线框。在传统LED封装中，反射杯典型地以T1的高度位于密封剂中以便封装提供相对小发射角的聚焦光。相比之下，LED封装100中的反射杯102在更高点T2设置在密封剂中以便其更接近密封剂顶部106。在一些实施例中，反射杯102可比现有封装高至40％，而在其它实施例中它可比现有封装高至20％。在其它实施例中，它可比现有封装高至10％或更多。
在一些实施例中，反射杯102可具有离密封剂顶部106的距离，该距离是密封剂108的总高度的25％或更少。在其它实施例中，反射杯102可具有离密封剂顶部106的距离，该距离是密封剂108的总高度的35％或更少。在其它实施例中，反射杯102可具有离密封剂顶部106的距离，该距离是密封剂108的总高度的45％或更少。在所示实施例中，密封剂108具有近似6.3mm的高度并且反射杯108安装在密封剂108中位于离密封剂顶部106近似2.2mm的位置处。基于反射杯102与密封剂顶部108离得更近，其导致LED封装100的发射角更大。
根据本发明的不同实施例可具有其它结构变化，例如密封剂的形状，其能提高水平发射角。图8、9和10示出LED封装120的另一实施例，仅示出其密封剂122。密封剂具有椭圆尺寸的截面以促进宽角发射。密封剂22在第一方向122a上具有比第二方向122b更大的长度，第二方向122b垂直于第一方向122a。在一些实施例中第一方向122a可以比第二方向122b大40％或更多。在另一实施例中，其可以大30％或更多，而在其它实施例中，其可以大20％或更多。在一个实施例中，在密封剂主体的一个点处，第一方向122a可测量为3.9mm并且第二方向122b可测量为3.0mm高。
在一些实施例中，密封剂可以与传统环状反射杯一起使用，根据密封剂的椭圆形状，整个封装具有更宽发射角。在其它实施例中，密封剂可与椭圆形状反射杯一起使用，这些椭圆形状反射杯与密封剂的椭圆形状对齐以提供甚至更宽的发射。在其它实施例中，反射杯可具有不同的反射表面高度和角度以匹配其LED的发射，其还可增宽封装的发射角。在其它实施例中，在密封剂中反射杯可设置得更高以进一步增宽发射角。可以理解根据本发明的LED封装可具有这些特征的不同组合以产生所需的发射宽度。
根据本发明的LED封装可产生具有不同发射宽度的发射。在一些实施例中，发射角可大于90°并可高达120°，而在其它实施例中，它可高达140°。图11示出根据本发明的具有增加水平发射宽度的特征的LED封装的一个实施例的发射的水平远场图形(FFP)124的一个实施例。LED封装的特征产生近似115°的宽水平发射角。图12示出根据本发明的不具有增加垂直发射宽度的特征的LED封装的垂直发射FFP 126。垂直发射具有近似65°的FFP宽度。
根据本发明的LED封装还可设置为具有为可靠的操作和提升的电流以及热能级留出余地的特征。在高电流和高光通量应用中，安装在反射杯中的LED可产生能扩展到环绕LED的密封剂或进入到引线框的热量。LED封装在较高电流水平下操作的能力至少部分地取决于封装耗散来自LED的热量的能力和引线框通过温度循环附着到密封剂的能力。
现在参考图13、14和15，与根据本发明的引线框的两实施例相比，示出传统LED封装引线框。图13示出传统引线框130，具有反射杯部分132和接合线部分134，其中接合线被包括至反射杯中的LED。反射杯部分132包括在它下面的扩大的反射杯散热器136，并且接合线部分134包括在它下面的扩大的接合线散热器138。设置反射杯和接合线散热器136、138以提供增加的表面积，以便在运行期间从LED产生的热量从LED扩散，因此热量更易散到周围密封剂中。
图14还示出根据本发明的引线框140，其具有反射杯部分142、接合线部分144、反射杯散热器146以及接合线散热器148。然而，在该实施例中，反射杯散热器146被扩大以提供降低的热阻并增加表面积以更有效地扩散和散发来自LED的热量。在所示的实施例中，反射杯散热器146比传统引线框中的那些更宽，一些传统引线框具有近似0.9mm的宽度。在一些实施例中，反射杯散热器146可比传统引线框中的宽40％或更多。在其它实施例中，反射杯散热器可比传统引线框中的反射杯散热器宽30％或更多。在其它实施例中，反射杯散热器146可比传统引线框中的反射杯散热器宽20％或更多。在所示实施例中，反射杯散热器可有近似1.25mm的宽度。与传统引线框相比，该宽度的增加可导致近似12.5％的热阻的减少(168到147K/W)。应该理解其它实施例可具有不同尺寸的反射杯散热器，并且在其它实施例中，接合线散热器148还可更宽以改善热扩散。
图15示出根据本发明的LED引线框150的另一实施例，其也具有反射杯部分152、接合线部分154、反射杯散热器156以及接合线散热器158。然而，在该实施例中，反射杯散热器156不仅比传统引线框中的宽，而且更长。这提供进一步的热阻降低，同时表面积增加以更有效地散热。在一个实施例中，反射杯耗散器的长度增加了10％或更多，而在其它实施例中，该长度可增加20％或更多。在其它实施例中，该长度可增加30％或更多。在所示的实施例中，反射杯散热器的底部增加了0.5mm并且从反射杯部分的顶部152测量为3.75mm。该近似15％的长度增加可导致近似38％的热阻的降低(186到115K/W)。在一些实施例中，仅反射杯散热器在引线框150中长度增加。然而，接合线散热器158的长度还可以相同或不同于反射杯散热器156的长度增加。这类似地减小接合线散热器的热阻以更有效地扩散热量和耗散热量。应该理解尽管描述的本发明是关于增加耗散器的宽度和长度的，但是其它尺寸也可增加，例如厚度。
每个引线框还可包括改善与密封剂的粘结的特征，其还改善可靠性。图14和15所示的实施例的每个可包括切口160，其设置成在最终的LED封装中保持引线框到密封剂。还可包括其它粘结特征。图16示出根据本发明的引线框170的另一实施例，其也包括反射杯部分172、接合线部分174、反射杯散热器176以及接合线散热器178。在该实施例中，引线框170的不同特征可包括表面粗糙化或压印特征180，其覆盖引线框170的所有或其中一些表面。特征180可使用许多已知工艺(例如金属冲压)来形成。通过制造期间填充特征180的密封剂，特征180通过温度循环提供密封剂和引线框170之间增加的粘结。
特征180可具有多种不同的尺寸并可具有相同尺寸或可具有不同尺寸。它们可任意位于引线框上或可在图案中。特征180提供在类似形状特征的图案中，这些类似形状特征可被包括在多种不同位置中并且在所示的实施例中主要位于反射杯散热器176和接合线散热器178上。特征180的一个实施例可具有一般金字塔形状，且基座近似为0.05mm乘0.05mm，并且深度近似为0.03mm。邻近特征之间还可存在近似0.10mm的间距。应该理解压印特征和扩大的耗散器可单独使用或组合使用以提供更可靠的LED封装操作。
根据本发明的LED封装可用于形成具有改善的远场图形的LED显示的LED显示器。图17示出使用根据本发明的LED封装的LED显示器的一个实施例的水平远场图形的屏幕曲线190。在水平视角120度范围内屏幕基本呈现平坦发射强度特性。这提供LED显示器在更大角度范围的改善的观看，在垂直0°观看角度与垂直的任意侧的任何到60°的观看角度，LED图像具有基本相同的强度。由此，与传统的基于LED的显示器相比，图像在更大角度范围保持其质量。
图18示出使用根据本发明的LED封装的LED显示器的一个实施例的垂直远场图形的屏幕曲线200。垂直图案跟随更多的上述LED封装并用于不具有增加的垂直发射角的显示器中的朗伯(Lambertian)图案。应该理解在其它实施例中，一些或所有LED封装可设置成具有更高垂直视角，且垂直屏幕曲线呈现类似于图17所示的平坦部分。
根据本发明的使用根据本发明的具有上述所有或其中一些特征的LED封装的LED显示器还可呈现在垂直视角范围内改善的发射强度曲线匹配。如图19所示，LED显示器的观看者可从垂直角度(例如从显示器下特定角度)观看显示器。在所示的实施例中，垂直视角可以在0到30度范围内。为了提供这些不同视角的更一致的图像质量，根据本发明的LED显示器提供匹配的屏幕曲线和用于红、绿和蓝LED在这些角度的远场图形。图20示出当在0°或垂直于LED显示器观看时具有至少其中一些上述特征的红和绿LED封装212、214的水平发射图案。蓝色LED封装可具有类似于绿色LED封装的发射图案并且每个图案基本与其它图案匹配。图21示出在15°垂直视角根据本发明的相同红、绿LED封装的发射图案222、224。尽管每个的幅度可以比在0°下的图案低，但是这些图案仍旧基本匹配。图22示出在30°相同的LED封装的发射图案232、234，且进一步发射幅度降低，但是发射曲线仍基本匹配。
图20到22中的曲线示出使用根据本发明的LED封装的LED显示器可呈现基本匹配的发射特性和不同的垂直视角。尽管光的强度可以随着视角增加而降低，但是通过具有相同发射曲线的发射器而保持了图像的色彩质量。
根据本发明的显示器还可包括不同的LED封装组合。也就是，不同显示器中的LED封装不需要具有相同的特征以增加发射角度。应该理解尽管已经关于LED封装的水平发射角度描述了本发明，但是本发明可类似地用于增加垂直发射角。类似地，LED显示器可与LED封装的组合一起使用，这些封装具有增加水平和垂直发射角度两者的特征。
根据本发明的LED封装可用于除LED显示器之外的多种不同的照明应用，尤其是使用小型高输出的光源的那些应用，其需要增加的发射角。其中一些包括但不局限于路灯、建筑物照明、家庭和办公室照明、显示照明以及背光。
尽管参考其某些优选结构详细描述了本发明，但是其它型式也是可能的。因此，本发明的精神和范围不应局限于上面描述的型式。

Claims (36)

1.一种发光二极管(LED)显示器，包括：
多个LED封装，每个LED封装具有水平发射角和垂直发射角，其中在所述LED封装中的至少一些中所述水平发射角大于所述垂直发射角。
2.权利要求1的LED显示器，其中所述至少一些LED封装中的每一个包括椭圆形反射杯。
3.权利要求2的LED显示器，其中所述椭圆形反射杯在一个方向上较长，所述较长方向是水平对准的。
4.权利要求1的LED显示器，其中所述至少一些LED封装中的每一个包括具有LED的反射杯，所述反射杯具有被布置成匹配所述LED的发射特性的侧反射表面。
5.权利要求4的LED显示器，其中每个所述反射杯具有反射开口，与具有类似尺寸的体发射LED的反射杯相比，该反射开口对体发射LED而言较大。
6.权利要求5的LED显示器，其中所述反射杯中的至少一些具有具有80°或更大的反射开口的体发射LED。
7.权利要求5的LED显示器，其中所述反射杯中的至少一些具有具有约为100°的反射开口的体发射LED。
8.权利要求5的LED显示器，其中所述反射杯中的至少一些具有具有60°或更大的反射开口的顶部发射LED。
9.权利要求5的LED显示器，其中所述反射杯中的至少一些具有具有约为80°的反射开口的顶部发射LED。
10.权利要求4的LED显示器，其中每个所述反射杯具有反射侧表面，与具有类似尺寸的体发射LED的反射杯相比，所述反射侧表面对于顶部发射LED而言较高。
11.权利要求10的LED显示器，其中具有顶部发射LED的所述反射杯具有比具有相同尺寸的体发射LED的反射杯高50％以上的反射侧表面。
12.权利要求1的LED显示器，其中所述至少一些LED封装中的每一个包括椭圆形密封剂。
13.权利要求1的LED显示器，其中所述至少一些LED封装中的每一个具有在一个方向上比在另一方向上宽的密封剂，该密封剂设置为较宽方向是水平对准的。
14.权利要求1的LED显示器，其中所述至少一些LED封装中的所述每一个包括嵌入密封剂中的反射杯，所述反射杯设置在所述密封剂中的促进发射角超过90°的点处。
15.权利要求1的LED显示器，进一步包括反射杯散热器和接合线散热器，其每个具有小于190K/W的热阻。
16.权利要求1的LED显示器，具有具有大于90°的水平远场发射图案的屏幕发射图案。
17.权利要求1的LED显示器，具有具有约115°的水平远场发射图案的屏幕发射图案。
18.一种发光二极管(LED)封装，包括：
至少部分地嵌入密封剂的引线框，其中所述引线框包括具有LED的反射杯，其中所述反射杯和密封剂被布置成使LED光沿第一方向以一定发射角从所述封装发射，该发射大于沿第二方向的发射。
19.权利要求18的LED封装，其中所述第一方向垂直于所述第二方向。
20.权利要求18的LED封装，其被安装在LED显示器中，所述第一方向是水平的并且所述第二方向是垂直的。
21.权利要求18的LED封装，其中每个所述反射杯是椭圆形的。
22.权利要求18的LED封装，进一步包括在所述反射杯中的体发射LED，所述反射杯具有80°或更大的反射开口。
23.权利要求18的LED封装，其中所述反射杯具有约100°的反射开口。
24.权利要求18的LED封装，进一步包括在所述反射杯中的顶部发射LED，所述反射杯具有60°或更大的反射开口。
25.权利要求18的LED封装，其中所述反射杯具有约80°的反射开口。
26.权利要求18的LED封装，其中所述密封剂是椭圆形的。
27.权利要求18的LED封装，其中所述密封剂是椭圆形的并且在第一方向上宽于与所述第一方向垂直的方向，所述LED封装被安装在LED显示器中且第一方向是水平对准的。
28.权利要求18的LED封装，所述至少一些LED封装中的所述每一个包括嵌入密封剂的反射杯，所述反射杯设置在所述密封剂中的促进发射角超过90°的点处。
29.一种发光二极管(LED)封装，包括：
具有反射杯部分的引线框，该反射杯部分具有反射杯和LED，所述引线框进一步包括接合线部分，所述反射杯部分包括反射杯散热器，所述反射杯散热器被设置用于扩散由所述LED产生的热，所述散热器被定尺寸以具有小于180K/W的热阻。
30.权利要求29的LED封装，进一步包括接合线散热器，其被集成到所述接合线部分并被定尺寸以具有小于180K/W的热阻。
31.权利要求29的LED封装，其中所述反射杯散热器被定尺寸以具有小于120K/W的热阻。
32.权利要求30的LED封装，其中所述接合线散热器被定尺寸以具有小于120K/W的热阻。
33.权利要求29的LED封装，进一步包括密封剂，在所述密封剂中嵌入所述引线框，其中所述引线框被构图以提供所述密封剂和所述引线框之间的粘结。
34.一种发光二极管(LED)显示器，包括：
多个LED封装，每个LED封装具有水平发射角和垂直发射角，其中在所述LED封装中的至少一些中所述水平发射角大于所述垂直发射角，其中所述LED显示器产生宽于其垂直远场图形的水平远场图形。
35.一种发光二极管(LED)显示器，包括：
多个像素，每个像素包括发射不同颜色的光的多个LED封装，每个所述LED封装具有水平发射角和垂直发射角，其中所述水平发射角大于所述垂直发射角，每个所述LED封装的发射图案在视角范围内的不同垂直视角处基本相同。
36.权利要求35的LED显示器，其中所述视角范围是0到30°。
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