CN102468411A - 蝙蝠翼形光束led以及使用该蝙蝠翼形光束led的背光模块 - Google Patents

蝙蝠翼形光束led以及使用该蝙蝠翼形光束led的背光模块 Download PDF

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Abstract

蝙蝠翼形光束由LED封装件产生，该LED封装件通过直接在封装基板上的LED上方模制LED透镜而具有主LED透镜。该LED透镜包括位于LED中央上方的腔体。该腔体表面通过全内反射(TIR)或通过反射性胶涂层来反射来自LED的光。该腔体可以是圆锥体或棱锥体。本发明还提供了一种蝙蝠翼形光束LED以及使用该蝙蝠翼形光束LED的背光模块。

Description

蝙蝠翼形光束LED以及使用该蝙蝠翼形光束LED的背光模块
相关申请的交叉参考
本申请要求于2010年11月10日提交的美国临时专利申请第61/412,130号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明大体上涉及的是半导体器件，并且更具体地涉及的是半导体发光二极管(LED)。
背景技术
在此所使用的发光二极管(LED)是用于产生处于具体波长下或多种波长范围内的光的半导体光源。传统地将LED用于指示灯，并且越来越多地将其用于显示器。在向通过相反地掺杂半导体化合物层而形成的p-n结两端施加电压时，LED发光。可以使用不同材料通过改变半导体层的能带隙以及通过在p-n结内部制造有源层来产生不同的光波长。
传统上，通过在生长基板上生长多种发光结构来制造LED。发光结构连同下面的生长基板一起被分割成单独的LED管芯。在分割之前或之后的某时间点处，电极或导电焊盘被添加到每个LED管芯中，从而允许该结构导电。然后，通过添加封装基板、任选的荧光材料以及光学器件(诸如，透镜和反射器)来封装LED管芯，从而将LED管芯变成发光体。
发光体的规格通常与由发光体输出的专用辐射图案一致。通用的光束图案是蝙蝠翼形光束图案，用于在交通信号应用中照亮平面，或用于显示器中的背光单元。可以通过具有配光曲线图(Candela distribution plot)中两个大致相同的波峰，在波峰之间在大约0度处的波谷来限定出该蝙蝠翼形光束图案。可以通过均匀性、视角、在零度处所检测到的最小输出以及峰值角度来限定该蝙蝠翼形图案。均匀性限定出了在感兴趣的特定角度范围内不同角度上的光输出的变化性，该感兴趣的特定角度可以是视角。该视角可以被限定为在其上能够获取到全部光通量的90％的全角。在零度处的最小输出与均匀性相关。该峰值角度确定蝙蝠翼的形状并且与视角相关。
发光体被设计为符合这些规范。虽然发光体的现有设计已经能够符合蝙蝠翼形光束图案要求，但他们并没有在各个方面都完全符合要求。不断寻求可以更简单地制造的、更小的并且成本效率更高的设计。
发明内容
本发明的一个方面包括发光体，该发光体包括：发光二极管(LED)管芯；封装基板，附接至该LED管芯的一个面；电连接件，连接LED管芯和封装基板上的端子；模制的透镜，与封装基板接合，直接接触LED管芯，该透镜具有带有位于LED管芯上方的居中的腔体的椭圆形截面。该发光体通过模制的透镜输出蝙蝠翼形光束图案。
本发明的另一个方面包括制造发光体的方法。该方法包括：将发光二极管(LED)管芯附接至封装基板；电连接LED管芯和封装基板；以及模制透镜，该透镜具有位于封装基板和LED管芯上方的蝙蝠翼形腔体。可以在模制的蝙蝠翼形透镜之前将模制的荧光粉部件和/或反射器形成在LED管芯上。
该蝙蝠翼形腔体可以具有圆锥或棱锥的形状。该圆锥或棱锥可以具有曲面。腔体表面通过全内反射(TIR)或通过反射性胶涂层来反射来自LED的光。该蝙蝠翼形透镜可以具有圆形的底座、椭圆形的底座、矩形的底座或其他多边形的底座，诸如，八边形底座。
下面结合相关的附图来论述本发明的这些部件和其他部件。
为了解决现有所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种发光体，包括：发光二极管(LED)管芯；封装基板，附接至所述LED管芯的一个面；电连接件，连接所述LED管芯和所述封装基板上的端子；以及模制的透镜，与所述封装基板接合，直接接触所述LED管芯，所述模制的透镜具有：椭圆形截面和在所述LED管芯上方居中的蝙蝠翼形腔体。
在该发光体中，所述模制的透镜包括：所述腔体表面上方的高反射性涂层。
在该发光体中，所述高反射性涂层反射至少90％的入射光。
在该发光体中，所述高反射性涂层包括：金属。
在该发光体中，所述腔体是圆锥体。
在该发光体中，所述腔体具有孔径，所述孔径导致所述腔体表面全内反射从LED的中央所产生的光。
在该发光体中，所述腔体是椭圆形的圆锥体。
在该发光体中，所述腔体是棱锥体。
在该发光体中，所述模制的透镜是硅树脂、合成树脂、环氧树脂或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。
在该发光体中，所述发光体大约等于或小于3.5mm×3.5mm。
在该发光体中，所述模制的透镜底座是带有圆形角的多边形。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造发光体的方法，包括：将发光二极管(LED)管芯附接至封装基板；电连接所述LED管芯和所述封装基板；以及在所述封装基板和所述LED管芯上方模制透镜，其中，所述模制的透镜包括位于所述LED管芯上方的蝙蝠翼形腔体。
在该方法中，在所述封装基板和所述LED管芯上方模制透镜包括：将透镜模具置于所述封装基板和所述LED管芯上方；将透镜胶添加到所述透镜模具中；以及固化模制的透镜。
在该方法中，添加透镜胶包括：排空所述透镜模具内部的空间。
在该方法中，所述固化模制的透镜包括：将所述透镜胶暴露在穿过所述透镜模具的紫外光下或加热所述透镜胶。
该方法进一步包括：将高反射性胶散布在蝙蝠翼形腔体中，所述高反射性胶完全覆盖所述圆锥形的腔体表面。
在该方法中，所述高反射性胶包括金属。
在该方法中，所述金属是银。
在该方法中，所述模制的透镜是半个椭圆体，其中，从远离所述LED管芯的曲面中心去除了圆锥形的部分。
该方法进一步包括：在所述封装基板上围绕所述LED管芯模制反射器；以及将荧光材料散布到由模制的反射器所形成的空间中，其中，在散布所述荧光材料之后，进行模制透镜。
该方法进一步包括：在模制透镜之前，在所述LED管芯上方形成荧光部件。
根据本发明的又一方面，提供了一种显示器，包括：多个发光体，每个发光体都包括：发光二极管(LED)管芯；封装基板，附接至所述LED管芯的一个面；电连接件，连接所述LED管芯和所述封装基板；以及模制的透镜，与所述封装基板接合，直接接触所述LED管芯，所述模制的透镜具有椭圆形截面和在所述LED管芯上方居中的蝙蝠翼形腔体。
根据本发明的又一方面，提供了一种发光体，包括：多个发光二极管(LED)管芯；封装基板，附接至所述多个LED管芯的一个面；电连接件，连接所述多个LED管芯和所述封装基板上的端子；以及模制的透镜，与所述封装基板接合，直接接触所述多个LED管芯，所述模制的透镜具有椭圆形截面和蝙蝠翼形腔体。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的数量和尺寸可以被任意增加或减少。
图1是根据本发明的各个实施例的发光体的示意图；
图2A和图2B是使用根据本发明的各个实施例的透镜所塑造(molded)的矩形配光曲线图；
图3A至图3C示出了根据本发明的各个实施例用于各个发光体透镜的尺寸；
图4A至图4D是根据本发明的各个实施例的蝙蝠翼形腔体的实例；
图5是示出根据本发明的各个方面制造发光体的方法的流程图；
图6-11示出了根据图5的方法的实施例在各个制造阶段中的发光体的截面图；
图12A-12B示出了根据本发明的一些实施例在制造的各个阶段中的发光体的截面图。
具体实施方式
据了解为了实施本公开的不同部件，以下发明提供了许多不同的实施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以简化本发明。当然这些仅仅是示例并不打算限定。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上可包括其中第一部件和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可包括其中额外的部件形成插入到第一部件和第二部件中的实施例，使得第一部件和第二部件不直接接触。为了简明和清楚，可以任意地以不同的尺寸绘制各种部件。当然，该描述可以具体地阐明这些部件是否是彼此直接接触。另外，本发明可以在多个实例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简明和清楚，而且其本身没有规定所述各种实施例和/或结构之间的关系。
LED封装件(在此也被称为发光体)包括：LED管芯，附接至封装基板；任选的荧光材料层，覆盖在LED管芯上方；以及一些光学部件，诸如，反射器和透镜。该LED管芯以多种方式与封装基板上的电路电连接。一种连接方法包括：将管芯的生长基板部分附接至封装基板；并且形成电极焊盘，该电极焊盘与位于管芯上的发光结构中的p型半导体层和n型半导体层连接；然后，将来自电极焊盘的引线接合至封装基板上的接触焊盘。另一种连接方法包括：翻转LED管芯并且使用焊料凸块将发光结构上的电极焊盘与封装基板直接连接。又另一种连接方法包括使用混合式连接件。可以将一个半导体层(例如，p型层)与封装基板引线接合，而将其他层(n型层)可以焊接至封装基板。
LED封装件可以包括一种或多种荧光材料，该荧光材料通常被直接涂覆在LED管芯上。涂覆该一种或多种荧光材料的方法包括：将呈浓缩的黏性流体介质(例如，液态胶)状的荧光材料喷涂在LED管芯的表面上，所产生的光线必须可以穿过该LED管芯的表面。随着该黏性的液体凝固或固化，荧光材料就变成了LED封装件的一部分。然而，喷洒的荧光材料的剂量和均匀性很难控制。
光学部件(诸如，反射器和透镜)被用于形成辐射图案或光束图案。通常使用若干光学部件来实现所期望的图案，例如，蝙蝠翼形光束图案。透镜可以由塑料、环氧树脂或硅树脂制成，并且通过将该透镜边缘粘合在封装基板上方将该透镜附接至封装基板。通常，透镜与LED管芯分开制造并且可以得到特定的尺寸和形状。
蝙蝠翼形发光体使用两个透镜来实现蝙蝠翼形图案。第一个透镜或主镜片是透明的透镜，该透镜直接粘附或直接形成在LED管芯上方。第一个透镜通常是半椭球体并且主要用于从LED管芯获取尽可能多的光。第二个透镜或辅助镜片配备和附接在第一透镜上方并且用于形成光束图案。因此，可以通过改变第二透镜的设计来产生光束图案而没有改变LED封装件的其他部分。如果LED焊料结合至封装基板，则通过LED管芯相应地产生的光穿过蓝宝石生长基板、管芯上的任选的荧光材料层，穿过第一透镜(可能穿过第一透镜和第二透镜之间的间隙)，并且最后穿过用于形成蝙蝠翼形图案的第二透镜。
使用主镜片和辅助镜片的组合的蝙蝠翼形发光体在制造、成本和设计上都存在很多问题。由于第二透镜与LED封装件的其他部分分开制造，所以在装配过程中被配备在第一透镜上方。这些光学部件的对准影响了所得到的光束图案，因此对准容差非常低。该低容差导致产生制造问题并且影响产量。蝙蝠翼形发光体的成本包括两个透镜，这两个透镜使蝙蝠翼形发光体比产生其他光束图案的其他发光体更昂贵。随着LED管芯效率更高以及其尺寸的减小，分开制造的第二透镜以及对准问题使整个LED封装件的尺寸减小变得很难。蝙蝠翼形的第二透镜具有大约10mm×10mm的尺寸。虽然可以制造更小的第二透镜，但更小的透镜加剧了未对准问题并且导致在最终的装配期间的处理困难。另外，第一透镜和第二透镜之间的间隙也通过产生更多的反射面和折射面而降低了整体的光提取。
根据本发明的发光体仅包括一个直接模制在LED管芯上方的透镜。该模制的透镜的形状使得通过该透镜直接产生蝙蝠翼形的图案。该截面形状大体上是椭圆形，具有位于LED管芯上方居中的蝙蝠翼形腔体。该透镜的底座可以是椭圆形的或多边形的。图1示出了根据本发明的各个实施例的发光体的示意图。LED管芯103附接至封装基板101连接并且通过一个或多个连接件107与封装基板电连接。透镜105形成在LED管芯103上方。透镜105包括蝙蝠翼形腔体109。虽然图1示出了具有引线接合型电连接件107的LED管芯103，但本发明的各个实施例并不局限于任何特定类型LED管芯接合。在此所述的概念也等同地适用于水平的管芯接合、倒装芯片焊接型接合、直接垂直的LED芯片接合或不同接合类型的混合。
图2A和图2B是使用根据本发明的各个实施例的透镜所塑造的矩形配光曲线图。图2A和图2B中的曲线形状是典型的蝙蝠翼形光束图案。假如使用市售的矩形LED管芯以及具有图1中的透镜105的大致的几何形状的模制的透镜的数据进行塑造的话，那么图2A的曲线图示出了在整个模制的LED封装件上的各个角度(从-90至90度)处的表面光强度。不同的线表示跨越LED封装件不同的测量线。对于矩形的LED管芯而言，“线0.0”表示沿着LED封装件的中心线从左到右的计算结果。“线90.0”表示沿着LED封装件的另一条中心线从顶部到底部的计算结果。“线45.0”和“线135.0”表示对角线的计算结果。沿着所有这些线，在零度上检测到了最低强度。每条线都示出了典型的蝙蝠翼形图案，该图案具有两个基本上相同的波峰，这两个波峰与其间的波谷之间具有大致相等的距离。
图2B的曲线图是由市售的矩形LED管芯以及模制的透镜的模型产生的，与图3C所示的透镜类似，该模制的透镜具有矩形底座、椭圆形顶部以及位于中间的蝙蝠翼形腔体。该曲线图示出了，“线0.0”和“线90.0”中的结果彼此接近，而“线45.0”和“线135.0”的结果也彼此接近。由于对角线在管芯上横跨更大距离，所以该塑造结果与矩形的LED一致。
可以通过均匀性百分率、视角、在零度处所测量到的最小输出以及峰值角度来限定该蝙蝠翼形的图案。这些条件是相互关联的。通过改变透镜的几何形状可以使发光体满足一系列的蝙蝠翼条件。图3A至图3C示出了根据本发明的各个实施例用于发光体透镜的各个尺寸。
参考图3A，透镜301具有椭圆形底座，其中，z＝0。该椭圆形底座可以是圆或椭圆，这取决于在其上形成有透镜301的LED管芯的尺寸。透镜301包括蝙蝠翼形腔体303。该蝙蝠翼形腔体303的表面反射并且部分折射从LED管芯所发出的光，使得通过该透镜产生了蝙蝠翼形的光束图案。如在该发明中所使用的，蝙蝠翼形腔体是可以配置在透镜中的腔体，从而产生蝙蝠翼形的光束图案，并且该蝙蝠翼形腔体根据各个实施例可以具有多种几何形状。
在某些实施例中，蝙蝠翼形腔体303是直锥。该圆锥体的底面可以是椭圆形的圆。在一些实例中，该圆锥体的底面可以对应于透镜的底座。因此，该圆锥体可以是直圆锥体或直椭圆锥体。图3A和图4A示出了与直锥相关的一些尺寸。通过互相垂直的沿着长轴的直径“a”和沿着短轴的直径“b”来限定该圆锥体底面。当圆锥体底面是圆时，这两个直径是相同的。还通过孔径角θ来限定该圆锥体。孔径角影响圆锥体表面上的入射角并且由此影响蝙蝠翼形图案的形状。通常，孔径角变大使蝙蝠翼形图案的视角也变大。圆锥体尖端和透镜底面之间的距离(在图3A中被示为距离“d”)进一步限定了蝙蝠翼形图案的形状。通常，孔径和距离“d”的关系影响图案的调制度。图2A和图2B是位于跨越透镜的不同线上的不同角度处的强度的曲线图。蝙蝠翼形图案的中间是波谷，两个波峰分别位于该波谷的两侧。调制度是波谷的高度与波峰的高度的百分比。更小的“d”通常导致更高的调制度，因此导致较低的均匀性。如图2A中所示的蝙蝠翼形图案具有大约为70％的调制度。
在其他实施例中，蝙蝠翼形腔体是具有如图3B和图4B中所示的曲面的圆锥体，在此将该圆锥体称为抛物线形。该圆锥体可以具有如所示的圆形的尖端或尖锐的尖端，诸如，陀螺的底部。该抛物线形的圆锥体是直锥，使得所有与底面平行的水平切片包括具有相同纵横比的椭圆。侧面的曲度会影响波峰的位置和形状。例如，通过使用侧面不同曲面(有关图4A的圆锥体的侧面的凸面或凹面)可以向外移动波峰来增大视角或向内移动来减小视角。
图3C示出了又一个透镜的实施例，其中，透镜底座是以基于多边形的形状。如所示，该透镜底座是带有圆角的矩形。与图3C的透镜相对应的蝙蝠翼形腔体与图4C中所示的腔体类似。图4C示出了在其中使用了棱锥腔体的实施例。该棱锥具有边为“a”和“b”的底面，和台面深度(table depth)为“c”。与椭圆形圆锥体类似地，该棱锥底面的尺寸可以与LED管芯成比例。该棱锥是直棱锥，使得所有平行于底面的水平切片包括具有相同纵横比的矩形。当边“a”和“b”相等时，棱锥底面是正方形的。
棱锥腔体也具有底面和侧面。可以以具有与LED管芯相同的或在角度上偏离该LED管芯的角度处形成该棱锥腔体的面。换言之，棱锥腔体底面的水平角定向与LED管芯的水平角定向可以是不同，棱锥腔体底面的角可以指向0度、90度、180度和270度，而LED管芯的角可以指向45度、135度、225度和315度。如结合图2所说明的，蝙蝠翼形图案的波峰在用于矩形管芯的对角线上更高。当使用棱锥腔体时，根据该棱锥腔体的水平定向，可以放大或减小该更高的波峰。尽管图4C示出了具有四条边的棱锥底面，但也可以使用具有更少或更多边的棱锥底面。例如，可以使用六边形或八边形的底面。
在图4D中，蝙蝠翼形腔体是具有曲面的棱锥，该棱锥在此被称为抛物线形棱锥。该抛物线形棱锥可以具有如所示的圆形的尖端或尖锐的尖端。与抛物线形的圆锥体类似，这些面的曲率可以影响波峰的位置和形状。例如，通过使用侧面的不同曲面(有关图4C的棱锥的侧面的凸面或凹面)可以向外移动波峰来增大视角或向内移动来减小视角。除图4A至图4D所示的实施例以外，本发明的范围还包括其他可以配置在透镜中的蝙蝠翼形腔体，从而产生蝙蝠翼形光束图案。例如，蝙蝠翼形腔体可以具有三叶草形的底面。
该蝙蝠翼形腔体被设计成使得从LED管芯到达蝙蝠翼形表面的光大部分在腔体的表面上进行反射。可以将该蝙蝠翼形腔体设计成使得反射到达表面的大部分光作为全内反射(TIR)。TIR是一种光学现象，该现象发生在光线在某个角度下照射在位于两种介质之间的边界上的时候，该角度大于关于表面的法线的特定临界角。在该更大的角度处，如果在边界的其他面上的折射率较低的话，则没有光线可以穿过并且所有的光线都被反射。该临界角是大于该角度处会产生全内反射的入射角。如果该入射角大于临界角(即，光线几乎与边界平行)(光线被折射使得其沿着边界移动在该入射角)，则光将全部停止穿过边界并且取而代之地完全向内反射。位于根据本发明的各个实施例的发光体透镜中的蝙蝠翼形腔体的表面具有使得大部分入射角大于临界角的表面。由于腔体中的折射率(例如，空气具有大约为1的折射率)低于透镜的折射率(例如，硅模具(silicon molding)具有大约为1.4至1.55的折射率)，所以来自LED的大部分光都作为TIR进行反射。
蝙蝠翼形腔体也可以被设计成通过表面涂层反射到达表面的大部分光。可以使用高反射性的表面涂层(诸如，银或其他金属)、一些金属氧化物(诸如，氧化钛和氧化锆)、或其他公知的高反射性涂层。其他公知的高反射性涂层的实例包括电介质薄膜，该电介质薄膜被调整成反射由LED管芯所发处的特定波长的光。在一些实施例中，所选择的表面涂层反射了80％以上的入射光、大约90％的入射光或90％以上的入射光。
该蝙蝠翼形腔体设计可以包括具有反射表面涂层的TIR元件设计。该反射表面涂层可以被设计成减少在小于临界角度处的入射光的反射。根据光束图案均匀性要求或指定的调制度，光可以被设计成几乎通过改变表面涂层材料来穿过蝙蝠翼形腔体表面。根据在此所述的理念，可以选择蝙蝠翼形腔体和任选的表面涂层来实现用于特定应用的任意蝙蝠翼形光束图案。
在图5中示出了根据本发明制造发光体的方法501的流程图。图6至图10是根据图5中的方法501的一个实施例在各个制造阶段中期间的发光体的概括的示意性局部截面侧视图。该发光体可以是单独的独立器件或者是集成电路(IC)芯片的一部分或芯片上系统(SoC)的一部分，该集成电路芯片或芯片上系统可以包括多种无源微电子器件和有源微电子器件，诸如，电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极结式晶体管(BJT)、横向扩散MOS(LDMOS)晶体管、大功率MOS晶体管或其他类型的晶体管。应该理解，为了更好地理解本发明的发明理念，已经简化了对图6至图10进行了简化。因此，应该注意到，可以在图5的方法501之前、其间之间以及之后提供额外的工艺，并且在此可以仅简要地描述了这些其他工艺。
参考图5，方法501从框503开始，其中，将发光二极管(LED)附接至封装基板。图6示出了附接至封装基板101的LED管芯103的截面图。LED管芯103包括发光结构(未示出)以及一个或多个用于与封装结构电连接的电极焊盘，该LED的细节未在图6中示出。虽然下面的发明涉及带有蓝色LED的发光体，但在此所述的发明可以应用于其他颜色的LED，甚至可以应用于没有荧光粉的LED。该发光结构具有两个掺杂层以及位于掺杂层之间的多个量子阱层。该掺杂层是相反掺杂的半导体层。在一些实施例中，第一掺杂层包括n型氮化镓材料，而第二掺杂层包括p型材料。在其他实施例中，第一掺杂层包括p型氮化镓材料，而第二掺杂层包括n型氮化镓材料。MQW层包括交替的(或周期性的)有源材料层，例如，氮化镓和氮化铟镓。例如，在一个实施例中，MQW层包括10个氮化镓层和10个氮化铟镓层，其中，氮化铟镓层形成在氮化镓层上，并且在该氮化铟镓层上形成了另一个氮化镓层，如此循环重复。
掺杂层和MQW层都通过外延生长工艺形成。在外延生长工艺完成之后，基本上形成了p-n结(或p-n二极管)。当在掺杂层之间施加电压时，电流流经发光结构，并且MQW层发光。MQW层所发出的光的颜色与所发出的辐射的波长相关，可以通过改变构成MQW层的材料的成分和结构来调整该波长。该发光结构可以任选地包括额外的层，诸如，位于基板和第一掺杂层之间的缓冲层、反射层以及欧姆接触层。适当的缓冲层可以由第一掺杂层的未掺杂的材料或其他类似的材料制成。光反射层可以是诸如铝、铜、钛、银的金属，这些金属的合金或其组合。欧姆接触层可以是氧化铟锡(ITO)层。该光反射层和欧姆接触层可以通过物理汽相沉积(PVD)或化学汽相沉积(CVD)或其他沉积工艺形成。
LED管芯可以以多种方式附接至封装基板。在LED的生长基板面附接至封装基板的某些实施例中，可以通过使用任意适当的导电胶或非导电胶简单地粘合LED来执行该附接。在将与生长基板相反的LED管芯面附接至封装基板的实施例中，该附接可以包括通过将LED上的电极焊盘与封装基板上的接触焊盘接合来电连接LED管芯。该接合可以包括焊接或其他金属接合。在一些实施例中，去除生长层并且LED的一个面接合并电连接至基板。在这种情况下，可以使用金属接合(诸如，共晶接合)来完成该附接。
在将LED管芯附接至基板之后，在图5的操作505中，LED管芯与封装基板电连接。制成至少两个电连接件，对于p型掺杂层和n型掺杂层各一个。在一些情况下，为了电流分流，为p型层制造两个电连接件。如所述，该电连接件可以包括引线接合、焊接、金属接合或其组合。图7示出了从LED管芯103到封装基板101上端子(未示出)的电连接件107。由于电连接件107可以采用多种形式，所以图7中所示的结构只不过是说明性的，该电连接107不必为引线接合。
在LED管芯与封装基板连接之后，该工艺可以采用多种途径来形成发光体。例如，此时可以在LED管芯周围通过连接/粘合预制的反射器或通过在适当位置上模制反射器来形成反射器。该反射器可以进一步通过限制极限角度处的光输出来成型蝙蝠翼形图案。另外或代替形成反射器，可以荧光涂层添加至封装件。通常(但不总是)将粘性流体介质的荧光材料以相对较为均匀的涂层的形式喷在LED管芯上。可以固化该荧光材料使其凝固。然而，如果反射器形成在LED管芯周围，则可以使用散布荧光涂层简单的工艺。由于反射器围绕着管芯并且在封装件的中心形成了空间，所以可以将粘性流体介质的荧光材料简单地滴落或散布到封装件的中央来覆盖该LED管芯。由于避免了与喷涂相关的均匀性问题和剂量问题，所以该工艺增大了工艺窗或增大了用于非均匀工艺条件的容差。
再次参考图5，在操作507中，具有蝙蝠翼形腔体的透镜被模制在封装基板和LED管芯上方。该透镜可以通过注射成型法或模压成型法形成。该透镜可以使用多种材料。适当的材料具有高透光率(透明度)、适用于模制的粘性、与封装基板的适当粘合以及良好的导热性和稳定性(即，在热循环过程中不褪色或变色)。材料的实例包括硅树脂、环氧树脂、特定聚合物、合成树脂以及包括聚(甲基丙烯酸甲酯)的塑料。适当的材料是易流动的以模制为透镜，并且可以被固化成限定的形状。一些适当的材料可以具有与封装基板的热膨胀系数相似的热膨胀系数和/或可以吸收由热循环过程中的热膨胀偏差所产生的应力。适当的透镜材料的实例包括：信越的生产线(Shin-Etsu’s line)：SCR和KER硅合成树脂和橡胶材料；以及道康宁的各种生产线(Dow Cornings′various lines)：硅胶、人造橡胶以及硅合成树脂。如所理解的那样，工业中的制造商可以根据顾客指定的条件来调整透镜材料的折射率。因此，除了该折射率之外，本领域的技术人员可以首先基于适当材料的特性选择适当的透镜，然后在制造商可以提供的范围之内指定折射率。
在某些实施例中，可以使用图8至图11中所示的注射成型方法。参考图8，透镜模具817被放置在LED管芯103上方。透镜模具817包括多个开口，诸如，开口819和821。所描述的透镜模具817上的开口的位置和数量是说明性的而不是限制性的。可以使用更多开口并且这些开口可以被放置在不同位置上。图8示出了置于一个LED管芯103上方的一个模具腔体823，然而，该透镜模具可以包括多个模具腔体，这些模具腔体可以被装配在封装基板的上方，该封装基板具有附接在其上的多个LED管芯103。封装基板101可以包括位于各个LED管芯之间的对准标记，从而确保模具腔体823被精确地置于LED管芯103上方。
如图9所示，透镜胶或模制材料添加到透镜模具中。透镜胶825被添加或注入到模具腔体823中。为了确保良好的填充，可以通过一个或多个开口821将模具腔体823内部的气体排空。模具腔体823内部的气体可以是空气或惰性气体，例如，氮气。可选地，可以在真空环境下实施该操作，在真空环境下不使用示例性的开口821。透镜胶825可以被加热或加压。透镜胶825填充模具腔体823，从而形成了透镜105。
如图10所示，对透镜105进行固化从而使其凝固，使得该透镜保持其形状并且粘附至封装基板和LED管芯。辐射827或其他能量被施加到透镜模具上，对辐射827来说该透镜磨具是透明。该辐射可以是紫外线(UV)辐射、热辐射(红外线)、微波或其他可以固化该透镜胶的辐射。在UV光或热应用下固化的胶材料通常是市售的。在一些实例中，可以仅通过不需要以辐射的形式施加的热能来完成固化。可以通过封装基板101或通过加热透镜模具817来施加传导的热能。
在透镜被固化以后，可以将透镜模具去除。去除透镜模具817，但不是将透镜105从封装基板101上去除。在一个实施例中，可以通过一个或所有的模具开口(诸如，开口821)来添加一些气体，从而帮助透镜105与透镜模具817分离。其他技术包括改变模制的透镜的温度或改变透镜模具的温度，使得其存在温度差。其他技术包括：在注入透镜胶之前使用透镜模具817中的去除模板。在透镜模具817被去除之后，形成了如图1所示的包括蝙蝠翼形透镜的发光体。
在一些实施例中，使用压模成型方法来形成该蝙蝠翼形透镜。将透镜前体材料涂覆在LED管芯上并且将透镜模具装配在LED管芯上方。增加压力从而根据模具腔体使透镜前体材料成型。然后，固化该透镜前体材料从而使其凝固成透镜的形状。利用与注射成型透镜类似的方式去除用于压模成型透镜的透镜模具。
在将具有蝙蝠翼形腔体的透镜形成在LED封装件上之后，可以任选地利用反射材料涂覆该蝙蝠翼形腔体的内表面。如上所述，表面涂层材料所需要的反射性取决于蝙蝠翼形光束图案要求并且可以使用各种涂层材料。表面涂层材料可以散布、喷涂、旋涂或者相反，沉积在腔体内表面上。实例可以是散布到蝙蝠翼形腔体中的胶，例如，硅胶。在一些实例中，表面涂层仅涂覆腔体内表面。在其他实例中，该表面涂层可以填充整个腔体。
图11示出了在透镜105形成之前首先将反射器901和荧光涂层903形成在封装基板101上的实施例。虽然附图示出了透镜围绕反射器，但在一些实施例中，透镜可以形成在反射器上以及LED管芯上方，但没必要形成在反射器外侧。
图12A和12B示出了其他的实施例，其中，在模制的透镜1203之前，形成荧光部件1201。如图12A所示，荧光部件1201可以具有椭圆形，诸如，椭圆体的部分。在具有可以保持如所示的固化表面的表面张力的一些情况下，可以通过使用与上述用于形成蝙蝠翼形透镜的工艺类似的工艺进行模制或通过散布悬浮在高粘性流体介质中荧光材料来形成该荧光部件1201。该荧光部件前体可以是与模制的透镜前体相同的材料。
在形成了荧光部件1201之后，然后，使用以上工艺结合图5和图8至图10的操作507所述的工艺，在部分制造的发光体的上方形成蝙蝠翼形透镜1203。图12A和图12B中的实施例的一个特征在于，荧光部件封装并且保护电连接件，该电连接件可以是灵活的引线接合。
根据本发明的各个实施例的发光体不仅限于具有一个LED管芯的发射器。而是可以将多个LED管芯用在一个发光体中，该发光体具有位于所有LED管芯上方的一个蝙蝠翼形透镜。该LED管芯可以被布置成线性阵列、矩形阵列或圆形或其他形状。在一个实施例中，配置三个LED管芯，从而形成等边三角形的顶点。在另一实施例中，配置五个LED管芯，从而形成两行(一行具有两个LED管芯并且一行具有三个LED管芯)。在这些多个LED管芯结构的每个中，在LED管芯上方都形成有一个蝙蝠翼形透镜。在一些实施例中，在将较大的蝙蝠翼形透镜形成在LED管芯上方之前，首先在每个LED管芯上方形成较小的透镜。上述发光体可应用于显示器、灯具等器件。
上面论述了多个实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解以下详细描述。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改其他用于执行与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。然而，可以理解，这些优点并不是限制性的，并且其他实施例可以提供其他优点。本领域普通技术人员还应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的主旨和范围，并且在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种发光体，包括：
发光二极管(LED)管芯；
封装基板，附接至所述LED管芯的一个面；
电连接件，连接所述LED管芯和所述封装基板上的端子；以及
模制的透镜，与所述封装基板接合，直接接触所述LED管芯，所述模制的透镜具有：椭圆形截面和在所述LED管芯上方居中的蝙蝠翼形腔体。
2.根据权利要求1所述的发光体，其中，所述模制的透镜包括：所述腔体表面上方的高反射性涂层。
3.根据权利要求2所述的发光体，其中，所述高反射性涂层反射至少90％的入射光。
4.根据权利要求2所述的发光体，其中，所述高反射性涂层包括：金属。
5.根据权利要求1所述的发光体，其中，所述腔体是圆锥体。
6.根据权利要求5所述的发光体，其中，所述腔体具有孔径，所述孔径导致所述腔体表面全内反射从LED的中央所产生的光。
7.根据权利要求1所述的发光体，其中，所述腔体是椭圆形的圆锥体。
8.一种制造发光体的方法，包括：
将发光二极管(LED)管芯附接至封装基板；
电连接所述LED管芯和所述封装基板；以及
在所述封装基板和所述LED管芯上方模制透镜，其中，所述模制的透镜包括位于所述LED管芯上方的蝙蝠翼形腔体。
9.一种显示器，包括：
多个发光体，每个发光体都包括：
发光二极管(LED)管芯；
封装基板，附接至所述LED管芯的一个面；
电连接件，连接所述LED管芯和所述封装基板；以及
模制的透镜，与所述封装基板接合，直接接触所述LED管芯，所述模制的透镜具有椭圆形截面和在所述LED管芯上方居中的蝙蝠翼形腔体。
10.一种发光体，包括：
多个发光二极管(LED)管芯；
封装基板，附接至所述多个LED管芯的一个面；
电连接件，连接所述多个LED管芯和所述封装基板上的端子；以及
模制的透镜，与所述封装基板接合，直接接触所述多个LED管芯，所述模制的透镜具有椭圆形截面和蝙蝠翼形腔体。
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