CN102800663B - 具有多管芯的蝙蝠翼透镜设计 - Google Patents

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Abstract

从在封装基板上的多个LED管芯的初级LED透镜的光发射器产生蝙蝠翼光束。LED透镜包括蝙蝠翼表面，该蝙蝠翼表面通过在光发射器的中心的上方关于抛物线圆弧的端部旋转抛物线圆弧形成。将LED管芯中的每个的中心在抛物线的焦点处安装至封装基板，抛物线的圆弧形成蝙蝠翼表面，例如，在距离抛物线的顶点约0.5倍焦距至1.5倍焦距处。蝙蝠翼表面通过全内反射(TIR)或通过反射凝胶涂层反射来自多个LED管芯的光。

Description

具有多管芯的蝙蝠翼透镜设计
技术领域
本发明一般地涉及半导体器件，更具体地来说，涉及半导体发光二极管(LED)。
背景技术
本文所使用的发光二极管(LED)为半导体光源，用于生成具有特定波长或波长范围内的光。传统上，将LED用于指示灯，并且用于显示器不断增加。当在通过相反掺杂的半导体化合物层所形成的p-n结上施加电压时，LED发光。可以通过改变半导体层的带隙和通过在p-n内制造活性层使用不同材料生成不同光波长。
传统上，通过在生长基板上生长多个发光结构来制造LED。将发光结构及其下层生长基板分离为独立LED管芯。在分离以前或以后的某点处，将电极或导电垫片添加至LED管芯中的每个，从而允许该结构导电。然后，通过添加封装基板、可选荧光材料、以及诸如透镜和反射器的光学器件来封装LED管芯，从而变成光发射器。
光发射器规格通常识别通过光发射器所输出的专用辐射图案。通用光束图案为用于在交通信号应用中照射平面、用于在显示器中的背光单元、或者用于通常发光的蝙蝠翼(batwing)光束图案。可以通过具有在坎德拉(candela)分布曲线中的两个大致相等的波峰和在波峰之间的约0度处的波谷来限定蝙蝠翼光束图案。可以通过均匀性、视角、在零度处所测量的最小输出、半峰全宽(FWHM)、以及峰值角度来限定蝙蝠翼图案。均匀性限定在某些感兴趣的角度范围内(可以为视角)的不同角度处的光输出的可变性。可以将视角限定为捕获总光通量的90％的总角度。在零度处的最小输出涉及均匀性。峰值角度确定蝙蝠翼的形状并且涉及视角。半峰全宽(FWHM)为在其最大值的一半处的分布宽度(空间或角度)，并且通常指定大于约100度。
将光发射器设计为满足这些规格。虽然现有的光发射器的设计能够满足蝙蝠翼光束图案的要求，但是不能在每一方面完全满足要求。继续寻求更容易制造的更低成本和更有效的设计。
发明内容
本发明的一方面包括：光反射器，包括多个发光二极管(LED)管芯；封装基板，接合至LED管芯的一个侧面；电连接件，连接LED管芯和位于封装基板上的端子；模造透镜，接合至与LED管芯直接接触的封装基板，该LED管芯具有以LED管芯为中心的蝙蝠翼表面。通过在与曲线的共轭轴平行的圆弧端部处关于直线旋转圆弧来形成蝙蝠翼表面。将多个LED管芯中的每个的中心安装至在曲线焦点附近的封装基板，曲线的圆弧形成蝙蝠翼表面。光发射器通过模制透镜输出蝙蝠翼光束图案。
其中，所述曲线为抛物线或双曲线的一半。
其中，所述模制透镜包括在所述蝙蝠翼表面上的高反射率涂层。
其中，所述高反射率涂层反射至少90％的入射光。
其中，所述高反射率涂层包括金属。
其中，所述曲线的对称轴位于所述封装基板的顶部表面上。
其中，围绕所述曲线的焦点是在距离所述曲线的顶点0.5倍焦距至1.5倍焦距之间。
其中，所述多个LED包括：第一部分的LED，其中心安装在所述封装基板距离所述抛物线的顶点的第一距离处；第二部分的LED，其中心安装在所述封装基板距离所述抛物线的顶点的第二距离处。
其中，所述多个LED进一步包括：第三部分的LED，其中心安装在所述封装基板距离所述抛物线的顶点的第三距离处。
其中，所述模制透镜为硅树脂、树脂、环氧树脂、或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。
其中，所述光发射器为大约或小于3.5mm×3.5mm。
本发明的另一方面包括制造光发射器的方法。该方法包括：以图案(关于抛物线的焦点把每个LED管芯放在中心的图案)将多个发光二极管(LED)管芯接合至封装基板；将LED管芯和位于封装基板上的端子电连接；在封装基板和LED管芯的上方模制具有蝙蝠翼表面的透镜。通过在圆弧的端点处沿着直线旋转抛物线圆弧来成形蝙蝠翼表面。
其中，在所述封装基板和所述LED管芯的上方模制透镜，包括：将所述透镜铸模置于所述封装基板和所述多个LED管芯的上方；将透镜胶添加在所述透镜铸模中；固化模制透镜。
该方法进一步包括：将高反射率凝胶涂布在所述蝙蝠翼表面上。
所述高反射率凝胶包括金属或金属氧化物。
其中，所述金属为银。
此外，还提供了一种包括光发射器的发光器件，所述光发射器包括：一个或多个发光二极管LED管芯；封装基板，接合至所述多个LED管芯的一侧；电连接件，位于所述封装基板上的端子与所述LED管芯之间；以及模制透镜，在所述LED管芯上方与所述封装基板接合，所述模制透镜具有蝙蝠翼表面，所述蝙蝠翼表面是通过围绕一抛物线圆弧的端部水平旋转所述抛物线圆弧而形成的，以及其中，围绕其圆弧形成了所述蝙蝠翼表面的旋转抛物线的焦点环，将所述多个LED管芯中的每一个的中心安装到所述封装基板。
其中，围绕所述旋转抛物线的焦点环是在距离所述抛物线的顶点0.5倍焦距处的圆内以及在距离所述抛物线的顶点1.5倍焦距处的另一个圆内。
其中，所述一个或多个LED管芯为一个LED管芯。
其中，进一步包括所述LED管芯之间的电连接件。
以下，参照相关附图讨论本发明的这些和其他特征。
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的多方面。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，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
图1为使用“洋葱头”型蝙蝠翼透镜的光发射器的原理图。
图2A和图2B为根据本发明的各种实施例的光发射器的不同示图。
图3示出了根据本发明的各种实施例具有用于限定透镜的蝙蝠翼表面和LED管芯布置的焦点的圆弧和曲线。
图4为根据本发明的结构实例的坎德拉分布曲线。
图5A-5D示出了根据本发明的各种实施例的各种示例结构。
图6为示出根据本发明的各个方面制造光发射器的方法的流程图。
图7-图11示出了根据图6的方法的实施例在各个制造阶段中的光反射器的截面图。
具体实施方式
据了解为了实施各种实施例的不同部件，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方或上可包括其中第一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和第二部件中的实施例，使得第一和第二部件不直接接触。当然，描述确定地陈述了部件是否直接接触。再者，本公开可在各个示例中重复参照数字和/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。
本文中，LED封装还称作光发射器，该LED封装包括：接合至封装基板的一个或多个管芯；涂覆在LED管芯上的荧光材料的可选层；以及诸如反射器和透镜的一些任选元件。以多种方式将一个或多个LED管芯电连接至位于封装基板上的电路。发明人已知的一种连接方法包括：将管芯的生长基板部分接合至封装基板；并且形成电极片，将该电极片连接至位于管芯上的发光结构中的p性半导体层和n型半导体层，然后接合来自电极片的布线，从而与位于封装基板上的焊盘/端子接触。发明人已知的另一种连接方法包括：翻转LED管芯并且使用焊料凸块将位于发光结构上的电极片直接连接至封装基板。发明人已知的又一种方法包括使用混合连接器。可以对一个半导体层，例如，p型层进行布线，从而接合至封装基板，同时可以将其他层(n型层)焊接至位于封装基板上的触点/端子。在使用多个LED管芯的一些光发射器中，可以将LED管芯独立连接至封装基板，或者仅与连接至封装基板上的端子的端部LED管芯彼此串联连接。可具有用于一光发射器的一种或多种串联连接。
LED封装可以包括：一种或多种荧光材料，通常将该荧光材料直接施加在LED管芯的上方。发明人已知的施加一种或多种荧光材料的方法包括：将浓缩的粘稠流体介质(例如，液体胶)的荧光材料溅射或滴在LED管芯的表面上，所生成的光穿过该管芯的表面。当粘稠流体固定或固化的时候，荧光材料变成LED封装的一部分。
光学器件，例如，反射器和透镜，用于将辐射图案、或光束图案成形。几个光学器件通常用于实现期望图案，例如，以上讨论的蝙蝠翼光束图案。透镜可以由塑料、环氧树脂、硅树脂制成，透镜通过将其边缘粘贴在封装基板上而接合至封装基板。通常，将透镜制造为与LED管芯分离，并且可以使用特定尺寸和形状。
发明人已知的蝙蝠翼光发射器使用两个透镜可实现蝙蝠翼图案。如图1所示，第一透镜(或称初级光学器件)为直接接合或直接形成在LED芯片上的透明透镜。第一透镜101通常为半椭球体，并且基本上用于从LED管芯103提取尽可能多的光。第二透镜105(或者二级光学器件)安装并接合至第一透镜110的上方，并且用于成形光束图案。因此，使用该方法，可以通过改变第二透镜设计而不是改变LED封装的其他部分来生成各种光束图案。如果将LED焊接接合至封装基板，则因此通过LED管芯所生成的光穿过蓝宝石生长基板，位于管芯上的荧光材料107的可选层、穿过第一透镜101(可能地，第一透镜和第二透镜之间的间隙)，并且最后穿过第二透镜105。用于蝙蝠翼光束图案的第二透镜设计传统上为如图1所示的“洋葱头”的设计，但是其他形状也是可用的。
使用初级光学器件和二级光学器件的图1中所示的蝙蝠翼光发射器存在制造、成本、以及设计的几个问题。因为第二透镜与LED封装的剩余部分隔离，所以在装配器件，将第二透镜安装在第一透镜的上方。这些光学元件的对准影响生成的光束图案，因此，对准公差非常小。低公差提出了制造问题并且影响成品率。图1中的蝙蝠翼光发射器的成本包括：两个透镜，致使蝙蝠翼光发射器比仅使用一个透镜生成其他光束图案的其他光发射器更昂贵。因为LED管芯变的更有效，并且其尺寸减小，分离制造的第二透镜和对准问题使总LED封装的尺寸减小更困难。发明人已知的蝙蝠翼具有第二透镜，该第二透镜具有约10mm×10mm的尺寸。虽然可以制造更小的第二透镜，但是更小的透镜放大了未对准的问题，并且在最终装配期间呈现处理困难。此外，在第一透镜和第二透镜之间的间隙可能通过还引入反射和折射的更多表面降低了总光提取。
此外，“洋葱头”第二透镜设计不能与位于透镜下方的一个以上光源(LED)良好地配合。如图1所示，透镜105的“芽”部(sprout portion)以全内反射(TIR)或直接反射的方式反射来自LED的光线至光发射器的侧表面。当使用一个以上LED管芯时，反射角改变，从而使得来自光发射器的光输出在不同角处变得不均匀。换句话说，因为反射角变为更大、或者更小锐角，所以很少发生来自芽部的TIR或反射。不均匀性导致光输出与从单个LED管芯所生成的光输出不同。此外，不均匀性还可导致光输出在不同角度处具有不同颜色(这是不期望的)。
当基于LED的光源更广泛地用于不同光应用的时候，需要总光输出就越高。虽然增大LED管芯尺寸可以增大总光输出，但是其他设计需要使用多个LED管芯。对于使用一个以上LED管芯的光发射器来说，第二透镜设计不适当。本发明的光发射器包括：直接在LED管芯的上方模制的仅一个透镜，节省了使用两个透镜的成本和精力，同时允许使用多个LED管芯。所模制的透镜的形状为通过多个LED管芯直接穿过该透镜生成蝙蝠翼图案。
图2A和图2B示出了根据本发明的各种实施例的透镜的形状。在图2A中，示出了接合至封装基板203的四个LED管芯201。在LED 201上方，将透镜205接合至封装基板203。透镜205在顶部具有蝙蝠翼表面207的圆柱体。图2B示出了图2A的光发射器的截面图。横截面的观察点是从来自光发射器的中部，从而使得将透镜和封装基板正好切成两半。通过该示图，仅示出了两个LED管芯。因为为透明的透镜材料封装一个以上LED管芯，所以以虚线示出了又一个LED管芯。注意，可以存在各种电连接，从而连接LED管芯和位于封装基板上的端子，但是没有示出。可以使用上述电连接方法中的任一个。
蝙蝠翼表面207具有形成凹部的曲线表面，该凹部具有在中心处的最低点和在圆周上的最高点。在截面中，蝙蝠翼表面207由如图2B所示的两个圆弧形成。穿过中心的蝙蝠翼表面207的截面在任意角处相同。蝙蝠翼表面通过在圆弧的端部处沿着垂直轴209旋转该圆弧而形成。
图3示出了圆弧301和曲线309。圆弧301为曲线309的一部分。曲线309具有长轴305，该长轴将曲线切割为对称部分。长轴305还称作对称轴305。曲线还具有短轴313，还称作共轭轴313，该共轭轴与主轴305垂直并且在曲线309的顶点处与主轴相交。曲线可以为抛物线或者半双曲线。通常，抛物线为圆锥截面，正圆锥面和与该平面的生成直线平行的平面的交集。给定该平面上的点(焦点)和相应直线(准线)，在与其等距的平面上的点轨迹为抛物线。与准线垂直并穿过焦点的直线(为穿过中部分离抛物线的直线)为“对称轴”。与抛物线相交的对称轴上的点为“顶点”。顶点为曲率最大的点。抛物线可以向上、向下、向左、向右、或者在一些其他任意方向上开口。在笛卡尔坐标系中，水平抛物线，例如，如图3所示的抛物线可以通过公式x＝ay2+by+c进行描述，其中，其焦点位于(-b2/4a+c+1/4a，-b/2a)。双曲线为由平面和圆锥体的交集所形成的另一圆锥截面。双曲线的公式为(x2/a2-y2/b2)＝1。
图3包括两条曲线307和309以及通过曲线307和309共享的对称轴305。曲线307和309为穿过直线315的彼此的镜像，该直线与共轭轴313平行。曲线309的圆弧301沿着直线315水平旋转，从而形成图2A的蝙蝠翼表面207。直线315与在顶点和曲线焦点之间的对称轴305相交，并且直线315可以处于顶点或焦点。曲线307和309具有位于对准轴305上的顶点，并且每条曲线分别具有焦点303和304。对于光发射器透镜来说，旋转点313必须在对称轴305上或者上方，从而使得不存在封装基板的暴露部分。还可以将根据本发明的各种实施例的圆弧定义为圆弧与不同抛物线的结合。
在某实施例中，曲线为抛物线。将多个LED管芯中的每个的中心在抛物线的焦点附近安装到封装基板上，该抛物线的圆弧形成蝙蝠翼表面。水平地沿着对准轴，焦距为在焦点和顶点之间的水平距离。在LED管芯的中心和顶点之间的距离可以大约为焦距，或者如箭头311所示，在距离顶点约0.5倍焦距和距离顶点约1.5倍焦距之间。具有以该距离为中心的LED管芯的光发射器生成具有良好的光提取效率的蝙蝠翼光束输出。箭头311的端点指示从约0.5倍焦距至约1.5倍焦距的范围。为了更好的光提取效率，可以更窄地限定箭头311的范围。如果曲线为双曲线的一半，则距离范围可能不同。垂直地，LED管芯的中心可以在焦点附近并且不需要恰好在对称轴上。对称轴305可以在封装基板的顶面上，或者可以为穿过LED管芯的直线或在LED管芯的顶面上。注意，除非旋转点313为顶点，否则抛物线307和309通常不共享顶点。
图4为根据本发明的实施例使用透镜建模的矩形坎德拉分布曲线图。图4中的曲线形状为蝙蝠翼光束图案。使用市售矩形LED管芯的数据建模和具有在图2A和图2B中的透镜205的一般几何形状的模制透镜，曲线图示出了跨越穿过水平线和垂直线的模制LED光发射器的在具有两个角的平面的上的光强度。对于大部分部件来说，模制值重叠。换句话说，对于具有4个LED管芯的光发射器来说，通过水平角和垂直角的光输出与对称安装的LED管芯大致相同。
沿着每条线，在0度处测量非常低的强度或约为0的强度。每条线还示出了具有与在峰值之间的凹部大致等距的两个基本相同的峰值的典型蝙蝠翼图案。可以通过均匀百分数、视角、在0度处所测量的最小输出、半峰全宽(FWHM)、以及峰值角来限定蝙蝠翼图案。这些条件相关。通过改变透镜几何形状，可以使光发射器满足一系列蝙蝠翼条件。在图4中，峰值角约为-75度和75度。曲线在±34度和±84度处穿过半峰值线401。分布的半峰全宽(FWHM)约为170度，大于通常指定的约100度。
图5A至图5D示出了根据本发明的各种实施例的光发射器的各种LED管芯结构。图5A示出了在图2A和图2B中的光发射器的结构，其中，在峰值基板的周围对称配置四个相同的LED管芯。在对称结构中，LED管芯中的每个的中心与封装基板的中心等距离，形成LED环。线505指示在LED管芯的中心与曲线的顶点之间的距离，来自该曲线的圆弧用于形成蝙蝠翼表面。该距离为约曲线的焦距。如果当旋转圆弧时，绘制曲线的相应焦点，则焦点在轴对称平面上绘制圆(聚焦环)。当曲线为抛物线时，该圆为旋转抛物线的聚焦环。据说LED管芯的中心位于焦点附近，并且可能位于距离曲线的顶点的0.5倍焦距至约1.5倍焦距处。注意，线505的一端位于LED管芯的中心处并且另一端位于顶点处，但是顶点没有必要与封装基板的中心相同。
图5B示出了在将5个LED管芯安装在封装基板上的情况下的根据本发明的各种实施例的另一对称结构。在该实例中，可以绘制穿过LED管芯中的每个的中心的圆507。在对称结构中，5个LED管芯位于间隔72度处。此外，如图5A所示，线505限定在LED中心与曲线顶点之间的距离，来自该曲线的圆弧用于形成蝙蝠翼表面。线505的长度在曲线的约0.5倍焦距至约1.5倍焦距之间。与图5A和图5B中所示的结构类似地，任何数量的LED都可以根据本发明在光发射器中使用。
图5C示出了根据本发明的各种实施例的具有LED的两个环的又一结构。第一组LED管芯511形成第一环519，该环具有在LED管芯中心和曲线顶点之间的距离515。第二组LED管芯513形成第二环521，该环具有在LED管芯中心和曲线顶点之间的距离517。在图5C的结构中，距离515和517均在0.5倍曲线焦距至1.5倍曲线焦距的范围内。
只要所有的LED管芯中心均在约0.5倍焦距至约1.5倍焦距的范围内，就可以如图5D所示的(通过三个环示出的)添加额外数量的LED管芯环。此外，在不同环中的LED管芯不需要为相同形状或尺寸，但当然可以为相同形状和尺寸。为了生成均匀光输出，位于相同环上的所有LED管芯应该具有相同形状和尺寸。然而，这些概念还可以用于生成不均匀的光输出，例如，在水平峰值角处具有更高强度峰值，而在垂直峰值角处具有更低强度峰值的图案，反之亦然。
在具有特定透镜设计的一些实施例中，光发射器包括仅一个LED管芯。如本文所述的，LED管芯的中心位于在曲线的聚焦环附近的距离范围内。对于沿着接近焦点的直线旋转圆弧的某透镜几何形状来说，透镜的中心可以在该范围内。如果有，则安装在封装基板上的并且集中在蝙蝠翼透镜下方的LED管芯根据本发明的各种实施例满足该距离范围。所生成的抛物线具有聚焦环的点。
将蝙蝠翼表面设计为主要反射从LED管芯到达蝙蝠翼表面的光。可以将蝙蝠翼表面设计为以全内反射(TIR)方式反射到达表面的大部分光。TIR为当光线以关于表面的法线大于特定临界角的角到达两种介质之间的边界时，产生的光现象。在该较大角处，如果折射率在边界的另一侧更低，则没有光可以穿过并且反射所有的光。临界角为大于发生全内反射的入射角。如果入射角大于(即，光线更接近于与边界平行)临界角(折射光从而光沿着边界传播的入射角)，则光将完全停止穿过该边界，相反地，全部反射回内部。根据本发明的各种实施例的光发射器的透镜的蝙蝠翼表面具有使大部分入射角大于临界角的表面。因为空腔的折射率低于(例如，空气具有为约1的折射率)透镜的折射率(例如，硅模制透镜具有约1.4至1.55的折射率)，所以反射来自LED的大部分光作为TIR。
还可以将蝙蝠翼表面设计为通过表面涂层反射到达表面的大部分光。可以使用高反射率表面涂层(例如，银或其他金属，某些金属氧化物，例如氧化钛和氧化锌)或者其他高反射率涂层。发明人已知的其他高反射涂层的实例包括介电膜，适用于反射通过LED管芯所发出的光的特定波长。在一些实施例中，所选择的表面涂层反射大于80％的入射光，约90％的入射光，或者大于90％的入射光。
蝙蝠翼表面设计可以包括：对于通过反射表面涂层设计TIR的元件。可以将反射表面涂层设计为在小于临界角处减少入射光的反射。根据光束图案均匀性需求或者具体调制深度，可以将或多或少的光设计为通过改变表面涂覆材料穿过蝙蝠翼表面。给定本文所述的概念，可以选择蝙蝠翼表面涂层从而实现用于特定应用的任何蝙蝠翼光束图案。
图6示出了用于根据本发明制造光发射器的方法601的流程图。图7至图11为根据图6的方法601的一个实施例在各个制造阶段期间光发射器的示意性部分截面侧视图。光发射器可以为独立器件或者集成电路(IC)芯片或芯片上系统(SoC)的一部分，其可以包括各种无源或有源器件，例如，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、双极结型晶体管(BJT)、横向扩散MOS(LDMOS)晶体管、高功率MOS晶体管、或者其他类型的晶体管。据了解，为了更好地理解本发明的发明概念，已经简化了图7至图11。因此，应该注意，在图6的方法601之前、之中、以及之后可以提供额外工艺，并且本文仅简单描述了一些其他工艺。
参照图6，方法601从模块603开始，其中，将多个发光二极管(LED)管芯接合至封装基板。图7示出了LED管芯703A和703B接合至封装基板701的截面图。诸如703A和703B的LED管芯包括发光结构(未示出)和用于电连接至封装基板的一个或多个电极片。在图7中没有示出其细节。虽然以下发明指的是具有蓝色LED的光发射器，但是本文描绘的概念可以应用于其他颜色的LED，甚至没有荧光粉的LED。发光结构具有两种掺杂层和在掺杂层之间的多个量子阱层。掺杂层为相反掺杂的半导体层。第一掺杂层可以为n型氮化镓材料，并且第二掺杂层可以为p型材料。在其他实施例中，第一掺杂层为p型氮化镓材料，并且第二掺杂层为n型氮化镓材料。MQW层包括活性材料的交替(或者周期)层，例如，氮化镓和氮化铟镓。例如，在一个实施例中，MQW层包括十层氮化镓和十层氮化铟镓，其中，在氮化镓层上形成氮化铟镓层，并且在氮化铟镓层上形成另一氮化镓层，如此等等。
掺杂层和MQW层均由外延生长工艺形成。在完成外延生长工艺以后，基本形成了p-n结(或者p-n二极管)。当将电压施加在掺杂层之间时，电流流经发光结构，并且MQW层发光。通过MQW层所发出的光的颜色与所发出的辐射波长相关联，可以通过改变形成MQW层的材料的组成和结构来调节该波长。发光结构可选地包括：附加层，例如，在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材料或者其他类似材料制成。光反射层可以为金属，例如，铝、铜、钛、银、这些金属的合金、或者其组合。另外或者替换反射层，可以包括欧姆接触层。光反射层和欧姆接触层可以由物理气相沉积(PVD)工艺或化学气相沉积(CVD)或者其他沉积工艺形成。
可以以多种方法将LED管芯接合至封装基板。在将LED管芯的生长基板侧面接合至封装基板的某些实施例中，可以通过使用任何适当导电或非导电胶简单地粘贴LED管芯来实施接合。在将与生长基板相反的LED管芯侧面接合至封装基板的实施例中，该接合可以包括通过将位于LED上的电极片接合至位于封装基板上的接触焊盘电连接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，去除生长基板，并且将LED管芯的一个侧面接合和电连接至基板。在这种情况下，可以使用金属接合(例如，共晶接合)来完成该接合。
在将LED管芯接合至基板以后，在图6的操作605中，将LED管芯电接合至封装基板。对每个LED管芯进行至少两种电连接，对p型和n型掺杂层各自进行一种电连接。在一些情况下，为了电流扩散，对在一个LED管芯中的p型层进行两种电连接。如所讨论的，电连接可以包括：引线接合、焊接、金属接合、或者其组合。对位于封装基板上的端子，或者对位于另一LED管芯上的另一层进行电连接。例如，多个LED管芯可以与连接至封装基板上的端子的仅端部LED串联连接。如在任何两个LED之间，可以根据器件电路，将p型层连接至n型层或p型层。图8示出了在接合至封装基板701的LED管芯703A和703B之间的电连接707。因为电连接707可以采取各种形式，所以图8中所示的结构仅为示例性的(电连接707不需要从位于封装基板上的接合焊盘至另一LED的顶表面的引线接合)。还可以使用其他结构，其中，将每个LED管芯独立配线至位于封装基板上的端子。
再次参照图6，在操作607中，在封装基板和LED管芯的上方模制具有蝙蝠翼表面的透镜。可以通过注塑成形或压膜成形来形成该透镜。可以将各种材料用作透镜。适当材料具有高光电容率(透明度)、适用于模制的粘性、对于封装基板的适当粘合力、以及良好的导热性和稳定性(即，在热循环期间没有退化或改变颜色)。材料实例包括：硅树脂、环氧树脂、某些聚合物、树脂、以及包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的塑料。用于模制成透镜的适当材料易流动并且可以固化为确定形状。一些适当材料可以具有热膨胀系数，该热膨胀系数与封装基板的热膨胀系数类似和/或可以吸收通过在热循环期间热膨胀偏差所导致的应力。适当透镜材料的实例包括：SCR和KER硅树脂的信越生产线(Shin-Etsu’s line)和硅凝胶、弹性体、以及硅树脂的道康宁生产线(Dow Cornings’s lines)。如所理解的，当消费者指定时，本行业的厂商可以调节透镜材料的折射率。因此，除了首先选择折射率，然后指定在可以通过厂商所提供的范围内的折射率以外，本领域的技术人员可以基于适当材料性能选择适当透镜材料。
在某些实施例中，如图9至图11所示，使用注入成形方法。参照图9，透镜铸模917位于LED管芯703A和703B的上方。透镜铸模917包括多个开口，例如，开口919和921。位于所示的透镜铸模917上的开口的位置和数量为示例性的并且没有限定。可以使用更多开口，并且开口可以位于不同位置处。图9示出了位于LED管芯703A和703B上方的一个铸模型腔923，然而，模制透镜可以包括多个铸模型腔，该铸模型腔装在具有多组LED管芯的封装基板上，例如结合在封装基板上的703A和703B。封装基板701可以包括在独立LED管芯组之间的对准标记，从而确保铸模型腔923精确地位于LED管芯组的上方。
如图10所示，可以将透镜胶或模制材料添加在透镜铸模中。可以将透镜胶925添加或者注入铸模型腔923中。为了良好的填充，可以通过一个或多个开口921排出位于铸模型腔923中的气体。位于铸模型腔923中的气体可以为空气或者惰性气体，例如氮气。备选地，在真空环境中实施该操作，其中，没有使用开口921的实例。可以对透镜胶925进行加热或加压。透镜胶925填充铸模型腔923，从而形成透镜905。
如图11所示，固化固定透镜905，从而使得该透镜保持其形状并且粘贴至封装基板和LED管芯。将辐射927或其他能量施加给透镜铸模，并且该铸模没有阻挡辐射927。辐射可以为紫外线(UV)辐射、热辐射(红外线)、微波、可以固化透镜胶的其他辐射。在UV光或热应用下固化的胶材料为市售的。在一些情况下，可以仅通过热能完成固化，不需要以辐射形式施加热能。可以通过封装基板701或通过加热透镜铸模917施加传导热能。
在固化透镜以后，可以去除透镜铸模。去除透镜铸模917，从而没有从封装基板701去除透镜905。在一个实施例中，可以经由一个或所有的铸模开口，例如开口921添加一些气体，从而有助于将透镜905与透镜铸模917分离。其他技术包括改变模制透镜或透镜铸模的温度，从而使得存在温度偏差，或者在注入透镜胶以前，去除透镜铸模917的模板。在去除透镜铸模917以后，如图2A所示，形成包括蝙蝠翼透镜的光发射器。
在一些实施例中，将模压成形方法用于形成透镜。透镜前体材料施加在LED管芯上并且将透镜铸模装在LED管芯上。施加压力从而根据铸模型腔将透镜前体材料成形。然后，固化透镜前体材料从而固定透镜形状。以与注入成形透镜类似的方式去除用于压模成形透镜的透镜铸模。
在LED封装上形成具有蝙蝠翼表面的透镜，该表面可选地涂覆有反射材料。可以分配、溅射、旋涂表面涂覆材料，或者相反，可以在空腔的内表面上沉积该表面涂覆材料。实例为使用分配给蝙蝠翼表面的凝胶，例如，硅凝胶。在一些情况下，表面涂层仅涂覆蝙蝠翼表面。在其他情况下，表面涂层可以填充直到透镜边缘的表面。
上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的以下详细描述。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更改其他用于达到与这里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，这些优点不是为了限定，而是其他实施例可以提供其他优点。本领域技术人员也应该意识到，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 (18)

1.一种光发射器，包括：
多个发光二极管LED管芯；
封装基板，接合至所述多个LED管芯的一侧；
电连接件，位于所述LED管芯与所述封装基板上的端子之间；以及
模制透镜，在所述LED管芯上方与所述封装基板接合，所述模制透镜具有蝙蝠翼表面，所述蝙蝠翼表面是通过围绕一圆弧的端部处与一曲线的共轭轴平行的直线旋转所述圆弧而形成的，
以及其中，将所述多个LED管芯中的每一个的中心安装到所述封装基板上，并且所述多个LED管芯中的每一个的中心位于围绕其圆弧形成了所述蝙蝠翼表面的所述曲线的附近，
其中，所述曲线为双曲线的一半，并且所述圆弧为所述曲线的一部分。
2.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述模制透镜包括在所述蝙蝠翼表面上的高反射率涂层。
3.根据权利要求2所述的光发射器，其中，所述高反射率涂层反射至少90％的入射光。
4.根据权利要求2所述的光发射器，其中，所述高反射率涂层包括金属。
5.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述曲线的对称轴位于所述封装基板的顶部表面上。
6.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述多个LED管芯中的每一个的中心位于距离所述曲线的顶点0.5倍焦距至1.5倍焦距之间。
7.根据权利要求6所述的光发射器，其中，所述多个LED包括：第一部分的LED，其中心安装在所述封装基板距离所述曲线的顶点的第一距离处；第二部分的LED，其中心安装在所述封装基板距离所述曲线的顶点的第二距离处。
8.根据权利要求7所述的光发射器，其中，所述多个LED进一步包括：第三部分的LED，其中心安装在所述封装基板距离所述曲线的顶点的第三距离处。
9.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述模制透镜为硅树脂、环氧树脂、或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。
10.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述光发射器为3.5mm×3.5mm或小于3.5mm×3.5mm。
11.一种制造光发射器的方法，包括：
将多个发光二极管LED管芯接合至封装基板；
将所述LED管芯电连接至端子；以及
在所述封装基板和所述LED管芯的上方模制透镜；
其中，所述模制透镜包括蝙蝠翼表面，所述蝙蝠翼表面是通过围绕一圆弧的端部处与一曲线的共轭轴平行的直线旋转所述圆弧而形成的，
其中，所述曲线为双曲线的一半，并且所述圆弧为所述曲线的一部分。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述封装基板和所述LED管芯的上方模制透镜，包括：
将透镜铸模置于所述封装基板和所述多个LED管芯的上方；
将透镜胶添加在所述透镜铸模中；
固化模制透镜。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：将高反射率凝胶涂布在所述蝙蝠翼表面上。
14.根据权利要求13所述的方法，所述高反射率凝胶包括金属或金属氧化物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述金属为银。
16.一种包括光发射器的发光器件，所述光发射器包括：
多个发光二极管LED管芯；
封装基板，接合至所述多个LED管芯的一侧；
电连接件，位于所述封装基板上的端子与所述LED管芯之间；以及
模制透镜，在所述LED管芯上方与所述封装基板接合，所述模制透镜具有蝙蝠翼表面，所述蝙蝠翼表面是通过围绕一抛物线圆弧的端部水平旋转所述抛物线圆弧而形成的，
以及其中，将所述多个LED管芯中的每一个的中心安装到所述封装基板上并且所述多个LED管芯中的每一个的中心位于围绕其圆弧形成了所述蝙蝠翼表面的旋转抛物线的焦点环附近。
17.根据权利要求16所述的发光器件，其中，所述多个LED管芯中的每一个的中心位于距离所述抛物线的顶点0.5倍焦距处的圆内以及在距离所述抛物线的顶点1.5倍焦距处的另一个圆内。
18.根据权利要求16所述的发光器件，其中，进一步包括所述LED管芯之间的电连接件。
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