CN105027306A - 具有底部反射体的封装led透镜 - Google Patents
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Abstract
透镜粘附在安装于衬底上的LED管芯之上以封装LED管芯。透镜可以具有被成形为圆顶或其它形状以实现期望的光图案的顶表面。透镜具有用于LED管芯的腔体。将反射体图案模制到透镜的底表面中，诸如具有围绕LED管芯的成角表面的一个或多个刻面环。刻面环的成角表面向上反射来自LED管芯的向下或浅光发射。可以在透镜的底部中形成不同半径和高度的多个刻面环以用于对光发射成形。可以使用任何合适形状的刻面。刻面环可以形成为导致LED模块发射窄射束或其它光发射图案。
Description
技术领域
本发明涉及封装发光二极管（LED），并且具体地涉及利用具有底部反射特征的透镜封装LED管芯。
背景技术
将LED管芯安装在基板（衬底）上并且将预形成的圆顶透镜定位在LED管芯之上以封装它是常见的。圆顶透镜具有用于LED管芯的腔体，其包含透明或半透明弹性硅树脂。透镜的底部以其它方式是平坦的。当圆顶透镜被按压在LED管芯之上时，硅树脂填充LED管芯周围的空隙。
利用这样的结构，光发射一般是朗伯式的。从LED管芯侧面或者以浅角度发射的光时常是浪费的光，因为有用的光发射一般是在前向方向上发射的光。这样的经封装的LED管芯已经安装在小反射锥形杯中以将所有光定向在前向方向上，但是这样的杯为LED模块增加了成本和尺寸。
此外，在向下方向上发射的光可能在某种程度上被基板表面吸收并且在浅角度处反射。因此，该光也可能被浪费。
所需要的是不遭受以上提到的缺陷的透镜封装技术。
发明内容
在一个实施例中，LED管芯的阵列安装在基板晶片上，其中LED管芯的电极电气连接到基板晶片上的金属垫。可以使用倒装芯片LED或引线键合LED。本发明还适用于一次处理单个LED。
透镜是预形成的，诸如通过模制过程。透镜可以由硬化的硅树脂或其它合适的透明材料形成。透镜典型地为圆形并且可以具有被成形为圆顶或其它形状以实现期望的光图案的顶表面。透镜具有用于LED管芯的腔体。将反射体图案模制到透镜的底表面中，诸如具有成角表面的刻面环。在一个实施例中，刻面是模制到透镜的底表面中的成角凹陷。角可以是平角或圆角。
刻面和透镜的底部可以可选地涂敷有反射膜，诸如反射金属膜。
在腔体中分配软化的硅树脂。
当透镜被按压在LED管芯之上时，腔体中的硅树脂封装LED管芯，并且LED管芯被刻面环围绕。刻面环的成角表面向上反射来自LED管芯的向下或浅光发射。如果反射膜不涂敷刻面，则向上反射可以通过全内反射（TIR）。
不同半径和高度的多个同心刻面环可以形成在透镜的底部中以用于分散光发射。不同刻面环的角度可以不同或相同。在另一实施例中，刻面环不需要为圆形，而是可以取决于期望的发射图案而为方形、矩形、椭圆形或其它形状。类似地，透镜可以具有任何形状。
刻面环可以形成为导致LED模块发射窄射束或其它光发射图案。透镜的顶表面可以成形为实现任何光发射图案。
在另一实施例中，透镜的底表面形成为磨圆的以向上反射LED光。
基板晶片的顶表面可以涂敷有反射膜。
封装过程可以在晶片级执行以简化处置并且降低成本。在封装过程之后，基板晶片被单分以形成单独的LED模块。
描述了其它实施例。
附图说明
图1是填入有LED管芯的阵列的基板晶片的自顶向下视图。
图2是平分透镜的横截面视图，其图示了依照本发明的一个实施例的形成在透镜底部中的反射刻面和LED管芯腔体。
图3是示出LED管芯腔体和圆形刻面的顶点的图2的透镜的自底向上视图。
图4是填入有LED管芯的基板晶片的横截面视图，其中图2的透镜已经定位在LED管芯之上以封装它们。
图5是依照本发明的另一实施例的平分透镜的横截面视图。
相同或类似的元件用相同的标号标记。
具体实施方式
图1图示了填入有LED管芯12的阵列的基板晶片10。在另一实施例中，一次仅处理单个LED管芯12。LED管芯12可以是任何类型，包括倒装芯片、垂直、引线键合等。在简化示例中，仅示出十二个LED管芯12，但是在实际实施例中，数百个LED管芯12将典型地安装在单个基板晶片10上。LED管芯12典型地为每侧大约1mm。基板晶片10可以是常规的，诸如具有导电迹线的陶瓷晶片，或者可以由另一材料形成。晶片10还可以是矩形、六边形或任何其它合适的形状。
图2是依照本发明的一个实施例的预形成的透镜14的横截面视图。图3是图示了刻面18和22的顶点以及LED管芯腔体16的轮廓的透镜14的自底向上视图。图4图示了安装在LED管芯12之上的透镜14。透镜14可以是经模制的硅树脂。对于典型的LED管芯，透镜14可以具有大约3-5mm的直径。
透镜14具有中央腔体16，其略微大于LED管芯12。围绕腔体16的是向上重定向LED管芯的侧光的反射特征。在图2的示例中，圆形第一刻面18具有向上反射任何侧光的成角面，如通过光线20在图4中所示。圆形第二刻面22延伸到透镜14中的更大距离并且具有同样向上反射撞击光的成角面，诸如图4中的光线24。任何其它类型的反射特征可以形成在透镜14的底表面中以向上反射光。
在另一实施例中，刻面18和22的光撞击面不是平坦的，而是弯曲的（诸如抛物线地）以创建更窄的射束。添加不同高度的更多同心刻面环可以服务于跨透镜14的顶表面分散开光发射。
在另一实施例中，刻面18和22取决于期望的发射图案而形成方形、矩形、椭圆形或其它形状的环。透镜14也可以取决于期望的发射图案而为方形、矩形、椭圆形或其它形状。
在一个实施例中，刻面18和22以及透镜14的底表面的其余部分涂敷有反射膜，诸如反射金属膜。在另一实施例中，不存在涂敷刻面18和22的反射膜，并且刻面18和22限定气隙。当光在某一角度范围内撞击时，透镜/空气界面处的不同折射率导致TIR。甚至穿过刻面18和22的光仍旧可以通过被刻面18和22折射的光而发射，并且在一些情况中，反射离开基板晶片10的表面。
基板晶片10可以具有反射层，诸如白漆或反射金属环。图4图示了反射离开基板晶片10表面的光线26。
取代于形成刻面环，刻面可以是单独刻面的阵列以更均匀地分布光。在这样的情况中，图2将图示四个分离的刻面，每一个具有矩形反射光撞击表面。
具有典型地在LED管芯12和透镜14的折射率之间的折射率的粘性硅树脂28（图4）分配在腔体16中和透镜14的底表面上。腔体16中的硅树脂28是可变形的。然后将透镜14按压在LED管芯12之上，如图4中所示，以导致腔体16中的硅树脂28在LED管芯12周围变形以封装LED管芯12。封装可以在真空中执行以去除空气。粘性硅树脂然后被固化以硬化。在另一实施例中，在腔体16中用于封装LED管芯12的硅树脂28不同于透镜14底部上的粘合剂以使得能够优化两种材料。腔体16中的硅树脂28不需要是粘合剂并且可以保持弹性以适配于LED管芯12和透镜14的热膨胀系数中的差异。
图4图示了键合到基板晶片10的对应金属垫的LED管芯电极30。基板晶片10的金属垫连接到延伸通过基板晶片10并且终止在底部垫34中的过孔32。垫34在单分之后可以焊接到印刷电路板。示出单分线36。单分可以通过切锯或其它技术。单分可以将晶片10划分成单独的器件或器件的阵列。
基板晶片10和经单分的基板部分还可以称为衬底。衬底可以采用到电源的任何类型电气连接器而不是垫34。
图5图示了用于向上反射LED管芯12的光线44的透镜42的底部的另一形状。该形状一般是连接到上部球形形状的抛物面碗形形状。许多其它形状的反射表面可以用于反射低角度LED光使得所发射的射束相对窄。实际上任何射束形状都是可实现的。反射可以通过TIR或者透镜42的底表面涂敷有反射材料。
透镜14的顶表面可以是任何形状以进一步对光发射图案成形。一些形状包括粗糙化的表面、带凹坑的表面、菲涅尔透镜表面、准直透镜表面等。大部分LED管芯发射来自其顶表面，因此透镜顶表面形状将是用于定向光的主要手段。透镜形状和反射体形状的组合可以用于创建亮光的极窄射束。
取代于预形成的透镜14，透镜14可以在压缩模制过程中直接模制在LED管芯12之上并且固化。在这样的情况中，不使用粘合剂或腔体填充材料。
LED管芯12可以包括用于创建任何光发射颜色（包括白光）的磷光体。多个LED管芯可以互连并且布置在阵列中以用于单个LED模块和通过具有适当大的腔体的单个透镜封装的所有LED管芯。
透镜14可以包含磷光体以将LED 14所发射的光转换成白光或任何其它合适的光。典型地，LED 12将发射蓝光并且透镜14将包括YAG磷光体。
通过使用本发明，不存在对于将LED管芯安装在反射杯中的需要。
虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员将显而易见的是，可以做出改变和修改而不脱离在其更宽泛方面中的本发明，并且因此，随附权利要求在其范围内涵盖如落在本发明的真实精神和范围内的所有这样的改变和修改。
Claims (16)
1.一种发光器件，包括：
安装在衬底上的发光二极管（LED）管芯；以及
覆盖并且封装LED管芯的透镜，透镜具有带有至少一个成角表面以通过透镜的顶表面向上重定向撞击光的非平坦底表面。
2.权利要求1的器件，其中透镜的顶表面是圆顶。
3.权利要求1的器件，其中透镜的顶表面成形为进一步重定向光。
4.权利要求1的器件，其中透镜的底表面包含至少一个刻面。
5.权利要求4的器件，其中至少一个刻面包括围绕LED管芯的至少一个刻面。
6.权利要求4的器件，其中至少一个刻面包括光撞击表面，其中刻面在至少一个维度上是平坦的。
7.权利要求4的器件，其中至少一个刻面包括光撞击表面，其中刻面在至少一个维度上弯曲。
8.权利要求4的器件，其中至少一个刻面至少包括围绕第二刻面环的第一刻面环。
9.权利要求4的器件，其中至少一个刻面包括单独刻面的阵列。
10.权利要求1的器件，其中透镜的底表面向上弯曲。
11.权利要求1的器件，其中透镜还包括LED管芯位于其中的腔体，器件还包括腔体中的可变形物质以封装LED管芯。
12.权利要求1的器件，其中衬底具有反射表面。
13.权利要求1的器件，其中透镜至少具有粘附到衬底的其底表面的一部分。
14.一种操作发光器件的方法，包括：
激励发光二极管（LED）管芯，LED管芯从其顶表面以及从其侧表面发射光；以及
通过形成在封装LED管芯的透镜的底表面中的反射图案来重定向LED管芯的侧表面所发射的至少一些光。
15.权利要求14的方法，其中反射图案包括围绕LED管芯、模制到透镜的底表面中的至少一个刻面，刻面具有朝向透镜的顶表面反射光的成角表面。
16.权利要求15的方法，其中至少一个刻面包括围绕第二刻面环的第一刻面环。
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