CN108321149A - 发光二极管封装件与发光二极管显示器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及发光二极管封装件和发光二极管显示器。该发光二极管封装件,包括:腔,具有多个发光二极管,该腔反射来自该发光二极管的光以促成该发光二极管封装件的发射;透镜,在该腔之上,以与没有该透镜的发光二极管的发射相比将该发光二极管的发射成形为更宽的角度;以及引线和/或接合线,至各个该发光二极管,以个别地控制各个发光二极管的发射,该发光二极管封装件发射来自该发光二极管的发射的不同颜色的组合。该发光二极管显示器包括多个发光二极管封装件。每个封装件包括在每个腔上方的透镜以与没有透镜的发射相比产生具有更广角的发光二极管发射。发光二极管封装件安装在显示器内以生成广角图像。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED或多个LED)并且具体地涉及利用LED的显示器。
背景技术
发光二极管(一个或多个LED)为将电能转换为光的固态器件,并且一般包括夹在相对掺杂层之间的半导体材料的一个或多个有源层。当偏压跨掺杂层而施加时,空穴和电子被注入到有源层中,在此它们重新组合以生成光。光从有源层并且从LED的所有表面而发出。
在过去十年或更久时间内,技术进步已经产生了尺寸更小、发光效率更高和成本更低的LED。相比于其它发射器,LED也具有增加的使用寿命。例如,LED的使用寿命可超过50,000小时,而白炽灯的使用寿命为约2,000小时。LED也能够比其他光源更耐用(robust)并且可消耗更少的功率。由于这些和其它原因,LED变得更加普及并且现在正用于传统上为白炽、荧光、卤素以及其它发射器领域的越来越多的应用中。
LED现在正用于显示器中,大显示器和小显示器两者。基于LED的大屏幕显示器(通常称为巨型屏幕)在许多室内和室外位置处变得更加常见,诸如体育赛事、赛道、音乐会时和诸如纽约市的时代广场的大型公共区域中。这些显示器或屏幕中的许多可大到60英寸高和60英寸宽或更大。这些屏幕可包括安装在平坦表面上用来生成图像的数千个“像素”,其中各像素含有多个LED。像素可使用高效率且高亮度的LED,这些LED允许显示器从相对较远处可见,甚至在经受阳光照射时的白天。像素可具有少至三或四个LED(一个红色、一个绿色以及一个蓝色),从而允许像素发射来自红、绿和/或蓝光组合中的许多不同颜色的光。在最大的巨型屏幕中,每个像素模块可具有多于三个的LED,其中一些像素模块具有数十个LED。像素可被布置成矩形网格,其中屏幕的大小和密度决定像素的数目。例如,矩形显示器可为640个像素宽和480个像素高,其中屏幕的最终尺寸取决于像素的实际尺寸。
常规的基于LED的显示器通过接收输入信号(例如,TV信号)的计算机系统控制并且基于在像素模块处所需要的特定颜色,来形成整个显示图像,计算机系统决定在各个像素模块中的哪个LED发射光和多亮的光。也可以包括为各个像素模块提供电力的电源系统,并且可调制提供给各个LED的电力,使得其以期望亮度发光。导体被设置为将适当的功率信号施加到像素模块中的各个LED。
一些大的LED显示器被排列成用于允许视角的横向范围宽的广角或宽倾角发射(wide pitch emission)。用于常规的广角显示器的像素可使用椭圆形灯LED,其中的一些针对每个像素使用3个灯。图1示出了可在显示器中用来形成像素的常规的红色LED 12、绿色LED 14以及蓝色LED 16的一个实施例,并且图2示出了包括使用常规通孔技术被安装到衬底18上的红色LED 12、绿色LED 14以及蓝色LED 16的常规像素10。LED灯12、14、16中的每个具有椭圆形透镜以与具有圆形透镜的灯相比产生更宽角度的发射图案。制造具有每像素三个或更多个单独LED灯的巨型屏幕可能是昂贵且复杂的。
图3示出来自LED 12、14、16的红色LED灯发射图案20、绿色LED灯发射图案22以及蓝色LED灯发射图案。如图2所示的LED灯12、14、16的间距可导致各个发射图案从像素中心点26偏移。这种偏移可抑制像素颜色混合,特别是在远场中。图4为示出表现来自红色LED32、绿色LED 34以及蓝色LED 36的发射的常规像素的发射图案的一个实例的图形30。发射未完全重叠,这可导致在远场中达不到最优颜色混合。
发明内容
本发明涉及LED封装件和利用LED封装件的LED显示器,其中一些实施例包括高密度LED显示器。本发明特别适用于有具有发射器的腔的LED封装件,所述发射器被布置成彼此紧密接近以近似于点光源,其中每个封装件发射来自发射器的光的颜色组合。LED封装件被布置成具有在腔上方帮助使LED封装件发射成形为宽角度或倾角的密封物或透镜。
根据本发明的LED封装件的一个实施例包括具有多个LED的腔,其中腔反射来自LED的光以有助于(contribute to,促成)封装件的发射。LED封装件还包括在腔上方的透镜以与没有透镜的LED的发射相比,将LED的发射进行成形。包括到每个LED的引线和/或接合线,以单独地控制每个LED的发射,其中LED封装件发射来自LED的发射的不同颜色组合。
根据本发明的LED显示器的一个实施例包括多个LED封装件,至少一些LED封装件有具有多个LED的腔。每个封装件包括在每个腔上方的透镜以(与没有透镜的发射相比)产生具有较宽角度的LED的发射。LED封装件安装在显示器内以生成宽角度图像。较宽角度可在水平视角侧(horizontal viewing side)上,并且其中LED封装件以在垂直视角侧上进行控制的方式发射。透镜和腔布置也可增强LED封装件发射效率,从而产生更高的亮度。
根据本发明的LED封装件的另一个实施例包括具有多个LED的椭圆形腔。在腔上方包括椭圆形透镜以与具有半球形透镜或没有透镜的LED的发射相比,使LED的发射成形为更宽的角度。每个LED的强度可单独地被控制以使得LED封装件发射来自LED的不同颜色组合的光。
通过以下具体实施方式和附图,这些和其它方面以及本发明的优点将变得显而易见,具体实施方式和附图通过举例的方式说明本发明的特征。
附图说明
图1为(现有技术中)可用于显示器中像素的常规发光二极管(LED)的侧视图;
图2为(现有技术中)图1中的LED作为一个像素安装在显示器中的透视图;
图3示出(现有技术中)图2中LED的各个发射图案;
图4示出(现有技术中)图2中的像素中LED的发射的重叠;
图5为根据本发明的LED封装件的一个实施例的透视图;
图6为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的透视图;
图7为图6中LED封装件的顶视图;
图8为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的透视图;
图9为图8中LED封装件的顶视图;
图10为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的透视图;
图11为图10中LED封装件的顶视图;
图12为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的透视图;
图13为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的透视图;
图14为根据本发明的LED封装件透镜的另一个实施例的透视图;
图15为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的透视图;
图16为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的侧视图;
图17为图16中LED封装件的另一个侧视图;
图18为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的侧视图;
图19为图18中LED封装件的另一个侧视图;
图20为示出沿一个轴截取的根据本发明的一个LED封装件的发射图案的图形;
图21为沿正交轴截取的图20中所示的相同LED封装件的另一个图形;
图22为示出沿一个轴截取的根据本发明的一个LED封装件的发射图案的图形;
图23为沿正交轴截取的图22中所示的相同LED封装件的另一个图形;
图24为根据本发明的另一个LED封装件的透视图;
图25为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的顶视图;
图26为图25中所示出的LED封装件的侧视图;
图27为图25中所示出的在腔中具有透镜的LED封装件的顶部透视图;
图28为图25中所示出的LED封装件的底部透视图;
图29为根据本发明的LED封装件的另一个实施例的顶视图;
图30为图29中所示出的LED封装件的侧视图;
图31为图29中所示出的在腔中具有透镜的LED封装件的顶部透视图;以及
图32为图29中所示出的LED封装件的底部透视图。
具体实施方式
本发明涉及表面安装器件(SMD)发光二极管封装件及使用这些封装件的显示器的各种实施例。每个封装件被布置成用于单个像素,代替每像素可使用多个LED或LED灯的常规LED显示器。这可使得显示器的制造更容易并且比较便宜,可提供更可靠的显示器,并且在一些情况下可导致更高密度显示器。
在一些实施例中,根据本发明的LED封装件可具有单个椭圆形腔或者可具有多个椭圆形腔。腔可具有椭圆形透镜,所述椭圆形透镜可帮助对封装件的发射进行成形,以与具有圆形腔和半球形透镜的LED封装件相比,提供沿着LED封装件的轴或中心线的广角或宽倾角发射。这允许使用LED封装件的显示器提供较宽的发射角或发射倾角(emission pitch)。
在一些实施例中,LED封装件可具有在单个腔的基底处或附近安装的多个LED,其中LED彼此较近。这允许LED近似于点光源,所述点光源特别在远场中可引起改善的颜色混合。这种LED封装件允许良好的颜色混合同时仍提供广角发射。在其它实施例中,LED封装件可具有多个腔,每个腔具有发射不同颜色光的LED。LED封装件可发射来自不同腔的光的组合的光,其中腔近似于光源。
除了以上优点外,根据本发明的LED封装件相比于常规的LED可更易于加工,并且可更易于装配到LED显示器中。LED封装件和所得LED显示器可提供改善的发射同时更可靠并具有更长的使用寿命。
根据本发明的不同实施例可包括不同形状和尺寸的腔,其中一些腔具有弯曲表面,而其它腔可具有成角度的侧表面和平坦基底。在发射器基底的中心处或附近包括固态发射器,其中一些实施例具有包括发光二极管的发射器,其中所述发光二极管发射相同或不同颜色的光。在一些实施例中,LED可包括可单独控制的发红光LED、发绿光LED和发蓝光LED。封装件可根据各个相应LED的强度发射来自LED的光的不同颜色组合。LED被布置成彼此接近以近似于点光源。这可增强颜色混合并且可改善封装件发射FFP。
在本文中参考某些实施例描述本发明,但是应理解的是本发明可以许多不同的形式实施,并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。特别地,除了本文所述的那些之外,还可提供许多不同的LED反射杯和引线框布置,并且密封物可提供另外特征以改变从LED封装件和利用LED封装件的LED显示器的发射方向。尽管以下讨论的LED封装件的不同实施例涉及在LED显示器中的用途,但是它们可单独地或与具有相同或不同峰值发射倾斜角的其它LED封装件一起用于许多其它应用中。
也应理解的是,当诸如层、区域或衬底的元件被称为“在”另一个元件“上”时,其可直接在另一个元件上或者也可存在介于中间的元件。此外,在本文中可使用诸如“内部”、“外部”、“上部”、“以上”、“下部”、“之下”和“以下”的相对术语以及类似术语以描述一层或区域与另一个层或区域等的关系。应理解的是,这些术语旨在涵盖设备的除了在附图中所描绘的方位之外的不同方位。
尽管在本文中可使用术语第一、第二等来描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分,但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分开一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。因此,在不背离本发明的教导的情况下,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
在本文中参考作为本发明实施例的示意图的截面图来描述本发明的实施例。因此,层的实际厚度可能会不同,并且预期由于例如制造技术和/或公差所引起的图式形状变化。本发明的实施例不应被解释为限于本文所示出的区域的特定形状,而是应包括由于例如制造引起的形状的偏差。由于正常的制造公差,示出或描述为正方形或矩形的区域通常将具有圆形或弯曲特征。因此,在图中示出的区域本质上是示意性的并且其形状不旨在示出器件区域的精确形状并且不旨在限制本发明的范围。
图5示出根据本发明的LED封装件40的一个实施例,所述LED封装件具有椭圆形腔或反射杯(“腔)42,其中在腔42的基底处具有多个发射器44。应理解的是,在LED显示器中大部分或所有的像素模块可包括基本上相同或类似的LED封装件,并且根据本发明的显示器的一个实施例可包括与LED封装件40相同或类似的LED封装件。每个LED封装件能够发射具有相同或类似FFP的许多不同的颜色,其中多个LED封装件发射被组合以形成由显示器投影的图像的光。
发射器44可包括使用已知安装方法安装在腔42基底处的多个LED。腔42可具有如以下更详细描述的许多不同形状和尺寸,其中在所示的实施例中的腔42为椭圆形,并具有弯曲表面以在某一方向上反射来自LED42的侧发射光从而有助于从LED封装件40的期望发射。腔的所有或一些表面被反射材料覆盖,所述反射材料也引起光漫反射,这有助于光混合。在一些实施例中,表面可被平坦的白漆覆盖,所述白漆具有至少90%的反射性并且也具有漫反射性。
引线框和/或接合线被包括以用于向发射器施加电信号,并且透镜(未示出)可形成在腔42中和在腔42上方。在一些实施例中,引线框和接合线可设置在印刷电路板(PCB)上,该PCB上形成(诸如通过模制工艺)形成有腔。PCB可用作腔的底表面。在其它实施例中,诸如PLCC封装件,外壳和腔形成(诸如通过模制工艺)在引线框周围,其中在腔的基底处可接入引线框。在一些实施例中,引线框可包括反射材料以反射朝向引线框发射的光,以使得光可有助于LED封装件的整体发射。
在一些实施例中,透镜可包括透明材料,诸如环氧树脂,其保护LED、腔和任何电连接件,并且可对由封装件40发射的光进行成形。在其它实施例中,透镜可包括光转换材料(诸如磷光体)、混合封装件的光的光散射颗粒以及增强光提取的纹理(texturing)。透镜可包括许多不同的形状和尺寸。在一些实施例中,透镜可为穹顶形,而在其它实施例中,透镜可为椭圆形以匹配腔42的形状。另外其其它实施例中,透镜可包括不同形状的混合,其中一个实施例包括3个椭圆形状的整合,其中每个椭圆形被布置成主要增强或成形来自发射器44的相应一个发射器的光提取。
发射器44可包括不同类型和不同数目的固态发射器,并且发射器可发射相同或不同颜色的光。在示出的实施例中,封装件40包括三个固态发射器,其中第一固态发射器发射红光,第二固态发射器发射绿光以及第三固态发射器发射蓝光。在一些实施例中,相应的发射器可发射约470nm、527nm以及619nm波长的光。LED可具有许多不同尺寸并且可发射许多不同的发射图案,其中优选的LED发射大体朗伯(Lambertian)发射图案。
各个发射器可被单独地控制以发射不同强度,其中来自发射器的发射被组合成发射在发射光谱中的不同颜色。应理解的是,发射器44可包括多于或少于三个发射器,其中一些实施例具有4、8、12或更多个发射器。在示出的实施例中,发射器44包括三个发光二极管(LED)。
常规LED的制造一般是已知的,并且在本文中仅简要讨论。LED可使用已知的方法制造,其中合适的制造方法使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)。LED的各层一般包括夹在第一和第二相对的掺杂外延层之间的有源层/区域,所有层均依次地形成在生长衬底上。LED可形成在晶片上并然后被单一化用于安装在封装件中。应理解的是,生长衬底可保持为最终单一化的LED的部分或者生长衬底可被完全或部分除去。
也应理解的是,在LED 48中也可包括另外的层和元件,包括但不限于缓冲层、成核层(nucleation)、接触层和电流扩散层以及光提取层和元件。有源区域可包括单量子井(SQW)、多量子井(MQW)、双异质结构或超晶格结构。有源区域和掺杂层可由不同的材料体系制造,其中优选的材料体系为基于第III族氮化物的材料体系。第III族氮化物是指在氮和周期表的第III族中的元素(通常为铝(Al)、镓(Ga)以及铟(In))之间形成的那些半导体化合物。术语(term)也称为叔化合物(三元化合物)和季化合物,诸如氮化铝镓(AlGaN)和氮化铝铟镓(AlInGaN)。在优选的实施例中,掺杂层为氮化镓(GaN)并且有源区域为InGaN。在可替代的实施例中,掺杂层可为AlGaN,砷化铝镓(AlGaAs)或磷砷化铝镓铟(AlGaInAsP)。
生长衬底可以由诸如蓝宝石、碳化硅、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)的许多材料制成,其中虽然可使用包括3C、6H以及15R多型的其他碳化硅多型,但是适当的衬底为碳化硅的4H多型。碳化硅具有某些优点,诸如比蓝宝石具有与第III族氮化物更接近的晶体晶格匹配,并形成较高质量的第III族氮化物。碳化硅也具有非常高的导热率,以使在碳化硅上的第III族氮化物的器件的总输出功率不受衬底的热耗散限制(如一些在蓝宝石上形成的器件的情况)。SiC衬底可购自北卡罗莱纳州达勒姆市Cree研究公司(Cree Research,Inc.,ofDurham,North Carolina)并且用于制造其的方法在科学文献中以及在美国再颁专利No.34,861;No.4,946,547以及No.5,200,022中有所阐述。
LED也可包括在顶表面上的导电的电流扩散结构和接合线焊盘,这两者均由使用已知方法可沉积的导电材料制成。可用于这些元件的一些材料包括Au、Cu、Ni、In、Al、Ag或其组合以及导电氧化物与透明的导电氧化物。电流扩散结构可包括在LED 48上布置于网格中的导电指状件(conductive finger),其中指状件被间隔开以增强电流从焊盘扩散到LED顶表面中。在运行中,电信号通过如下所述的接合线施加到焊盘,并且电信号通过电流扩散结构和顶表面的指状件扩散到LED中。电流扩散结构通常用于其中顶表面为p-类型的LED中,但是也可用于n-类型材料中。
本文所述的一些或所有LED均可涂覆有一种或多种磷光体,其中磷光体吸收至少一些LED光并且发射不同波长的光以使得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,发白光的LED具有发射在蓝光波长谱中的光的LED,并且磷光体吸收至少某些蓝光并再发射黄光。LED发射蓝光和黄光的白光组合。在其它实施例中,如在美国专利No.7,213,940中所述,LED芯片发射蓝光和黄光的非白光组合。在一些实施例中,磷光体包括可商购的YAG:Ce,但是基于(Gd,Y)3(Al,Ga)5O12:Ce体系(诸如Y3Al5O12:Ce(YAG))使用由磷光体制成的转换颗粒,可以得到全范围的宽的黄光谱发射。可用于发白光LED芯片的其它黄磷光体包括:
Tb3-xRExO12:Ce(TAG);RE=Y,Gd,La,Lu;或
Sr2-x-yBaxCaySiO4:Eu。
发射红光的LED可包括允许从有源区域直接发射红光的LED结构和材料。可替代地,在其它实施例中,发红光LED可包括由磷光体覆盖的LED,其中所述磷光体吸收LED光并发射红光。适于这种结构的一些磷光体可包括:Lu2O3:Eu3+;(Sr2-xLax)(Ce1-xEux)O4;Sr2- xEuxCeO4;SrTiO3:Pr3+,Ga3+;CaAlSiN3:Eu2+以及Sr2Si5N8:Eu2+。
被涂覆的LED可使用许多不同的方法涂覆有磷光体,其中一种合适的方法描述在标题均为“晶片级磷光体涂覆方法和利用该方法制造的器件(Wafer Level PhosphorCoating Method and Devices Fabricated Utilizing Method)”的美国专利申请序列No.11/656,759和No.11/899,790中,所述专利申请的内容以引用方式并入本文中。可替代地,LED可使用诸如电泳沉积(EPD)的其它方法涂覆,其中合适的EPD方法描述在标题为“半导体器件的闭环电泳沉积(Close Loop Electrophoretic Deposition of SemiconductorDevices)”的美国专利申请No.11/473,089中,所述专利申请的内容也以引用的方式并入本文中。应理解的是,根据本发明的LED封装件也可具有不同颜色的多个LED,其中的一个或多个LED可发射白光。
本文所述的基板或衬底可由许多不同材料形成,其中优选的材料是电绝缘的,诸如介电元件,其中基板介于LED阵列和部件背面之间。基板可包括陶瓷诸如氧化铝、氮化铝、碳化硅,或聚合物材料,诸如聚酰亚胺和聚酯等。在一个实施例中,介电材料具有高导热性,诸如氮化铝和碳化硅。在其它实施例中,基板可包括高反射性材料,诸如反射陶瓷或金属层,如银,以增强从部件的光提取。在其它实施例中,基板42可包括印刷电路板(PCB)、氧化铝、蓝宝石或硅或任何其它合适的材料,诸如可购自明尼苏达州Chanhassen市的Bergquist公司的T-Clad热覆(thermal clad)的绝缘衬底材料。对于PCB实施例,可使用不同的PCB类型,诸如标准FR-4PCB、金属芯PCB或任何其它类型的印刷电路板。
再参考图5,根据本发明的LED封装件可为不同的形状和尺寸,其中一些封装件具有符合当前公认的封装件尺寸的尺寸。例如,LED封装件可包括表面安装器件并且可具有符合某些公认的表面安装器件的尺寸,诸如3528SMD、5050SMD、3014SMD、3020SMD、2835SMD等。LED封装件可包括塑料的有引线的芯片带载封装(PLCC,plastic lead chip carrierpackage),其中一些实施例的尺寸符合公认的PLCC尺寸。然而,应理解的是,封装件尺寸也可为与公认尺寸不相符的那些封装件尺寸。腔可具有许多不同尺寸,并且在一些实施例中,腔在其最宽部分上可为6mm或更少。在其它实施例中,在其最宽部分上其可为4mm或更少,而在其它实施例中在其最宽部分上可为3mm或更少。
LED封装件40在腔42的基底处也可具有以不同图案布置的发射器44,其中所示出的实施例具有排成一行的发射器。椭圆形腔42具有与腔42的较宽部分一致的纵向轴46和与腔42的较窄部分一致的正交轴48,其中两个轴在腔的基底处交叉。在所示出的实施例中,发射器排列在正交轴48和其中轴交叉所在的腔42的基底上。在其它实施例中,发射器可排列在纵向轴46上或者它们可在交叉点周围布置成各形状,诸如在交叉点周围的三角形、正方形。也应理解的是,发射器可处于腔中的其它位置中,诸如更接近于端部或一个侧边。
在一些实施例中,LED可以彼此相对更接近方式布置以更接近于点源。这可改善光的混合以及发射器总体FFP。在一些实施例中,发射器可间隔开约500微米或更少。应理解的是,在其它实施例中,发射器可比500微米更近并且在其它实施例中,它们可分开更远。在一些实施例中,LED之间的间隔为横跨腔最宽部分的距离的四分之一(1/4)或更小。在其它实施例中,LED之间的间隔为横跨腔最宽部分的距离的八分之一(1/8)或更小。在另外其它实施例中,LED之间的间隔为横跨腔最宽部分的距离的十分之一(1/10)或更小。
应理解的是,根据本发明的不同发射器封装件可有具有不同形状和尺寸的腔。在一些实施例中,腔可具有任何大致圆形形状,并且在其它实施例中腔可具有平坦基底。图6和图7示出根据本发明的具有圆形腔62的LED封装件60的另一个实施例,所述圆形腔62具有成角度的侧表面63和平坦基底64。封装件60进一步包括可安装在基底64的中心处或附近的发射器66,其中发射器64在基底上线性布置。发射器包括发红光LED、发绿光LED以及发蓝光LED,但是应理解的是发射器可包括任何数目和类型的上述发射器。来自LED的光可反射性地离开腔的基底64和侧表面63以有助于总体LED封装件发射。
封装件60也可包括椭圆形透镜(未示出)从而以广角或倾角对来自发射器的光进行成形。透镜的高点或穹顶可以与封装件60的任何边缘对齐或者可被布置成偏斜(offalignment,不对准)的,诸如斜的(diagonal)。腔62可具有许多不同尺寸,其中一个实施例具有约1.1mm的腔深度,和约2.1mm的顶部半径以及约1.6mm的基底半径。
图8和图9示出根据本发明的LED封装件80的另一个实施例,所述LED封装件80有具有平面椭圆形基底84的椭圆形腔82。发射器86如上所述且如图5所示般地安装在腔82的两个轴的交叉点处或附近。发射器86可包括发红光LED、发绿光LED以及发蓝光LED,但是应理解的是发射器可包括任何数目和形状的上述发射器。腔可具有许多不同的椭圆形形状和尺寸,其中一个实施例具有约1.2mm的深度并且椭圆形形状在其窄部分处具有约2.1mm的半径和在其最宽部分处具有约1.7mm的半径。基底在其窄部分处具有约1.6mm的半径和在其最宽部分处具有1.6mm的半径。应理解的是,这些尺寸仅是示例性的并且腔可具有许多不同的尺寸。
图10和图11示出根据本发明的具有双腔布置的LED封装件100的另一个实施例。LED包括具有平坦基底104的较大椭圆形第一腔102。LED封装件100进一步包括布置在第一腔基底104中的较小第二腔106。第二腔106也具有平坦基底108,其中发射器110安装在平坦基底108上。应理解的是,在其它实施例中,第二腔可具有代替平坦基底的弯曲底表面。发射器可包括可间隔开并且如上所述般布置的任何上述发射器。LED封装件100可包括如上所述的椭圆形透镜以对封装件的发射图案进行成形。LED封装件也可被布置成具有用于其第一腔和第二腔的形状的不同组合,诸如椭圆形第一腔与椭圆形第二腔,圆形第一腔与椭圆形第二腔以及圆形第一腔与圆形第二腔。
图12示出根据本发明的具有椭圆形腔122的LED封装件120的另一实施例,所述椭圆形腔122具有成角度的侧壁124和平坦基底126。封装件120也包括发射器128,所述发射器128沿着腔的纵向轴130安装在与正交轴132的交叉点处。封装件120也可包括如下所述的椭圆形透镜以提供广角和宽倾角发射。腔可涂覆有如上所述的反射材料,并且成角度的侧壁可反射发射器光以使得其有助于从LED封装件120的有用发射。类似于上述实施例,发射器可包括被放置彼此接近以近似于点光源的LED。
图13示出根据本发明的具有腔142的LED封装件140的又一个实施例,所述腔142具有成角度的侧壁144、平坦基底146以及安装到平坦基底146的发射器148。在这一实施例中,发射器148聚集于纵向轴150和正交轴152的交叉点周围。发射器148可包括围绕轴交叉点的以三角形安装的红色LED、绿色LED以及蓝色LED。LED以彼此接近的方式安装从而近似于点光源,并且类似于上述实施例,LED封装件可包括椭圆形透镜。
图14示出透镜160的一个实施例,所述透镜160可用于根据本发明的LED封装件并且被特别布置成用于有具有平坦基底的椭圆形腔的封装件。在本文所述的不同实施例中使用的透镜可包括许多不同的材料,诸如环氧树脂,可包括许多不同的折射率诸如1.51,并且可透射约100%的由发射器发射的光。
透镜基底162装配在腔中,并且圆形上部164位于腔之上。在一些实施例中,圆形上部164可具有穹顶形,而在其它实施例中,圆形上部164可具有沿着纵向轴的凸起部分。在任一情况下,透镜可对来自发射器的光进行成形以与具有圆形腔和半球形的发射器相比提供更宽的角度、更宽的倾角发射。
图15示出根据本发明的有具有长圆形(obround shape)的腔182的LED封装件180的又一实施例。长圆形一般已知为由通过与其端点相切的平行线连接的两个半圆组成的形状。LED封装件180可具有类似于上述那些的透镜(未示出)并且可具有装配在腔内的基底和在腔182之上的大致椭圆形部分。LED封装件180具有平坦基底184,其中发射器186在腔内的中心点处或附近安装到平坦基底。在示出的实施例中,发射器可包括围绕中心点以三角形布置的发红光LED、发绿光LED和发蓝光LED,但是应理解的是LED封装件可具有不同数目的以许多不同方式(诸如以行、正方形、矩形等)布置的发射器。
应理解的是,根据本发明的LED封装件可有具有不同形状和尺寸的椭圆形透镜。图16和图17示出具有透镜202的LED封装件200的另一个实施例,并且图18和图19示出具有透镜222的LED封装件220的另一个实施例。相比于LED封装件220中的透镜222,用于LED封装件200的透镜202较高并且覆盖腔周围的更多顶表面。这仅是可用于获得期望发射图案的许多不同尺寸和形状变化中的一个。
图20和图21为针对类似于图15和图16(其中LED安装在如上所述的LED封装件腔中)中示出的一个LED封装件的LED封装件,而示出针对红色LED 244、绿色LED 246以及蓝色LED 248的发射分布的图形240和图形242。图形240中的发射分布沿着如图15中LED封装件180所示的轴H-H截取。图形242中的发射分布沿着如图15中所示的轴V-V截取。
类似地,图22和图23为针对类似于图17和图18(其中LED安装在如上所述的LED封装件中)中示出的一个LED封装件的LED封装件,而示出针对红色LED 264、绿色LED 266以及蓝色LED 268的发射分布的图形260和图形262。图形240中的发射分布沿着图15中LED封装件180所示的轴H-H获得。图22中的发射分布沿着如图15中所示的轴V-V获得。对图形240、242与图形260、262的比较可说明不同形状的椭圆形透镜可导致发射分布的变化。
应理解的是,根据本发明的透镜可以许多不同方式布置。透镜可为固体并且可填入腔,或者可为至少部分中空的,其中空隙以不同方式布置。也应理解的是,透镜可具有表面变化或纹理以提供期望的LED发射图案。这些表面变形的实例可见于PCT国际公布No.WO2008/086682Al,其以引用方式并入本文中。
应理解的是,本发明可应用于除了上述那些之外的以许多不同方式布置的LED封装件。图24示出根据本发明的具有多个腔282的LED封装件280的另一个实施例,每个腔可具有一个或多个LED。封装件也可在每个腔282上方具有相应的椭圆形透镜,或者单个椭圆形透镜可形成在多个腔上方。腔可彼此接近布置以近似于点源。这仅是根据本发明的许多不同LED封装件变化中的一个。
图25至图28示出类似于图24中所示的LED封装件280的根据本发明的具有多个腔302a至302c的LED封装件300的另一个实施例。LED封装件300可被布置成用于表面安装并且可包括三个腔302a至302c。应理解的是,不同的实施例可包括不同数目的腔,诸如两个、四个、五个或更多个。腔302a至302c可具有许多与如上所述腔不同的形状,其中示出的腔302a至302c具有类似于以上图8和图9中所示的腔的椭圆形形状。腔302a至302c中的每个可包括成角度的侧表面和用于安装发射器(诸如LED)的平坦基底。
LED封装件300可具有许多不同的结构并且可使用许多不同方法制造。在示出的实施例中,LED封装件可包括引线框304和可使用已知方法在引线框304周围模制的主体306。模制方法也可在主体中形成腔302a至302c,其中通过腔可接入到引线框。一个或多个发射器(诸如LED)可在每个腔中安装到引线框的暴露部分。引线框304可包括暴露在主体306的底部处用于表面安装的多个扁平引脚308,并且施加到引脚的电信号被传导到发射器,从而使其发射光。
应理解的是,腔302a至302c可被布置有发射不同颜色光的许多不同数目的LED。在不同的实施例中,腔302a至302c中的每个可具有发射相应颜色或波长光的一个或多个LED。在示出的实施例中,每个腔可具有发射红光、绿/黄光以及蓝光的一个LED 305。发红光的LED可安装在腔302a中,所述腔302a相邻于侧表面306a并在侧表面306的中点处。发蓝光LED可安装在腔302b中,并且发绿光LED可安装在腔302c中,其中腔302b和302c被布置成相邻于侧表面306b。来自腔的光组合以使得LED封装件300发射来自腔的光的颜色组合。来自每个腔302的光的强度可基于施加到引线框304的电信号而变化,这允许LED封装件30发射来自腔302a至302c的光的变化颜色组合。应理解的是,在其它实施例中,腔可具有发射相同或不同波长光的多个LED。在一个可替代实施例中,腔中的一个或多个可包括发红光LED、发绿/黄光LED以及发蓝光LED。
根据本发明的多个腔LED封装件可具有许多不同的形状和尺寸,其中一些的尺寸被设置成使得腔中的光源足够接近以允许有效混合来自腔的光。在一些实施例中,腔应该足够接近以使得腔近似于点光源。在示出的实施例中,LED封装件300具有矩形形状,其中每个椭圆形腔具有与LED封装件302的长边缘一致的最宽部分。在其它实施例中,可在不同方位上布置腔中的一个或多个腔。
LED封装件的一些实施例可具有小于20mm长的侧表面,并且可具有小于10mm宽以及深度小于2mm的腔。在其它实施例中,LED封装件可具有小于10mm长的侧表面,并且可具有小于5mm宽以及深度小于1mm的腔。在示出的实施例中,LED封装件的侧表面可为约8mm×5.6mm。腔可为在封装件的顶表面处测量约3mm×2mm并且深度为约0.45mm的椭圆形。在一些实施例中,腔的最宽部分应该小于LED封装件的最长边长度的一半,并且最窄部分应该小于封装件的最长边的三分之一。在示出的实施例中,每个腔具有相同的尺寸和形状,但是应理解的是其它实施例可有具有不同形状和尺寸的腔。
如图27中清晰地显示,每个腔包括如上所述的相应的椭圆形透镜310。透镜可有助于对封装件的发射进行成形,以与具有圆形腔和半球形透镜的LED封装件相比,提供沿着LED封装件的轴或中心线提供广角或宽倾角发射。应理解的是,其它实施例可具有不同形状的透镜或者可具有不同尺寸的透镜。
图29至图32示出类似于上述LED封装件300的根据本发明的LED封装件320的另一个实施例。LED封装件320包括椭圆形腔322a至322c、引线框324以及主体326,所有这些均如上所述布置并形成。腔322a至322c中的每个可具有如上所述的一个或多个LED 325。引线框324不同于LED封装件300并且包括以已知的SMD布置在主体326下折叠的引脚328。LED封装件320也可在如上所述的每个腔中包括椭圆形透镜330。这仅是可包括在根据本发明的LED封装件中的许多变形中的一个。
应理解的是,除了上述实施例之外,可使用许多其它表面安装布置以提供期望的广角发射。也应理解的是,可组合不同实施例的特征以实现期望的发射分布。也就是说,在显示器中不同的LED封装件可具有组合为提供期望的显示器发射的不同的发射分布。
根据本发明的LED封装件可用于除了LED显示器之外的许多不同的照明应用中。这些应用中的一些包括但不限于街道照明、建筑照明、家用照明和办公室照明、显示器照明以及背光照明。
尽管已经参考其某些优选的配置详细描述了本发明,但是其它变形也是可能的。因此,本发明的精神和范围不应限于上述版本。
Claims (21)
1.一种发光二极管封装件,包括:
腔,具有多个发光二极管,所述腔反射来自所述发光二极管的光以促成所述发光二极管封装件的发射;
透镜,在所述腔之上,用于与没有所述透镜的所述发光二极管的发射相比,将所述发光二极管的发射成形为更宽的角度;以及
引线和/或接合线,至各个所述发光二极管,以个别地控制各个所述发光二极管的发射,其中,所述发光二极管封装件发射来自所述发光二极管的发射的不同颜色的组合。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,所述透镜为椭圆形。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,所述腔为椭圆形。
4.根据权利要求3所述的发光二极管封装件,其中,所述腔具有平坦基底和成角度的侧表面。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,所述发光二极管大致安装在所述腔的中心处。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,所述腔具有反射和漫反射性的表面。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,包括多个腔。
8.根据权利要求4所述的发光二极管封装件,进一步包括在所述平坦基底中的第二腔。
9.根据权利要求8所述的发光二极管封装件,其中,所述第二腔具有成角度的侧表面和平坦基底。
10.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,所述发光二极管之间的间隔为所述腔的最宽部分两端间的距离的1/4或更小。
11.一种发光二极管显示器,包括:
多个发光二极管封装件,至少一些所述发光二极管封装件具有:具有多个发光二极管的腔以及每个所述腔之上的透镜,所述透镜用来产生与没有所述透镜的发射相比具有更宽角度的所述发光二极管的发射,所述发光二极管封装件安装在所述发光二极管显示器内以生成宽角度图像。
12.根据权利要求11所述的发光二极管显示器,其中,在每个所述腔之上的所述透镜为椭圆形。
13.根据权利要求11所述的发光二极管显示器,其中,每个所述腔为椭圆形。
14.根据权利要求11所述的发光二极管显示器,其中,每个所述腔具有平坦基底和成角度的侧表面。
15.根据权利要求11所述的发光二极管显示器,其中,每个所述腔具有反射和漫反射性的表面。
16.根据权利要求11所述的发光二极管显示器,其中,每个所述发光二极管封装件包括多个腔。
17.一种发光二极管封装件,包括:
主体,具有多个腔,各个所述腔具有发光二极管;
椭圆形的透镜,在每个所述腔之上,用于与没有所述透镜的所述发光二极管的发射相比,将所述发光二极管的发射成形为更宽的角度,其中,能个别地控制各个所述发光二极管的强度,所述发光二极管封装件发射来自所述发光二极管的光的不同颜色的组合。
18.根据权利要求17所述的发光二极管封装件,其中,所述腔中的一个或多个腔为椭圆形。
19.根据权利要求17所述的发光二极管封装件,其中,所述发光二极管中的至少三个发光二极管包括相应的发红光的发光二极管、发绿光的发光二极管以及发蓝光的发光二极管。
20.根据权利要求17所述的发光二极管封装件,其中,每个所述腔具有平坦基底和成角度的侧表面。
21.根据权利要求17所述的发光二极管封装件,其中,所述腔中的一个腔具有发红光的发光二极管,所述腔中的另一个腔具有发绿光的发光二极管,并且所述腔中的又一个腔具有发蓝光的发光二极管。
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