CN108922951A - 发光装置和该发光装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光装置及其制造方法。该发光装置包括模压体，模压体具有金属引线和用于安装发光元件的平面，该发光装置还包括透镜，该透镜具有中央部分、环绕所述中央部分的边缘部分以及支撑所述中央部分和边缘部分的基座部分，所述中央部分具有一个圆顶状的上表面，所述边缘部分具有内上表面和外上表面，所述边缘部分的内上表面与中央部分的圆顶状上表面相连形成谷形凹槽，所述基座部分被附着到模压体上以形成密封发光元件的密封腔室。为了大规模生产该装置，先获取包括多个模压体的第一模压结构片，其中，模压体具有金属引线，然后将包括多个透镜的第二片模压结构片放置在所述第一片模压结构片的顶部上，接着，两模压结构片用粘结剂经热压工序形成粘合结构，以使每个模压体与相应的透镜形成密封发光元件的密封腔室，最后，切割所述粘合结构以产生单个发光装置。

Description

发光装置和该发光装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光装置和制造这种发光装置的方法。
背景技术
现在，虹膜生物识别被认为是脸部、指纹和虹膜三种最重要的生物识别技术之一。美国军方正在利用虹膜识别来帮助防止恐怖主义。全球有一些国家正在创建将包括以上三种生物识别技术的身份识别计划。图1为一种虹膜识别系统的示意图。如图所示，一个典型的虹膜识别系统包括三个主要部件：光源，摄像单元和数据处理单元。自然光常常反射虹膜，造成眩光，以致阻碍虹膜的部分视野。为了避免这种眩光，虹膜识别系统中的光源通常使用对人眼不可见的红外光作为照明。摄像单元则使用红外相机拍摄清晰而详细的虹膜图像并将该图像发送至数据处理单元进行处理和识别。
如今，虹膜识别系统被制作成小型独立装置或者被嵌入到各种消费类电子产品中，如手机，平板电脑，个人电脑，笔记本电脑或网络摄像头。因此，虹膜识别系统的尺寸被做得越来越小。作为解决方案的一部分，红外发光二极管(或红外LED)已被广泛用于制造光源。这种基于IR LED的光源通常还包括用于安装IR LED的基板和用于会聚由IR LED发出光的透镜。
目前，基于IR LED的光源的虹膜识别系统已经上市，但是这些虹膜识别系统昂贵且难以制造。这些虹膜识别系统的制造流程需要先将一块基板切割成多个独立的基板，接着在各个独立的基板上安装LED，然后将支撑结构件固定在各个独立的基板上，最后将透镜固定于支撑结构件。支撑结构件及透镜在固定在以上各个独立的基板之前，需要分别模压并切割成单个件。这种制造流程很复杂，很难大规模生产。
专利权人为伊希卡瓦(Ichikawa)等人的美国第8,530,250号专利公开了一种具有树脂封装的LED器件的批量制造方法。根据该公开的方法，其先将热固性树脂(例如，环氧树脂、改性环氧树脂、有机硅树脂、改性有机硅树脂、丙烯酸酯树脂和聚氨酯树脂等热固性树脂)与引线框架一起模压形成树脂模压体，LED安装在树脂模压体的凹部内并通过密封件进行密封，并将该树脂模压体切割单个的LED器件。但是，这种LED器件没有聚光透镜，因此不能用作虹膜识别系统的光源。此外，该已公开器件的LED已经被环氧树脂或类似聚合物制成的密封件覆盖了，由类似材料制成的透镜将不能有效聚焦从LED发出的光。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种发光装置，该发光装置包括模压体，模压体具有金属引线和用于安装发光元件的平面，该发光装置还包括透镜，该透镜具有中央部分、环绕所述中央部分的边缘部分以及支撑所述中央部分和边缘部分的基座部分，所述中央部分具有一个圆顶状的上表面，所述边缘部分具有内上表面和外上表面，所述边缘部分的内上表面与中央部分的圆顶状上表面相连形成谷形凹槽，所述基座部分被附着到模压体上以形成密封发光元件的密封腔室，所述外上表面的横截面线可以是直线或曲线，在任何一种情况下，由与所述边缘部分的外上表面相切的任意平面和中央部分的中轴线所形成的任意夹角在0-45°之间。
在一个实施例中，所述密封腔室是真空腔室或包含空气或特殊气体(例如，氮气、氩气、惰性气体)。所述密封腔室具有与周围材料不同的光学折射率，对于获得期望的光束角度是必需的，同时，所述密封腔室还有助于保护发光元件使其不受大规模生产切割过程中产生的灰尘污染。用于本发明的发光元件可以是产生任意光波的IR(红外)LED或LED。所述发光元件可以是水平、垂直或倒装芯片。另外，发光元件还可以是CSP(芯片级封装)芯片、白光芯片、VCSEL(垂直谐振腔表面发光激光)芯片或SLED(超级发光二极管)芯片。或者，发光元件也可能是一个模组阵列。
另外，提供了一种制造发光装置的方法，该方法包括获取包括多个模压体的第一模压结构片，模压体具有金属引线；将包括多个透镜的第二片模压结构片放置在所述第一片模压结构片的顶部上；将所述第一模压结构片与所述第二模压结构片粘合以形成粘合结构，使每个模压体与相应的透镜形成密封发光元件的密封腔室；以及，切割所述粘合结构以产生发光装置。如上所述，所述密封腔室有助于保护发光元件免受切割过程中产生的灰尘污染。
附图说明
被视为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求中被特别指出并清楚地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本发明的主题和其他特征以及优点将变得显而易见。
图1是虹膜识别系统的示意图。
图2是本发明一实施例提供的发光装置的三维示意图。
图3是图2所示实施例的分解图。
图4A是图2所示实施例的横截面图。
图4B是图4A所示发光装置的可选实施例的横截面图。
图4C是图4A所示发光装置另一可选实施例的横截面图。
图5是本发明另一实施例提供的发光装置的三维示意图。
图6是图5所示实施例的分解图。
图7是图5所示实施例的横截面图。
图8是一实施例提供的发光装置的聚光效果的二维示意图，为了简洁，仅示出了透镜和发光元件。
图9是另一实施例提供的发光装置的聚光效果的二维示意图，为了简洁，仅示出了透镜和发光元件。
图10是又一实施例提供的发光装置的聚光效果的二维示意图，为了简洁，仅示出了透镜和发光元件。
图11A-B是一系列透视图，示出了本发明发光装置的制造方法。
图12A-B是一系列截面图，示出了图11A-B所示的制造方法。
图13是图11A-B和图12A-B所示制造方法所用热压机器的截面图。
具体实施方式
图2是本发明一实施例提供的发光装置的三维示意图。图3是图2所示实施例的分解图。图4A是图2所示实施例的横截面图。如这些图所示，所述发光装置200包括模压体201和透镜202。所述模压体201具有用以形成凹部的凸起边缘。所述凹部的底部为金属引线203和平面205，金属引线203延伸到模压体201的外边缘。发光元件204(例如，发光二极管)被安装在所述平面205上并且被电线键合到金属引线203以接收电力。
所述透镜202包括中央部分206、环绕所述中央部分206的边缘部分207以及支撑所述中央部分206和边缘部分207的基座部分208。所述中央部分206是关于其中轴线206a为轴对称的圆顶状结构，所述中央部分206具有一个圆顶状的上表面209。所述边缘部分207具有内上表面210和外上表面211。所述边缘部分207的内上表面210与中央部分206的圆顶状上表面209相连形成谷形凹槽。在一个实施例中，所述外上表面211的横截面线211c是直线。该线211c与所述中央部分206的中轴线206a形成夹角θ。为使从所述发光元件204发出的光达到理想的聚光效果，所述边缘部分207被制造成确保所述夹角θ在0-45°之间的形状。在另一个实施例中，该线211c可以是曲线，其中由与所述边缘部分207的外上表面211相切的任意平面和中轴线206a所形成的任意夹角也应该在0-45°之间，从而达到同样理想的聚光效果。类似地，所述内上表面210的横截面线也可以是直线或曲线。
另外，所述基座部分208的底部被附着到模压体201上，从而形成密封发光元件204的密封腔室212。所述密封腔室212可以是真空腔室或含有空气、氮气、氩气或如惰性气体的某些特殊气体。
在一个实施例中，所述模压体201由环氧树脂模塑料、硅胶模塑料或陶瓷经模压制成。在模压过程中，所述金属引线203作为模压体201的一部分一体成型。所述透镜202由硅胶、树脂或环氧树脂模压而成。以下将详细探讨所述发光装置200的制造过程。
图4B是图4A所示发光装置一个可选实施例的横截面图。像图4A所示实施例那样，所述发光装置300具有模压体301和透镜302。所述模压体301具有用以形成凹部的凸起边缘。所述凹部的底部为金属引线303和平面305，金属引线303延伸至模压体301的外边缘。发光元件304被安装在平面305上并且被电线键合至金属引线303以接收电力。
所述透镜302包括中央部分306、环绕所述中央部分306的中间部分313、环绕所述中间部分313的边缘部分307以及支撑所述中央部分306、所述中间部分313和所述边缘部分307的基座部分308。所述中央部分306是关于其中轴线306a为轴对称的圆顶状结构，所述中央部分306具有一个圆顶状的上表面309。所述中间部分313环绕圆顶状中央部分306，并具有倒“v”形横截面。所述边缘部分307具有内上表面310和外上表面311。所述边缘部分307的内上表面310与所述中间部分313的倒“V”形上表面相连形成谷形凹槽。在一个实施例中，所述外上表面311的横截面线311c是直线。该线311c与所述中央部分306的中轴线306a形成了夹角θ。为使从所述发光元件304发出的光达到理想的聚光效果，所述边缘部分307被制造成确保所述夹角θ在0-45°之间的形状。在另一个实施例中，该线311c可以是曲线，其中由与所述边缘部分307的外上表面311相切的任意平面和中轴线306a所形成的任意夹角也应该在0-45°之间，从而达到同样理想的聚光效果。类似地，所述内上表面310的横截面线也可以是直线或曲线。
另外，所述基座部分308的底部被附着到模压体301上，从而形成封闭发光元件304的密封腔室312。所述密封腔室312可以是真空腔室或含有空气、氮气、氩气或如惰性气体的某些特殊气体。
图4C是图4A所示发光装置另一可选实施例的横截面图。发光装置400类似于发光装置300(图4B所示)，除了透镜402具有多个倒“v”形中间部分413之外，每个倒“v”形中间部分413彼此环绕，最里侧的一个环绕圆顶状中央部分409，最外侧的一个被边缘部分407环绕。
图5是本发明另一个实施例提供的发光装置的三维示意图。图6是图5所示实施例的分解图。图7是图5所示实施例的横截面图。如这些图所示，发光装置500包括模压体501和透镜502。与图2-4所示实施例不同的是，所述模压体501是平坦而不具有凸起边缘。所述模压体501具有平面505和延伸到模压体501底部的金属引线503。发光元件504(例如，发光二极管)被安装在平面505上并与金属引线503相连以接收电力。
所述透镜502包括中央部分506、环绕所述中央部分506的边缘部分507以及支撑所述中央部分506和边缘部分507的基座部分508。所述中央部分506是关于其中轴线506a为轴对称的圆顶状结构。它具有一个圆顶状的上表面509。所述边缘部分507具有内上表面510和外上表面511。所述边缘部分507的内上表面510与所述中央部分506的圆顶状上表面509相连形成谷形凹槽。在一个实施例中，所述外上表面511的横截面线511c是直线。该线511c与所述中央部分506的中轴线506a形成了夹角θ。为使从所述发光元件504发出的光达到理想的聚光效果，所述边缘部分507被制造成确保所述夹角θ在0-45°之间的形状。在另一个实施例中，该线511c可以是曲线，其中由与所述边缘部分507的外上表面511相切的任意平面和中轴线506a所形成的任意夹角也应该在0-45°之间，从而达到同样理想的聚光效果。类似地，所述内上表面510的横截面线也可以是直线或曲线。
在本实施例中，所述边缘部分507具有延伸腿5071。当所述基座部分508被附着到模压体501上时，所述延伸腿5071、中央部分506与基座部分508形成了封闭发光元件504的密封腔室512。所述密封腔室512可以是真空腔室或含有空气、氮气、氩气或某些特殊气体如惰性气体。
尽管图中未示出，但是在上述实施例中所描述的平面205或505可以具有用于安装所述发光元件的凹陷区域以使所述透镜更靠近平面。这种设计有助于减小发光装置的整体高度。如果所述凹陷区域位于金属引线上，则可通过蚀刻形成，或者如果所述凹陷区域位于模压材料上，则可通过模压形成。
图8是展示一实施例提供的发光装置800的聚光效果的二维示意图。箭头线803表示从发光元件801发射的光。在本实施例中，透镜802关于所述发光装置800的垂直轴800a对称，并且所述发光元件801的中心也位于垂直轴800a上。如图所示，当光803从密封腔室行进到透镜802中并随后从透镜802出射到空气中时，由于所述透镜802的形状以及透镜与空气之间的折射率差异，所述透镜802将从发光元件801发射的光803关于垂直轴800a对称地会聚。
图9是展示另一实施例提供的发光装置900的聚光效果的二维示意图。如图所示，透镜902已经水平移动，不再关于发光装置900的垂直轴900a对称。因此，从发光元件901发射的光903被会聚，但会以一定角度弯折。反之亦然，尽管未示出，所述发光元件901可以在水平方向上偏离垂直轴900a，而所述透镜902仍关于垂直轴900a对称。这种设计对于用户通常以一定角度观看移动虹膜识别系统(例如，智能手机上的虹膜系统)时特别有用。通过这种内置倾斜发射，无需机械倾斜的光源。这样，发光装置可以直接焊接在主板上，从而节省材料和制造成本。
图10是展示又一实施例提供的发光装置1000的聚光效果的二维示意图。与图8和9所示实施例不同的是，透镜1002不再关于所述发光装置1000的垂直轴1000a对称。在本实施例中，中央部分1004和边缘部分1005朝着一个方向一起倾斜角度β。发光元件1001位于垂直轴1000a上。如图所示，从发光元件1001发射的光1003被会聚但折弯了角度α。因为所述透镜1002可以容易地由材料诸如硅胶、树脂或环氧树脂模压形成，所以无需光源机械地倾斜，发光装置可直接焊接在主板上，从而节省材料和制造成本。当然，所述发光元件1001可以偏离垂直轴1000a一定距离，就像图9所示的实施例一样，以进一步增强光线弯折效果。
图11A-B是一系列透视图，示出了本发明发光装置的制造方法。如图所示，在制造过程中，先获取一块模压结构片1101，所述模压结构片1101包括一个具有金属引线的模压体1103阵列，例如上述模压体201或501。为了批量生产，所述模压结构片1101通过工业规模化模压工艺整体结构成型，例如，Ichikawa专利中描述的工艺。所述模压结构片1101可以由材料包括但不限于环氧树脂模塑料、硅树脂模塑料或陶瓷模压而成。接着，将发光元件(例如发光二极管)安装到每个模压体1103上并被电线键合到相应的金属引线。然后，获取包括透镜1104阵列的模压结构片1102。每个透镜1104可以成形为上述实施例中的任一透镜。类似于所述模压结构片1101，模压结构片1102也通过工业规模化模压工艺整体结构成型。所述模压结构片1102可以由材料包括但不限于硅胶、树脂或环氧树脂模压而成。而后，将诸如环氧树脂、树脂或硅树脂等粘合剂施加到所述模压结构片1101的上表面和/或所述模压结构片1102的下表面。这两片模压结构片通过，例如热压，粘合在一起。在粘合工序之后，在每个模压体1103与相应的透镜1104之间形成小的密封腔室。在粘合工序过程中，可以将空气从密封腔室内抽出，或者可以注入特定的气体进入密封腔室。或者，常规空气也可以留在密封腔室中。
图11B示出了粘合结构1105。沿着x和y轴从所述粘合结构1105切割出单个的发光装置。由于发光元件在粘合工序后被密封在密封腔室内部，所以由切割工序产生的灰尘不会与发光元件接触。这样，每个密封腔室为发光元件提供了洁净的工作环境，增加了发光装置的寿命和产量。
图12A-B是图11A-B所示制造方法的截面图。尽管在此使用图2-4所示的实施例来描述该制造方法，其他实施例的透镜和/或模压体也可以通过该方法制造，只要提供相应的模压结构片即可。
图13是图11A-B和图12A-B所示制造方法所用热压机器的截面图。如图所示，所述热压机器1300包括上盖部分1301和底座部分1302。所述上盖部分1301具有盖壳1303。所述底座部分1302具有底壳1304。当这两个壳1303和1304联接在一起时，它们形成一个腔室。密封垫圈1305加设在壳1303与1304之间，使得所述腔室可以被牢固地密封。壳体1303上(或壳体1304上)设有真空口1306，使得空气可以被抽至腔室外。另外，其他气体(例如，氮气、氩气、惰性气体)可以在空气被抽出之后注入腔室。所述上盖部件1301还包括多根嵌入盖壳1303内的加热棒1308和按压垫1307。所述底座部分1302包括设置在升降台1310上的按压垫1309。所述升降台1310通过压缩弹簧1311与底壳1304的底部相连。所述压缩弹簧1311受到外部控制使升降台往上或往下移动。所述升降台1310具有多根加热棒1308。或者，所述按压垫1309和升降台1310均可以做成单个部件。
在制造过程中，将模压片1101(图11A-B和12A-B所示)放置在按压垫1309上，将透镜片1102牢固地固定在按压垫1307下。然后，将所述透镜片1102精确对准模压片1101并且将粘合剂施加到模压片1101的表面上。然后，将所述盖壳1103和底壳1104联接在一起形成工作腔室。此时，两个按压垫1307和1309尚未将这两片压合在一起。相反，空气被抽至腔室外，并且可选地，可以将氮气、氩气或惰性气体泵入腔室内。在抽真空步骤完成之后，外部命令指示压缩弹簧1311提升升降台1310，使所述按压垫1309上升与按压垫1307完全接合。所述模压片1101与透镜片1102被压合在一起。同时，所述加热棒1308发热提高腔室内的温度，从而加速两片的粘接。因此，粘合结构1105形成并准备被切割成单个的发光装置。
应该注意的是，用于本发明的发光元件可以是产生任意光波的IR LED或LED，而所述LED可以是水平、垂直或倒装芯片。此外，发光元件还可以是CSP(芯片级封装)芯片、白光芯片、VCSEL(垂直谐振腔表面发光激光)芯片或SLED(超级发光二极管)芯片。或者，发光元件也可能是一个模组阵列。
虽然已经公开了本发明的具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，那些对具体实施例的改变并未脱离本发明的构思和范围。因此，本发明的保护范围不限于上述具体实施例。此外，所附权利要求意在涵盖任何应用、修改及本发明保护范围内的实施例。

Claims (20)

1.一种发光装置的制造方法，该方法包括：
获取包括多个模压体的第一模压结构片，所述模压体具有金属引线；
将包括多个透镜的第二片模压结构片放置在所述第一片模压结构片的顶部上；
将所述第一模压结构片与所述第二模压结构片粘合以形成粘合结构，使每个模压体与相应的透镜形成密封发光元件的密封腔室；以及
切割所述粘合结构以产生发光装置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合步骤包括：
在所述第一模压结构片与第二模压结构片之间施加粘合剂；
去除所述第一模压结构片与第二模压结构片之间的空气；以及
施加热力和压力以形成具有密封腔室的所述粘合结构。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在放置步骤之前安装至少一个发光元件到每个模压体上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模压结构片由环氧树脂模塑料、硅模塑料或陶瓷模压而成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二模压结构片由硅胶、树脂或环氧树脂模压而成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个密封腔室由模压体及相应的透镜形成。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个产生的发光装置具有一密封腔室。
8.一种发光装置，包括：
模压体，所述模压体具有金属引线和用于安装发光元件的平面；以及
透镜，所述透镜包括中央部分、环绕所述中央部分的边缘部分以及支撑所述中央部分和边缘部分的基座部分，其中，所述中央部分具有一个圆顶状的上表面，所述边缘部分具有内上表面和外上表面，所述边缘部分的内上表面与中央部分的圆顶状上表面相连形成谷形凹槽，所述基座部分被附着到模压体上以形成密封发光元件的密封腔室，由与所述边缘部分的外上表面相切的任意平面和中央部分的中轴线所形成的任意夹角在0-45°之间。
9.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述模压体具有凸起边缘，所述凸起边缘与透镜的基座部分结合，以形成所述密封腔室。
10.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述透镜的边缘部分具有延伸腿。
11.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述模压体由环氧树脂模塑料、硅树脂模塑料或陶瓷模压而成。
12.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述透镜由硅胶、树脂或环氧树脂模压而成。
13.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述密封腔室是真空腔室或者内有空气、氮气和惰性气体之中的一种。
14.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述发光元件包括红外发光二极管、普通发光二极管、模组阵列、芯片级封装芯片、白光芯片、垂直谐振腔表面发光激光芯片或超级发光二极管芯片。
15.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述透镜和发光元件均关于发光装置的垂直轴对称。
16.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述透镜关于发光装置的垂直轴对称，所述发光元件偏离发光装置的垂直轴。
17.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述透镜偏离发光装置的垂直轴，所述发光元件关于发光装置的垂直轴对称。
18.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述透镜的中央部分与边缘部分以一定角度倾斜成形。
19.一种发光装置，包括：
模压体，所述模压体具有金属引线和用于安装发光元件的平面；以及
透镜，所述透镜包括中央部分、一个或多个环绕所述中央部分的中间部分、环绕所述一个或多个中间部分的边缘部分以及支撑所述中央部分、一个或多个中间部分和所述边缘部分的基座部分，其中，所述中央部分具有一个圆顶状的上表面，各中间部分具有倒“v”形上表面，所述边缘部分具有内上表面和外上表面，所述边缘部分的内上表面与最外侧的中间部分的上表面相连形成谷形凹槽，所述基座部分被附着到模压体上以形成密封发光元件的密封腔室，由与所述边缘部分的外上表面相切的任意平面和中央部分的中轴线所形成的任意夹角在0-45°之间。
20.如权利要求19所述的发光装置，其特征在于，所述密封腔室是真空腔室或者内有空气、氮气和惰性气体之中的一种。
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Address after: 18th Floor, Phase II, International Students Venture Building, No. 46, Gaoxin South Ring Road, High-tech Zone Community, Yuehai Street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Province

Applicant after: Shenzhen Ruizhi Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: Dublin, California, USA

Applicant before: Wang Yang

GR01 Patent grant
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