CN110047987B - 以高对准精度将透镜附着到led模块的方法 - Google Patents

Abstract

发光设备包括在基板上的发光元件以及透镜元件，透镜元件包括腔（发光元件位于腔中）并且与发光元件光学对准。将透镜元件附着到基板的粘合剂条基本上围绕发光元件，但是包括在透镜元件到基板的附着期间促进材料从腔的释放的间隙。当透镜元件被放置在基板上时，粘合剂被部分固化以在发光设备被输送或受到其他处理之前提供相对高的剪切强度。为了提供与后续处理或应用的兼容性，并且为了保护发光元件以防环境，每个设备中的间隙被利用密封材料密封。

Description

以高对准精度将透镜附着到LED模块的方法

技术领域

本发明涉及发光设备的领域，并且更具体而言涉及具有透镜元件的发光设备，用于通过透镜元件和发光设备的对准中的高精度来增强的应用。

背景技术

发光设备被用在各种应用中。特定的发光设备实施例的适合性通常是所投射的光发射图案的函数。例如，汽车灯通常要求发光设备提供符合给定标准的光发射图案。以类似的方式，消费者应用（例如在相机或电话设备上的闪光元件）要求基本均匀的目标图像的照明。

给定的发光设备关于满足表达或暗示的光输出图案一致性的质量取决于各种因素，该因素包括发光元件和提供所期望光输出图案的透镜元件的对准。透镜元件和发光元件的未对准例如可能使相机图像的某些区域看起来比其它区域更暗，或者使车灯未能通过标准测试。

各种技术通常被用来随着将透镜元件相对于发光元件定位而精确地将透镜元件对准到发光元件。例如，高度精确的拾取和放置机器可以用于将每个透镜元件放置在相对于被安装在基板上的发光元件的给定位置。在一些附着过程中，在拾取和放置机器上的光学元件检测发光元件的中心；在其它过程中，物理对准特征被提供在发光元件所安装于的基板上。

然而，即使在相对于发光元件精确放置透镜元件后，通常难以在完成的产品的制造中遇到的后续制造过程期间维持其对准。典型地，透镜元件被精确地定位在包含发光元件的基板上并且经由粘合剂元件被附着，粘合剂元件后续被固化以将透镜元件固定附着到发光元件。粘合剂元件还用来通过形成围绕发光元件的密封物隔离发光元件与外部元件。然而许多因素可能影响透镜元件和发光元件的最初精确对准。

未固化的粘合剂（例如环氧树脂或硅树脂）可以具有低粘度，并且在附着到发光元件的透镜元件到使粘合剂固化的装置（如，烘箱）的输送期间，过度的机械冲击和处置可能移动透镜元件。

类似地，热固化的如环氧树脂和硅树脂的粘合剂将在交联（固化）发生时收缩，这可能引入透镜元件相对于发光元件的位置的偏移。

以同样的方式，在透镜元件附着过程期间可能被截留在透镜元件内的空气可施加非均匀的力，该力导致透镜元件的位置的偏移；以及在粘合剂的固化（其通常包括热量）期间，截留的空气将可能膨胀并产生透镜元件内的蒸汽压力，这也可能引入不可预测的力，该力可以改变透镜元件相对于发光元件的位置。

透镜元件的这些潜在的移动中的每个移动以及其它因素，将可能引入透镜元件和发光元件的未对准。

发明内容

将有利的是提供一种用于将透镜元件附着到发光元件的方法和系统，其相对不受施加于这样的附着结构的后续处理的影响。还将有利的是提供这样的一种方法和系统，而不引入实质性的制造复杂性或成本。

为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的一实施例中，本发明的发光设备包括在基板上的发光元件以及包括腔的透镜元件，发光元件位于腔内。粘合剂条将透镜元件附着到基板。粘合剂位于所述透镜元件的周边周围，而且包括在周边中的间隙,该间隙使得在透镜元件到基板的附着期间材料（例如加热的空气）能够从透镜元件下面释放。当透镜元件被放置在基板上时，粘合剂被部分固化，以在发光设备被输送或受到其它处理之前提供相对高的剪切强度。为了提供与后续的处理或应用的兼容性，利用密封材料密封在周边中的间隙。

附图说明

更详细地并且通过示例的方式参考附图解释本发明，其中：

图1A-1B 示出示例基板，其上具有发光元件和基本上围绕发光元件的粘合剂条。

图2A-2C 示出了位于图1A-1B 的基板上的示例透镜元件的视图。

图3 示出了示例发光设备，其包括密封在将透镜元件附着到发光设备的基板的粘合剂条中的间隙的密封材料。

图4 示出用于形成具有在透镜元件和发光元件之间的高对准精度的发光设备的示例流程图。

在所有附图中，相同的参考数字指示相似或相应的特征或功能。附图被包括用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释而不是限制的目的，阐述具体的细节，诸如特定的体系结构、接口、技术等，以便提供对本发明的概念的彻底理解。然而，本领域技术人员将认识到，本发明可以在背离这些具体细节的其他实施例中被实践。以类似的方式，该说明书的文本涉及如在附图中示出的示例实施例，而非旨在超出明确包含在权利要求中的限制之外限制所要求保护的发明。为了简单和清楚起见，公知设备、电路以及方法的详细描述被省略，以便不以非必要的细节模糊本发明的描述。

图1A示出了顶视图，以及图1B 示出布置在基板110上的示例发光元件120的剖面图。粘合剂条130 围绕发光元件120，除了间隙135之外。发光元件120 可具有顶表面、底表面和多个侧表面。发光元件120 的底表面附着到基板110。

基板110 可以是更大的基板（未示出）的一段，更大的基板包括类似地位于更大的基板的多个段上的多个发光元件。以这种方式，后续描述的过程可被同时应用于更大的基板的所有段，然后是更大的基板的切片/切割以形成个体/单片化的发光设备。

在该示例实施例中，存在在粘合剂条130中的间隙135，使得粘合剂条并没有完全围绕发光元件120。此粘合剂条可以使用本领域常见的粘合剂图章工具来施加，以便在围绕发光元件120的所期望图案中将粘合剂转移到基板110。虽然示出在粘合剂条130中的单个间隙135，也可提供多个间隙。

示例发光元件120包括从中发射光的发光表面125；这个表面125可以包括发光元件120的顶表面的一些或所有。在该实施例中，发光元件120被固定地附着到基板110，在基板上的已知位置处，并且由此发光表面125的位置是在相对于基板110的已知位置处。

基板110可以包括一个或多个对准特征112、114，其促进元件在基板110上的对准，以及基板110在其他物品（包括例如基板、印刷电路板、灯夹具和类似物）上的对准。相应地，由于发光表面相对于基板的位置是已知的，发光表面125相对于基板110上的其它元件或基板110被安装于的其它物品的位置是已知的。本领域技术人员将认识到，虽然明确的特征112、114被示出在示例基板中，基板110的固有特征，如它的边缘、角落等等，可被用作对准特征，消除了对这样的明确的特征112、114的需要。同样地仅单个对准特征112或114可以被使用。

可替代地，如上所指出的，将透镜放置在基板上的机器可以通过光学地检测发光元件的特征来提供对准，而不需要物理对准元件。

图2A-2C示出了示例发光设备200的视图，该发光设备200包括位于图1A-1B的基板110上的透镜元件210（供替代的实施方式210A、210B）。图2A示出透镜元件210的顶视图，透镜元件210可以是在图2B中所示的透镜元件210A或图2C中所示的透镜元件210B。

透镜元件210包括腔230，发光元件120位于腔230内。透镜元件210被成形或图案化，以改变从发光元件120发射的光的方向。在图2A-2C的例子中，透镜元件210包括图案220（供替代的图案220A、220B），其提供了从发光元件120发射的光的准直。透镜元件可以替代地是成反向抛物线形，例如以提供准直，或成球形以提供从发光元件120发射的光的发散或任何其它合适的形状。

在图2B中，图案220 A被形成在透镜元件210的腔230的内表面上，而在图2C中，图案220B形成在透镜元件210的外表面上。

该示例透镜元件210包括促进透镜元件210和基板110的对准的一个或多个特征214。在本示例中，透镜元件210上的对准特征214对应于基板110上的对准特征114。然而本领域技术人员将认识到的是，透镜元件210的任何固有的特征（如它的侧面、角落等）也可以用于与基板110的固有特征（如它的侧面、角落等）对准。

利用透镜元件210和基板110的适当对准以及发光元件120在基板110上的前面提到的已知位置，透镜元件210和发光元件120的适当对准被保证。

如上所提到的，本领域技术人员将认识到，‘非机械’手段可以用于对准透镜元件210和发光元件120，如使用光学图案识别来识别发光表面125的中心，并相应地控制透镜元件210的放置。

虽然透镜元件210可以精确地放置在基板110上，以提供透镜元件210相对于该组合（以下称为发光设备200）中的发光元件120的精确对准，形成发光设备200的元件110、120、210的此初始放置可能被组合110、120、210的后续输送或其他处理影响，如上所提到那样。

为了避免因输送或其他机械影响所致的未对准，粘合剂130应该在发光设备被运送或被以其他方式机械地或环境地影响之前创建具有相对高的剪切强度的粘接。为提供这样的相对高的剪切强度，粘合剂可以在将透镜元件210最初定位于基板110上之后立即被原位部分固化。以进一步保证对准，可以在用于将透镜元件210放置在其在基板110上的适当的位置上的机构仍然附着于透镜元件210的同时，执行部分固化。

普遍在制造中使用的粘合剂通常在室温下具有相对长的固化时间，以便允许在施加粘合剂之后将元件附着到基板的时间。相应地，被动地执行上述原位部分固化将通常在经济上是不切实际的，并且在较高的温度下的固化将通常要求发光设备200到烘箱的输送。

在本发明的实施例中，可使用紫外可固化粘合剂130。在精确地将透镜元件210附着到基板110的机构仍然附着于透镜元件210的同时，发光设备被暴露于紫外光下短暂的时间段，足以使剪切强度达到将保证将不被输送或其他机械或环境效应影响的粘接的中间水平。特定中间剪切强度水平将取决于特定后续处理很可能产生的预期的剪切力，但大约1kgf的剪切强度通常是足够的。紫外光源可以由将透镜元件210附着到基板110的机构，或由独立的设备来提供。在替代方案中，发光元件120可以发射足够的UV光以固化粘合剂。

粘合剂130的UV固化产生热并且膨胀腔230内的空气。在本发明的实施例中，间隙135在围绕腔230的粘合剂130中的存在允许膨胀的空气逸出，从而消除了通常在常规的发光设备的透镜附着的固化期间经历的压力。

在此初始部分固化后，发光设备200可以被输送到有效提供粘合剂130的完全固化的机构（典型地为烘箱）。完全固化通常将提供超过为5kgf的剪切强度，这一般在大部分（如果不是全部的话）的应用中维持对准精度。

虽然可能优选的是在粘合剂130的完全固化后密封粘合剂130中的间隙135，在大多数情况下，施加密封材料到完全固化的粘合剂130可能不能提供足够的粘接以可靠地隔离发光元件与周围的环境。相应地，在一些实施例中，间隙135可以在粘合剂130在受到完全热固化之前，在半固化状态中的同时，被密封。如上所提到的，部分固化提供1kgf或更多的剪切强度，这将足以克服随着在密封腔中的空气在完全热固化期间被加热而可能产生的横向力。

图3示出包括密封在粘合剂条130中的间隙（在图2B、2C中的 135）的密封材料320的示例发光设备300。以这种方式，发光元件120与周围环境隔离。

图4示出用于形成具有在透镜元件和发光元件之间的高对准精度的发光设备的示例流程图。

在410，发光元件被固定地附着到基板上。该基板包括导体，导体使发光元件能够从外部源接收电力。基板还可以包括促进将覆盖发光元件的透镜的对准，和/或基板与另一结构（如灯夹具）的对准的特征。

在420，将粘合剂施加到发光元件周围，但不完全围绕它，留下间隙。可以使用图章工具或能够产生所希望的图案的其他分配器施加粘合剂。间隙的尺寸取决于随着透镜被附着，粘合剂的预期流量。该间隙应该足够宽，从而即使随着透镜被附着，粘合剂从间隙的每侧流入间隙，它也将不会密封间隙，产生通气孔。粘合剂的厚度也将决定当透镜被附着时所得的通气孔的大小。在一个实施例中，可使用约30至50μm的粘合剂厚度。

在430，可使用拾取和放置装置来将透镜元件放置在粘合剂上，与发光元件对准。对准可以通过光学确定发光元件的特征位于哪里，或通过到基板上的物理特征的机械对准来完成。

在透镜元件仍然由将透镜元件放置在粘合剂上/中的装置保持的同时，在440，粘合剂被部分固化。紫外可固化粘合剂可以通过将其暴露于UV光短时间段来被快速固化。UV光的强度、粘合剂的厚度和曝光的持续时间将决定部分固化的粘合剂的所得剪切强度。粘合剂的制造商一般能够提供使能这些因素的确定的适当的表和/或图表。以免显著延缓制造过程，可以使用可以以秒的量级被固化来提供1kgf的剪切强度的粘合剂，如3M™粘合密封胶快速固化（Adhesive Sealant Fast Cure 4000UV）。

因为粘合剂被部分固化以提供足够的剪切强度，在由放置装置释放透镜元件后，在450，透镜和发光元件的对准将在全部后续制造过程中被维持。

如果不希望密封材料到完全固化粘合剂的粘接以提供由在图案化的粘合剂中的间隙提供的通气孔的可靠密封，在460，在图案化粘合剂处于部分固化状态中的同时，通气孔被用密封材料密封。可以使用与透镜和基板的材料兼容的任何各种密封剂材料，包括例如被用于图案化粘合剂的相同的材料，如3M™粘合密封胶快速固化4000UV。在470的粘合剂的后续固化将确保粘合剂和密封材料之间的可靠的粘接，以及进一步增加粘合剂的剪切强度，典型地到约5kgf。

此后，具有发光元件和透镜的组装基板可在480被进一步处理，包括例如如果基板已经包含现在被密封在对应的多个透镜元件内的多个发光元件的话，切片和切割（单片化）个体的发光设备。

虽然在附图和前面的描述中已经图示并详细描述本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不局限于所公开的实施例。

例如，尽管本发明特别适合用于实现透镜和发光元件的高度精确的对准，本领域技术人员将认识到，这一技术可以在更不严格的应用中使用，以实质上降低在常规透镜附着处理期间被施加在透镜上的应力。

公开的实施例的其他变型可以由本领域的技术人员在实践所要求保护的发明中根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究进行理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”并不排除多个。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的这一起码事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种组装发光元件的方法，包括：

在基板上提供所述发光元件；

利用紫外可固化的粘合剂在所述基板上部分地围绕所述发光元件，留下间隙；

将具有用于容纳所述发光元件的腔的透镜附接到所述基板上的所述粘合剂，使得所述粘合剂中的所述间隙允许空气从所述腔逸出；

原位部分地固化所述粘合剂，以防止所述透镜相对于所述发光元件的后续位移；

在部分地固化所述粘合剂后，并且在所述粘合剂处于部分固化的状态时，利用密封材料密封所述间隙；以及

在密封所述间隙后，完全固化所述粘合剂。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述透镜元件包括使所述基板上的所述透镜元件相对于所述发光元件对准的至少一个特征。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述基板包括使所述透镜元件相对于所述基板对准的至少一个特征。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述基板包括使所述基板相对于另一基板对准的至少一个特征。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述透镜元件被图案化，以改变来自所述发光元件的发射的方向。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述透镜元件的外表面被图案化，以改变来自所述发光元件的发射的方向。

7.如权利要求5所述的方法，其中限定所述透镜元件的所述腔的内表面中的一个或多个内表面被图案化，以改变来自所述发光元件的发射的方向。

8.如权利要求5所述的方法，其中所述透镜元件被图案化，以准直来自所述发光元件的所述发射。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述透镜元件包括波长转换材料。

10.如权利要求1所述的方法，其中波长转换材料被设置在所述透镜元件的所述腔内。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂和所述密封材料包括相同的材料。

12.一种发光设备，包括发光元件，所述发光元件通过如权利要求1-11中任一项所述的方法被组装。