[发明专利]具有圆角正方形透镜的LED封装

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管（LED）封装，具体而言，涉及具有圆角正方形透镜、发射基本朗伯型(Lambertian)发射模式的LED封装。

背景技术

现有技术的图1是从本受让人的美国设计专利No. D 598871拷贝的LED封装10的顶部透视图，通过引用将其并入本文。该封装的商品名称是Rebel^TM。封装10每条边大约为3mm。封装10包含正方形LED管芯，其边与封装10的边对准。LED管芯的中心轴沿着半球形透镜12的中心轴。阳极和阴极电极在封装10的底表面上，用于焊接到印刷电路板上的金属焊盘。LED半导体层上形成的阳极和阴极电极被电连接到封装底部上的阳极和阴极电极。典型地，LED层安装在基台上，基台电极又连接到封装电极。在转让给本受让人并通过引用并入本文的美国专利No. 7452737中详细描述了LED和基台。所发射的光模式基本是朗伯型，其在封装10正上方的平坦表面上形成圆。

图2是封装10的自顶向下的视图，示出了LED管芯14与透镜12和封装10的对准。

图3是封装10沿图2中的对角线3-3的侧视图。在受让人实际封装10的范例中，半球形透镜12的直径大约为2.55mm，LED管芯14每条边大约1mm。LED管芯的对角线长度大约为1.4mm。在图3中，用实线示出实际LED管芯14的边缘。由于透镜12相对于LED管芯14的顶表面是半球，所以从LED管芯14的中心点16在所有角度发射的光线15都以基本直角入射到透镜12的表面，所以从封装10发射的光线15几乎没有内反射和折射。在沿着LED管芯表面的光源离开中心点16移动时，最大折射增加，因为并非全部光线都以直角入射在透镜12表面。针对最大边大约1mm的LED管芯14设计封装10和透镜12的尺寸，以基本防止任何光线被透镜12内反射。

例如，图3以虚线示出了LED管芯14的范围以及在放大的LED管芯角附近发射的光线18。光线18的角度小于临界角，导致光线18发生全内反射（TIR）。这样的光就这样被浪费了。因此，用于封装10的正方形LED管芯的宽度限于约1mm（管芯14的实线轮廓），以便使TIR最小化。

图4是受让人做出的另一现有技术封装20的顶部透视图，与图1的封装10具有相同宽度和透镜12，但长度更长。透镜12的直径受到封装20的宽度限制。

在一些应用中，需要利用同一封装10实现更大的光输出，其中“更高输出”封装的电极覆盖区和外部尺度需要与现有封装10相同。基本为朗伯型的发射模式也需要基本相同。尽管可以使用更大宽度的LED管芯来发射更多光，但如果使用更大的LED管芯，半球形透镜12之内将有TIR，大大降低了封装的效率。不能够增大半球形透镜12的直径而不增大封装10的宽度。

发明内容

本发明人面临的问题是从现有封装（图1或4）中产生更多光输出。不能改变封装尺寸（覆盖区）。发明人利用本发明解决了该问题。

在图1或4的封装中使用圆角正方形透镜取代半球形透镜12，其中圆角正方形透镜的宽度与半球形透镜12的直径相同，以允许圆角正方形透镜配合在封装10之内。

沿其对角线截取的圆角正方形透镜的截面图形成半圆形表面，以模拟沿对角线和接近对角线区域中的半球形透镜。沿透镜的二等分透镜的宽度截取的透镜截面图形成更窄的子弹形表面，与半圆形表面具有同样的高度。透镜的四个角被圆化。透镜的表面在两种表面形状之间平滑过渡。

所得的光模式基本为朗伯型（基本类似于用于正方形LED管芯的半球形透镜的光发射），在封装上方的平坦表面上形成基本圆形图案而非正方形图案。

由于圆角正方形透镜的对角线尺度比封装中半球形透镜的最大直径更大，所以可以将更大的LED管芯与圆角正方形透镜一起使用。于是，利用更大的LED管芯发射了更多光而几乎没有或没有TIR，封装尺寸没有增大，朗伯型光模式没有明显改变。在实际范例中，可以在新封装中使用边长上至1.4mm的LED管芯，与之相比，现有技术封装10中LED管芯的最大宽度约为1.1mm。这使得LED管芯的发光顶表面面积加倍。

在范例中，具有圆角正方形透镜的新封装可以取代照相机闪光灯应用中的旧封装10，使光输出加倍而照相机设计没有改变。

LED管芯顶表面下方的透镜形状不是非常重要，因为几乎没有光在顶表面下方发射。因此，顶表面下方的透镜形状可以具有更锐利的角、凸缘或其他特征，更好地使透镜能够固定到封装主体。

LED管芯可以是倒装芯片，或者具有顶和底电极，或者仅具有顶电极。

附图说明