[发明专利]用于LED封装件的复杂初级光学件及制作其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造发光器封装件和光学元件，并且更具体地涉及用于LED设备的初级光学件(primary optic)和封装件以及用于制造这种光学件和封装件的方法。

背景技术

发光二极管(LED)是将电能转化为光的固态设备，并且通常包括夹在相反的掺杂层之间的一个或多个半导体材料的有源层。当跨过掺杂层施加偏压时，空穴和电子被注入有源层，空穴和电子在有源层重新结合以产生光。光从有源层以及从LED的所有表面发射。有效的光通常沿着LED的顶部表面的方向以半球形图案发射，这通常导致主要为朗伯型的光发射轮廓。这种受限的发射对于很多应用而言通常是不适用的，诸如要求特定光束成形(例如，准直光束轮廓、散射光束轮廓或特定光束轮廓)的应用。

为了方便在各种应用中使用LED，LED通常布置在封装件中，该封装件封装并保护LED并提供电接触和热接触以及增强来自LED的光的发射。

LED封装件通常结合某些类型的密封剂(诸如围绕LED芯片的透明环氧树脂或硅树脂材料)以增强来自芯片的光萃取(light extraction)并保护芯片和相关接触结构(例如，配线连接)不暴露于物理损害或者导致腐蚀或劣化的环境条件。

LED封装件还可结合“初级”光学元件以增强来自封装件的光萃取并且在某些情况下通过控制灯具的依赖于角度的发射性来提供输出光束成形。初级光学元件通常具有主要为半球形的轮廓并且可通过使密封剂成形(例如通过模制工艺)来形成，或者可包括可安装至封装件的独立制造的光学元件(例如模制玻璃或硅树脂透镜)-通常与密封剂材料接触。

针对较低功率应用(诸如信号或指示灯)的LED通常布置在封装件中，该封装件可包括可封装LED芯片、透镜以及导电迹线或引线的模制的或铸造的可塑性主体。当施加功率并且LED发光时LED通常产生热。迹线或接线用作为LED芯片供应电力的导线管并且还可用作从LED芯片汲取热。在某些封装件中，引线机构的一部分从封装件延伸出来以用于连接至在引线机构封装件外部的电路。

对于针对照明应用的当前现有技术LED封装件而言，通常的配置为“表面安装”封装件，其结合安装到平面基板上的一个或多个LED芯片。这种封装件通常包括合适的密封剂材料(例如硅树脂)以及初级光学元件。在某些情况下，可通过在将密封剂添加至封装件时将密封剂材料形成为特定的形状(例如通过使用诸如注模成形的工艺将硅树脂密封剂模制为半球形)来制造初级光学元件。可替换地，可将单独的玻璃或模制硅树脂透镜应用于该封装件。对于通常要求高温(200-300℃)焊料回流工艺以将LED封装件附接至其最终的固定装置的表面安装封装件而言，可行的透镜和密封剂材料通常包括硅树脂和玻璃。

在应用独立透镜的表面安装封装件中，透镜通常包括具有大致平坦或平面化的表面的实心半球，其安装在LED芯片之上以允许为LED芯片清除(clearance，清洁)配线连接。这要求LED芯片被放置在半球的原点之下并且可能需要支撑元件，该支撑元件将透镜保持在位于芯片之上特定高度并且通过防止相对于LED的横向偏转来“保持”透镜。为了支持元件的保持特性以针对横向力保持透镜，可能需要在底部表面之上增加并且围绕透镜下部的保持特性。在Loh的美国专利申请公开No.2004/0079957中描述的封装件中，半球形透镜位于反射板的凹入的边缘之中。出于各种成本和制造的原因，该保持特性通常对于光而言不是可透过的而是反射的。该布置可能由于损耗机制(诸如全内反射)导致由LED芯片发射的一部分光被损耗。此外，由于LED芯片位于半球形透镜的底部表面之下，因此需要额外的反射表面来将侧向发射的LED光引导至透镜并且离开封装件。该反射过程的效率并非100％，从而导致额外的光损耗。此外，来自这些表面的反射有效地产生了较大的更复杂的光源(例如相比于芯片单独而言)，其可能需要更复杂的可能产生额外的光损耗的次级光学件。