專利名稱：具有透鏡中的磷光體片和過(guò)模壓磷光體的led的制作方法
具有透鏡中的磷光體片和過(guò)模壓磷光體的LED
本申請(qǐng)是Willem Smits、 Grigorily Basin等人于2005年3月29日提交的 題為"Wide Emitting Lens for LED Useful for Backlighting"、序列號(hào)為 No. 11/093961的美國(guó)申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)(CIP )，該序列號(hào)為 No.ll/093961的美國(guó)申請(qǐng)是Grigoriy Basin等人于2005年2月28日提交的 題為"Overmolded Lens Over LED Die"、序列號(hào)為No.ll/069418的美國(guó) 申請(qǐng)的CIP ，所述序列號(hào)為No. 11/069418的美國(guó)申請(qǐng)是Grigoriy Basin等人 于2004年11月15日提交的題為"Molded Lens Over LED Die"、序列號(hào)為 No.l0/990208的美國(guó)申請(qǐng)的CIP,所有這些文獻(xiàn)都通過(guò)引用合并于此。
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED),特別地，涉及特定的透鏡設(shè)計(jì)和 用于在LED管芯(die)上形成透鏡的技術(shù)。
LED管芯典型地以朗伯模式發(fā)射光。通常，在LED管芯上使用透鏡 以便縮窄光束或者形成側(cè)發(fā)射模式。用于表面安裝LED的常見(jiàn)類型的透 鏡是預(yù)制模壓塑料，其鍵合到其中安裝了LED管芯的封裝。轉(zhuǎn)讓給飛利 浦Lumileds照明公司并且通過(guò)引用合并于此的美國(guó)專利No.6274924中示 出了一種這樣的透鏡。
與各種不同的透鏡設(shè)計(jì)一起，本文描述了形成用于表面安裝LED的 模壓透鏡的技術(shù)。此外，還描迷了用于在該透鏡內(nèi)提供顏色轉(zhuǎn)換磷光體 的各種不同的技術(shù)。
在用于形成透鏡的 一種方法中，將一個(gè)LED管芯或多個(gè)LED管芯安 裝到支撐結(jié)構(gòu)上。該支撐結(jié)構(gòu)可以是陶瓷襯底、硅襯底或者其他類型的 支撐結(jié)構(gòu)，其中LED管芯電連接到該支撐結(jié)構(gòu)上的金屬焊盤。該支撐結(jié) 構(gòu)可以是安裝到電路板上的基板(submount)或者封裝中的熱沉。
模具(mold)在其內(nèi)具有與支撐結(jié)構(gòu)上的LED管芯位置相應(yīng)的壓痕 (indentation )。這些壓痕填充有液態(tài)光學(xué)透明材料，例如硅樹(shù)脂，其在 固化時(shí)形成硬化的透鏡材料。這些壓痕的形狀將是透鏡的形狀。將所述 模具和LED管芯/支撐結(jié)構(gòu)集中在一起，使得每個(gè)LED管芯駐留在關(guān)聯(lián)的壓痕中的液態(tài)透#:材沖+內(nèi)。
接著，加熱模具以便使透鏡材料固化(硬化)。然后，將模具和支
撐結(jié)構(gòu)分離，從而在每個(gè)LED管芯上留下完整的透鏡。這個(gè)一般的工藝 過(guò)程將稱為過(guò)模壓(overmold)。與其中在待封裝對(duì)象周圍裝入空模具之 后在高壓下注入液態(tài)材料的注射成型技術(shù)形成對(duì)照的是，本發(fā)明沒(méi)有使 用這種注射并且LED和任何線焊(wire bond)都沒(méi)有^皮才莫壓工藝施加應(yīng) 力。此外，透鏡材料的浪費(fèi)非常小。再者，在模具壓痕之間不存在導(dǎo)管， 這是注射成型所需要的。
可以利用不同的模具來(lái)重復(fù)過(guò)模壓工藝以便形成重疊的透鏡殼。這 些透鏡可以包含磷光體的任意組合以便將LED光轉(zhuǎn)換成任何顏色，包括 白色。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在加熱和加壓下燒結(jié)磷光體顆粒或者通過(guò)烘 干磷光體顆粒漿來(lái)形成薄的陶瓷磷光體板。每個(gè)板具有尺寸與提供能量 的LED的頂面近似的表面，所述LED例如藍(lán)色LED。 ^粦光體可以是YAG
生白色光。、可以將這些板貼(affix)在安裝到基板晶^上的LED上，接 著在每個(gè)LED結(jié)構(gòu)上模壓清晰透鏡。然后，切分(singulate)基板以便 分離LED結(jié)構(gòu)。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，在LED和YAG磷光體板上模壓的透鏡包括紅色 磷光體以便產(chǎn)生更暖和的白色光。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，首先臨時(shí)地將磷光體板安裝到底板(backplate ) 上，并且在磷光體板上模壓包含紅色磷光體的透鏡。從底板移除具有過(guò) 模壓透鏡的板并且將其貼到提供能量的LED的頂部。然后，在每個(gè)LED 結(jié)構(gòu)上模壓清晰透鏡。
由于磷光體板是平坦的，因而當(dāng)觀察角接近與LED/磷光體的表面垂 直的角度時(shí)，色溫變得更熱(更藍(lán))。為了補(bǔ)償這種顏色-角度非均勻性， 限定包含紅色磷光體的模具的形狀，使得當(dāng)觀察角變化時(shí)色溫更加均 勻。因此，模具的形狀依賴于使用的特定LED和磷光體板。
在一個(gè)實(shí)施例中，用來(lái)通過(guò)過(guò)模壓形成外透鏡的固化硅 脂比通過(guò) 過(guò)模壓形成的任何內(nèi)透鏡都硬得多。當(dāng)形成較軟的內(nèi)透鏡時(shí)或者當(dāng)專用 LED產(chǎn)生熱量時(shí)，該透鏡不在專用LED上產(chǎn)生應(yīng)力，而硬的外透鏡則防 止外部元件的影響并且保持清晰。在另一個(gè)實(shí)施例中，例如為了靜電放電(ESD)保護(hù)，多個(gè)LED或 某個(gè)LED和另一個(gè)芯片由單個(gè)過(guò)模壓透鏡封裝，其中該透鏡的形狀基于 被封裝的特定芯片。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在LED上形成^^壓透鏡，其中該透鏡可以是清 晰的或加載了磷光體。透鏡的頂部具有平坦的部分。然后，將尺寸與LED 近似相同的預(yù)制準(zhǔn)直透鏡(例如菲涅爾(Fresnel)透鏡)貼在該過(guò)模壓 透鏡的平坦部分上。這種小的準(zhǔn)直光源作為蜂窩電話相機(jī)閃光燈是特別 有用的。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，將軟硅樹(shù)脂凝膠用作LED和基板之間的底層填 料以便填充任何空隙(void)。該底層填料可選地可以涂敷LED的側(cè)面。 然后，利用硬透鏡對(duì)得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)模壓。該底層填料有助于在工藝 和操作期間支撐LED管芯，將熱量耦合到基板，并且降低LED管芯與硬 的外透鏡之間的應(yīng)力。
本文描述了透鏡的許多其他實(shí)施例和應(yīng)用。
圖l為安裝到支撐結(jié)構(gòu)(例如基板)上的四個(gè)LED管芯以及用于在 每個(gè)LED管芯周圍形成透鏡的模具的側(cè)視圖。
圖2為插入到填充了液態(tài)透鏡材料的模具中的壓痕中的LED管芯的
側(cè)一見(jiàn)圖。
圖3為在液體被固化從而得到封裝了每個(gè)LED管芯的透鏡之后從模
具中移除的LED管芯的側(cè)視圖。
圖4為基板或電路板上的LED管芯陣列的透視圖，其中在每個(gè)LED
管芯上形成模壓透鏡。
圖5為安裝到基板上的倒裝芯片LED管芯的特寫側(cè)視圖，所述基板
又安裝到電路板上，并且其中在LED管芯上形成模壓透鏡。
圖6為安裝到基板上的非倒裝芯片LED管芯的特寫側(cè)視圖，所述基
板又安裝到電路板上，其中導(dǎo)線將LED管芯上的n和p金屬電連接到電路
板上的引線，并且其中在LED管芯上形成模壓透鏡。
圖7-ll為其上形成了不同透鏡的LED管芯的截面圖。


圖12為使用本發(fā)明技術(shù);f莫壓到LED管芯上的側(cè)發(fā)射透鏡的截面圖。
圖13為使用本發(fā)明技術(shù)模壓到LED管芯上的準(zhǔn)直透鏡的截面圖。
圖14為貼在使用本發(fā)明技術(shù)模壓到LED管芯上的朗伯(lambertian)
10透鏡上的預(yù)制側(cè)發(fā)射透鏡的截面圖。
圖15為使用圖14的LED和側(cè)發(fā)射透鏡的用于液晶顯示器或其他類 型顯示器的背光源的截面圖。
圖16為具有相機(jī)的蜂窩電話的透視圖，所述相機(jī)使用具有才莫壓透鏡 的LED作為閃光燈。
圖17和圖18為兩種類型的模壓透鏡的截面圖。所示的所有透鏡都關(guān) 于中心軸對(duì)稱，但是本發(fā)明同樣可以應(yīng)用到非對(duì)稱透鏡。
圖19-22示出了用于獲得希望的發(fā)射模式的外殼透鏡或內(nèi)透鏡上的 表面特征。
圖23示出了高圓頂透鏡用于準(zhǔn)直發(fā)射模式。
圖2 4和圖2 5示出了硬的外透鏡和軟的內(nèi)透鏡用于限制線焊上的應(yīng)力。
圖26-28示出了各種類型的內(nèi)或中間透鏡上形成的外透鏡用于側(cè)發(fā) 射模式。
圖29示出了另 一種側(cè)發(fā)射模壓透鏡。
圖30示出了模壓殼的使用，每個(gè)模壓殼包含不同的磷光體。 圖31示出了在支撐襯底上形成模具部分以便制成才莫壓透鏡。 圖32示出了在透鏡的一部分上沉積金屬反射器以便實(shí)現(xiàn)希望的發(fā) 射模式。
圖33為在背光源中使用具有側(cè)發(fā)射透鏡的LED的液晶顯示器的側(cè)視圖。
圖3 4為使用具有準(zhǔn)直透鏡的LED作為RGB光源的背投影電視的側(cè)視圖。
圖35示出了現(xiàn)有技術(shù)LED發(fā)射模式(朗伯型)以及它們?cè)谄聊簧系?重疊亮度分布。
圖3 6示出了使用本發(fā)明的透鏡的LED的寬角度發(fā)射模式以及它們 在屏幕上的重疊亮度分布。
圖37更詳細(xì)地示出了圖36中的LED的發(fā)射模式。 圖38示出了依照本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例的寬發(fā)射透鏡和LED的截面圖。 圖39示出了圖38的透鏡的光強(qiáng)-角度關(guān)系的曲線圖。 圖40為依照本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的寬發(fā)射透鏡和LED的截面圖。 圖41A-41E示出了過(guò)模壓磷光體晶片，然后切割模壓磷光體晶片并且將單獨(dú)的過(guò)模壓板附接到LED管芯的步驟。
圖42A-42E示出了過(guò)模壓磷光體板并且將過(guò)模壓板附接到LED管芯 的步驟。
圖43A-43D示出了利用磷光體板過(guò)模壓LED的步驟，其中透鏡材料 包含紅色磷光體以便產(chǎn)生暖白色光。
圖44A-44C示出了具有平坦磷光體層的LED,其中模具被定制形狀 以形成補(bǔ)償顏色-角度關(guān)系中的非均勻性的磷光體加載透鏡。
圖45A和圖45B示出沒(méi)有平坦磷光體層的LED,其中模具被定制形狀 以形成改善顏色-角度關(guān)系的均勻性的磷光體加載透鏡。
圖46A-46D示出了在LED管芯和另一種類型的半導(dǎo)體芯片(例如瞬 態(tài)電壓抑制器)上模壓透鏡。
圖47A-47C示出了在不同顏色的多個(gè)LED上模壓?jiǎn)蝹€(gè)透鏡。
圖48A-48C示出了在LED上模壓透鏡并且然后將準(zhǔn)直透鏡貼在過(guò)模 壓透鏡的平坦部分上。
圖49A和圖49B示出了使用硅樹(shù)脂凝膠底層填料填充LED管芯下面 空隙，其中LED然后由硬的外透鏡封裝。
不同附圖中利用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出的元件可以是相同或等價(jià)的。
作為初步的事情，在生長(zhǎng)襯底上形成常規(guī)的LED。在使用的實(shí)例中， LED為基于GaN的LED,例如AlInGaN LED，其用于產(chǎn)生藍(lán)色或UV光。 典型地，使用常規(guī)的技術(shù)在藍(lán)寶石生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)相對(duì)較厚的n型GaN 層。該相對(duì)較厚的GaN層典型地包括低溫成核層以及一個(gè)或多個(gè)附加層 以便為n型包覆層和有源層提供低缺陷晶格結(jié)構(gòu)。然后，在厚的n型層上 形成一個(gè)或多個(gè)n型包覆層，接著是有源層、 一個(gè)或多個(gè)p型包覆層以及 p型接觸層(用于金屬化)。
各種不同的技術(shù)被用來(lái)獲得對(duì)n型層的電訪問(wèn)。在倒裝芯片實(shí)例中， 蝕刻掉p型層和有源層的若干部分以暴露n層以便金屬化。通過(guò)這種方 式，p觸點(diǎn)和n觸點(diǎn)處于芯片的相同側(cè)并且可以直接電連接到封裝(或基 板)接觸墊。來(lái)自n金屬觸點(diǎn)的電流起初通過(guò)n層橫向傳播。形成對(duì)照的 是，在豎直注射(非倒裝芯片)LED中，在芯片的一側(cè)形成n觸點(diǎn)并且 在芯片的另 一 側(cè)形成p觸點(diǎn)。到p觸點(diǎn)或n觸點(diǎn)之 一 的電接觸典型地利用 導(dǎo)線或金屬橋來(lái)形成，并且另一個(gè)觸點(diǎn)直接鍵合到封裝(或基板)接觸墊。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖l-3的實(shí)例中使用了倒裝芯片LED。
美國(guó)專利No.6649440和No.6274399中描述了形成LED的實(shí)例，這兩
可選地，將導(dǎo)電襯底鍵合到LED層(^典型地鍵合到p層)，并且移 除所述藍(lán)寶石襯底?？梢詫⒁粋€(gè)或多個(gè)LED管芯鍵合到基板上的金屬焊 盤，其中導(dǎo)電襯底直接鍵合到金屬焊盤，其將參照?qǐng)D5和圖6進(jìn)行更詳細(xì) 的描述?？梢詫⒁粋€(gè)或多個(gè)基板的電極鍵合到印刷電路板，該印刷電^各 板包括用于連接到其他LED或連接到電源的金屬引線。該電路板可以串 聯(lián)和/或并聯(lián)地互連各種不同的LED。
形成的特定LED以及它們是否安裝到基板上對(duì)于理解本發(fā)明的目 的并不重要。
構(gòu)可以是基板(例如具有金屬引線的陶瓷或硅)、金屬熱沉、印刷電路 板或者任何其他結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)例中，支撐結(jié)構(gòu)12是具有金屬焊盤/引線 的陶瓷基板。
模具14具有與每個(gè)LED管芯10上的透鏡的希望的形狀相應(yīng)的壓痕 16。模具14優(yōu)選地由金屬制成。具有模具14的大體形狀的非常薄的不粘 薄膜18被放置或形成在模具14上。薄膜18具有防止硅樹(shù)脂粘結(jié)到金屬上 的公知的常規(guī)材料。
如果透鏡材料不粘結(jié)到模具上，那么就不需要薄膜18。這可以通過(guò) 使用不粘模具涂層、使用不粘模具材料或者使用導(dǎo)致不粘界面的模具工 藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的工藝可能涉及選擇特定的工藝溫度以獲得最小的粘 性。通過(guò)不使用薄膜18，可以形成更復(fù)雜的透鏡。
在圖2中，模具壓痕16已經(jīng)填充了可熱固化的液態(tài)透鏡材料20。該 透鏡材料20可以是任何適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)透明材料，例如硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或 者混合的硅樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂?；旌衔锟梢杂脕?lái)實(shí)現(xiàn)匹配的熱膨脹系數(shù) (CTE)。硅樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂具有足夠高的折射率(大于1.4),以便大 大地改善來(lái)自AlInGaN或AlInGaP LED的光提取以及充當(dāng)透鏡。 一種類型 的硅樹(shù)脂具有折射率1.76。
真空密封在支撐結(jié)構(gòu)12和模具14的外圍之間形成，并且將這兩個(gè)工 件彼此擠壓，使得每個(gè)LED管芯IO插入到液態(tài)透鏡材料20中并且透鏡材 料20被壓縮。接著，將模具加熱到大約150攝氏度(或者其他適當(dāng)?shù)臏囟?達(dá)一
定時(shí)間，以便使透鏡材料20硬化。
然后，將支撐結(jié)構(gòu)12與模具14分離。薄膜18使得得到的硬化透鏡容 易與模具14脫離。然后，移除薄膜18。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，可以首先利用諸如粘結(jié)劑中的磷光體粒子或石圭 樹(shù)脂之類的材料覆蓋圖1中的LED管芯IO。利用另 一種材料填充模具壓
痕16。接著，當(dāng)將管芯置于模具中時(shí)，模具材料在覆蓋材料上被定形。
圖3示出了得到的在每個(gè)LED管芯10上具有模壓透鏡22的結(jié)構(gòu)。在 一個(gè)實(shí)施例中，所述模壓透鏡的直徑介于lmm與5mm之間。透鏡22可以 具有任何尺寸或形狀。
圖4為得到的結(jié)構(gòu)的透視圖，其中支撐結(jié)構(gòu)12支撐L E D管芯陣列， 每個(gè)LED管芯具有模壓透鏡22。使用的模具將具有相應(yīng)的壓痕陣列。如 果支撐結(jié)構(gòu)12是陶瓷或硅基板，那么可以通過(guò)鋸切或折斷基板12以形成 單獨(dú)的LED管芯來(lái)分離每個(gè)LED(連同其底下的基板部分)?？商鎿Q地， 可以分離/切割支撐結(jié)構(gòu)12以支撐LED子組，或者可以不分離/切割地佳: 用支撐結(jié)構(gòu)12。
透鏡22不僅改善了來(lái)自LED管芯的光提取并且折射該光以形成希 望的發(fā)射模式，而且該透鏡也封裝了 LED管芯以便保護(hù)該管芯不受污 染、增加了機(jī)械強(qiáng)度并且保護(hù)了任何線焊。
圖5為由任何適當(dāng)材料(例如陶瓷或硅)制成的基板24上的單個(gè)倒 裝芯片LED管芯的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化特寫視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，基板 24充當(dāng)圖l-4中的支撐結(jié)構(gòu)12,并且圖5的管芯/基板通過(guò)鋸切與圖4的結(jié) 構(gòu)分離。圖5的LED管芯10具有底部p接觸層26、 p金屬觸點(diǎn)27、 p型層28、 發(fā)光有源層30、 n型層32以及與n型層32接觸的n金屬觸點(diǎn)31?；?4上 的金屬焊盤直接金屬鍵合到觸點(diǎn)27和31。通過(guò)基板24的通孔終止于基板 24的底面上的金屬焊盤，其鍵合到電路板45上的金屬引線40和44。金屬 引線40和44連接到其他的LED或者連接到電源。電路板45可以是具有覆 蓋在絕緣層上的金屬引線40和44的金屬板(例如鋁)。使用圖l-3的技術(shù) 制成的模壓透鏡22封裝了 LED管芯10 。
圖5中的LED管芯IO也可以是非倒裝芯片管芯，具有將頂部n層32連 接到基板24上的金屬焊盤的導(dǎo)線。透鏡22可以封裝該導(dǎo)線。
在一個(gè)實(shí)施例中，電路板45本身可以是圖l-3的支撐結(jié)構(gòu)12。圖6中
14示出了這個(gè)實(shí)施例。圖6為非倒裝芯片LED管芯10的簡(jiǎn)化特寫視圖，該 LDE管芯具有通過(guò)導(dǎo)線38連接到電路板45上的金屬引線40的頂部n金屬 觸點(diǎn)34。 LED管芯10安裝在基板36上，該基板在圖6的實(shí)例中為金屬厚 片。導(dǎo)線42將p層26/28電連接到電路板45上的金屬引線44。透鏡22被示 為完全封裝了導(dǎo)線和基板36;然而，在其他的實(shí)施例中，不必封裝整個(gè) 基板或整個(gè)導(dǎo)線。
常用的現(xiàn)有技術(shù)的封裝方法是旋涂保護(hù)涂層。然而，該封裝工藝不 適合用于將磷光體涂層添加到LED管芯，因?yàn)長(zhǎng)ED管芯上的密封材料的 厚度不均勻。此外，這樣的封裝方法并不形成透鏡。用于在LED管芯上 提供磷光體的常用技術(shù)是利用硅樹(shù)脂/磷光體組分填充LED管芯周圍的 反射杯。然而，該技術(shù)形成具有變化的厚度的磷光體層并且不制成適當(dāng) 的透鏡。如果希望得到透鏡，那么附加的工藝仍然必須產(chǎn)生塑料模壓透 鏡并且將它貼在LED管芯上。
圖7-11示出了可以利用上述技術(shù)制成的各種不同的透鏡。
圖7示出了已經(jīng)通過(guò)使用任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄍ糠罅肆坠怏w60的LED管 芯IO。 一種這樣的方法是美國(guó)專利No.6576488中描述的電泳，該專利轉(zhuǎn) 讓給了飛利浦Lumileds照明公司并且通過(guò)引用合并于此。適當(dāng)?shù)牧坠怏w 是公知的。透鏡22通過(guò)使用上述技術(shù)而制成。磷光體60通過(guò)LED發(fā)射(例 如藍(lán)色或UV光)而被提供能量，并且發(fā)射不同波長(zhǎng)(例如綠色、黃色 或紅色)的光。磷光體發(fā)射單獨(dú)地或者與LED發(fā)射一起可以產(chǎn)生白色光。
利用磷光體涂敷LED的工藝是耗時(shí)的。為了消除利用磷光體涂敷 LED管芯的工藝，可以將磷光體粉末與液態(tài)硅樹(shù)脂混合以便嵌入到透鏡 62中，如圖8所示。
如圖9所示，為了在LED管芯上提供厚度被仔細(xì)控制的磷光體材料， 通過(guò)使用上述技術(shù)制成內(nèi)透鏡64,并且使用單獨(dú)的模壓步驟(通過(guò)使用 具有更深和更寬壓痕的模具)直接在內(nèi)透鏡64上制成任意厚度的外磷光 體/硅樹(shù)脂殼66。
圖IO示出了可以通過(guò)使用另一模具在磷光體/硅樹(shù)脂殼66上制成以 便進(jìn)一步對(duì)光束定形的外透鏡68。
圖ll示出了分別具有紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射磷光體的殼70、 72和74, 其覆蓋在清晰硅樹(shù)脂殼76、 78和80上。在這種情況下，LED管芯10發(fā)射 UV光，并且紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射的組合產(chǎn)生白色光。所有的殼都利用上述方法來(lái)產(chǎn)生。
可以通過(guò)使用上述模壓技術(shù)來(lái)制成許多其他形狀的透鏡。圖12為
LED 10、基板24和模壓側(cè)發(fā)射透鏡84的截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡 84由諸如硅樹(shù)脂之類的非常柔軟的材料制成，其在從模具中移除時(shí)彎 曲。當(dāng)透鏡不是簡(jiǎn)單的形狀時(shí)，通常將不使用脫模薄膜18 (圖l )。
圖13為L(zhǎng)ED10、基板24和模壓準(zhǔn)直透鏡86的截面圖。透鏡86可以通 過(guò)使用可變形模具或者通過(guò)使用軟透鏡材料來(lái)制造，所述軟透鏡材料在 從模具中拉拔時(shí)壓縮并且在脫離模具之后伸展到其^t壓形狀。
圖14示出了可以如何將預(yù)制透鏡88貼在模壓朗伯透鏡22上。在圖14 的實(shí)例中，以上面所述方式制成透鏡22。透鏡22用來(lái)封裝LED IO并且防 止其受污染。然后，使用UV可固化粘合劑或者機(jī)械夾具將預(yù)制側(cè)發(fā)射 透鏡88固定在透鏡22上。該透鏡形成技術(shù)相對(duì)于常規(guī)的技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)。 在常規(guī)的技術(shù)中，預(yù)制透鏡(例如側(cè)發(fā)射透鏡)通過(guò)粘合劑固定在LED 管芯上，并且通過(guò)注射硅樹(shù)脂來(lái)填充任何空隙。該常規(guī)的工藝難以預(yù)制， 這首先歸因于要為透鏡布置和間隙填充步驟仔細(xì)地定位分開(kāi)的管芯/基 板。使用圖14的本發(fā)明的技術(shù)，可以通過(guò)在每個(gè)LED上制成模壓透鏡來(lái) 同時(shí)封裝大的LED陣列(圖4)。然后，可以在這些LED仍然處于該陣列 (圖4)中的同時(shí)或者在其分開(kāi)之后將預(yù)制透鏡88貼在每個(gè)沖莫壓透鏡22 上。
此外，可以使得模壓透鏡非常小(例如l-2mm直徑)，這與常規(guī)的 透鏡不同。因此，可以制成非常小的完全封裝的LED。可以^f吏得這樣的 LED具有非常低的輪廓，這對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)是有利的。
圖14還示出了其上安裝了基板24的電路板45。該電路板45可以讓 LED陣列/基板24安裝于其上。
圖15為液晶顯示器(LCD)或使用背光源的其他顯示器的背光源的 截面圖。通常的用途是電視、監(jiān)視器、蜂窩電話等等。所述LED可以是 紅色、綠色和藍(lán)色以便產(chǎn)生白色光。這些LED形成二維陣列。在所示的 實(shí)例中，每個(gè)LED結(jié)構(gòu)是圖14中所示的LED結(jié)構(gòu)，^旦是也可以使用^壬^f可 合適的透鏡。優(yōu)選地，利用白色反射式漫射材料涂敷背光源箱的底部和 側(cè)壁90。在每個(gè)LED的正上方是白色漫射點(diǎn)92，其防止每個(gè)LED正上方 的背光發(fā)射光斑。點(diǎn)92由透明或漫射PMMA片94支撐。側(cè)發(fā)射透鏡88發(fā) 射的光在背光源的下部混合，然后在離開(kāi)上面的漫射器9 6之前進(jìn) 一 步在背光源的上部混合。可以將線性LED陣列安裝到窄的電路板45上。
圖16示出了用作相機(jī)中的閃光燈的具有模壓透鏡22的LED 10。圖16 中的相機(jī)是蜂窩電話98的一部分。蜂窩電話98包括彩色屏幕100 (其可 以具有使用這里描述的LED的背光源)和小鍵盤102。
如參照?qǐng)D10所討論的，可以在內(nèi)殼上制成外透鏡以便進(jìn)一步對(duì)光束 定形?？梢允褂貌煌臍げ牧希@取決于不同殼的要求。圖17-30示出了 可以結(jié)合過(guò)模壓工藝使用的各種不同的透鏡和材料的實(shí)例。
圖17和圖18示出了用于內(nèi)殼的兩種類型的模壓透鏡，其通過(guò)使用上 面描述的模壓技術(shù)而制成?？梢詫⒃S多LED 10安裝到相同的支撐結(jié)構(gòu)12 上。如前所述，支撐結(jié)構(gòu)12可以是具有金屬跡線(trace)和接觸墊的陶 資或硅基板。可以將任意數(shù)量的LED安裝到相同的支撐結(jié)構(gòu)12上，并且 典型地將以相同的方式處理相同支撐結(jié)構(gòu)12上的所有LED,但這不是必 需的。例如，如果支撐結(jié)構(gòu)大并且規(guī)定了整個(gè)LED陣列的光模式，那么 每個(gè)LED透鏡可以不同，以便提供規(guī)定的總的光模式。
可以注射底層填料以填充L E D管芯10的底部與支撐結(jié)構(gòu)12之間的 任何間隙，以便首先防止LED下面的任何空氣間隙并且改善熱傳導(dǎo)。
上面已經(jīng)參照?qǐng)D3-6描述了圖17，其中對(duì)于朗伯輻射模式而言，內(nèi)模 壓透鏡22通常是半球形的。圖18中的內(nèi)模壓透鏡106通常為具有圓整邊 緣的矩形。取決于外透鏡提供的輻射模式，內(nèi)模壓透鏡22或106之一可 能更合適。其他形狀的內(nèi)模壓透鏡也可能是合適的。每個(gè)透鏡的頂視圖 一般都是圓形的。
圖19示出了圖18的結(jié)構(gòu)，其中透鏡外表面具有折射光以實(shí)現(xiàn)希望的 輻射模式的圖案?？梢栽趦?nèi)模壓透鏡中(通過(guò)模具本身)直接形成外表 面圖案，或者可以在過(guò)模壓到內(nèi)模壓透鏡上或通過(guò)粘合劑(例如硅樹(shù)脂、 環(huán)氧樹(shù)脂等等)貼到內(nèi)模壓透鏡上的外透鏡中形成外表面圖案。圖案108 是衍射光柵，而圖案110使用雙步長(zhǎng)(binary step)折射光。在這些實(shí)例 中，所述圖案形成具有圖20所示的輻射模式的一般側(cè)發(fā)射透鏡。在圖20 中，峰值強(qiáng)度出現(xiàn)在50-80度內(nèi)，并且遠(yuǎn)大于O度處的強(qiáng)度。
對(duì)于內(nèi)透鏡的要求通常與對(duì)于外透鏡的要求不同。例如，內(nèi)透鏡應(yīng) 當(dāng)很好地粘附到支撐結(jié)構(gòu)上，不隨時(shí)間而呈黃色或變得更不透明，具有 高折射率(大于1.4),不破壞或?qū)⑷魏螌?dǎo)線壓在LED上，耐受高的LED 溫度并且具有一致的熱系數(shù)。內(nèi)透鏡應(yīng)當(dāng)是非剛性的(例如硅樹(shù)脂)以便不在LED或任何導(dǎo)線上提供應(yīng)力。相對(duì)照而言，外透鏡材料通常只需
要能夠以希望的圖案來(lái)圖案化并且粘附到內(nèi)透鏡上。可以對(duì)外透鏡過(guò)才莫 壓或者可以預(yù)制外透鏡并且將其粘貼到內(nèi)透鏡上。用于外透鏡的材料可
以是可UV固化的，而用于內(nèi)透鏡的材料可以是熱固4匕的。熱固化比UV 固化花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。
一般而言，內(nèi)透鏡材料的硬度范圍是Shore 00 5-90，而外殼的硬度 范圍是Shore A30或更大。
圖21示出了在透鏡外表面上形成的用于產(chǎn)生與圖20的模式類似的 一般側(cè)發(fā)射光模式的菲涅爾透鏡圖案112。外表面可以是內(nèi)才莫壓透鏡的 外表面或者外殼的外表面，如參照?qǐng)D19所示。這適用于這里所描述的所 有圖案。
圖22示出了外透鏡表面上產(chǎn)生準(zhǔn)直光模式或另一光模式的金子塔 114或錐形116圖案。
圖23示出了用于產(chǎn)生準(zhǔn)直模式的高圓頂外透鏡118。
圖19和圖21-23的表面圖案可以(例如通過(guò)改變表面角度)被配置成 產(chǎn)生任何光模式。可以形成全息結(jié)構(gòu)、TIR和其他模式。準(zhǔn)直光模式典 型地用于背投影電視，而側(cè)發(fā)射光模式典型地用于背光照明LCD屏幕。
圖24示出了使用諸如硅樹(shù)脂凝膠之類的軟材料作為內(nèi)模壓透鏡124 以便不對(duì)鍵合到LED 10上的導(dǎo)線126產(chǎn)生應(yīng)力。凝膠典型地^皮UV固化。 模壓或預(yù)制外透鏡128并且利用粘合劑進(jìn)行粘貼。外透鏡128典型地將硬 得多以便經(jīng)久耐用、抗粒子等等。外透鏡128可以是硅樹(shù)脂、環(huán)氧硅樹(shù) 脂(epoxy-silicone)、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂彈性體、硬橡膠、其他聚合物 或其他材料。外透鏡可以被UV固化或熱固化。
圖25類似于圖24,但是具有不同形狀的內(nèi)模壓透鏡129 (類似于圖 18)以用于不同的發(fā)射模式或較低的輪廓。透鏡129可以是軟硅樹(shù)脂凝 膠。外透鏡130將進(jìn)一步對(duì)發(fā)射模式定形并且保護(hù)軟內(nèi)透鏡129。
所有附圖中的LED都可以是倒裝芯片或線焊類型。
圖26示出了一種LED結(jié)構(gòu)，其具有擁有內(nèi)透鏡所需特性的軟內(nèi)模壓 透鏡132、充當(dāng)界面層并用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的硬中間殼134以及用于產(chǎn)生側(cè) 發(fā)射光模式的外透鏡136。外透鏡136可以是軟的，以便有助于模壓工藝。 可替換地，可以預(yù)制外透鏡136并且將其粘貼到中間殼134上。中間殼134 的使用使得外透鏡材料的選擇基本上與內(nèi)透鏡材料無(wú)關(guān)。圖27示出了如何可以在內(nèi)透鏡132或中間殼134的任何部分上制成 外透鏡138。
圖28示出了直接在內(nèi)透鏡144材料上制成外透鏡142。
圖29示出了在內(nèi)透鏡132上模壓的另一種形狀的側(cè)發(fā)射透鏡145。可
以在沒(méi)有任何內(nèi)透鏡的情況下直接在LED管芯10上;f莫壓透鏡145 。
圖30示出了一種LED，其中每個(gè)殼146、 147和148包含不同的磷光
體材料，例如紅色發(fā)射磷光體、綠色發(fā)射磷光體和藍(lán)色發(fā)射磷光體。LED
殼中的:,光體提供能量。'可替換地，僅僅使用紅色和:色磷光體殼,°并
且LED管芯10發(fā)射藍(lán)色光。紅色、綠色和藍(lán)色光的組合產(chǎn)生白色光。此 外，可以調(diào)節(jié)這些殼的厚度、磷光體粒子的密度以及磷光體顏色的順序 以獲得希望的光?？梢允褂萌魏涡螤畹耐哥R。
圖31示出了在支撐結(jié)構(gòu)12本身上使用模具模式149。通過(guò)在支撐結(jié) 構(gòu)12上模壓該模式，使用與圖l中所示的方法類似的方法，或者使用金 屬化工藝，或者使用另 一種合適的工藝來(lái)制成高指數(shù)材料(例如聚合物) 或反射材料(例如鋁或銀)。然后，將模具模式149用作用于制成透鏡 150的另一材料的模具。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡150材料是沉積在支撐結(jié) 構(gòu)12上制成的模具中然后固化的液體(例如硅樹(shù)脂)。然后，可以對(duì)表 面平面化。得到的透鏡通過(guò)反射/折射撞擊到壁(比如反射杯)上的光而 準(zhǔn)直該光。
圖32示出了在其側(cè)面噴濺了金屬151以便反射LED IO發(fā)射的光的模 壓透鏡22。反射的光將由LED IO散射并且最終通過(guò)頂部開(kāi)口發(fā)射。金屬 151可以是任何反射材料，比如鋁或銀。該金屬可以改為噴濺到透鏡22 的頂部上以形成側(cè)發(fā)射模式。透鏡22可以被制成任何形狀以便形成希望 的光發(fā)射模式。
圖33為液晶顯示器(LCD) 152的側(cè)視圖，該液晶顯示器具有擁有 可控RGB像素的LCD屏幕154、漫射器156以及背光源158,其用于混合 來(lái)自紅色、綠色和藍(lán)色LED 160的光以便產(chǎn)生白色光。背光源158為漫反 射箱。LED 160具有使用上述任何技術(shù)制成的側(cè)發(fā)射透鏡。
圖34為背投影電視162的側(cè)視圖，其具有用于增亮規(guī)定的觀察角內(nèi) 的圖像的前透鏡164、 一組紅色、綠色和藍(lán)色LED166、用于調(diào)制和聚焦 RGB光以便產(chǎn)生彩色電視圖像的調(diào)制器/光學(xué)器件170以及反射器172。調(diào)制器可以是可控反射鏡陣列、LCD面板或者任何其他合適的器件。LED 166具有使用上述任何技術(shù)制成的準(zhǔn)直透鏡。
如上所述，可以設(shè)計(jì)主透鏡或輔助透鏡以形成側(cè)發(fā)射才莫式。這種側(cè) 發(fā)射模式在預(yù)期混合來(lái)自多個(gè)LED的光時(shí)，例如在來(lái)自多個(gè)LED的光用 于產(chǎn)生用于LED面板的均勻背光或者用于裝飾照明或者用于另一用途
時(shí)是特別有用的。
如圖35所示，沒(méi)有安裝到背板(backplane) 182上的透鏡或者僅有 安裝到背板182上的半球形透鏡的LED 180典型地將以朗伯模式183發(fā)射 光。LED 180陣列照射漫射屏184的背部。屏幕184可以是圖33的LCD背 光源中的漫射器156。圖中還示出了每個(gè)LED的漫射亮度分布185及其全 寬半高(FWHM)。除非這些LED彼此放置得足夠靠近，否則屏幕184 前面的總的光輸出將具有可察覺(jué)的亮斑。因此，這種背光源需要相對(duì)較 高密度的LED,從而導(dǎo)致昂貴的背光源。
申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)明了圖3 6-3 8中所示的寬發(fā)射透鏡，其在背光源中特別 有用。在圖36中，示出具有寬發(fā)射透鏡的LED 188安裝到背板190上。每 個(gè)LED管芯的峰值光發(fā)射(Ipeak)出現(xiàn)在偏離中心軸(法線)的50-80 度內(nèi)，如圖37所示。70-80度之間的范圍是優(yōu)選的。透鏡被設(shè)計(jì)成使得沿 著中心軸的光發(fā)射(10)為峰值發(fā)射的5%-33%。相應(yīng)地，每個(gè)LED的亮 度分布192與圖35中的亮度分布185相比更為展開(kāi)。因此，圖36的背光源 中的LED 188間距可以比圖35中的LED 180間距更大，同時(shí)從漫射屏184 實(shí)現(xiàn)相同的光輸出均勻性。這導(dǎo)致不那么昂貴的背光源。
所述亮度分布應(yīng)當(dāng)沒(méi)有漏斗狀透鏡在中心尖端處通常出現(xiàn)的劇烈 轉(zhuǎn)變。
中心軸強(qiáng)度與5 8-80度峰值強(qiáng)度的最佳比值將取決于應(yīng)用，例如實(shí)現(xiàn) 背光源的規(guī)定的亮度所需的LED間距。峰值強(qiáng)度至少三倍于沿中心軸的 強(qiáng)度并且在圖37的實(shí)施例中，該比值介于4-8之間。
圖38是具有上述特性的寬發(fā)射透鏡的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。如參照 圖l-6所述，將LED管芯194安裝到由陶瓷、硅或其他材料制成的襯底或 基板196上，并且如參照?qǐng)D1-6所述在LED管芯194上沖莫壓第一透鏡198。 可以將多個(gè)管芯安裝到單個(gè)大基板上。透鏡198可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧?(例如硅樹(shù)脂)制成。
接著，分離基板196,并且然后通過(guò)回流焊接技術(shù)或其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將其安裝到背板190 (PCB)上。
將輔助透鏡202預(yù)制成具有希望的寬發(fā)射特性。該輔助透鏡可以是 注射成型或機(jī)械加工塑料或者其他材料。這樣的材料包括COC、 COP、 PMMA、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、玻璃或者任何其他適當(dāng)?shù)牟牧?。然后，?輔助透鏡202安裝成覆蓋在第一透鏡198之上并且接觸背板190以便支 撐?？諝忾g隙204 (或其他低折射率材料間隙)形成將光彎向側(cè)面的內(nèi) 折射界面。輔助透鏡202的外表面與空氣的界面進(jìn)一步彎曲光以便實(shí)現(xiàn) 50-80度內(nèi)的峰值強(qiáng)度。輔助透鏡202可以直接接觸第一透鏡198;然而， 輔助透鏡202的形狀將必須被改變以便實(shí)現(xiàn)相同的寬發(fā)射模式。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輔助透鏡202接觸基板196并由基板196支撐而 不是接觸背板190并由背板190支撐。
可以利用諸如環(huán)氧樹(shù)脂之類的粘合劑將輔助透鏡202固定到背板或 基板或者可以利用扣環(huán)(snap-tab)連接固定輔助透鏡202。
與參考背板固定輔助透鏡202相比，通過(guò)參考基板來(lái)固定輔助透鏡 202實(shí)現(xiàn)了稍微更好的控制，因?yàn)楸嘲迳螸ED和第 一透鏡198的高度可以
隨著安裝參數(shù)而稍微變化。
具有非球形圓頂內(nèi)部空氣隙的非球形輔助透鏡202是易于模壓的簡(jiǎn)
單設(shè)計(jì)。透鏡202在背板190附近被底切以便在底切表面處向上反射光， 使得光不向下朝背板190發(fā)射。這避免了光環(huán)并且增大了背光源的光輸 出。
圖39示出了圖38的LED的光強(qiáng)-角度關(guān)系。峰值強(qiáng)度大約72度，并且 沿中心軸的強(qiáng)度大約為峰值強(qiáng)度的10%。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輔助透鏡202的表面包含如參照?qǐng)D19、圖21和 圖22所描述的微型結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步折射光以實(shí)現(xiàn)希望的發(fā)射模式。
圖40為具有透鏡206的LED 194的截面圖，該透鏡206具有全內(nèi)反射 (TIR)部分208。該TIR部分208為漏斗狀。該TIR部分208使得大多數(shù)向 上發(fā)射的光發(fā)生內(nèi)反射并且通過(guò)側(cè)面部分210發(fā)射。這種設(shè)計(jì)可用來(lái)降 低沿中心軸的強(qiáng)度，同時(shí)仍然提供50-80度內(nèi)的峰值強(qiáng)度以及沿中心軸的 在峰值強(qiáng)度的5-33%之間的強(qiáng)度。在圖33的背光源中，可以采用這些透 鏡實(shí)施例中的任何一個(gè)。
圖3 8和圖4 0以及在其他附圖中的輔助透鏡也可以用在沒(méi)有模壓的 第一透鏡的LED管芯上。然而，優(yōu)選的是與模壓的第一透鏡一起使用以便保護(hù)LED。輔助透鏡的直徑典型地將在4-10mm的范圍之內(nèi)。
圖41A-41E示出了過(guò)模壓陶資磷光體板并且將過(guò)模壓板附接到LED 管芯的步驟?？梢詫⒘坠怏w板制成具有精確的特性，因?yàn)榭梢宰屑?xì)地控 制其厚度(例如50-300微米)以及磷光體密度。當(dāng)藍(lán)色光(例如 440nm-460nm)向磷光體提供能量時(shí)，磷光體發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。當(dāng)磷 光體板貼在藍(lán)色LED上時(shí)， 一定百分比的藍(lán)色光穿過(guò)該板，并且該藍(lán)色 光與磷光體產(chǎn)生的光混合。
一種制成陶資磷光體片的方式是使用加熱和加壓燒結(jié)磷光體粉末 的顆粒。穿過(guò)所述板的藍(lán)色LED光的百分比取決于磷光體的密度和板的 厚度，其可以精確地加以控制。另一種制成磷光體薄片的方式是在薄片 內(nèi)制成磷光體漿并且然后烘干所述漿。Gerd Mueller等人的題為 "Luminescent Ceramic for a Light Emitting Diode" 的美國(guó)專利申i青 20050269582中描述了制成這樣的陶資磷光體板，該文獻(xiàn)通過(guò)引用合并 于此。
與藍(lán)色LED—起使用的流行的磷光體是YAG:Ce磷光體(摻雜了大約 2%的鈰的釔鋁石榴石)，其可在商業(yè)上獲得。
圖41A示出了使用任何適當(dāng)?shù)恼澈蟿┡R時(shí)安裝到底板212上的陶瓷 磷光體板晶片211 ，所述粘合劑可以借助于力或借助于溶劑而容易地脫 離。底板212可以具有防止在后來(lái)的步驟中粘結(jié)固化的硅樹(shù)脂的特氟綸 (Teflon)涂層。所述晶片典型地為矩形，但是可以為任意形狀。該晶 片將在后來(lái)被鋸切以便形成用于數(shù)百LED的磷光體板。在這個(gè)實(shí)例中， 晶片211為50-300微米厚的YAG磷光體，其在利用來(lái)自藍(lán)色LED的藍(lán)色光 而被提供能量時(shí)發(fā)射綠黃色光。得到的白色光通常被認(rèn)為是刺眼的，因 為它具有高的色溫(例如4000-6000K)。如下面所描述的，紅色磷光體 將用來(lái)降低色溫，這在常規(guī)上被稱為形成更暖和的白色光。
在圖41B中，向模具214中的壓痕213填充包含紅色磷光體粒子216 的液態(tài)硅樹(shù)脂215。常規(guī)的不粘脫模薄膜(未示出)保形地涂敷模具并 且之后允許不用太大拉力地移除模壓的硅樹(shù)脂。任何類型的自動(dòng)液體分 配器都可以用來(lái)分配硅樹(shù)脂/磷光體混合物。紅色磷光體的實(shí)例包括公知 的BaSSN、 CaS和e-CaS。紅色磷光體粒子的最佳密度以及壓痕213的形 狀由紅色磷光體提供的希望的色溫降低決定。如果希望達(dá)到特定的色溫 的話，也可以在硅樹(shù)脂215中使用其他的磷光體粒子，例如YAG、綠色、橙色、藍(lán)色等等。在一個(gè)實(shí)施例中，所使用的硅樹(shù)脂215使得它在固化 之后相對(duì)較軟，從而在操作LED結(jié)構(gòu)期間在LED以及得到的磷光體板上 存在很少的應(yīng)力。在另一個(gè)實(shí)施例中，硅樹(shù)脂215與后來(lái)用于制成外透 鏡的硅樹(shù)脂相同或等效。
接著，將底板212和模具214放置在一起，以便將磷光體晶片211浸 沒(méi)到硅樹(shù)脂215中。將底板212和模具214夾在一起，在結(jié)構(gòu)的周圍形成 真空并且硅樹(shù)脂215被壓縮。在這個(gè)過(guò)模壓步驟期間，排空了液態(tài)硅樹(shù) 脂中的任何氣泡。然后，通過(guò)加熱或UV固化硅樹(shù)脂215。之后，借助于 脫模薄膜將底板212和模具214分離。
然后，鋸切得到的模壓磷光體晶片以便形成單獨(dú)的模壓磷光體板， 其中每個(gè)板近似于LED的尺寸。所述磷光體加載硅樹(shù)脂在磷光體板上形 成透鏡。在一個(gè)實(shí)施例中，在鋸切工藝期間將模壓磷光體晶片保留在底 板212上，并且鋸片僅切穿晶片。這使得所述板更易于由自動(dòng)拾放機(jī)拾 放。在另一個(gè)實(shí)施例中，從底板212移除模壓晶片，然后進(jìn)行鋸切。
在圖41C中，自動(dòng)拾放臂從底板212移除每個(gè)模壓磷光體板218 (具 有磷光體加載硅樹(shù)脂221的YAG板220 )并且將才莫壓》岸光體板218粘結(jié)到 安裝在基板226 (這個(gè)階段的晶片)上的藍(lán)色LED 224的頂面。基板226 可以包含與圖4中所示陣列類似的二維陣列中的數(shù)百藍(lán)色LED 224。基板 226典型地為陶資并且包含用于每個(gè)LED的金屬跡線和電極以便連接到 電源。磷光體板218與LED 224的粘結(jié)可以通過(guò)低熔點(diǎn)玻璃、硅樹(shù)脂、環(huán) 氧樹(shù)脂、其他透明粘合劑或者加熱和加壓實(shí)現(xiàn)。
在將在后面詳細(xì)說(shuō)明的一個(gè)實(shí)施例中，模具壓痕213的形狀通過(guò)計(jì) 算機(jī)建模來(lái)確定，以便補(bǔ)償LED/板組合發(fā)射的光的色溫-角度關(guān)系的非 均勻性。
在圖41D中，在LED 224和模壓磷光體板218上模壓清晰硅樹(shù)脂透鏡 234以便封裝整個(gè)結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)Dl-4以及其他附圖描述的工藝可以用來(lái)制 成外透鏡234。模壓外透鏡234改善了LED的光提取，實(shí)現(xiàn)了希望的光發(fā) 射模式，并且防止了磷光體板218的分層。
在另一個(gè)實(shí)施例中，外透鏡234比磷光體加載硅樹(shù)脂221更硬。這導(dǎo) 致用于保護(hù)的機(jī)械強(qiáng)度大的外透鏡以及抗灰塵粒子的平滑的外表面，同 時(shí)降低LED和互連線路上的應(yīng)力。
然后，切割基板226以切分LED結(jié)構(gòu)。上例中的LED發(fā)射例如3000-4000K內(nèi)的暖白色光。任何其他的磷光體都可以用于所述磷光體板和硅樹(shù)脂中的磷光體。
可以通過(guò)在測(cè)試之后依照^t壓磷光體板218的顏色特性劃分(bin)這些模壓磷光體板來(lái)進(jìn)一步控制色溫。接著，測(cè)試基板226上的LED224并且依照其顏色特性分類這些LED。然后，為特定的LED選擇劃分的模壓磷光體板218以便實(shí)現(xiàn)目標(biāo)色溫。
圖41E示出了貼到LED 224上的過(guò)才莫壓磷光體板218的另一個(gè)實(shí)施例。在圖41E中，通過(guò)使用硅樹(shù)脂或加熱硅樹(shù)脂側(cè)向下地將模壓磷光體板218貼到LED 224上。
除了磷光體在模壓之前被切割之外，圖42A-42E類似于圖41A-41E。首先，鋸切或折斷磷光體片以便形成與提供能量的LED尺寸近似相同的磷光體板。
圖42A示出了使用任何適當(dāng)?shù)恼澈蟿┡R時(shí)安裝到底板222上的陶瓷磷光體板228的二維陣列，所述粘合劑可以借助于力或借助于溶劑而容易地脫離。底板222和磷光體板特性可以與圖41A-41E中的相同。
在圖42B中，向沖莫具230中的壓痕229填充包含紅色磷光體粒子232的液態(tài)硅樹(shù)脂231。常規(guī)的不粘脫模薄膜(未示出)保形地涂敷模具并且之后允許不用太大拉力地移除模壓的硅樹(shù)脂。磷光體、硅樹(shù)脂和模具的特性與上面描述的那些類似。
接著，將底板222和模具230放置在一起，以便將所述板228浸沒(méi)到硅樹(shù)脂231中。將底板222和模具230夾在一起，在結(jié)構(gòu)的周圍形成真空并且硅樹(shù)脂231被壓縮。然后，通過(guò)加熱或UV固化硅樹(shù)脂231。之后，借助于脫模薄膜將底板222和模具230分離。
在圖42C中，自動(dòng)拾放臂從底板222移除每個(gè)模壓板234并且將模壓板234粘結(jié)到安裝在基板晶片238上的藍(lán)色LED 236的頂面?；?38可以包含與圖4中所示陣列類似的二維陣列中的數(shù)百藍(lán)色LED 236?；?38典型地為陶資并且包含用于每個(gè)LED的金屬跡線和電極以便連接到電源。磷光體板228與LED236的粘結(jié)可以通過(guò)低熔點(diǎn)玻璃、硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、其他透明粘合劑或者加熱和加壓實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)將在后面詳細(xì)說(shuō)明的實(shí)施例中，^t具壓痕229的形狀通過(guò)計(jì)算機(jī)建模來(lái)確定，以便補(bǔ)償LED/板組合發(fā)射的光的色溫-角度關(guān)系的非均勻性。在圖42D中，在LED 236和^t壓板234上沖莫壓清晰硅樹(shù)脂透鏡244以便封裝整個(gè)結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1 -4以及其他附圖描述的工藝可以用來(lái)制成外透鏡244。
然后，切割基板238以切分LED結(jié)構(gòu)。上例中的LED發(fā)射例如3000-4000K內(nèi)的暖白色光。任何其他的磷光體都可以用于所述石舞光體板和硅樹(shù)脂中的磷光體。劃分和匹配的優(yōu)點(diǎn)參照?qǐng)D41A-41 E進(jìn)行了描述。
圖42E示出了貼到LED管芯上的過(guò)模壓磷光體板234的另 一 個(gè)實(shí)施例。在圖42E中，通過(guò)使用硅樹(shù)脂或加熱透鏡側(cè)向下地將沖莫壓板234貼到LED 236上。為了簡(jiǎn)化拾放過(guò)程，底板222 (圖42B)可以從模壓板脫離，同時(shí)模壓板仍然處于模具230中。然后，拾放臂附接到暴露的板，從模具230中移除模壓板并且將其放置在LED 236上。
在圖41A-E和圖42A-E中，第 一模壓步驟僅僅覆蓋磷光體板。圖43A-43D示出了其中第 一模壓步驟也封裝LED的工藝。
在圖43A中，將磷光體板228 (例如YAG)貼到基板238上的LED管芯236上。
在圖43B中，向沖莫具250中的壓痕248填充包含紅色磷光體粒子254的液態(tài)硅樹(shù)脂252。如上所述，也可以使用其他的磷光體。將基板238和模具250放置在一起，并且加熱硅樹(shù)脂252以便固化它。出于上面陳述的原因，得到的硅樹(shù)脂可以相對(duì)較軟，或者可以與用來(lái)制成外透鏡的硅樹(shù)脂相同或相似。
在圖43C中，將基板238和模具250分離，使得紅色磷光體透鏡258封裝每個(gè)LED和磷光體板，從而產(chǎn)生暖白色光。
在圖43D中，使用本文描述的模壓工藝在每個(gè)LED上模壓硬的硅樹(shù)脂透鏡260以便封裝和保護(hù)整個(gè)LED結(jié)構(gòu)。像在所有實(shí)施例中一樣，外透鏡260可以由模具定形以便產(chǎn)生實(shí)際上任意的光發(fā)射模式，例如朗伯模式、側(cè)發(fā)射模式、準(zhǔn)直模式等等。
圖44A-44C示出了模壓工藝用來(lái)產(chǎn)生更均勻的色溫-觀察角關(guān)系。
在圖44A中，YAG磷光體262粉末保形地涂敷LED236,得到平坦的磷光體表面。 一種利用磷光體保形地涂敷LED的方式是電泳沉積。DaveCollins等人的題為"Using Electrophoresis to Produce a ConformallyCoated Phosphor-Converted Light Emitting Semiconductor"的美國(guó)專利no.6576488中描述了電泳沉積，該文獻(xiàn)通過(guò)引用合并于此。當(dāng)石壽光體為例如圖43A中所示的板時(shí)，圖44B和圖44C的工藝同樣適用。圖44B和圖44C的工藝同樣適用其中希望色溫-角度關(guān)系更均勻的任何LED結(jié)構(gòu)。
圖44A中示出的色溫曲線圖表明，0%觀察角下磷光體涂敷LED的色溫比其他觀察角下的色溫冷(更高的CCT或更藍(lán))。這是因?yàn)楫?dāng)沿表面的法向行進(jìn)時(shí)，藍(lán)色光行進(jìn)最少的距離通過(guò)磷光體。結(jié)果，當(dāng)從不同的角度觀看LED時(shí)，白色光改變顏色。盡管所示的色溫范圍從3000K到3500K,這些溫度可以更高(例如高達(dá)6000K)或者更低，這取決于涂層的特定磷光體和厚度。
精確地制成在厚度方面發(fā)生變化，使得藍(lán)色光在所有角度下行進(jìn)相同的距離通過(guò)磷光體的磷光體涂層是非常困難的。
為了補(bǔ)償這種顏色-角度關(guān)系的非均勻性，使用了包含基本上均勻分布的補(bǔ)償磷光體的模壓透鏡。在一個(gè)實(shí)例中，將紅色磷光體分散在與圖43B中的模具250類似的模具中的液態(tài)硅樹(shù)脂中。模具的尺寸基于要校正的LED的實(shí)際色溫-角度特性通過(guò)計(jì)算機(jī)建模來(lái)確定。通常，模具將是凸的，其中精確的寬度、深度、曲率和磷光體密度通過(guò)計(jì)算機(jī)建模確定。具有磷光體涂層的LED置于液態(tài)硅樹(shù)脂中，并且固化該硅樹(shù)脂。然后，將具有模壓透鏡的LED從模具中移除。
圖44B示出了包含紅色磷光體的補(bǔ)償^t壓透鏡264的一個(gè)實(shí)例。可以使用其他的補(bǔ)償磷光體，這取決于希望的色溫。由色溫-角度關(guān)系的曲線圖可知，通過(guò)來(lái)自紅色磷光體的添加的紅色分量降低了平均溫度，并且溫差(temperature delta )從(圖44A的)500K降低到250K，從而得到更均勻的色溫-角度關(guān)系。透鏡264優(yōu)選地相對(duì)較軟以便降低LED上的應(yīng)力。
在圖44C中，使用前述技術(shù)在顏色補(bǔ)償透鏡264上模壓硬的硅樹(shù)脂透鏡268。
圖45A示出了沒(méi)有平坦的磷光體層的LED 236,其中模具被定制形狀以形成改善色溫-角度關(guān)系的均勻性的磷光體加載透鏡272。計(jì)算機(jī)建模用來(lái)基于LED的顏色-角度關(guān)系確定模具的最佳形狀和磷光體密度。通常，透鏡272的形狀使得藍(lán)色光在大范圍的角度上穿過(guò)透鏡的近似相同的厚度。透鏡的相對(duì)尺寸將比圖45A中所示大得多。透鏡272中的磷光體可以是YAG和紅色或者任何其他磷光體的組合。透鏡中的磷光體分布基本上是均勻的。多個(gè)重疊的模壓透鏡也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)希望的顏色特性。
然后，在更軟的補(bǔ)償透鏡272上模壓硬的外透鏡276。該透鏡276可以是清晰的或者包含磷光體。
在圖45B中，內(nèi)模壓透鏡272包含YAG磷光體，中間模壓透鏡277包含紅色磷光體并且硬的外透鏡276不包含磷光體。透鏡272和277二者都可以被定形以便提供基本上均勻的色溫-角度關(guān)系。也可以使用其他類型的磷光體和附加的磷光體加載透鏡。在一些情況下，通過(guò)不將所有磷光體混合到單個(gè)透鏡中來(lái)提供對(duì)于顏色和色溫-角度關(guān)系的更好的控制。清晰的外透鏡通常增大了光提取。
圖46A-46D示出了在LED管芯和另一種類型的半導(dǎo)體芯片(例如瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)或光電檢測(cè)器)上模壓透鏡。
圖46A為基板280的 一部分的頂視圖，其示出連接到LED 282的電源引線之間的TVS芯片284和LED 282?；?80上的金屬跡線未示出。在例如由于靜電放電(ESD)而引起電壓浪涌時(shí)，TVS芯片284中的電路將瞬態(tài)電壓短接到地以便旁路LED 282。否則，可能損壞LED 282。 TVS電路是公知的。據(jù)申請(qǐng)人所知，現(xiàn)有技術(shù)TVS電路沒(méi)有利用用于LED的透鏡的一部分來(lái)封裝。圖46A中所示的基板280是其上安裝了許多對(duì)LED和TVS管芯的晶片的一部分。該基板晶片將在以后被鋸切以便切分所述LED/TVS配對(duì)。
圖46B為基板280的側(cè)視圖。與圖43B和其他附圖中所示類似的模具具有填充了包含磷光體顆粒的液態(tài)硅樹(shù)脂的壓痕。將所述基板晶片和模具放置在一起，使得每個(gè)LED/TVS配對(duì)處于單個(gè)壓痕中的硅樹(shù)脂內(nèi)，并且接著對(duì)硅樹(shù)脂固化。之后，將基板晶片從模具中分離，并且得到圖46C的結(jié)構(gòu)。模壓磷光體透鏡286封裝了這兩個(gè)芯片。使用的磷光體的類型、磷光體的密度以及透鏡286的形狀由希望的色溫特性決定。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡286中的磷光體是YAG和紅色磷光體的混合物以便在由藍(lán)色LED 282提供能量時(shí)產(chǎn)生暖白色光。
如圖46D所示，與先前所示的工藝類似地進(jìn)行第二過(guò)模壓工藝以便在模壓磷光體透鏡286上制成清晰的硅樹(shù)脂透鏡288。像另一實(shí)施例一樣，內(nèi)透鏡286優(yōu)選地比外透鏡288軟。外透鏡288被定形以便提供光的希望的折射，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際上任意的發(fā)射模式并且同樣完整地封裝所述芯片。外透鏡288在TVS芯片284上的部分對(duì)LED的光發(fā)射模 具有很小的影響。在一個(gè)實(shí)際的實(shí)施例中，這兩個(gè)芯片的厚度典型地相對(duì)于外透鏡的高度比圖46D中所示小得多。例如，LED 282的厚度可以是120微米(其生長(zhǎng)襯底被移除)，模壓磷光體透鏡286在LED上可以具有100微米 的厚度并且外透鏡288在模壓磷光體透鏡286上可以具有1000微米的厚度。
模壓磷光體透鏡286的足跡(footprint)不必像半球形外透鏡的足跡 那樣被圓整。磷光體透鏡286的足跡可以是直線式的以便剛好覆蓋該 LED和TVS配對(duì)。
像在所有實(shí)施例中 一樣，外透鏡可以包含一種或多種磷光體類型以 便實(shí)現(xiàn)任何色溫，例如暖白色。
盡管可以簡(jiǎn)單地在內(nèi)硅樹(shù)脂透鏡上模壓外硅樹(shù)脂透鏡，但是已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，內(nèi)透鏡的中間等離子體處理增加了這兩個(gè)透鏡之間的粘性。等離子 體處理稍微蝕刻和粗糙化了透鏡。使內(nèi)透鏡經(jīng)受200瓦的等離子體功率 幾分鐘(例如2-15分鐘)足以確保這兩個(gè)硅樹(shù)脂透鏡之間的粘性大于外 透鏡到模具的脫模薄膜的粘性。等離子體功率可以近似為200-600瓦。等 離子體氣體可以是任何適當(dāng)?shù)亩栊詺怏w(例如氬)，并且可以在能夠產(chǎn) 生等離子體的任何合適的腔室中進(jìn)行該處理。圖43C示出了可選的等離 子體289步驟。該等離子體步驟可以在其中制成兩個(gè)或更多過(guò)模壓透鏡 的任何實(shí)施例中執(zhí)行。已經(jīng)證明，提供清晰的硅樹(shù)脂透鏡作為外透鏡增 大了光輸出功率24%,這歸因于其折射率低于磷光體加載硅樹(shù)脂的折射 率。
在圖46A-46D中，LED可以是任意顏色，例如藍(lán)色、青色、綠色等 等，并且可以利用非LED芯片來(lái)過(guò)模壓多個(gè)LED。
圖47A-47C示出了在不同顏色的多個(gè)LED上;f莫壓?jiǎn)蝹€(gè)透鏡。圖47A 為包含紅色LED 292、綠色LED 293和藍(lán)色LED 294的基板290的一部分 的頂視圖。金屬跡線未示出。該基板晶片包含許多這樣的組，每個(gè)組根 據(jù)RGB LED的相對(duì)亮度水平產(chǎn)生具有任何希望的色溫的白色光。
布置、顏色以及每種顏色之比不受限制。例如，LED組也可以包括 白色LED,或者該組可以單獨(dú)地或者與一個(gè)或多個(gè)綠色和藍(lán)色LED—起 包括2-3個(gè)紅色LED,或者該組可以是2個(gè)白色LED加琥珀色LED。
在圖47B中，模具296具有填充了液態(tài)硅樹(shù)脂298以便在基板晶片上 的每組RGB LED上制成單個(gè)透鏡的壓痕297。基板290相對(duì)于模具296被 夾住，并且硅樹(shù)脂被固化。
在圖47C中，于是將基板晶片和模具296分離，從而在LED組上制成才莫壓透鏡300。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡300包含一個(gè)或多個(gè)磷光體。然后， 切分基板晶片，或者整個(gè)基板晶片可以形成LED顯示單元。任意數(shù)量和 顏色的LED可以由單個(gè)過(guò)^t壓透鏡封裝。
圖48A-48C示出了在LED上過(guò)模壓透鏡并且然后將準(zhǔn)直透鏡貼在過(guò) 模壓透鏡的平坦部分上。
在圖48A中，基板晶片310已經(jīng)在其上安裝了LED 312陣列。每個(gè)LED 管芯的底部電極通過(guò)使用金屬球314超聲鍵合到基板上的金屬接觸墊。 也可以使用其他鍵合技術(shù)。接著，將基板晶片310夾在模具上，其中每 個(gè)LED處于先前填充了液態(tài)硅樹(shù)脂的模具壓痕中。這些壓痕呈圖48A中 所示的模壓硅樹(shù)脂透鏡316的形狀。其后，固化硅樹(shù)脂。然后，將基板 晶片31 O從模具中分離。每個(gè)模壓透鏡316封裝了 LED并且具有平坦的頂 部。
隨后，通過(guò)硅樹(shù)脂膠319、環(huán)氧樹(shù)脂或者通過(guò)其他手段將預(yù)制菲涅 爾透鏡318貼在^^莫壓透鏡316的平坦部分上。菲涅爾透鏡318具有對(duì)光準(zhǔn) 直的非常精細(xì)的特征。為什么不能通過(guò)模具中的圖案在模壓透鏡316中 直接形成菲涅爾透鏡的原因在于，脫模薄膜(其在模具上形成50微米的 層)不能在模具中依這樣的精細(xì)圖案形成輪廓。如果模具由不粘物質(zhì)制 成并且不需要脫模層，那么可以在所述透鏡中直接模壓菲涅爾透鏡。單 獨(dú)的菲涅爾透鏡318可以通過(guò)沖壓軟化的塑料材料或者使用其他手段而 制成。在一個(gè)實(shí)施例中，菲涅爾透鏡318具有圓形的足跡。
;f莫壓透鏡316的壁部分320包圍每個(gè)菲涅爾透鏡318并且與菲涅爾透 鏡318具有近似相同的高度。這個(gè)壁部分320具有成角度的側(cè)面，其向上 反射從菲涅爾透鏡318側(cè)面發(fā)射的任何光。此外，壁部分320保護(hù)菲涅爾 透鏡318不受撞擊。向模壓透鏡提供壁部分是可選的，并且模壓透鏡可 以是在頂部支撐另 一透鏡的任意形狀。
然后，沿著鋸線322鋸切基板晶片310以便切分準(zhǔn)直的光源。在一個(gè) 實(shí)施例中，圖48A-C的光源用作用于圖16的蜂窩電話相機(jī)的微型閃光燈。 可以使用其他類型的準(zhǔn)直透鏡。
模壓透鏡也可以包含磷光體，如圖48B所示。在圖48B中，LED發(fā)射 藍(lán)色光并且當(dāng)模壓透鏡330時(shí)，不同類型的磷光體326、 328分散到液態(tài) 硅樹(shù)脂中。在一個(gè)實(shí)施例中，這些磷光體提供至少紅色和綠色成分給藍(lán) 色光以便產(chǎn)生白色光。在一個(gè)實(shí)施例中，這些磷光體包括用于暖白色光 的紅色磷光體和YAG磷光體。圖48C示出了其中利用磷光體334 (例如YAG)保形地涂敷藍(lán)色LED 312的實(shí)施例。所述涂敷可以通過(guò)使用電泳來(lái)完成。模壓硅樹(shù)脂透鏡336 包含紅色磷光體338以便產(chǎn)生暖白色光。
圖49A和圖49B示出了使用硅樹(shù)脂凝膠底層填料填充AlInGaN LED 管芯下面的空隙，其中LED然后由硬的外透鏡封裝。在圖49A中，將其 生長(zhǎng)襯底(例如藍(lán)寶石)面向上方的LED 340安裝到基板342上，使得LED 340上的金屬觸點(diǎn)344鍵合到基板342上的金屬跡線346。這些金屬跡線終 止于基板342底部上的線焊盤或表面安裝墊。然后，將諸如硅樹(shù)脂凝膠 之類的底層填料材料348注射到LED 340之下以便填充LED 340與基板 342之間產(chǎn)生的空隙。然后，固化所述凝膠。該固化的凝膠保持相對(duì)較 軟。
然后，將受激準(zhǔn)分子激光束施加到透明生長(zhǎng)襯底上，其加熱GaN LED表面并且在該表面處分離GaN以便產(chǎn)生鎵和氮?dú)狻５蛎浺允沟盟{(lán) 寶石襯底升離GaNLED，并且移除該藍(lán)寶石襯底。在該工藝期間產(chǎn)生了 巨大的向下壓力，并且底層填料348在機(jī)械上支撐薄的LED層以防LED 破損。底層填料348也有助于在操作LED期間將熱從LED傳導(dǎo)到基板。
然后，使用本文所描述的技術(shù)在LED上模壓清晰或加載了磷光體的 硬的硅樹(shù)脂透鏡350。底層填料348防止模具中的液態(tài)外透鏡材料進(jìn)入空 隙。這降低了操作期間LED上的熱應(yīng)力，其否則可能導(dǎo)致LED升離基板。 可以優(yōu)化底層填料以便在不關(guān)心其光學(xué)特性的情況下實(shí)現(xiàn)其功能。
以沿著LED 340和襯底354的側(cè)面沉積底層填料356以便確保所有的空隙 被填充并且當(dāng)在操作期間LED被加熱和冷卻時(shí)降低LED/襯底與硬的外 模壓透鏡358之間的壓力。此外，如果底層填料不透明，那么沿著側(cè)面 的底層填料阻止側(cè)發(fā)射，這在磷光體層位于襯底頂部上的情況下是有利 的。像在所有實(shí)施例中一樣，外透鏡可以是加載了磷光體的。
在本文所描述的所有實(shí)施例中，可以采用底層填料硅樹(shù)脂凝膠。此 外，可以代替本文所描述的藍(lán)色LED而使用發(fā)射UV光的LED，并且可以 將藍(lán)色磷光體分散到模壓透鏡中。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員顯然的是，可以在本發(fā)明的更廣的方面不脫離本發(fā)明的情況下做出 若干改變和修改，并且因此所附權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)在其范圍內(nèi)包含落入本發(fā) 明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制成發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)的工藝，包括在基板上提供發(fā)射藍(lán)色光或UV光的LED；提供基本上平坦的磷光體層；提供具有與中間透鏡相應(yīng)的壓痕的模具；利用包含磷光體的液態(tài)透鏡材料填充壓痕；在填充步驟之后，將至少磷光體層浸沒(méi)到模具中的液態(tài)透鏡材料中；固化液態(tài)透鏡材料，以便在磷光體層上制成磷光體加載透鏡；以及在LED上提供磷光體層。
2. 權(quán)利要求1的工藝，其中所述磷光體層是在將至少所述磷光體層浸沒(méi)到所述液態(tài)透鏡材料中的步驟之前貼到所述LED上的磷光體板，其中將至少所述磷光體層浸沒(méi)到所述液態(tài)透鏡材料中的步驟包括將該LED以及貼到該LED上的磷光體板浸沒(méi)到所述液態(tài)透鏡材料中以便封裝該LED和^粦光體板。
3. 權(quán)利要求1的工藝，其中所述磷光體層是在將至少所述磷光體層浸沒(méi)到所述液態(tài)透鏡材料中的步驟之后貼到所述LED上的磷光體板，其中在制成包含所述磷光體層的磷光體加載透鏡之后將該磷光體加載透鏡貼到所述LED上。
4. 權(quán)利要求3的工藝，其中將包含所述磷光體板的磷光體加載透鏡貼到所述LED上，所述磷光體板鄰近該LED。
5. 權(quán)利要求3的工藝，其中將包含所述磷光體板的磷光體加載透鏡貼到所述LED上，所述透鏡鄰近該LED。
6. 權(quán)利要求1的工藝，還包括通過(guò)將所述磷光體加載透鏡和LED浸沒(méi)到模具壓痕中的液態(tài)透鏡材料中并且然后固化該液態(tài)透鏡材料來(lái)在所述磷光體加載透鏡和LED上一莫壓清晰透鏡。
7. 權(quán)利要求l的工藝，其中所述磷光體層包含YAG磷光體并且所述磷光體加載透鏡中的磷光體包括紅色磷光體。
8. 權(quán)利要求l的工藝，其中所述磷光體層為磷光體板，其在浸沒(méi)到所述液態(tài)透鏡材料中時(shí)貼到底板上。
9. 權(quán)利要求1的工藝，還包括確定所述磷光體層貼于其上的LED的色溫-觀察角關(guān)系，并且然后對(duì)所述模具壓痕定形以增大該色溫-觀察角關(guān)系的均勻性。
10. 權(quán)利要求1的工藝，其中所迷磷光體層是在將至少該磷光體層 浸沒(méi)到所述液態(tài)透鏡材料中的步驟之前保形地涂敷所述LED的磷光體 層。
11. 權(quán)利要求l的工藝，其中來(lái)自所述LED、磷光體層和磷光體加 載透鏡的光的組合產(chǎn)生白色光。
12. 權(quán)利要求l的工藝，其中將所述LED連同多個(gè)相同的LED — 起安裝到基板上，其中將至少所述磚光體層浸沒(méi)到所述模具中的液態(tài)透 鏡材料中的步驟包括同時(shí)將該基板上的所有LED浸沒(méi)到關(guān)聯(lián)的模具壓 痕中的液態(tài)透鏡材料中。
13. —種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括 基板上發(fā)射藍(lán)色光或UV光的LED; 覆蓋該LED的基本上平坦的磷光體層； 在該磷光體層上的模壓的磷光體加載透鏡；以及在所述LED和磷光體加載透鏡上模壓的不含磷光體的清晰透鏡。
14. 權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述磷光體層是貼到所述LED上的 磷光體板。
15. 權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中將所述磷光體加載透鏡貼到所述LED 上，所述;舞光體層鄰近該LED。
16. 權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述磷光體層包含YAG磷光體并且 所述磷光體加載透鏡中的磷光體包括紅色磷光體。
17. 權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中與所述磷光體層結(jié)合的LED具有一 定的色溫-觀察角關(guān)系，并且其中對(duì)所述磷光體加載透鏡定形以便增大該 色溫-觀察角關(guān)系的均勻性。
18. 權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述磷光體層是保形地涂敷所述LED 的磷光體層。
19. 權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中來(lái)自所述LED、磷光體層和磷光體 加載透鏡的光的組合產(chǎn)生白色光。
20. —種用于制成發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)的工藝，包括 在基板上提供發(fā)射藍(lán)色光或UV光的LED; 通過(guò)包括以下步驟的工藝在所述LED上模壓磷光體加載透鏡 提供具有與中間透鏡相應(yīng)的壓痕的模具；利用包含磷光體的液態(tài)透鏡材料填充該壓痕；在填充步驟之后，將至少所述LED浸沒(méi)到所述模具中的液態(tài)透鏡材料中；以及固化該液態(tài)透鏡材料，以便在所述LED上制成磷光體加載透鏡；以及在該磷光體加載透鏡上模壓清晰透鏡。
21. 權(quán)利要求20的工藝，其中所述磷光體加載透鏡是包含第一磷光體的第 一磷光體加載透鏡，該工藝還包括在該第 一磷光體加載透鏡上模壓第二磷光體加載透鏡，該第二磷光體加載透鏡包含與笫一磷光體不同的第二磷光體。
22. 權(quán)利要求21的工藝，還包括確定具有所述第一磷光體加載透鏡的LED的色溫-觀察角關(guān)系，并且然后模壓所述第二磷光體加載透鏡以增大該色溫-觀察角關(guān)系的均勻性。
23. —種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括基板上發(fā)射藍(lán)色光或UV光的LED;該LED上的模壓的第一磷光體加載透鏡，其包含第一磷光體；該第一磷光體加載透鏡上的模壓的第二磷光體加載透鏡，其包含第二磷光體；該第二磷光體加載透鏡上的模壓的清晰透鏡，其不含磷光體。
24. 權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)，其中第一磷光體不同于第二磷光體。
25. 權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)，其中與第一磷光體加載透鏡結(jié)合的LED具有一定的色溫-觀察角關(guān)系，并且其中對(duì)第二磷光體加載透鏡定形以便增大該色溫-觀察角關(guān)系的均勻性。
26. —種發(fā)光二才及管(LED)結(jié)構(gòu)，包括基板上連同安裝到該基板上的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯一起的LED;以及在該LED和所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯上模壓的單個(gè)透鏡。
27. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，還包括覆蓋所述LED和所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯的模壓的磷光體加載透鏡，其中在所述磷光體加載透鏡上模壓所述單個(gè)透鏡。
28. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯包括一個(gè)或多個(gè)LED。
29. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯包括多個(gè) 發(fā)射不同顏色的LED。
30. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯包括瞬態(tài) 電壓抑制器。
31. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯包括光電檢測(cè)器。
32. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中在所述LED和所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo) 體管芯上模壓的所述單個(gè)透鏡關(guān)于中心軸不對(duì)稱。
33. 權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中所述單個(gè)透鏡封裝所述LED和所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯。
34. —種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括 安裝到襯底上的LED;在該LED上模壓并且封裝該LED的第一透鏡，該透鏡具有基本上 平坦的頂部；以及預(yù)制的第二透鏡，其貼到第 一透鏡的所述基本上平坦的頂部上。
35. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中第二透鏡為準(zhǔn)直透鏡。
36. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中第二透鏡為菲涅爾透鏡。
37. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中第一透鏡具有包圍所述基本上平坦的 頂部的壁部分，使得所述壁部分的頂部基本上與第二透鏡的頂部共面。
38. 權(quán)利要求37的結(jié)構(gòu)，其中所述壁部分具有一定角度，以便反射 來(lái)自第二透鏡側(cè)面的離開(kāi)所述LED的光。
39. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中第二透鏡的表面與所述LED的表面 具有近似相同的尺寸。
40. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中第一透鏡包含磷光體，并且來(lái)自所述 LED的光為該磷光體提供能量且與該磷光體產(chǎn)生的光混合。
41. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)發(fā)射白色光。
42. 權(quán)利要求41的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)為相機(jī)中的閃光燈。
43. 權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中第一透鏡包括硅樹(shù)脂。
44. 一種用于制成發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)的工藝，包括將LED安裝到基板上，其中該LED上的至少第一電極鍵合到該基 板的表面上的至少第二電極，在該LED與所述基板的表面之間存在空 隙；利用底層填料材料填充該空隙；提供具有與透鏡相應(yīng)的壓痕的模具；利用液態(tài)透鏡材料填充該壓痕；在該填充步驟之后，將所述LED和底層填料材料浸沒(méi)到所述模具中的液態(tài)透鏡材料中，該底層填料防止該液態(tài)透鏡材料進(jìn)入所述空隙中；固化該液態(tài)透鏡材料，以便利用模壓透鏡封裝所述LED和底層填料材料；以及將具有模壓透鏡的所述LED從所述模具中移除。
45. 權(quán)利要求44的方法，其中透明襯底形成所述LED的頂面，其中所述底層填料材料的一部分設(shè)置在包括該襯底的LED的側(cè)面。
46. —種用于制成發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)的工藝，包括在基板上提供LED;提供具有第一壓痕的第一模具，所述第一壓痕具有與第一透鏡相應(yīng)的形狀；利用笫一液態(tài)透鏡材料填充第一壓痕；在該填充步驟之后，將所述LED浸沒(méi)到第一模具中的第一液態(tài)透鏡材料中；固化該第 一液態(tài)透鏡材料以便在所述LED上制成第 一透鏡；將具有第 一透鏡的所述LED從第 一模具中移除；對(duì)第 一透鏡進(jìn)行等離子體處理；提供具有第二壓痕的第二模具，該第二壓痕具有與第二透鏡相應(yīng)的形狀；利用第二液態(tài)透鏡材料填充第二壓痕；在填充第二壓痕的步驟之后，將所述LED和第一透鏡浸沒(méi)到第二模具中的第二液態(tài)透鏡材料中；固化第二液態(tài)透鏡材料以便在所述LED上制成第二透鏡，其中等離子體處理的步驟增加了第一透鏡到第二透鏡的粘性；以及將具有第一透鏡和第二透鏡的LED從第二模具中移除。
47. 權(quán)利要求46的工藝，其中第一透鏡材料與第二透鏡材料相同。
48. 權(quán)利要求46的工藝，其中第一透鏡包含磷光體。
49. 權(quán)利要求46的工藝，其中等離子體處理包括在大約200-600瓦之間對(duì)第 一透鏡進(jìn)行等離子體處理以便蝕刻第 一透鏡。
50. —種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括 基板上的LED;在該LED上的模壓的第一透鏡，其中該模壓的第一透鏡具有等離 子體處理的外表面；直接在第 一透鏡上制成的模壓的第二透鏡，其中第 一透鏡的等離子 體處理的外表面增加了第 一 透鏡到第二透鏡的粘性。
全文摘要
描述了用于LED結(jié)構(gòu)的過(guò)模壓透鏡和某些制造技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，制成薄的YAG磷光體板并且將其貼在安裝到基板晶片上的藍(lán)色LED上。接著，在單模壓工藝期間在每個(gè)LED結(jié)構(gòu)上模壓清晰透鏡。然后，將這些LED與晶片分離。模壓透鏡可以包含紅色磷光體以便產(chǎn)生更暖和的白色光。在另一個(gè)實(shí)施例中，首先臨時(shí)將磷光體板安裝到底板上，并且在磷光體板上模壓包含紅色磷光體的透鏡。將具有過(guò)模壓透鏡的板從底板中移除并且貼在提供能量的LED的頂部。然后，在每個(gè)LED結(jié)構(gòu)上模壓清晰透鏡。模壓磷光體加載透鏡的形狀可以被設(shè)計(jì)成改善顏色-角度關(guān)系的均勻性。多個(gè)管芯可以由單個(gè)透鏡封裝。在另一個(gè)實(shí)施例中，將預(yù)制的準(zhǔn)直透鏡粘貼到過(guò)模壓透鏡的平坦頂部。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101636851SQ200880006208
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者G·巴辛, G·米勒, P·S·馬丁, R·S·韋斯特, R·米勒-馬克, S·埃伯爾, T·-S·林 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司