照明器件封装的制作方法

专利名称：照明器件封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光器件，特别地，涉及照明器件封装的光学部件的设计。
背景技术：
如果发光二极管(LED)封装被适当地设计成有效地提取工作条件下该LED封装内部产生的光，那么这些LED可以更加有效。从器件设计者的观点来看，有效的光提取可能是提高来自LED管芯(die)的光能够离开LED封装而不必经历该LED封装内不必要的反射的机会的事情。例如，若干设计特征可能影响光路，所述设计特征例如光学界面的取向和位置以及LED封装的相关部件的光学属性，例如光学界面任一侧上的材料类型。而且，光在LED封装内部的传播还可以例如取决于它的波长、它的强度、LED管芯的尺寸和光视效能(luminous efficacy)、驱动电流、LED封装的光学元件的不透明度、LED封装内部的温度状况、LED封装部件的材料和周围介质的折射率，以及相关材料的折射率的温度依赖性。现有技术LED封装至少具有LED管芯和密封剂(encapsulant)透镜。在一些LED封装中，透镜和密封剂是分开的或者由不同的材料制成。因此，LED封装可能具有管芯-密封剂光学界面、密封剂-透镜光学界面以及透镜-空气光学界面。
除了改变LED管芯发出的光的传播方向之外，光学界面还可以反射和透射可变部分的光，这取决于光的波长、光学界面处的入射角以及光学界面任一侧上两种介质的折射率。LED封装的光学界面处的部分反射和透射可以引起一系列重复反射和透射的光线。结果， 一些反射可能延长光路，这会增大LED封装内部不希望的光吸收的可能性。而且，光可能经历全内反射(TIR),所述全内反射会在特定的入射角下发生，这些特定的入射角取决于折射率比值。这种效果会在光在具有第一折射率的介质内传播并且轰击具有足够厚的另一介质层的光学界面时发生，所述另一介质层具有小于第一折射率的第二折射率。TIR基本上完全阻止了光透过并且远离光学界面。此外，折射元件的不恰当设计可能导致LED发出的光具有潜在地不实用的空间光发射属性，这些属性可能包括
由于单色像差或色差而引起的光发射模式中的亮度或颜色的不规则性。
即使在光谱的可见部分内，例如LED管芯的折射率也可能显著地变化。目前使用的大多数管芯在可见光谱中具有高于大约1.6的折射率。此外，例如一些蓝色和绿色LED管芯具有大约2.6-2.7的折射率。例如，如果周围介质为具有大约l.O的折射率的空气，并且如果管芯的折射率为1.6,那么TIR的最大临界角将为相对于光学界面法线的大约39度。然而，对于其他波长而言，临界角可能小得多。以更大的角度轰击光学界面的任何光将完全内反射。
一种减少不希望的反射的已知解决方案是利用折射率介于LED管芯的折射率和空气的折射率之间的材料覆盖所述LED管芯，或者更一般地在光学界面处采用给出低的折射率比值的材料。例如，可以将一个或多个LED管芯置于半球形透镜的中心并且可以利用透明密封剂填充所述管芯和透镜之间的空间。选择用于密封剂和透镜的材料，使得除了其他要求之外，它们的共同的折射率(例如1.5 )逐渐使管芯的折射率(例如2.65)与周围介质的折射率(其为1.0)匹配。然而，当两个或更多LED管芯一起聚集在一个透镜之下时，该设计要求相对较大的透镜尺寸。但是，为了更好的颜色混合，可能希望在相同封装内部具有多个LED管芯。
在若干出版物中认可了这些原理中的一些原理。例如，美国专利No.6610598描述了一种发光二极管表面安装器件(SMD LED)，其部件通常在表面上具有平面。通过斯涅尔(Snell)定律的计算，大多数光由于环氧树脂和大气的折射率(大气中光的折射率为1,环氧树脂的折射率约为1.5)之间的差异的原因而不能直接从所述部件中发出。发光二极管表面安装器件包括该SMD LED的平面表面上的若干小透镜或衍射透镜，其中放大临界角的透镜可以增大从该发光芯片直接发出光的机会，这又增大了该LED的亮度。
美国专利No.6590235和No.6204523提供了一种具有在绿色到近UV波长范围内的光发射的LED部件。该发光半导体管芯用 一种或多种硅树脂化合物来密封，包括硬外壳、内部凝胶或弹性层或者两者。所述硅树脂材料在温度和湿度范围上是稳定的，并且对于暴露于周围UV辐射是稳定的。结果，该LED部件有利地具有长的寿命，其中它没有会降
5低绿色到近UV光输出的"泛黄"衰减。
美国专利No.6639360提供了 一种高功率辐射发射器器件以及用于电子部件的散热封装。该电子部件封装包括密封室；包含在密封室中的液体或凝月交；设置在密封室中与所述液体或凝月交物理接触以及热接触的至少一个电子部件；以及电耦合到所述电子部件并且延伸到所述密封室之外的至少一个电导体。所述电子部件可以包括辐射发射器、热或光学传感器、电阻器以及微处理器或其他半导体部件中的任何一个或者其任意组合。
美国专利No.6867929描述了 一种对于人眼安全并且以高速实现其开关的光源器件。该光源器件包括 一个或多个用于发出单色或多色光束的激光光源；漫射器，其可以是透射的、反射的或者其混合，用于漫射直接从激光光源或者经由光学聚焦系统接收的光束；以及光学准直器，其《从漫射器发出的漫射光束进行准直。
美国专利No.7015516描述了一种包括发光二极管的发光微电子封装，所述发光二极管具有第一传导类型的第一区域、第二传导类型的第二区域以及第 一和第二区域之间的发光p-n结。该发光二极管限定了较低的接触表面以及从该较低的接触表面向上突出的台面。第一传导类型的第 一 区域设置在台面上并且限定了该台面的顶面，第二传导类型的第二区域限定了基本上包围该台面的所述较低的接触表面。所述台面包括
述至少一个侧壁具有用于优化从所述封装提取光的粗糙表面。
美国专利No.7023022描述了 一种包含基本上透明的基底的发光封装，该基底具有第一表面和包含透镜的第二表面。所述封装还包含适于发出具有预定波长的光的发光二极管(LED),该LED固定在基本上透明的基底的第一表面上。所述基底的第二表面限定了所述封装的主发光表面。处于第二表面的透镜具有与从所述LED发出的光的预定波长匹配的光栅模式以用于控制由所述封装发出的光的发射几何结构。该光栅模式具有包含一系列同心的圆的径向构造。
美国专利No.6921929描述了一种具有无定形(amorphous)含氟聚合物密封剂和透镜的发光二极管(LED)。该透镜和密封剂由无定形含氟聚合物制成，其用于LED或二极管激光器，例如紫外LED。半导体二极管管芯通过在诸如蓝宝石之类的基底层上生长二极管来形成。该二极管被倒装，从而它通过所述层的面发出光。无定形含氟聚合物密封剂密封所述二极管管芯的发射面，并且可以被整形为透镜以便形成整体的密封剂/透镜。或者，无定形含氟聚合物的透镜可以与密封剂结合。也可以使用附加的结合的或单独的透镜。该密封剂/透镜对于UV光以及红外光是可透射的。该专利还提供了密封方法。
美国专利No.7026657描述了 一种高辐亮度LED芯片以及用于制造高辐亮度LED芯片的方法。发光二极管芯片包括辐射发射有效区域和窗口层。为了提高发光效率，辐射发射有效区域的截面积小于可用于解耦合光的窗口层的截面积。该发明还针对一种用于在发光部件的表面上制造透镜结构的方法。
美国专利No.6卯3380描述了 一种用于LED封装的方法和系统。该LED封装可以包括具有环形接触和基区(base)接触的引线框架。LED管芯可以耦合到环形和基区接触，使得P型材料部分电连接到环形接触并且N型材料部分电连接到基区接触。可替换地，N型材料部分可以电连接到环形接触并且P型材料部分可以电连接到基区接触。透镜可以耦合到引线框架，并且光学材料可以置于由所述透镜、基区接触和环形接触限定的腔内。该光学材料可以是凝胶、油脂、弹性材料、非弹性材料、刚性材料、液体材料或者非液体材料。所述方法和系统还可以包括安装器件，其中所述LED封装以插座、卡口槽(bayonet)或者有螺紋的方式机械地耦合到安装器件。所述方法和系统还可以包括包含用来形成LED封装阵列的环形接触阵列的条带以及包含容纳所述LED封装阵列的容纳器件的载体条带。透镜的一部分可以涂敷有或者包括光可激发材料或者该光学材料可以包括光可激发材料，使得所述系统发出白光。
美国专利No.6480389描述了 一种包括散热结构的发光二极管(LED)，该散热结构的特征在于具有填充到全密封壳体中的散热流体冷却剂，其中安装在金属基底上的至少一个LED芯片驻留在该壳体内部。该散热结构被配置有从金属基底竖立的金属壁，其用来将密封壳体的透明盖保持在正确的位置。此外，该竖立的壁邻近地包围所述至少一个LED芯片，结果从中产生的焦耳热可以通过散热流体冷却剂快速地向外扩散到该竖立的壁，然后沿着该壁向下扩散到与用于排热的更大的外部热沉(heat sink)邻接的金属基底，从而防止了所述至少一个LED过热。该发明的其他特性在于，密封壳体的透明盖由透明材料制成，其中在该透明盖的内表面上形成与散热流体冷却剂接触的凸出部分。因此，如果在壳体内部由于填充不充分的原因而存在任何气泡，那么由于浮力的作用它将不会停留在视场之内。因此，避免了由于气泡的存在而引起
的LED光散射的可能性。
美国专利No.5077587描述了 一种具有防反射层优化的发光二极管。来自LED等的改善的光输出是通过修改形成发光区域的窗口的外缘处透射扩散掩膜层和防反射涂层的组合厚度尺寸来获得的。
美国专利公开No.2006/0083000描述了 一种用于发光二极管的透镜，该透镜由折射率为n的材料制成，该透镜包括底部、从该底部延伸的第一弯曲周缘表面、从第一弯曲周缘表面延伸的弯曲中心边缘表面以及/人弯曲中心边缘表面延伸的最中心的弯曲表面。所述底部包括用于在其中容纳发光芯片的凹槽。在所述透镜中，从所述底部的中心到所述弯曲中心边缘表面的点的距离总是短于该弯曲中心边缘表面的所述点的曲率半径。所述最中心的弯曲表面具有相对于底部的凹形形状。此外，当透镜的主轴和所述最中心的弯曲表面的点的切线之间形成的钝角为Al并且连接底部的中心和所述最中心的弯曲表面的所述点的直线与透镜的主轴之间形成的锐角为 A2时，该透4竟满足公式Al+A2<90+l/sin(l/n)。
美国专利公开No.2005/0221519描述了包括发光转:涣元件的半导体发光器件以及用于封装所述半导体发光器件的方法。用于封装所述半导体发光器件的方法包括将第 一数量的密封剂材料分发到包含所述发光器件的腔体中。所述腔体中第 一数量的密封剂材料被处理以形成其具有选定形状的硬化的上表面。发光转换元件被设置在所述经过处理的第一数量的密封剂材料的上表面上。该发光转换元件包括波长转换材料并且在腔体的中间区域具有比腔体侧壁邻近位置更大的厚度。
美国专利公开No.2004/0079957描述了 一种功率表面安装发光管芯封装。该管芯封装包括基底、反射器板和透镜。所述基底可以由热传导但是电绝缘的材料制成，或者由既传热又导电的材料制成。在其中所述基底由导电材料制成的实施例中，该基底还包括在所述导电材料之上形成的电绝缘热传导材料。该基底具有用于连接到安装衬垫处的发光二极管(LED)的线路(trace)。所述反射器板耦合到基底并且基本上包围安装衬垫。所述透镜覆盖安装衬垫。工作期间由所述LED产生的热通过
8基底(用作底部热沉)和反射器板(用作顶部热沉)而排出该LED。所述反射器板包括沿着希望的方向引导来自所述LED的光的反射表面。
美国专利公开No.2004/0041222描述了 一种功率表面安装发光管芯封装。该管芯封装包括基底、反射器板和透镜。所述基底可以由热传导但是电绝缘的材料制成。该基底具有用于将外部电源连接到安装衬垫处的发光二极管(LED)的线路。所述反射器板耦合到基底并且基本上包围安装衬垫。所述透镜可以相对于该反射器板自由地移动并且能够通过密封剂而被升高或降低，所述密封剂湿润并且粘附到透镜上，并且置于相对于所述LED芯片的最佳距离处。该透镜可以用包括光学化学物的光学系统覆盖，所述光学化学物影响所述器件的性能。工作期间由所述LED产生的热通过基底(用作底部热沉)和反射器板(用作顶部热沉)而排出该LED。所述反射器板包括沿着希望的方向引导来自所述LED的光的反射表面。
国际专利公开No.2006/021837描述了包括半导体二极管的发光二极管系统，所述半导体二极管^皮设置成与电接触、安装装置以及光学耦合器协同地工作；其中光学耦合器包括至少菲涅尔(Fresnel)透镜。菲涅尔透镜还耦合到诸如凹透镜或"负"透镜之类的附加光学元件以及还耦合到通过全内反射原理而工作的反射器。在优选的方案中，所述凹透镜和反射器二者都是非球形的。单件塑料的覆盖物元件可以以成型工艺制成，其中所有这三个光学元件，即菲涅尔透镜、负透镜和反射器，被制成所述塑料单件。此外，该塑料件可以被设置成还容纳辅助系统，例如对准指示和紧固装置以及互锁外缘构造。
国际专利公开No.2005/107420描述了一种发光设备，其包括用于发光的光源；向下转换材料，其接收所发射的光并且将所发射的光转换成透射光和后向透射光；以及光学器件，其被配置成接收后向透射光并且将该后向透射光传输到该光学器件之外。所述光源为半导体发光二极管，其可以包括发光二极管、激光二极管或者谐振腔发光二极管。所述向下转换材料包括用于吸收一个光谱区域中的光并且发射另一个光谱区域中的光的磷光体或者其他材料之一。所述光学器件或透镜包括光透射材料。
然而，尚未描述如何可以降低照明器件封装中的不希望的内反射。因此，需要克服已知设计的某些缺陷的新的封装设计。这些背景信息一皮提供来揭示本申请人相信可能与本发明有关的信息。不要期望申请人一定认可也不应当认为前面的任何信息构成了相对于本发明的现有技术。

发明内容
本发明的目的是提供照明器件封装。依照本发明的一个方面，提供
了一种照明器件封装，其包括 一个或多个发光元件，其可操作地耦合到基底；复合透镜，其具有面对所述一个或多个发光元件的表面，该复
合透镜包括至少内部透镜元件和外部透镜元件，所述内部透镜元件具有第一折射率，所述外部透镜元件具有第二折射率，第一折射率大于第二
折射率；所述复合透镜、所述一个或多个发光元件以及所述基底限定了它们之间的封闭空间；以及密封材料，其填充所述空间的至少一部分，该密封材料具有等于或大于笫 一折射率的第三折射率。
依照本发明的另一个方面，提供了一种照明器件封装，其包括 一个或多个发光元件，其可操作地耦合到基底；复合透镜，其被设置成与所述一个或多个发光元件发出的光交互，该复合透镜包括至少内部透镜元件和外部透镜元件，所述内部透镜元件具有第一折射率，所述外部透镜元件具有第二折射率，第一折射率大于第二折射率；所述复合透4竟、所述一个或多个发光元件以及所述基底限定了它们之间的封闭空间；以及密封材料，其填充所述空间的至少一部分，该密封材料具有等于或大于第一折射率的第三折射率。


图1示意性地示出了依照本发明一个实施例的照明器件封装的截面。
图2示意性地示出了依照本发明 一 个实施例的照明器件封装的截面。
具体实施方式
定义
术语"发光元件"(LEE)用来限定一种器件，当通过例如在其两端施加电位差或者使电流经过它而受到激励时，该器件发射电磁频谱的某个区域或区域组合中的辐射，所述区域例如可见光区域、红外和/或
10紫外区域。因此，发光元件可以具有单色、准单色、多色或宽波段频谱发射特性。发光元件的实例包括半导体发光二极管、有机发光二极管或聚合物/聚合发光二极管、光泵磷光体涂敷发光二极管、光泵纳米晶体发光二极管或者本领域技术人员容易理解的其他类似的器件。此外，术
语"发光元件"用来限定发射辐射的特定器件，例如LED管芯。
当在本文中使用时，术语"近似"指的是相对于标称值的+/-10%的
变化。应当理解，无论是否特意提及，这种变化总包含在这里提供的任何给定值内。
除非另有限定，本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域中通常理解的意义相同的含义。
本发明提供了 一种照明器件封装，其包括复合透镜以及一个或多个可操作地耦合到基底的发光元件，该复合透镜被设置成例如通过面对所述一个或多个发光元件的该透镜的表面直接地或者例如通过一个或多个诸如反射器、漫射器、窗口之类的光学元件间接地与所述一个或多个发光元件发出的光交互。
通常，所述复合透镜可以由例如两个或更多透镜元^f牛构成，每个元件可以是具有均匀或非均匀厚度的充分厚的透镜层。该复合透镜的最外
面的透镜元件的折射率一般小于最里面的透镜元件(即最靠近所述LEE的透镜元件)的折射率。密封材料填充位于所述复合透镜、所述基底以及所述一个或多个发光元件之间的封闭空间。该密封材料被选择成具有的折射率等于或大于所述复合透镜的最里面的透镜元件的折射率但是小于所述LEE的折射率。通常，这些折射率随着各部件相对于所述发光元件的距离的增大而减小，以便降低所述发光元件封装内所述LEE发出的光的(全)内反射的机会。
本发明可以提供相比于现有封装设计技术具有降低的全内反射(TIR)的照明器件封装。为了促进小的TIR,该照明器件封装具有若干由提供适当折射率的材料制成的光学部件。这些光学部件可以被整形并且被设置成通常控制光在该照明器件封装内部的传播以及特别地控制所述LEE发出的光的传播。该发光元件封装可以具有一个或多个发光元件，例如LED管芯，其在工作条件下发射光。这些发光元件可以为不同类型并且可以发出标称颜色或亮度不同的光。依照本发明，所述照明器件封装的构造决定了来源于所述一个或多个发光元件的光如何被引导到该发光元件封装的外部。
许多发光元件(例如LED管芯)由可能具有高的折射率的复合材
料制成。在一个实施例中， 一种有效地将来自发光元件的光引导到所述 发光元件封装外部的周围介质的方式是让光连续地传播经过一 系列其 折射率之间具有相对较d、的间断的材料。光学界面处邻接材料的折射率 越接近，那么在该界面处在其中发生全内反射的立体角就越小。 照明器件封装中的光传播还可能受到发光元件的类型的影响，例如
受到LED管芯如何机械以及电气连接到基底的影响。应当指出的是，可 以使用本领域中已知的许多不同技术来设置和可操作地连接发光元件。 例如，LEE可以从基底的顶部被引线键合，或者通过使用用于倒装芯片 的球式栅才各而^皮表面安装。此外，在一个发光元件内部可以例如存在一 个或多个LED管芯。
如上所述，如果例如复合透镜的各元件的折射率分布的特征在于小 的间断或小的梯度，那么可以降低每个光学界面处的TIR。同样的考虑 适用于沿着从所述一个或多个发光元件到周围介质的整个光路的折射 率分布。所述复合透镜可以具有若干元件，每个元件具有不同的折射率， 其中这些折射率随着相对于所述LEE的距离的变化而变化，以便接近周 围介质的折射率。对于许多应用而言，周围介质具有例如像空气具有的 接近于1.0的低折射率。如果周围介质的折射率低于所述LEE的折射率， 那么所述复合透镜的元件可以被设计成具有随着离开所述LEE的距离 的增大而减小的折射率。
复合透镜
所述复合透镜相对于基底而放置，使得其可以有效地与由所述一个 或多个发光元件发出的光进行光学交互。在一个实施例中，该复合透镜 可以被设置成直接与所发出的光进行交互，即通过面对所述一个或多个 发光元件的该透镜的表面与所发出的光进行交互。在本发明的一个实施 例中，所述复合透镜可以被设置成间接地与所发出的光进行交互，即通 过一个或多个反射器、漫射器、窗口以及其他这样的光学元件与所发出 的光进行交互。在本发明的一个实施例中，所述复合透镜可以被设置成 直接和间接地与所发出的光进行交互。
所述复合透镜可以由两个或更多具有不同折射率的材料的元件构成。该复合透镜的最外面的元件的折射率一般小于所述材料的一个或多 个内部元件的折射率。
在本发明的一个实施例中，所述复合透镜包括固体材料、凝胶材料、 液体材料、密封材料等之一或者其组合。
在本发明的一个实施例中，所述发光元件封装的外表面具有半球形 状并且可以由复合透镜限定。与具有类似的尺寸和形状但是具有均匀组 分或均匀光学属性的单片光学元件相比，这种复合透镜可以为具有两个
或更多发光元件的照明器件封装或者为大面积发光元件(例如LED管
芯)提供更好的光提取。因此，改善的光提取可以允许照明器件封装具 有更高的发光元件密度。
在 一 个实施例中，半球形透镜可以用来制造可以以朗伯
(Lambertian)发射模式发射光的照明器件封装。如果希望该照明器件 封装能够发出具有与朗伯发射模式不同的模式的光，那么所述复合透镜 的光学部件可以被适当整形，或者这些光学部件的厚度或它们之间的相 对距离可以被适当调节成提供与球形形状不同的光学界面。
在本发明的一个实施例中，为了为轰击所述复合透镜的内部元件的 内表面的光实现接近于法线的入射角，所述透镜腔体的内半径可以为内 接所述一个或多个发光元件的圆形区域的尺寸的近似三倍或更多倍。在 本发明的一个实施例中，可以相对于所述基底设置所述半球形透镜，使 得这些发光元件位于靠近所述内半球形透镜腔体的球心的位置处。
具有适当折射率的典型透镜和密封材料可以例如包括PMMA、聚碳 酸酯、尼龙、COC、 BK7玻璃和硅树脂，其通常吸收很少的可见光和仅 仅一些紫外(UV)光。这些类型的材料中的一些可以抵抗延长时间暴 露于UV光下引起的褪色并且提供一定范围的适当折射率。
可以以若干不同方式来制造所述复合透镜，例如通过注射成型或者 本领域技术人员已知的其他适当制造工艺来制造。
在本发明的一个实施例中，可以通过使用多注射成型工艺来制造两 个、三个或更多元件的透4免。例如，双注射成型可以用来制造双元件复 合透镜。双注射成型可以用来制造提供附加的机械互锁元件的部件。这 些互锁元件可以在成型工艺期间被制成并且通过相对于彼此锁定所述 复合透镜的两个部件来提供后续的机械稳定性。互锁的类型可以是破坏 性或非破坏性可释放的键合，这取决于互锁元件的形状、所用材料的性
13质以及成型工艺的性质。
一般而言，注射成型部件是按照其部分或子部件的形状复杂度增加 的顺序来形成的。众所周知，制造期间由于例如成型材料之间的热膨胀 系数不同而引起的诸如去键合或者其他不希望的应力导致的效果之类 的因素可以决定可替换的制造顺序。为了向单独的部分提供希望的折射 率，可以例如从等级变化的相同类型材料(例如某些硅树脂等等)制造 复合透镜。
已知的是，复合光学部件的制造要求控制复合元件内部以及这些元 件之间的界面处的不希望的类型和数量的包含物。
应当指出的是，其他类型的成型工艺可以用来制造单独的部分，这 些单独的部分可以净皮组装成复合部件或者例如通过使用光学透明粘合 剂彼此粘结起来。所述粘合剂可以被选择成提供特定的折射率。该粘合 剂的折射率可以例如介于紧邻部分的折射率之间。
适用于照明器件封装的典型复合透镜材料可以具有大约1.40或者 更大的折射率，但是可以使用具有其他折射率的材料。
密封材料
密封材料填充所述一个或多个发光元件和所述复合透镜之间的空 间的全部或部分。依照本发明，该密封材料被选择成具有的折射率等于
或大于所述复合透镜最里面的元件的折射率并且小于所述LEE的折射 率。 一般而言，密封材料将具有近似1.55的折射率。
当例如不存在包含在界面处或所述密封材料内的不希望的真空 (void)时，可以降低全内反射。在一个实施例中，该密封材料可以具 有与所述LEE的折射率类似的折射率。具有比所述LEE的折射率稍小 的适当折射率的密封材料可以降低光在LEE和所述密封材料之间的光 学界面处经历TIR的机会。
在 一 个实施例中，所述密封材料由例如流体或高度柔韧的材料制 成，其可以帮助控制光学界面处或附近的热诱导应力以便减轻不同热膨 胀系数以及波动的温度工作条件的不希望的影响。流体密封材料还可以 通过对流提供热扩散。
在本发明的一个实施例中，可以例如在诸如复合透镜之类的邻接实 心光学部件以及诸如基底之类的其他元件之间密封柔软的或流体密封
14材料或者光学硅树脂。应当指出的是，密封材料可以与或者不与一个或 多个发光元件进行直接热接触。
典型的密封材料例如包括某些硅树脂和合成橡胶或者具有低离子
杂质(例如C1、 K、 Na)的透明凝胶。许多密封材料在本领域中是公知 的，并且例如在诸如Dow Corning , NyeTM或NusilTM之类的商标名称
下是可获得的。
基底
所述一个或多个发光元件可操作地耦合到基底。该基底可以是陶瓷 板，例如AIN、金属包层PC板、金属陶乾上的LTCC、用于插入成型 引线框架LED的附接衬垫等等，这是本领域中已知的。所述基底面对腔 体的表面或者其某些区域可以例如是漫射的或者镜面反射的。反射属性 可以来自例如铝或银涂层以及例如所施加的反射膜。
折射率的估计
在一个实施例中，可以证明一系列材料A、 B和C的折射率w、 "￡、 "c可以依照 =来选择，以便降低当光越过两个邻接平面平行光学 界面AB和BC行进时发生TIR的机会。降低TIR的折射率组合可以由
想平面平行i学界面而言，基于A和C的5折^率而获得的介质B的折
理估计。
本领域技术人员容易理解其他用于根据所述复合透镜和所述LEE
应;理解的是，所述照明器件封装的部件的折射率和i:参数可以:选 择成最优化一个或多个光学特性，所述光学特性可以包括例如光谱和空 间辐射分布。
涂层
在本发明的 一 个实施例中，照明器件封装内部的反射可以通过在该 照明器件封装的某些部件的某些表面上采用薄的防反射涂层来进一 步 降低。这样的涂层可以包括具有不同光学特性的多层材料或材料薄膜。每个附加的涂层引入另一个光学界面并且可以适于改善该界面处以及 整个照明器件封装的光学透射特性。 一般而言，可以抑制不希望的反射 的涂层的特征在于均匀的厚度。该厚度可以更小，但是大约为实用光的 波长。对应的薄膜可以具有适当的折射率。例如，所述复合透镜的外表 面可以被涂敷有折射率小于形成最外面层的材料的折射率但是高于周 围空气的折射率的薄层材料。涂层材料一般要求有高的透射率、防褪色 性以及粘附到涂敷的部件的充分的粘性。
在本发明的一个实施例中，可以利用例如防反射保形涂层来涂敷所
述LEE,例如所述LED管芯，所述保形涂层具有介于该涂层周围的介 质的折射率和所述发光元件的折射率之间的折射率。类似地，涂层材料 具有良好的特别是针对可见光的透射率、防褪色性以及粘附到发光元件 的良好的粘性。
防反射涂层可以包括一层或多层不同材料，或者如公知的那样被微 观图案化。而且，许多涂层可以被设计成为特定波长或偏振的光以及为 例如特定入射角提供最佳的用途。然而，应当指出的是，适当设计的多 层薄膜可以在大范围的入射角下提供高透射率。
现在将结合特定实例来描述本发明。应当理解，以下实例预期用来 描述本发明的实施例，绝不是用来限制本发明。
实例 实例1:
图1示意性地示出了依照本发明一个实施例的LED封装100的截 面。该LED封装包括双层透镜110，其限定了具有半球形内表面和外表 面以及两个层132和134之间的半球形界面的腔体120。应当理解，所
和外表面的形状对于不同的实施例可以不同。
LED管芯190和191净皮设置在基底140上并且面对所述腔体。应当 指出的是，可以将不同数量的LED管芯置于所述封装内。可以用密封材 料填充腔体120。基底140可以是陶瓷板，例如AIN、 FR4或其他印刷 电路(PC)板、金属包层PC板、金属陶瓷上的LTCC或者用于插入成 型引线框架LED的附接衬垫。基底140面对所述腔体的表面或者该基底 邻近管芯190和191的特定区域可以例如是漫射的或者镜面反射的。所述反射属性可以来源于例如铝或银涂层。
透镜110包括提供不同折射率的双层材料。例如，该透镜的外层134 可以被制成具有小于内层132的折射率。内层132形成内半球形透镜腔 体。该透镜可以具有适合于所述封装的总体尺寸的、例如介于每层近似 0.2mm和近似lmm厚度之间的壁厚。为了帮助对于轰击该透^;的内表 面的光实现接近于法线的入射角，该半球形透镜腔体的内半径可以是内 接所述LED管芯的圆形区域的尺寸的近似三倍或更多倍并且所述LED 管芯应当被设置成靠近所述内半球形透镜腔体的球心。如上所述，可以 证明一系列材料A、 B和C的折射率w、 "5、化可以依照 =7^来选
择，以便降低当光越过两个邻接平面平行光学界面AB和BC行进时发 生TIR的机会。例如，如果透镜层134的折射率近似为1.40并且密封材 料120的折射率近似为1.55,用于那么透镜层132的材料应当提供近似 1.47 (=在40.1.55 )的4斤射率。
可以以多注射成型工艺来制造所述双层透镜。例如，双注射成型可 以用来制造双层复合透镜。双注射成型可以用来制造提供附加的互锁元 件的部件。图1示出了具有互锁元件150的双层透镜的一个实例。这些 互锁元件可以在成型工艺期间被制成并且通过相对于彼此锁定所述两 个部件来提供后续的机械稳定性。互锁的类型可以是破坏性或非破坏性 可释放的键合，这取决于互锁元件的形状、所用材料的性质以及成型工 艺的性质。 一般而言，注射成型部件是按照其部分或子部件的形状复杂 度增加的顺序来形成的。例如，可能更容易的是对透镜层132成型并且 随后在第二成型注射中沉积透镜层134。
实例2:
图2示意性地示出了依照本发明另一个实施例的另一LED封装200 的截面。该实施例与图1中所示实施例类似，但是包括具有实心半球形 内部透镜元件232的复合透镜210,所述内部透镜元件232由外部透镜 层234覆盖。该外部透镜层234通过互锁元件250附接到实心半球形内 部透4竟元件232。
为了在所述复合透镜下面容纳LED管芯290和291,将它们设置在 基底240的凹口 220中。该凹口限定了复合透镜210和基底240之间的 腔体。该实心半球形透镜元件邻近所述LED管芯的表面可以基本上是平
17坦的，但是可以被紋理化或结构化以便提高光从所述腔体进入所述透镜 元件的穿透性。可以利用具有适当折射率的密封剂来填充该腔体。
与前面的实施例相比，在这个实施例中，由于所述密封材料-透镜 光学界面的不同形状和几何结构的原因，针对折射率的不同考虑是适用 的。例如，所述密封材料可以具有近似1.55的折射率，并且所述实心半
球形内部透镜元件可以具有近似1.55的折射率。应当指出的是，根据所 述LED管芯的发射特性，LED封装200的实心半球形内部透镜元件以 及密封材料的折射率的不适当选择可能导致不希望的TIR。如果例如所 述封装材料以及所述实心半球形内部透镜元件提供相等的折射率，那么 LED封装200的总体光提取效率可以得到提高。
在一个实施例中，希望的辐射模式(例如蝙蝠翼发射模式)的形成 可以通过将所述一个或多个LED管芯设置成邻近适当整形的反射器元 件(未示出)来促进。例如，可以利用高反射材料涂敷图2中的凹口或 者图1中所述基底面对所述腔体的表面来形成反射器元件，或者可以在 所述腔体中设置附加的反射元件。可以在所述LED封装中采用可以用作 反射器元件的若干前述部件或者其他附加的部件。反射器元件可以由适 当涂敷或整形的部件来制成，所述部件例如金属散热器中、基底中或引 线框架中的腔体。可替换地，反射器元件也可以通过使用以这样的顺序 提供折射率的材料来实现，所述顺序能够引起大量光的全内反射。
应当清楚的是，本发明的上述实施例是示例性的并且可以以许多方 式来改变。这样的当前或未来的变型不应当— 皮^L为偏离了本发明的精神 和范围，
附权利要求的范围之内
权利要求
1. 一种照明器件封装，包括a)一个或多个发光元件，其可操作地耦合到基底；b)复合透镜，其具有面对所述一个或多个发光元件的表面，该复合透镜包括至少内部透镜元件和外部透镜元件，所述内部透镜元件具有第一折射率，所述外部透镜元件具有第二折射率，第一折射率大于第二折射率；所述复合透镜、所述一个或多个发光元件以及所述基底限定了它们之间的封闭空间；以及c)密封材料，其填充所述空间的至少一部分，该密封材料具有等于或大于第一折射率的第三折射率。
2. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述发光元件具有大于 第三折射率的折射率。
3. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述内部透镜元件包括 用于接合所述外部透镜元件的互锁元件。
4. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述外部透镜元件包括 用于4妾合所述内部透4竟元件的互锁元件。
5. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述基底在所述发光元 件一侧上具有表面，该表面至少在邻近所述发光元件的位置是反射性 的。
6. 依照权利要求5的照明器件封装，其中所述基底至少在邻近所 述发光元件的位置具有设置在所述发光元件一侧上的反射涂层。
7. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述复合透镜至少部分 地经过球形整形。
8. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述复合透镜包括多个 元件，所述元件具有随着相对于所述发光元件的距离的增大而减小的折 射率。
9. 依照权利要求8的照明器件封装，其中所述多个元件具有间断 地减小的折射率。
10. 依照权利要求8的照明器件封装，其中所述多个元件具有连续 地减小的折射率。
11. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述复合透镜通过注射 成型来制造。
12. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述复合透镜通过多注 射成型来制造。
13. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述内部透镜元件的表 面与具有所述发光元件的所述基底的 一侧共面。
14. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述外部透镜元件的表 面与具有所述发光元件的所述基底的 一侧共面。
15. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述复合透镜的表面与 具有所述发光元件的所述基底的 一侧共面。
16. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述发光元件被设置在 所述基底的凹口中。
17. 依照权利要求1的照明器件封装，其中所述密封材料与所述内 部透镜元件之间的界面是基本上平坦的，并且其中第三折射率近似等于 第一折射率。
18. 依照权利要求1的照明器件封装，其中第三折射率大于第一折射率。
19. 一种照明器件封装，包括a) —个或多个发光元件，其可操作地耦合到基底；b) 复合透镜，其被设置成与所述一个或多个发光元件发出的光交互，该复合透镜包括至少内部透镜元件和外部透镜元件，所述内部透镜 元件具有第一折射率，所述外部透镜元件具有第二折射率，笫一折射率大于第二折射率；所述复合透镜、所述一个或多个发光元件以及所述基底限定了它们之间的封闭空间；以及c) 密封材料，其填充所述空间的至少一部分，该密封材料具有等 于或大于第 一折射率的第三折射率。
20. 依照权利要求19的照明器件封装，所述复合透镜包括表面， 该表面面对所述一个或多个发光元件，从而提供该复合透镜与由所述发 光元件发出的光之间的直接交互。
21. 依照权利要求19的照明器件封装，其中所述复合透镜被设置 成通过一个或多
全文摘要
本发明提供了照明器件封装，其具有一个或多个发光元件，其可操作地耦合到基底；复合透镜，其被设置成与所述一个或多个发光元件发出的光交互，该复合透镜包括至少内部透镜元件和外部透镜元件，所述内部透镜元件具有第一折射率，所述外部透镜元件具有第二折射率，第一折射率大于第二折射率；所述复合透镜、所述一个或多个发光元件以及所述基底限定了它们之间的封闭空间；以及密封材料，其填充所述空间的至少一部分，该密封材料具有等于或大于第一折射率的第三折射率。
文档编号H01L33/54GK101485004SQ200780025685
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月6日 优先权日2006年7月6日
发明者I·阿什当, S·哈拉 申请人:Tir科技公司