专利名称：多件式反射角变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)或其他固态光源，特别涉及用于这些 光源的聚光器件(collection optics )。
背景技术：
发光二极管管芯通常以宽角度发光，例如，宽至偏离中心轴90度。 普遍的是，利用透镜或反射杯使LED发射的光改变方向。对于用作指示器 灯的设备或不要求精确的发射模式的场合而言，这种简单的光学技术是足够的。
然而，当LED照明系统的光输出被狭窄地指定用于包括例如协定受 限的系统的一个系统时，例如用于投影显示器(例如，背投TV或前投式 投影仪)、汽车应用(例如，前灯)、纤维光学器件、重点照明、紧凑空 间中的颜色混合以及其他应用时，必须使用创新的光学解决方案。
发明内容
精确聚光器件使用多个件来产生期望的发射模式。根据本发明的聚光 器件包括具有反射侧壁的围绕一个或多个LED的小反射环。可以高精度地 制造并在LED的近旁定位所述小反射环。在一个实施例中，发光二极管安 装在基底(submount)上的台面(mesa)上，反射环在装配期间使用所述 台面作为横向定位向导。聚光器件包括分离的上部反射体，该上部反射体 在装配期间使用反射环作为横向定位向导。上部反射体包括反射侧壁，所 述反射侧壁在装配时是反射环上的反射侧壁的近似延长部分。
图1和图2示出了和发光二极管阵列一起使用的聚光器件的剖面透视
图和4黄断面视图。
图3示出了根据本发明实施例的聚光器件的横断面侧视图。
图4示出了聚光器件的小反射环和上部反射体仅仅一部分的更近的截
面侧视图。
图5A和5B示出了小反射环和基底的其他实施例。图6、 7A、 7B和8是透视图，这些透视图说明了具有根据本发明实 施例的聚光器件的设备的装配。
具体实施例方式
图l和图2示出了和发光二极管阵列12—起使用的聚光器件IO的剖 面透视图和横断面视图。聚光器件10可以是例如反射角变换器，其用于 准直从阵列12发射的光。如所见，聚光器件10包括连续的反射侧壁14。 因此，从最靠近阵列12的反射侧壁的边缘16到反射侧壁的末端18,聚光 器件IO是一个件。
为了提高效率，期望反射侧壁14的边缘16尽可能地靠近阵列12。而 且，为了反射任何经过LED侧壁发射的光，边缘16应该是刀刃。因此， 聚光器件IO要求高精度的制造以及聚光器件IO相对于LED阵列12的高 精度的布置。为了实现制造和布置的期望精度，大量的时间和能量是必需 的，因而，导致高成本。
图3示出了根据本发明一个实施例的聚光器件100的截面侧视图。这 里，有时将聚光器件100称为反射角变换器组件100。根据本发明的实施 例，有益地制造反射角变换器组件100,以由多件产生反射侧壁； 一件是 能以高精度制造和布置的小反射环102，第二件是能以不严格的公差制造 和布置的较大的上部反射体104。因此，例如与聚光器件10相比，减少了 制造和装配聚光器件100所花的时间和成本。
图4示出了小反射环102和上部反射体104仅仅一部分的更近的截面 侧视图。如所见，反射环102围绕LED 106， LED 106固定到衬底108。 衬底108可以是陶瓷或其他合适材料。衬底108利用电连接导线(未示出) 与直接粘结铜(direct bond c叩per ) (DBC)衬底109连接。DBC村底109 连接至散热器IIO。衬底108包括台面112, LED106安装在台面112上。 反射环102的内部直径大约是台面112的尺寸。反射环102安装至衬底 108，这样，反射环102便围绕衬底108的台面112以及LED 106。安装 时，反射环102》文置在离LED大约O.lOOmm处或更近处。台面112作为 安装反射环102至衬底108的向导。使用台面112作为向导有益地简化了 反射环102相对LED106的对准。而且，因为LED 106安装在台面112的 顶表面112a上，反射环102在LED 106下面延伸，这允许反射环102反 射任何从LED 106侧面发射的光。另外，因为反射环102的一部分在台面112的顶表面112a下面延伸，所以反射环102接近台面112的顶表面112a 的角102a可以是钝角，与图1和2中所示的刀刃16相比，它相对容易制造。
应当理解，可以使用其他的结构。例如，图5A表示了与图4中所示 相似的截面侧视图，但是其中图示的衬底108'具有由凹槽114形成的台面 112。配置反射环102'，使其安装在凹槽114内。在另一个实施例中，衬 底108可以不包括台面112;但这会使制造、安装以及反射环与LED 106 的对准变得复杂。图5B表示了与图4中所示相似的截面侧视图，但是它 具有一种结构，其中反射环102'的一部分覆盖LED 106阵列的至少 一部分。
LED 106可以定位在基底108上的阵列中。LED 106和基底108可以 是Bhat的美国专利号6885035中讨论的类型，整个专利在此^f皮引作参考， 但本发明不限于此。如果需要，也可以使用其他类型的LED和基底。在一 个实施例中，LED 106是倒装的或倒向的设计，其中p和n接触垫在LEQ 的相同侧，LED—般在与接触垫相对的一侧发射光，尽管如上面讨论的， 一些光经过LED的多个侧而发射。LED可以是例如III-氮化物类型，它具 有的成分包括(但不限于)GaN、 AlGaN、 A1N、 GalnN、 AlGalnN、 InN、 GalnAsN和GalnPN。因为易于在衬底上成核并生长高质量的III-氮化物， 典型的衬底材料是蓝宝石、碳化硅SiC或ni-氮化物晶体。LED或叠加层 可以包括磷光体涂层以产生期望的白光。例如，蓝色泵型LED管芯可以涂 敷黄色磷光体以产生看上去呈白色的蓝光和黄光的混合。
p和n接触垫在基底108上面或内部例如通过金螺栓块(stud bumps ) 106a电气连接。螺栓块108和基底108上金属轨迹之间的互连在形成LED
管说明的实施例提到的是金螺栓块，但是所述互连可以通过基本金属、金 属合金、半导体-金属合金、焊料、导热导电的糊剂或化合物(例如，环氧 树脂)、LED管芯和基底之间的不同金属之间的共晶结(例如，Pd-In-Pd )
或焊料块来实现。
可以从例如高温共烧陶资或诸如薄膜铝或其他热封装材料之类的其 他合适材料形成基底108。可以在基底上包括用于LED和基底村底之间. 电绝缘的可选择的电解质层，例如Si02 (未示出)。村底108固定到提供 电气连接导线(未示出)的DBC村底109上，DBC村底109连接至散热 器110。反射环102可以从例如热塑性材料制得，所述热塑性材料例如通用电 气公司制造的Ultem 。可以通过喷射模塑法、铸造法以及传递模塑法或 以另一种合适的方式形成反射环102。反射环102的反射表面103可以涂 敷有诸如保护性银或铝之类的反射材料。反射环102例如使用高温环氧树 脂安装至村底108。在一个实施例中，反射环102的高度可以约为1.8mm， 最小内部尺寸可以约为4.15mmx6.30mm，外部尺寸约为12mmxl2.5mm。 这些尺寸只是作为示例的形式给出，当然，可以采用任何期望的尺寸。
如图3和4所示，上部反射体104的反射表面105是来自反射环102 的反射表面103的一般弯曲的延长部分。应当理解的是弯曲的使用对于 本发明来说不是必须的。例如，反射环102的反射表面103和上部反射 体104的反射表面105可以是线形的并可以是有角度的或直的，例如垂 直的。因此，反射环102和上部反射体104可以是两件集成的隧道 (tunnel),以形成矩形形状管。
上部反射体104可以使用反射环102作为4黄向位置参考。然而，如 果需要，上部反射体104可以使用基底108本身作为参考。上部反射体 104可以例如利用螺钉120、夹具或其他合适的连接体机械地耦合至散 热器IIO,它对着散热器110支持DBC衬底109。可替换地，上部反射 体104可以例如利用环氧树脂或硅树脂与散热器110结合。如在图4中 所见，上部反射体104在z-方向上没有接触反射环，即上部反射体104 没有朝向散热器110在反射环和/或衬底108上施加压力。
上部反射体104可以由热塑性的，例如Ultem⑧，或其他合适的材料 制得。可以通过喷射模塑法、铸造法以及传递模塑法或以另一种合适的方 式形成反射环。上部反射体104的反射表面105可以涂敷有诸如保护性银 或铝之类的反射材料。在一个实施例中，上部反射体104距离散热器110 的高度例如为22mm，出口处的内部尺寸约为9.1mmxl3.6mm，壁厚约为 3mm。这些尺寸只是作为示例的形式给出，当然，可以采用任何期望的 尺寸。
通过采用两个分离件来形成反射角变换器组件100,简化了制造和 装配。只有定位于邻近LED 106的较小的反射环102需要高精度的制造 和布置。上部反射体104的制造和安装公差没有那么严;^各。另外，因为 上部反射体104远离LED106，所以上部反射体104对温度敏感性的要 求就没有那么严格。图6、 7A、 7B和8是透视图，这些透视图说明了具有根据本发明实 施例的聚光器件210的设备200的装配。图6表示了安装在基底204上的 LED阵列202。基底204安装至DBC基底206,其包括多数电导线208。 DBC基底206示为定位在散热器209上，但是应当理解的是，在一个实施 例中，DBC基底206未与散热器209连接，而是如上面讨论的，由上部反 射体施加的压力支撑到散热器209。然而，如果需要，DBC基底206可以 例如利用环氧树脂或其他合适的机构物理地连接至散热器209。
图7A表示了反射角变换器的安装至基底202的更小的反射环212, 使用台面203 (图6中所示)作为横向定位向导。应当理解，尽管反射环 212在图7A中被表示为一般呈矩形形状，但是反射环可以具有其他可选 择的形状。例如，椭圓形、方形、圓形或其他期望的形状。图7B以示例 的方式说明了圓形反射环212',为了说明起见，省略了反射环212'的一部 分。如图7B中所示，可以利用组合在一起的弧的多个件来产生反射环212'。 就像图7A中所示的矩形反射环212,圆形反射环212'包围阵列202中的 多个LED。如图7B中所示，反射环可以放置在LED阵列202的一部分之 上。
随着反射环212安装至基底202,上部反射体214例如利用图6和7A 中所示的穿过孔209a的螺钉安装至散热器209,得到图8中所示的结构。 图8只表示了照明目的的上部反射体214的一半。为了简化制造，上部反 射体214可以以在安装至散热器209之前耦合在一起的两个或多个件，例 如四个件来生产。上部反射体214可以使用反射环212的外部周界作为横 向定位向导。可替换地，上部反射体214可以使用针引到位置上，所述针 插入反射环212的针孔212a中。可以按照本发明使用针对上部反射体的 其他安装结构。
尽管结合用于说明性目的的特定实施例说明了本发明，但本发明并不 限于此。可以做出各种调整和修改而不会偏离本发明的范围。因此，所附 权利要求的精神和范围应不受限于前面的描述。
权利要求
1.一种设备，包括至少一个发光二极管；具有第一组反射侧壁的围绕所述至少一个发光二极管的反射环；围绕反射环和至少一个发光二极管的上部反射体，上部反射体具有第二组反射侧壁，第一组反射侧壁和第二组反射侧壁形式是大致连续的。
2. 根据权利要求1的设备，其中第一组反射侧壁的反射侧壁具有弯 曲的结构，第二组反射侧壁的反射侧壁具有弯曲的结构，其中第一组反射 侧壁和第二组反射侧壁形成大致连续的弯曲。
3. 根据权利要求1的设备，其中第一组反射側壁相对于所述至少一 个发光二极管的平面表面具有成角度的或垂直的取向，第二组反射侧壁相 对于所述至少一个发光二极管的平面表面具有成角度的或垂直的取向。
4. 根据权利要求1的设备，其中第一组反射侧壁形成至少一个矩形 的、椭圆的或圆形的开口，该开口围绕所述至少一个发光二极管。
5. 根据权利要求1的设备，其中反射环至少部分地覆盖所述至少一 个发光二极管。
6. 根据权利要求1的设备，其中阵列中存在多个发光二极管，反射 环围绕所述多个发光二极管。
7. 根据权利要求1的设备，其中至少一个发光二极管安装在基底的 表面上，其中反射环在基底的表面下延伸。
8. 根据权利要求7的设备，其中基底包括具有顶表面和周围侧壁的 台面，其上安装有至少一个发光二极管的基底表面是台面的顶表面，其中 一部分反射环围绕台面的侧壁。
9. 根据权利要求l的设备，其中台面由基底中的凹槽定义。
10. 根据权利要求1的设备，其中至少一个发光二极管耦合至散热器， 其中上部反射体安装至散热器。
11. 根据权利要求10的设备，其中上部反射体没有朝向散热器在反 射环上施加压力。
12. 根据权利要求10的设备，其中至少一个发光二极管耦合至基底， 其中基底的一部分放置在上部反射体和散热器之间，其中上部反射体加上 散热器的安装在基底上施加压力。
13. 根据权利要求12的设备，其中基底是第一基底，其中至少一个发光二极管安装在第二基底上，该第二基底安装至第一基底。
14. 一种方法，包括 在基底上提供至少 一个发光二极管；安装反射环至所述基底，具有一组反射侧壁的反射环围绕所述至少一 个发光二极管；使用反射环作为安装上部反射体的向导，所述上部反射体具有相对反 射环的反射侧壁大致连续的 一组反射侧壁。
15. 根据权利要求14的方法，其中反射环的反射侧壁和上部反射体 的反射侧壁中至少之一具有弯曲的结构。
16. 根据权利要求14的方法，其中反射环的反射侧壁形成至少一个 矩形的、椭圆形的或圓形的开口，该开口围绕所述至少一个发光二极管。
17. 根据权利要求14的方法，其中反射环至少部分地覆盖所述至少 一个发光二极管。
18. 根据权利要求14的方法，其中基底包括其上安装有所述至少一 个发光二极管的台面，该方法还包括使用所述台面作为将反射环安装至基 底的向导。
19. 根据权利要求14的方法，其中在基底上以阵列的形式提供多个 发光二极管。
20. 根据权利要求14的方法，还包括 提供散热器；以及 将上部反射体安装至散热器。
21. 根据权利要求20的方法，其中基底的一部分放置在上部反射体 和散热器之间。
22. 根据权利要求21的方法，该方法还包括利用来自安装至散热器 的上部反射体的压力对着散热器支持基底。
23. 根据权利要求14的方法，其中上部反射体不在反射环上施加压力。
24. 根据权利要求14的方法，其中基底是第一基底，其中在基底上 提供至少一个发光二极管包括在第二基底上安装至少一个发光二极管并 将第二基底安装到第 一基底上。
全文摘要
与一个或多个发光二极管(106)一起使用聚光器件(10)以产生例如准直的光。聚光器件(10)用包括围绕一个或多个发光二极管(106)的小反射环(102)的多个件来制造。反射环(102)可以相对LED(106)定位，使用其上安装有LED(106)的台面(112)作为横向定位向导。装配期间分离的上部反射体(104)使用反射环(102)作为横向定位向导。当装配反射环(102)和上部反射体(104)时，反射环(102)和上部反射体(104)包括大致连续的反射侧壁。
文档编号F21V7/00GK101297153SQ200680040171
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月24日 优先权日2005年10月28日
发明者F·J·小瓦尔, G·W·恩格, M·H·库帕, M·法尔, S·埃伯尔 申请人:飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司