专利名称：一种引导led光的led器件及方法
技术领域：
本发明涉及一种引导LED光的LED器件及方法。
背景技术：
LED器件通过控制发光二极管(“LED”)来产生所期望的发光模式。在这样做时，这种器件通常将发自LED的上表面的光(即“上LED光”)与发自LED的侧表面的光(即“侧LED光”)混和。
所期望的发光模式应该不仅仅是轻易可见的—因为LED器件经常被结合在交通信号、可变消息符号以及各种显示中—而且还应该被高效产生。也就是说，任何不是以对所期望的发光模式做贡献的方式来有效控制的LED光就表示浪费了能量。
一种现有技术的LED器件涉及围绕LED的侧表面布置光反射腔来将其“侧LED光”向上反射，以使得其与“上LED光”混和并有效地为所期望的发光模式做贡献。但是，因为“上LED光”对“侧LED光”的百分比通常对不同的LED是不同的，所以不是专门适用于各个LED的光反射腔在混和“上LED光”与“侧LED光”上并不完全有效。因此，这种现有技术的器件在产生所期望的发光模式上并不完全有效。
为了解决光反射腔的混和限制，其他现有技术的LED器件与其一起采用了光反射密封剂。这种光反射密封剂将LED从LED的基部到光反射密封剂的外表面都密封起来，该外表面在光反射腔之上显著地延伸。不幸的是，这种LED器件由于将LED光沿不期望的方向反射而浪费了其中的很大一部分。
例如，如图1的一种现有技术的LED器件1中示意示出的，LED的某两束光(例如光线5和7)在到达(例如)所期望的发光模式3之前就被反射“偏离”了。从该图清楚可见，这样的光是因为现有技术的光反射密封剂4的一部分位于光反射腔8(在其表面上具有光反射镜9)之上而被浪费的。因此，需要一种更有效地(向着所期望的发光模式)引导LED光的LED器件和方法，以及构造根据本发明的LED器件的方法。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种LED器件，包括LED；所述LED位于其中的光反射腔；至少部分密封所述LED并位于所述光反射腔内的第一密封剂；位于所述第一密封剂之上的第二密封剂；第一器件端子；在所述第一器件端子和所述LED之间的第一连接；第二器件端子；在所述第二器件端子和所述LED之间的第二连接；其中所述第一密封剂部分地由第一百分比的第一光反射物质组成。
另外，根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于构造LED器件的方法，包括将LED安装到光反射腔中；将所述LED连接到第一器件端子和第二器件端子；用第一密封剂至少部分地填充所述光反射腔，所述第一密封剂至少部分地由第一百分比的第一光反射物质组成；以及将第二密封剂置于所述第一密封剂之上。
图1是现有技术的LED器件的一个示例；图2是其中LED具有垂直设计的本发明的一种LED器件；图3是图2中所示的LED器件的光反射腔的放大视图；图4是本发明的LED器件的光反射腔的放大视图，其中该LED器件具有位于LED的上表面之下的第一密封剂；图5是本发明的LED器件的一个实施例，其中LED具有倒装设计；图6是图5中的LED器件的光反射腔的放大视图；图7是表面安装技术(SMT)设计下的本发明的LED器件的一个实施例；图8是安装到电源的图1的LED器件；和图9是本发明的LED器件的一个实施例，其中第一密封剂和第二密封剂两者都包括光反射物质。
具体实施例方式
图2示出了具有在光反射腔420之内的LED430的LED器件400。光反射腔420由第一器件端子410的一部分组成，该第一器件端子410由“引线框架”构成。在本实施例中“引线框架”是铜，或者是铜、钢和镍中至少之一。在其他实施例中，“引线框架”是任何合适的导体。
光反射腔420还包括银的光反射涂层424。或者，光反射涂层424是金、铝和镍中至少之一，或者是金、银、铝和镍中至少两种。在其他实施例中，光反射腔420由任何合适的反射材料组成。而且，在另外的实施例中，光反射腔420由充分反射的物质组成，并且不需要光反射涂层424。
经由导电粘结剂440将LED430安装在光反射腔420之内，以在LED430和第一器件端子410之间产生第一连接441。此外，焊线450提供了LED430和第二器件端子460之间的第二连接442。
导电粘结剂440是部分由Ag(或可替换的其他导电物质)组成的环氧树脂，以使得该环氧树脂导电。在粘结剂不导电的其他实施例中，第二导线提供了LED430和第一器件端子410之间的第一连接441。在另外的实施例中，采用导电粘结剂440和第二导线两者来提供第一连接441。
光反射腔420填充有至少部分密封LED430的第一密封剂470，该第一密封剂470至少部分由第一光反射物质401组成。这样，第一密封剂470填充LED430、光反射腔420以及第二密封剂490的下表面486之间的区域477。
在图2和3的实施例中，光反射腔420的深度大于LED430的高度(但是在其他实施例中，LED430的高度更大)。虽然在图2中光反射腔420的深度为0.5mm，但是也可以在0.05mm到3mm的范围内。而且，第一密封剂470的上表面485在LED430的上表面497之上0.1mm。在其他实施例中，第一密封剂470的上表面485在LED430的上表面497之上0.06mm到2mm之间，或者在0.02mm到6mm的范围内。
虽然在图2和3中第一密封剂470填充光反射腔420直到光反射腔420的上周界425，并由此完全密封LED430，但是在其他实施例中(例如如图4所示的)，第一密封剂470仅仅填充光反射腔420直到光反射腔420的非上周界426。而且，虽然在图4中非上周界426在LED430的上表面497之下，但是在其他实施例中，非上周界426在LED430的上表面497之上。
此外，本领域技术人员将很清楚第一密封剂470的上表面485由于广为人知的表面张力的原理，而在图2和3中是凸起的，在图4中是凹入的。在其他实施例中，上表面485是以下之一凹入的、凸起的、大致平坦的、以及本领域技术人员所清楚的其他形状。
LED器件400还包括与第一密封剂470相邻并位于其上的第二密封剂490。如图2所示，第二密封剂490填充第二密封剂490的上表面473和第一密封剂470的上表面485之间的区域471。而且，如图2所示，第二密封剂490的下表面486与第一密封剂470的上表面485相邻并位于其上。这种关系的存在使得从LED430在上表面485之下的部分发出的光，在离开第一密封剂并进入第二密封剂490之后不会被反射“偏离”，因为在图2到图8的实施例中第二密封剂490不包含任何光反射物质。类似地，在第二密封剂也包含光反射物质的实施例(例如图9)中，这种光也不太可能被反射偏离，因为第二密封剂总是具有比第一密封剂小的光反射强度。在整个本文件中，采用术语“偏离”来描述这样一种情况，其中光在到优选发光模式的路线上，但是偏离了该路径，从而未到达优选发光模式。
在图2到9中所示的实施例中，第一密封剂470(图5和6中的570、图7中的670、图8中的770、以及图9中的970)由环氧树脂的基本物质和第一光反射物质401组成。第一光反射物质401是无机填充剂，具体地说是碳酸钙。具体而言，第一密封剂470的组分是97％的环氧树脂以及3％的第一光反射物质401(都是相对于与第一密封剂470相关联的重量)。
在另一个实施例中，光反射物质是碳酸钙、二氧化钛和玻璃粒子中至少之一。而且，在其他实施例中，基本物质是环氧树脂、硅树脂和无机玻璃材料中至少之一。
第一光反射物质401一般由平均大小在20μm到60μm的范围内的粒子组成。因为这些粒子是细微的，所以其在没有悬浮剂的帮助下就充分悬浮在基本物质中。
或者，在第一光反射物质401中采用更大的粒子。在这些替代实施例的某些中，考虑到这些更大的粒子向下沉淀的趋势，添加触变剂来帮助其悬浮。因此，第一密封剂470的组分是可选择的在大约50％到大约97％之间的基本物质；在大约3％到大约40％之间的第一光反射物质401；以及在0％到大约10％之间的触变剂(每一个都是相对于与第一密封剂470相关联的重量)。
第二密封剂490(图5中的590、图7中的690、以及图8中的790)由环氧树脂的基本物质组成，基本上是光学透明的，并且未填充有任何光反射物质。或者，其由硅树脂和无机玻璃材料中的至少一种组成。而且，在另一个实施例中，第二密封剂490是环氧树脂、硅树脂和无机玻璃材料中的至少两种。
在其他实施例中，第二密封剂490包含一定量的第一光反射物质401；或者，第二密封剂490包含不同于第一光反射物质401的第二光反射物质402。而且，在另一个实施例中将彩色染料添加到第二密封剂490中以提供彩色色调。(第二密封剂490包含光反射物质的实施例在本文件后面的部分讨论。)如图3所示，从LED430的上表面497发出的光(即“上LED光”)的一部分与“侧LED光”混和，因为第一密封剂470的上表面485在LED430的上表面497之上。例如，当“上部光线”(标为413)从LED430的上表面497发出时，其通常被第一密封剂470反射到光反射腔420(标为414)，并被光反射腔420反射到优选的向上的方向上(标为415)。
重要的是，光线415在到达LED器件400之上的所期望的发光模式(未示出)之前并不被反射“偏离”，因为第一密封剂470并不超出光反射腔420的上周界425并且第二密封剂490并不包含任何光反射物质。于是，光线415沿优选的向上的方向从第二密封剂490发出(从而从LED器件400发出)，并且由此对所期望的发光模式做出贡献。
从LED430的侧表面437发出的光(即“侧LED光”)的主要部分被反射，使得其流到向上的方向并有效地对所期望的发光模式做出贡献。例如，也是如图3所示，当“侧部光线”417从LED430发出时，其被第一密封剂470反射，被向着光反射腔420反射(标为418)，并最终被反射到所期望的向上的方向上(标为419)。
因为第二密封剂490不包括任何光反射物质，所以其在离开第一密封剂470之后并不被第二密封剂490反射“偏离”。同样，这是因为第二密封剂490不包含光反射物质。
在例如图4所示的其他实施例中，第一密封剂470的上表面485不覆盖LED430的上表面497，但仍然覆盖LED430的侧表面437的一部分(或者基本覆盖侧表面437的全部)。在这样的实施例中，“上LED光”通常向所期望的发光模式发出，不与第一密封剂470中的“侧LED光”混和，并且同样不被第二密封剂490反射“偏离”。作为对比，发自LED430的密封部分的光被混和来实现所期望的发光模式，但也不被第二密封剂490反射“偏离”。
这表明，在另外的替代实施例中，例如其中第二密封剂990包含第二光反射物质902的图9的LED器件900中，在第一密封剂970和第二密封剂990中都发生“上LED光”和“侧LED光”的混和。(这样的实施例将在本文件后面的部分更详细地讨论。)而且，在例如图4的其他实施例中，某些“侧LED光”从LED430发出，并不首先碰到第一密封剂470。然而，这样的“侧LED光”也不被第二密封剂490反射“偏离”。于是，其也可能对优选的发射模式做出贡献(未示出)。
在其他实施例中，例如图9所示的LED器件900中，第二密封剂990包含第二光反射物质902。虽然第二光反射物质902与第一密封剂970中的第一光反射物质901相同，但是第二密封剂990中第二光反射物质902的百分比(即“第二百分比”)小于第一密封剂970中第一光反射物质901的百分比(即“第一百分比”)。具体而言，第一百分比是3％(占与第一密封剂970相关联的重量)，并且第二百分比是1％(占与第二密封剂990相关联的重量)。但是在其他这样的替代实施例中，第二百分比在大于0％和小于第一百分比的100％之间。
将上述百分比的第二光反射物质902添加到第二密封剂990中来进一步混和(或者混和)“上LED光”和“侧LED光”，以实现所期望的LED器件发光模式。因此，第二密封剂990中所采用的第二光反射物质902的具体量至少部分地依赖于所期望的发光模式。而且，至少以下之一在此方面也是相关的因素LED930、光反射腔920、所采用的第二光反射物质902的组分、以及光反射涂层924。
虽然在这些替代实施例中使用第二光反射物质902可能导致某些LED光被第二密封剂990反射“偏离”，但是相对于可比较的现有技术的LED器件，更少的LED光被“偏离”丢失。有此优点是因为第二百分比小于第一百分比(假定在两种密封剂970和990中使用至少基本相同的光反射物质)。例如，第二光反射物质902对第一光反射物质901比例为1％∶3％的上述实施例，与可比较的现有技术的LED器件(例如图1中示出的现有技术的LED器件1)相比，将反射“偏离”更少的光(假定在这两种LED器件中采用至少基本相同的光反射物质)，该现有技术的LED器件仅具有一种包含3％光反射物质的光反射密封剂(例如现有技术的光反射密封剂4)。于是，即使在第二密封剂990包含一定量的光反射物质的本发明的实施例中，本发明也相对于现有技术保持了明显的优势。
而且，在另外的实施例中出现至少以下之一两种密封剂970和990中的光反射物质不同，和两种密封剂970和990中的基本物质不同。例如，虽然在两种密封剂970和990包含不同光反射物质的一些实施例中第一百分比高于第二百分比，但是在其他实施例中第一百分比实际上低于第二百分比。然而，在本发明的所有实施例中，第一密封剂970的光反射强度总是大于第二密封剂990的光反射强度。因此，在与以上相同的理由下，这些实施例与现有技术的LED器件相比也更好。
LED430具有图2中所示的LED器件400的“垂直设计”。因此，器件端子410和460被连接到LED430的相对端部。
作为对比，图5中的LED器件500具有“倒装”设计的LED530。于是，LED530被安装到由硅组成的子安装座532上。
如图6所示，使用子安装粘结剂534将LED530安装到子安装座532上，并且用粘结剂540将子安装座532安装到光反射腔520。焊线551和552分别将子安装座532连接到第一器件端子510和第二器件端子560。
最后，在图7中示出表面安装技术(SMT)实施例的LED器件600。LED器件600具有第一器件端子610和第二器件端子660，这两者都由引线框架制成。使用粘结剂640将LED630安装到第一器件端子610，并且焊线650将LED630连接到第二器件端子660。
由塑料构成的光反射腔620被模制到第一和第二器件端子610和660之上。该塑料是白色的(或者基本是白色的)，并因此由于其足够好地反射光而不需要光反射涂层。或者，光反射腔620包括由金、银、铝和镍中至少之一构成的光反射涂层。
在另一个SMT实施例中，通过部分穿过PCB钻孔来制造光反射腔620，器件端子610和660是PCB的导电迹线。另外，因为PCB由玻璃环氧树脂制成并因此而反射性不强，所以光反射腔620包括光反射涂层。
构造LED器件400的方法通常包括将LED430安装到光反射腔420中；将LED430电连接到器件端子410和460；用第一密封剂470填充光反射腔420；使第一密封剂470固化；用第二密封剂490覆盖第一密封剂470的上表面485；并固化第二密封剂490。
第一密封剂470实际上是液体，并且由两个单独的部分组成，即在使用前混和的树脂和硬化剂。为了使组件具有一定刚性，液体密封剂必需被硬化。这是通过使密封剂在高温下经历一段时间来完成的。
在本实施例中，第一密封剂470的固化在100摄氏度下发生，并花费约4小时，但是或者取决于所采用的温度以及所使用的树脂和硬化剂的百分比而可以花费30分钟到6小时之间。本领域技术人员将很清楚其他替代方式。
第二密封剂490的固化花费约4小时，但是，在其他实施例中，第二密封剂490的固化取决于所采用的温度以及所使用的树脂和硬化剂的百分比而花费30分钟到10小时之间。
LED器件400的LED430最终连接到独立于LED器件400的电源。或者，如图8所示，LED器件700包括电源731。电源731经由第一器件端子710和第二器件端子760以及第一电源端子733和第二电源端子737被连接到LED730。
在图8中电源731是电流源。或者，其是电压源，并且在其他实施例中电源731是电流源和电压源。而且本领域技术人员将很清楚这样的电源以及替代的电源。
最后，虽然已经详细说明了本发明的实施例，但是应该很清楚本领域技术人员可以想到这些实施例的修改和适用，而不偏离所附权利要求中所阐明的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于引导光的LED器件，包括LED；所述LED位于其中的光反射腔；至少部分密封所述LED并位于所述光反射腔内的第一密封剂；位于所述第一密封剂之上的第二密封剂；第一器件端子；在所述第一器件端子和所述LED之间的第一连接；第二器件端子；在所述第二器件端子和所述LED之间的第二连接；并且其中所述第一密封剂部分地由第一百分比的第一光反射物质组成。
2.如权利要求1所述的用于引导光的LED器件，其中所述LED的侧表面至少部分被所述第一密封剂所密封。
3.如权利要求2所述的用于引导光的LED器件，其中所述LED的侧表面完全被所述第一密封剂所密封。
4.如权利要求3所述的用于引导光的LED器件，其中所述第一密封剂的上表面位于所述LED的上表面之上。
5.如权利要求1所述的用于引导光的LED器件，其中所述第一密封剂填充所述光反射腔直到所述光反射腔的上周界。
6.如权利要求1所述的用于引导光的LED器件，其中所述第二密封剂部分地由第二百分比的第二光反射物质组成。
7.如权利要求6所述的用于引导光的LED器件，其中所述第二百分比小于所述第一百分比。
8.如权利要求7所述的用于引导光的LED器件，其中所述第二百分比小于所述第一百分比的大约三分之一。
9.如权利要求7所述的用于引导光的LED器件，其中所述第二百分比小于所述第一百分比的大约二分之一。
10.如权利要求1所述的用于引导光的LED器件，其中所述第一百分比在3％和40％之间。
11.如权利要求6所述的用于引导光的LED器件，其中所述第一百分比在3％和40％之间。
12.如权利要求1所述的用于引导光的LED器件，其中所述第一百分比在3％和10％之间。
13.如权利要求6所述的用于引导光的LED器件，其中所述第一百分比在3％和10％之间。
14.一种用于构造LED器件的方法，包括将LED安装到光反射腔中；将所述LED连接到第一器件端子和第二器件端子；用第一密封剂至少部分地填充所述光反射腔，所述第一密封剂至少部分地由第一百分比的第一光反射物质组成；以及将第二密封剂置于所述第一密封剂之上。
15.如权利要求14所述的用于构造LED器件的方法，其中所述第二密封剂部分地由第二百分比的第二光反射物质组成。
16.如权利要求15所述的用于构造LED器件的方法，其中所述第二百分比小于所述第一百分比。
全文摘要
本发明公开了一种引导LED光的LED器件及方法。该LED器件包括至少部分密封LED并位于光反射腔内的第一密封剂、以及位于所述第一密封剂之上的第二密封剂，其中第一密封剂部分地由第一百分比的第一光反射物质组成。此外，提供了一种构造LED器件的方法。
文档编号H01L33/60GK1661824SQ20051000521
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月1日 优先权日2004年2月27日
发明者伍启元, 沈忠兴, 程建展, 穆罕默德·扎姆里·扎因·阿比尔因, 法赫尔·阿里芬·穆赫德·阿菲夫, 努尔·阿泽安·马特·吉瓦 申请人:安捷伦科技有限公司