[发明专利]具有复合光学元件的高亮度LED封装

说明书

技术领域

本发明涉及固态光源，特别适用于封装的发光二极管(LED)领域。

背景技术

LED是光源的理想选择，部分是由于它们的相对较小的尺寸、低的功率/电流要求、高的速度、长的寿命、结实的封装、各种可用的输出波长以及与现代电路板的兼容性。这些特性可以帮助解释在过去的几十年中LED在多种不同终端应用中的广泛使用。在效率、亮度和输出波长等方面继续对LED进行改进，从而进一步扩大了其潜在的终端应用的领域。

LED通常以封装的形式出售，其中包括安装在金属管座(header)上的LED管芯或芯片。该管座具有LED管芯安装在其中的反射杯和连接到LED管芯的电引线。所述封装还包括密封LED管芯的模制透明树脂。该密封树脂通常具有名义上半球形的前表面，以使从LED管芯发出的光部分准直。

发明内容

本申请公开使用LED管芯的封装的固态光源。该LED管芯具有至少一个发光表面，所述发光表面与诸如锥形元件或透镜元件之类的至少一个准直光学元件光学接触。所述(一个或多个)光学元件具有输入表面和输出表面，并且至少分成第一部分和第二部分，其中，所述第一部分包括所述输入表面，所述第二部分包括所述输出表面。所述第一部分和所述第二部分分别包括第一光学材料和第二光学材料，其中，所述第一光学材料的折射率和/或导热率大于所述第二光学材料高的折射率和/或导热率。所述第一光学材料可以包括质地坚硬、透明的无机材料，例如蓝宝石、金刚石或者碳化硅。

根据下面的详细描述，本发明的上述和其它方面将显而易见。但是，不应当将以上概述解释为对所要求保护的主题的限制，该主题仅仅由附属权利要求限定，在申请过程中可以对所述权利要求进行修改。

附图说明

在整个说明书中参考附图，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1和图2是具有增亮层的LED封装的示意剖视图；

图3和图4是具有增亮层的更多的LED封装和锥形光学元件的示意剖视图；

图5示出了LED管芯的模拟的亮度和光强输出与锥形元件在LED管芯的前发光表面上的覆盖区的大小的函数关系；

图6、图7和图8是示出使用复合锥形元件的LED封装的示意剖视图，其中图8还示出与LED管芯耦合的多个锥形元件；以及

图9是具有增亮层和多个光学元件的另一LED封装的示意剖视图。

具体实施方式

在上文的背景技术中描述的常规LED封装的一个缺点是，将在LED管芯内产生的光传输到外部环境(通常，是指空气)的效率低。这种低效率的主要原因是LED管芯的半导体层的折射率高，以及密封树脂与(限定发光表面的)LED管芯的外部之间的折射率失配大。这种失配促使大量的光在LED管芯内发生全内反射(TIR)，从而导致所述光被捕获并最终被吸收。

典型LED封装的另一个缺点涉及LED管芯的较差的热控制能力，其过度地限制可流过LED二极管结的电流量。这又限制LED封装可实现的亮度和光强输出。较差的热控制能力是指从LED管芯排热的性能非最佳，由于使得LED管芯在给定电流下比所需的情况运行得更热，所以它也可能会损害LED的寿命。在上述的已知的LED封装中，将LED管芯结合到金属管座上，提供了从LED管芯的背面中合理的排热。但是，LED管芯的前发光表面与密封树脂接触，所述密封树脂具有低导热率，从而从LED管芯中排出极少的热。

对于很多终端应用来说，人们希望改进LED封装以便将在LED管芯内产生的更多的光耦合到外部环境，从而提高装置的光强输出。人们还希望改进LED封装以便增强LED管芯的亮度(在给定驱动电流下)。人们还希望改进LED封装以便加强对LED管芯的热控制，从而提供更低的LED管芯工作温度和/或更高的可实现的LED驱动电流。

在下文中，使用与LED管芯光学接触的至少一个复合光学元件的LED封装及其相关的优点将在可能不需要复合光学元件的相关实施例的讨论中进行披露。这样，读者将更加全面地了解要求保护的本发明的设计细节和改变。