[发明专利]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

本申请公开一种光源，该光源利用LED管芯，该LED管芯具有至少一个发光表面。提供了与发光表面的第一部分光学接触的图案化的低折射率层。光学元件的输入表面与发光表面的第二部分光学接触。光学元件的折射率高于低折射率层的折射率。在某些情况下，低折射率层可以是用真空或空气填充的间隙。在某些情况下，低折射率层可包括低折射率材料涂层。

本申请还公开了一种光源，其中，用于全内反射光的装置与LED管芯的发光表面的第一部分耦合。

光学元件可具有多种形状和尺寸。在某些情况下，其可具有锥形形状，该锥形形状带有反射侧表面和输出表面，该输出表面大于输入表面。锥形形状可至少部分使从宽角度发光光源发射的光准直。其它形状也可执行准直功能。光学元件可由这样的材料制成，该材料具有与LED管芯的折射率接近的高折射率，并具有高导热率以辅助从LED管芯吸取热量。

从下面的详细描述中可以看出本发明的这些和其它方面。但是，不应把上面的综述理解成对所要求保护的主题的限制，该主题仅由所附的权利要求书限定，而权利要求书在申请过程中是可以修改的。

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。