[发明专利]用于LED的过模磷光体透镜

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)，并且特别涉及用于形成磷光体转换LED(PC-LED)的技术。

背景技术

在LED上形成硅树脂透镜是已知的，其中透镜被注入磷光体粉末。例如，LED管芯可以发射蓝色光，并且磷光体可以发射黄绿色光(例如YAG磷光体)，或者磷光体可以是红色和绿色磷光体的组合。通过透镜泄漏的蓝色光以及由磷光体发射的光的组合产生白色光。按照这种方式，可以通过使用适当的磷光体产生许多其他颜色。然而，由于以下原因中的一个或多个原因，这样的磷光体转换LED(PC-LED)在所有视角从LED到LED并没有可复现的颜色：磷光体涂层厚度的变化，磷光体在不同的视角距LED管芯的平均距离不同，光学效应，LED管芯相对于透镜的定位的错位以及变化和其他因素。转让给本受让人并且通过引用合并于此的美国专利No.7322902描述了一种用于在LED上形成硅树脂透镜的模制工艺。该专利描述了一种用于在半球形清透(clear)透镜上形成半球形的磷光体注入透镜的模制工艺。然而，该实施例仍然没有产生具有非常一致的颜色-视角关系的PC-LED。

一致的颜色-视角关系在光不被混合和漫射的情况下是极为重要的，例如在投影仪、闪光灯(flashlight)、汽车灯中或者在其中光源被直接放大且投射到表面上的相机闪光灯(camera flash)中。在多个PC-LED一起使用并且需要匹配以便跨过屏幕创建均匀的颜色时，一致的颜色-视角关系也是极为重要的。

因此，所需要的是一种具有非常高度可控的颜色-视角关系的PC-LED。

发明内容

描述了一种形成用于PC-LED的多个透镜(包括磷光体注入透镜)的技术，其中与在美国专利No.7322902中相比，更仔细地控制磷光体透镜的特性和效果。

将LED管芯(例如发射可见蓝色光的GaN LED)成阵列地安装到基座晶片上。可以存在数百个安装在晶片上的LED管芯。基座晶片可以是陶瓷衬底、硅衬底或者其他类型的支撑结构，其中LED管芯电连接到该支撑结构上的金属垫。

第一模具在其中具有与基座晶片上的LED管芯的理想位置相对应的第一凹口。这些凹口填充有液态或软化的硅树脂。基座晶片相对于第一模具精确地对准，使得LED浸没到硅树脂中。然后，将硅树脂固化以形成硬化的透镜材料。凹口基本上是具有平坦表面的矩形，因而在每个LED上形成第一清透透镜，其具有大体与LED形状成比例的矩形形状。凹口的深度和宽度足够大，使得在x、y和z方向上基座晶片上LED的最坏情况的错位下透镜也将覆盖LED。z方向上的错位由基座晶片表面的变化以及LED与基座晶片之间的金属结合体的厚度的变化造成。由于基座晶片与模具精确地对准，因而平坦透镜的“顶部”表面将全部处于单一参考平面内。

第二模具具有与第一模具中的第一凹口精确对准的更大的凹口。这些第二凹口具有与LED和第一凹口的形状成比例的基本上矩形的形状。这些第二凹口填充有硅树脂和磷光体的液态或者软化的混合物。然后，将基座晶片相对于第二模具精确地对准，使得LED和第一透镜浸没到硅树脂/磷光体中。然后，使硅树脂固化以形成硬化的第二透镜材料。

由于第一透镜的顶部表面全部处于相同的参考平面内，并且第一和第二凹口彼此精确地对准，因而第二透镜(包含磷光体)的内外表面完全由模具确定，而不是由LED的任何x、y、z错位确定。因此，第二透镜(包含磷光体)的厚度是可预测的且对于基座晶片上的所有LED精确地相同，并且所有透镜同时形成。此外，磷光体层基本上均匀地被蓝色LED照射，使得蓝色光均匀地通过磷光体透镜层泄漏。因此，得到的PC-LED的颜色(或者色度)从LED到LED将是可复现的并且跨过大范围的视角是均匀的。

然后，在磷光体注入第二透镜上模制第三基本上矩形的透镜，其可以比其他透镜更硬并且具有更低的折射率。

基座晶片然后被切割以便分离出各单独的PC-LED。基座/PC-LED然后可以被安装在电路板上或者被封装。

本发明的技术同样适用于其中大多数或者几乎所有LED光(例如蓝色或UV)被磷光体层吸收并且得到的光主要是磷光体层发射的光的PC-LED。这样的PC-LED将在磷光体透镜层中使用高密度的磷光体颗粒。

附图说明

图1为安装在基座晶片上的四个LED管芯的侧视图，其中LED管芯被示为不经意地安装在不同高度和/或稍微错位。

图2为LED管芯插入到第一模具内的凹口中的侧视图，所述第一模具内的凹口填充有(或者部分地填充有)液态(或软化的)内透镜材料以便形成平坦化的第一清透透镜。