[发明专利]具有自对准预制透镜的发光设备

说明书

一种透镜结构以促进在该透镜结构内发光芯片的精确对准的特征被预先形成。为了便于制造，特征包括允许发光芯片容易插入到透镜结构中的锥形壁，该锥形物用来在芯片完全插入时精确地对准发光芯片。该锥形物可以包括线性倾斜或弯曲的壁，其包括复杂形状。可以使用粘合剂来将发光芯片固设到透镜结构。发光芯片可以被拾取和放置到透镜结构的阵列中，或者被拾取和放置到可以被透镜结构的阵列覆盖的衬底上。

技术领域

本发明涉及发光设备的领域，并且特别地涉及通过将自支撑发光元件放置到具有腔体的预制透镜中而形成的发光设备，该腔体具有促进发光元件插入到透镜中并且促进将发光元件粘附到透镜的倾斜壁。

背景技术

常规发光设备包括发光元件，诸如安装在衬底上并且包封在可以充当光学透镜的保护外壳中的发光二极管芯片（LED芯片）。衬底提供促进发光设备在后续过程期间的处置所需的结构支撑，诸如发光设备在印刷电路板上的安装。保护外壳可以包括波长转换材料，其将从发光芯片发射的光的至少一部分转换成不同波长的光。波长转换材料可以可替换地被提供为发光芯片与外壳/透镜之间的分立元件。

用于提供如上文所述的发光设备的常见技术包括将发光元件附连到用于允许到发光元件的外部电力连接的导线框衬底，然后封装发光元件和其利用硅树脂模具而附连到的导线框的部分。导线框可以是包括用于安装发光元件的多个框的载体的部分，使得封装可以作为单个成型过程而针对所有发光元件执行。

在另一实施例中，发光元件安装在陶瓷衬底上，该陶瓷衬底包括发光元件附连到的导体。2008年11月18日颁发给Grigoriy Basin、Robert Scott West和Paul S. Martin的USP 7,452,737, MOLDED LENS OVER LED DIE公开了一种容纳多个发光元件的陶瓷衬底，以及在每一个发光元件之上形成透镜元件的模具。陶瓷衬底可以随后被切割/切分以提供“单一化的（singulated）”发光设备，其包括到陶瓷衬底上的发光元件的外部连接。

在另一实施例中，衬底包括杯状腔体，发光元件在该杯状腔体内附连到用于将发光元件耦合到电源的导体。通过以低粘度硅树脂填充腔体并且使该硅树脂固化来封装发光元件。腔体可以成形以提供特定光学效果，和/或模具可以用来在杯体上方形成期望的透镜结构。2007年5月8日颁发给Akira Takekuma的USP 7,214,116 LIGHT-EMITTING DIODEAND METHOD FOR ITS PRODUCTION公开了将预制的透镜放置在杯体内的硅树脂的顶上。在使硅树脂固化之后，衬底被切分以提供单一化的发光设备。

以上过程中的每一个要求将发光管芯单一化，将每一个管芯安装在衬底上，封装衬底上的管芯，然后切割/切分衬底以单一化所完成的发光设备。除了与在衬底上安装发光管芯的中间步骤所涉及的双重处置相关联的附加制造成本和努力之外，这种双重处置过程也对其中要求发光管芯具有关于包封结构的光学器件的特定位置的应用构成挑战。在许多应用中，如果发光元件相对于包封结构的光学器件“偏离中心”，则所形成的发光设备可能因为在制造过程中“失败”而被丢弃，或者可能通过制造测试并且在其并入到产品中时导致有缺陷的产品。例如，在相机闪光灯应用中，如果相机/手机/平板电脑等以非均匀光照产生照片，则相机/手机/平板电脑等的购买者将很可能要求更换。

尽管相当简单的技术可用于恰当地将衬底与提供经成型的透镜结构的工具对准，比如在衬底和工具中的每一个中创建对准特征，但是实现衬底上的发光元件的相应恰当对准是更具挑战性且昂贵的任务，其要求例如高精度“拾取与放置”机器以将每一个发光元件放置在衬底上的高度精确的位置处。