[發明專利]具有非結合的光學元件的LED封裝

無效

• 申請號: 200580045438.0
• 申請日: 2005-10-05
• 公開（公告）號: CN101095244A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 阿利·R·康納;凱瑟琳·A·萊瑟達爾;安德魯·J·歐德科克;約翰·A·惠特利
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 顧紅霞;張天舒

技術領域

本發明涉及光源。更具體地說，本發明涉及這樣一種光源：其中，使用光學元件提取從發光二極管(LED)發出的光。

背景技術

LED具有固有的潛力，能夠提供與傳統光源相競爭的亮度、輸出和工作壽命。不幸的是，LED在具有高折射率的半導體材料中產生光，從而難以有效地從LED提取光，而基本上不會降低亮度或增加LED的視在發光區域。因為半導體和空氣之間存在大的折射率失配，所以半導體-空氣界面的出射錐的角度相對比較小。在半導體中產生的光大量被全內反射而不會從半導體射出，從而降低了亮度。

以前從LED管芯提取光的方法使用各種形狀的環氧樹脂或硅密封劑，例如，在LED管芯上的圓頂形結構，或者在圍繞LED管芯成形的反射杯中形成的圓頂形結構。密封劑通常具有比空氣高的折射率，這減少在半導體-密封劑界面上的全內反射，從而提高了提取效率。然而，即使用密封劑，在半導體管芯(典型的折射率n為2.5或更高)和環氧樹脂密封劑(典型的n為1.5)之間也仍存在折射率失配的問題。

圖1示出用于提高LED的光提取效率的另一方法(美國專利申請公開No.US2002/0030194A1)(Camras等人)。該方法使用與LED管芯4結合的透明光學元件2，該透明光學元件2的折射率大于約1.8。該方法的缺點是，當光學元件2與LED管芯4結合時，在工作期間隨著該結合系統變熱，每個元件膨脹，從而該結合系統會承受應力。

LED必須在相對較低的結溫下工作，該結溫通常不超過125℃至150℃。這限制了最大的電流，相應地，限制了LED的輸出。由于在給定電流下差的熱控制導致LED管芯變得比所需的情況更熱，所以差的熱控制還會縮短LED壽命。提高從LED管芯中的熱提取可以提高驅動電流，從而提供更高的光強度和更長的壽命。從LED管芯提取或驅散熱的已知方法包括通過LED管芯的底部(通常，與主發光表面相對的一側)提取熱。其它的方法包括向LED封裝添加散熱流體冷卻劑，例如，如美國專利No.6,480,389(Shie等人)所述。

發明內容

雖然已經做出了這些進步，但是LED仍具有變得更亮的潛力。獲得允許從LED管芯有效地提取光并保持高亮度和高發光輸出的LED封裝是有益的。本申請公開一種光源，該光源利用具有至少一個發光表面的LED管芯和光學元件，其中的光學元件與LED管芯的發光表面機械分離。該光學元件具有輸入表面、輸出表面和至少一個中間表面，其中，輸入表面與發光表面光學耦合，輸出表面的表面面積大于輸入表面的表面面積。

本發明的以上概述并不意味著描述了本發明的每一個示例性實施例或者每一種實施方式。附圖和以下的詳細說明更具體地舉例說明了示例性實施例。

附圖說明

從下面結合附圖對本發明的各種實施例的詳細描述，可以更加全面地理解本發明，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。附圖應當是示例性實例，而不應當是限制性的。附圖中的各個元件的尺寸是近似的，可能不是按比例繪制的。

圖1是現有技術系統的與發光二極管結合的光學準直儀的示意圖。

圖2是示出在一個實施例中的光學元件和LED管芯構造的示意側視圖。

圖2a是圖2所示的示意側視圖的一部分的特寫圖。

圖3a至圖3c是光學元件的示例性形狀的示意圖。

圖4a至圖4e是光學元件的另外的示例性形狀的示意圖。

圖5a是用于一些實施例中的光學元件的示意剖視圖。

圖5b是用于一些實施例中的夾具的橫截面側視圖。

圖5c是用于一些實施例中的安裝在電路板上的LED管芯的橫截面側視圖。

圖6a是圖5a所示的光學元件的俯視圖。

圖6b是圖5b所示的夾具的俯視圖。

圖7是根據一些實施例組裝的LED封裝的剖視圖。

具體實施方式

如下面更詳細地描述的那樣，本發明提供一種具有光學元件的光源，該光源通過改變由LED管芯發出的光的角度分布而從LED管芯有效地提取出光。該光學元件與LED管芯的發光表面光學耦合，以有效地提取光。

在一些實施例中，光學元件還與LED管芯熱耦合，以允許從LED管芯中除去熱。為了進一步從光學元件中提取熱，添加了熱耦合的吸熱器夾具。

在其它實施例中，LED管芯與光學元件光學耦合，而在LED管芯和光學元件之間不用任何粘合劑或其它粘結劑。這使得光學元件和LED管芯在工作期間被加熱而膨脹時可以獨立地移動。沒有粘結或機械分離消除了在可能存在于用粘合劑或其它粘結劑粘結的系統中的光學元件和LED管芯上的應力。