[發明專利]具有復式封殼透鏡的LED

有效

• 申請號: 200680052691.3
• 申請日: 2006-12-20
• 公開（公告）號: CN101371371A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: 帕特里克·R·德斯藤
• 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: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 車文;鄭立

技術領域

本發明涉及發光二極管(LED)器件，以及這種器件的元件和相關的制品以及工藝。

背景技術

LED在某種程度上是可選光源，因為它們具有相對較小的尺寸、較低的功率/電流要求、快速的響應時間、較長的使用壽命、牢固的封裝、有多種可用的輸出波長并與現代電路構造具有相容性。這些特性可能有助于解釋它們在過去數十年多種不同最終用途中得到廣泛應用的情況。在效率、亮度和輸出波長方面，LED仍在持續獲得改進，進一步擴大潛在最終應用的范圍。

LED通常以封裝形式銷售，封裝中包括安裝在金屬接頭上的LED晶粒或芯片。所述接頭可配有反射杯，杯中裝配LED晶粒，而電引線連接到LED晶粒。某些封裝也包括模制的透明樹脂，用于包封LED晶粒。膠囊包封樹脂可以具有使晶粒射出的光保持部分平行的標稱的半球形前表面，或者具有標稱的平坦表面。

在圖1-5中給出了已知LED光源的實例。

在圖1中，光學半導體器件10包括支承體11以及電致發光的半導體二極管12，該二極管通過適用的焊料固定到支承體11的頂部表面。通過支承體11中的開口延伸的端線13固定到支承體上，并且通過電絕緣材料(例如玻璃或陶瓷)制成的墊圈14與支承體電絕緣。每根端線13通過細小線材15電連接到二極管12分隔的觸點上。第三根端線16固定到支承體11，該支承體電連接到二極管12。玻璃圓頂17安裝并固定到支承體11的頂部表面。玻璃圓頂在二極管12上方延伸并與之緊密接觸，以使得二極管發出的輻射均穿過玻璃圓頂。在圖1的器件10中，玻璃圓頂基本呈球形。圖2示出與器件10相似的光學半導體器件10′，不同的是圖2中的玻璃圓頂17′(安裝在支承體11上并覆蓋了二極管12)是呈半球形的。美國專利3,596,136(費歇爾(Fischer))中進一步描述了圖1和圖2的器件。例如，費歇爾(Fischer)公開了橢圓、拋物線及其它的玻璃圓頂形狀，這些形狀是玻璃圓頂以有效的方式將輻射從二極管傳輸到需要的接收方所需的。費歇爾(Fischer)還提出，除了其它物質外，玻璃圓頂17或17′可由具有高折射率的玻璃制成，該玻璃的折射率優選地大于2并盡可能接近電致發光二極管的折射率，并且具有低吸收率的性質。

圖3中示出了半導體發光器件18。器件18包括半導體芯片19，該芯片具有狹窄的光散射區20。球面透鏡21通過紫外線硬化粘合劑23安裝到芯片的后表面22上。通過劃分以及分割更大的半導體晶片來得到半導體芯片19，并且將晶片基底側(稍后形成芯片19的后表面)高精度研磨到預定厚度，使得透鏡21中心以及散射區20中心之間的距離為最佳。美國專利5,403,773(尼塔(Nitta)等人)中進一步描述了所述器件18。尼塔(Nitta)等人提出粘合劑樹脂23的折射率應該與器件芯片19以及球面透鏡21的折射率相似。

在圖4中，受LED激發的基于熒光粉的光源24包括半導電LED25，該LED安裝在導電散熱器26內，該散熱器也會將來自LED25的部分光反射向熒光粉反射器組件27。組件27可以位于光學透明的密封材料28中，可使該材料定形為透鏡結構29，從而修整由光源24發出的光。在美國專利申請公開US2004/0145288A1(歐德柯克(Ouderkirk)等人)中進一步描述了光源24。

圖5中的多層LED30在美國專利6,717,362(李(Lee)等人)中有更全面的描述，該LED包括形成p-n面結型二極管的半導體材料31，這種材料31由三個層32、33、34封裝。32、33、34各層的材料按照這種方式進行挑選，使得各層的折射率逐漸減小，從接近半導體材料31的折射率減小到接近空氣35的折射率。根據李(Lee)等人的專利，這導致半導體材料31和第一層32、第一層32和第二層33、第二層33和第三層34以及最后的第三層34和空氣35的各自界面之間的折射率差值變小。李(Lee)等人提出，只要層的折射率具有以上屬性，可以使用任何數目的層。

發明內容

本專利申請公開了一種LED光源，特別是一種包括LED發光體以及至少部分圍繞發光體的封殼的LED光源。封殼包括內透鏡以及外透鏡，內透鏡的折射率基本上小于外透鏡的折射率，優選地為外透鏡折射率的70％到80％。內透鏡及外透鏡可以沿著曲面彼此接觸，該曲面對應于內透鏡的外曲面以及外透鏡的內曲面。優選地，內透鏡基本上是平凸的而外透鏡是凹凸的。內透鏡生成發光體的第一虛像，而外透鏡生成第二虛像，并且第一虛像位于發光體和第二虛像之間。LED光源能夠在緊空間中提供均勻的照明。