帶高折射率透鏡的led模塊的制作方法
【專利說明】帶高折射率透鏡的LED模塊
[0001]本案為分案申請(qǐng)，母案是申請(qǐng)?zhí)枮?01080041382.2的進(jìn)入國(guó)家階段的PCT申請(qǐng)，其發(fā)明名稱為“帶高折射率透鏡的LED模塊”，申請(qǐng)日為2010年8月20日。
[0002]政府資助研宄的聲明
根據(jù)能源部授予的合同號(hào)DE-FC26-08NT01583，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例在政府支持下做出。政府享有本發(fā)明的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及發(fā)光二極管(LED)模塊。
【背景技術(shù)】
[0004]在某些發(fā)光二極管(LED)模塊中，透鏡被粘結(jié)或包覆模制于LED上。LED模塊釬焊到基板(諸如印刷電路板)上。在使用期間，透鏡可能會(huì)脫離LED管芯，這取決于在透鏡與LED之間的接觸區(qū)域。
[0005]LED可包括安裝于底座上的多個(gè)LED管芯，諸如薄膜倒裝芯片(thin film flipchip)。對(duì)于從LED裝置提取最多光的圓頂狀透鏡而言，其應(yīng)大于LED管芯。這將需要更大底座來提供用于接納透鏡的區(qū)域，因此增加了模塊成本，因?yàn)榛蹇蔀榘嘿F的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，模制帶外殼主體和透鏡的外殼陣列，或者模制外殼主體陣列且與透鏡粘結(jié)以形成帶外殼主體和透鏡的外殼陣列。發(fā)光二極管(LED)附連到陣列中的外殼上。金屬襯墊陣列可粘結(jié)到陣列背部或者與外殼陣列插入模制在一起以在外殼背部上形成結(jié)合襯墊。分割(singulate)該陣列以形成個(gè)別LED模塊。
【附圖說明】
[0007]在附圖中:
圖1、圖2和圖3示出了在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的LED模塊的分解、組裝和截面圖。
[0008]圖4示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的圖1的外殼陣列的透視圖。
[0009]圖5示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的將LED放置到圖1的外殼內(nèi)的透視圖。
[0010]圖6示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的帶LED的外殼的透視圖。
[0011]圖7示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的各帶有外殼主體和透鏡的實(shí)例性外殼陣列的透視圖。
[0012]圖8A和圖8B分別示出了在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的圖7的陣列中的一個(gè)實(shí)例性外殼的底部透視圖和平面圖。
[0013]圖9A和圖9B分別示出了在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的圖7的陣列中的另一實(shí)例性外殼的底部透視圖和平面圖。
[0014]圖10和圖11示出了在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的將發(fā)光二極管(LED)放置到圖7的陣列的外殼內(nèi)的透視圖。
[0015]圖12示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施中的在圖11的裝配陣列的背部上粘結(jié)金屬條帶陣列的透視圖。
[0016]圖13和圖14分別示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的從圖12的陣列分割的一個(gè)實(shí)例性LED模塊的截面圖和底視平面圖。
[0017]圖15示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的透鏡的實(shí)例性陣列的透視圖。
[0018]圖16示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的圖15的陣列中的一個(gè)實(shí)例性透鏡的截面圖。
[0019]圖17和圖18示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的外殼主體陣列的透視的頂視圖和底視圖。
[0020]圖19示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的、通過粘結(jié)圖15和圖17的透鏡和外殼陣列所得到的組合陣列和將LED放置該組合陣列的外殼內(nèi)的透視底視圖。
[0021]圖20和圖21分別示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的從圖19的陣列分割的一個(gè)實(shí)例性LED模塊的透視頂視圖和透視底視圖。
[0022]圖22示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的待粘結(jié)到圖21的LED模塊的背部的金屬襯墊陣列的透視圖。
[0023]圖23示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的金屬襯墊陣列的透視頂視圖。以及圖24示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的來自粘結(jié)到外殼的圖23的陣列的一個(gè)實(shí)例性金屬襯墊的透視底視圖。
[0024]在不同附圖中使用相同附圖標(biāo)記來指示相似或相同元件。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1、圖2和圖3分別示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的發(fā)光二極管(LED)模塊100的分解圖、透視組裝圖和截面組裝圖。模塊100包括透鏡102、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104、帶耦接到底部開口 110的頂部開口 108的外殼主體106，帶模制舌片114的金屬墊片112和帶一個(gè)或多個(gè)LED管芯117的LED 116。
[0026]透鏡102可為常規(guī)模制的玻璃透鏡。常見可模制的玻璃材料包括B270、Pyrex,Tempax, Borofloat 33和F2玻璃?；蛘?，透鏡102可為折射率(RI)為1.5或更大(例如
1.7或更大)的另一材料，諸如高RI的玻璃(例如，S-LAH51)、藍(lán)寶石、立方形氧化鋯(cubiczirconia)或鉆石。如果并無波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件附連到透鏡上，則透鏡102也可由RI為1.4或更大的硬硅樹脂或軟硅樹脂制成。透鏡102具有一定形狀，如圓頂狀或其它形狀，其幫助從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104和LED管芯116提取光。
[0027]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104固定到透鏡102的底表面上。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104修改LED管芯117的發(fā)射光譜以提供所需顏色。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件可為一個(gè)或多個(gè)陶瓷磷光體板，如在美國(guó)專利N0.7，361，938中所述的那樣，該美國(guó)專利被共同轉(zhuǎn)讓且以引用的方式結(jié)合到本文中。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104可通過高折射率粘結(jié)而固定到透鏡102的底表面上，如在名稱為“MoldedLens Incorporating a Window Element”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)XX/XXX, XXX(律師案號(hào)為PH012893US1)中所述的那樣，將其一并提交，共同轉(zhuǎn)讓且以引用的方式合并到本文中。
[0028]外殼主體106包括凹口 118和頂部開口 108以接納帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104的透鏡102。透鏡102與外殼主體106對(duì)準(zhǔn)使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104完全覆蓋頂部開口 108。透鏡102可粘結(jié)到凹口 118以維持該對(duì)準(zhǔn)?？蓪⒛z涂覆到透鏡102底部、凹口 118或二者上。膠可為娃樹脂粘合劑、環(huán)氧化物粘合劑或另一粘合劑。夾鉗120定位于凹口 118周圍。夾鉗120可由于熱而塑性變形以在被稱作“熱定粧”(heat staking)的過程中夾持到透鏡102的邊沿或凸緣122上。當(dāng)透鏡102被粘結(jié)且夾持到外殼主體106上時(shí)，透鏡不應(yīng)脫離外殼主體。當(dāng)透鏡102固定到外殼主體106上時(shí)，其大小并不受到LED 116的底座大小限制。舉例而言，透鏡102可具有大于LED 116的頂表面的底表面。外殼主體106可為常規(guī)模制的白塑料。舉例而言，外殼主體106可為聚鄰苯二酰胺(polyphthalamide，PPA)，諸如來自DuPont 的 Zytel ;來自 Solvay Advanced Polymers 的 Amodel 或者液晶聚合物(LCP)。
[0029]由于在外殼主體106中頂部開口 108小于底部開口 110，底部開口的頂部形成繞頂部開口周邊的擋止件302(圖3和圖5)。擋止件302限定LED 116以多大深度安放于底部開口 110中和LED從底部開口突伸多遠(yuǎn)。LED 116放置于底部開口 110內(nèi)且粘結(jié)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104和擋止件302。在放置LED之前，膠可涂覆到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104的底部，LED 116的頂部或者涂覆到二者之上。膠可為硅樹脂粘合劑、環(huán)氧化物粘合劑或另一粘合劑。一個(gè)或多個(gè)膠的溢流通道502 (圖5)限定于擋止件302中以允許膠602 (圖6)膨脹或收縮，而無損LED管芯117。
[0030]在LED 116上的LED管芯117可略微突伸到頂部開口 108內(nèi)或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104可略微突伸到底部開口 110內(nèi)。在任何情況下，填充有膠的小間隙可存在于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104的底部與LED管芯117的頂部之間。頂部開口 108和底部開口 110的側(cè)壁為反射性或散射性的以便從LED管芯117提取光到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件104且防止從LED管芯和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行任何邊緣發(fā)射。
[0031]LED管芯117安裝于底座或內(nèi)插件(總體上以附圖標(biāo)記116來指示)上。每個(gè)LED管芯包括η型層、在η型層上的發(fā)光層(通常稱作“有源區(qū)域”)和在發(fā)光層上的P型層。底座包括基板，基板帶有通孔或者LED管芯117的金屬圖案在底座上的再分布。底座可以以串聯(lián)或并聯(lián)方式耦接LED管芯117，對(duì)金屬結(jié)合襯墊圖案進(jìn)行再分布，或者為這兩種情況。底座包括在LED 116背部上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)合襯墊304(圖3和圖5)。
[0032]金屬墊片112與外殼主體106插入模制在一起。金屬墊片112具有模制舌片114，模制舌片114具有孔，孔允許外殼材料流過以形成一體結(jié)構(gòu)。金屬墊片112在外殼主體106底部上形成金屬結(jié)合襯墊。外殼主體106的結(jié)合襯墊(總體上由附圖標(biāo)記112指示)幫助LED 116的粘結(jié)襯墊304(圖3和圖5)將模塊100固定到諸如印刷電路板的基板上。
[0033]模塊100可如下來制造。透鏡102個(gè)別地或以陣列方式模制，且然后分成個(gè)別透鏡。帶外殼主體106 (僅一個(gè)被標(biāo)注)的陣列400可與墊片112 (僅一個(gè)被標(biāo)注)的陣列插入模制在一起，如在圖4中所示的那樣。陣列400可具有任何大小，且大陣列可分成(例如，鋸成)更小陣列以易于處理和加工。個(gè)別透鏡102可粘結(jié)并熱定粧于陣列40中的外殼主體106上。陣列400可顛倒且個(gè)別LED 116可放置于底部開口 110中且與外殼106粘結(jié)，如在圖5中所圖示的那樣。
[0034]圖7示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的外殼702 (僅一個(gè)被標(biāo)注)的實(shí)例性陣列700，每個(gè)外殼702具有外殼主體和透鏡。陣列700可為常規(guī)模制的玻璃。常見可模制的玻璃材料包括B270、Pyrex、Tempax、Borofloat 33和F2玻璃?；蛘?，陣列700可為RI為1.5或更大(例如，1.7或更大)的另一高折射率材料，諸如藍(lán)寶石、鉆石、氧化鋁或立方形氧化鋯。陣列700也可由RI為1.4或更大的硬硅樹脂或軟硅樹脂制成。陣列700可具有任何大小，且大陣列可分成(例如，鋸成)更小陣列以易于處理和加工。
[0035]圖8A和圖8B分別示出在本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的陣列700中的一個(gè)實(shí)例性外殼702的底部透視圖和平面圖。外殼702包括:外殼主體802，其限定底部開口 804以接納LED ;以及在外殼主體上方的透鏡