具有透鏡的led光源的制作方法

專利名稱：具有透鏡的led光源的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1前序部分的一種光源。
最近發展了在GaN基礎上的LED(發光二極管)，以此可以產生蘭光或紫外光。借助該LED，可以制造基于波長轉換的光源。已經實現的方案規定，一部分由LED發射的蘭光通過合適的變換器材料變換為黃光，因此，由于原來的蘭光與轉換的黃光形成的混色產生白光。在第二方案中建議合適的LED的紫外光轉換為可見光譜區。
在兩方案中轉換器材料或者包含在LED的半導體材料內，或者包含在包圍LED的由樹脂或類似物構成的外皮材料內。
為了提高在幅射方向元件的幅射強度，LED元件可以配備光學透鏡，通過它可對光聚集并且定向幅射。
在

圖1內示出了這類結構形式的一個例子。其中應用了LED的結構形式，正如例如它在文章“SIEMENS SMT-TOPLED für dieOberflchenmontage(表面裝配用的西門子表面安裝技術-頂端LED)F.Mllmer和G.Waitl，西門子元件雜志29(1991)，第4期，147頁，結合圖1所述的那樣。這種形式的LED非常小巧，并且在必要時允許許多這類LED串聯排列或矩陣排列。
根據圖1安排的SMT-TOPLED(表面安裝技術-頂端LED)是一只LED 2以其電接觸面裝配在導電帶5上，該導電帶與電源的一個極相連，而與電源另一個極相連的對置的導電帶5通過壓焊絲6與LED 2的另一電接觸面連接。兩導電帶5是用高溫固化的熱塑料擠壓包封的。由此在注塑中形成主體1，其中，存在一凹槽1A，LED 2嵌入其內。熱塑體主要具有約90％的高漫散反射系數，所以從LED 2發射的光可以在凹槽1A傾斜的側壁上額外地向出口方向反射。凹槽1A充以透明樹脂材料3，如環氧樹脂，它包含轉換材料例如合適的著色物質。樹脂材料和熱塑體仔細地彼此匹配，以使熱峰位負荷不會導致機械缺陷。
在運行時，通過例如基于GaN或也可以基于II-VI族化合物制造的LED 2發射蘭光或紫外光。在從LED 2到透鏡4的光程上，較短波長發射的光幅射在包含變換器材料的樹脂填料3中部分地轉換為長波長幅射。尤其是在應用蘭光LED時，可以應用這樣一種變換器材料，通過它可以把蘭色光束至少部分地轉變為黃色光束。然而，這種結構形式的問題是，從LED 2到透鏡4在用變換器材料填滿的樹脂填料3內光束的不同波長。這導致在元件的邊緣區光束的黃色部分占優勢，而與此相反，在中央，在光束內的蘭色部分占優勢。因此該效應導致隨幅射方向或觀測方向變化的發射光束的色品位置。
因此，本發明的任務是提供LED光源，其中幅射路徑長度通過變換器材料基本上是相同大小，并且光束可以以聚束形式幅射。此外，應提供制造這類光源的方法。
本任務通過權利要求1和13的特征解決。
本發明依靠附圖內的實施例詳細說明如下。在附圖中示出圖1示出通過具有粘接的透鏡的LED光源的實施結構的垂直剖面；圖2示出通過本發明的LED光源的實施例的垂直剖面。
本發明的實施結構在圖2內描述，其中對與圖1光源相同的或功能相同的元件給予相同的參考符號。所有涉及圖1的結構的所述有利特征在圖2的本發明的結構中也是可用的。
圖2的本發明的光源通過在樹脂填料3內的光程長變得統一來解決上述問題。為了達到此目的，制造了具有凸表面3A的樹脂填料3，該表面在每一點基本上具有離LED 2相同的距離。在樹脂填料內包含的變換器材料的體積部分是如此調整的，使得沿著從LED 2到樹脂填料的凸表面3A的該變得統一的光程長足夠大的部分蘭光轉變為黃光，因此對人眼而言幅射看成白色光束。因此在凸表面3A的每一點上，基于部分相等的蘭-黃色混合有白先進入位于其上的透鏡4。
相反，例如由聚碳酸酯制成的透鏡4具有凹表面4A，它與樹脂填料3的凸表面3A是形狀適配的。
根據圖2的本發明的光源按如下方法制造。
LED 2按已述方式與導電帶5電學連接，并且導電帶5通過熱塑材料如此擠壓包封，使得形成主體1，并且LED 2處于主體1的凹槽1A里。就這一點，已在Mllmer和Waitl的上述文章里描述。然而這里樹脂材料3并不是填充到凹槽1A的邊緣，而只到準確確定的填充高度之下。隨后，具有凹面下側4A的圖2所描繪形式的預制透鏡4置入還處于流體的樹脂材料3內，其中樹脂填料的表面處于透鏡4的凹面下表面4A，使得因此產生樹脂填料3的凸表面3A。在置入透鏡4之后樹脂填料固化。
填入到凹槽1A內的樹脂材料3的填充量必須盡可能準確地如此調整，使得直到凹槽1A邊緣丟失的體積相當于形成凹面下側4A的透鏡4部分的排出的體積。
樹脂填料3的凸表面3A和透鏡4的凹面下側4A的形狀已經在透鏡4制造時確定。對該形狀的前提是，真正的光源，即LED的有效幅射面離該表面的距離是常量。為此目的，LED有效幅射面可以假設為點狀的、并且處于有效幅射面的中央點上。
然而，本發明不限于在圖2所述的SMT結構形式。例如，主體也可以通過金屬塊，如具有凹槽的銅塊，形成，具有其電接觸面的LED裝配在其底面上，使得，銅塊同時是散熱體和電引線。而另外的電引線可以在具有處于其間的絕緣層的銅塊的外表面上形成，其中該電引線在樹脂填充之前通過壓焊線與LED另外的接觸面連接。
權利要求
1.LED光源，具有—至少一只LED(2)—具有包含其內安排LED(2)的一凹槽(1A)的基體(1)，—由透明材料制成的包圍LED(2)的填充料(3)，其內包含用于LED(2)發射光至少部分波長轉換的轉換器物質，—與填充材料(3)接觸的透鏡(4)，其特征為，—透鏡(4)具有凹面下側(4A)，并安置在填充材料(3)上，和—填充材料(3)具有凸表面(3A)，這樣，使得填充材料(3)的上側與透鏡凹面下側形狀適配。
2.根據權利要求1所述的LED光源，其特征為，填充材料(3)的體積小于具有其內安排LED(2)的凹槽(1A)空間體積。
3.根據權利要求1或2所述的LED光源，其特征為，—填充材料(3)的凸面(3A)和透鏡(4)的下側(4A)是這樣形成，使得它具有離LED(2)基本恒定的距離。
4.根據權利要求1或2所述的LED光源，其特征為，—填充材料(3)的凸面(3A)和透鏡(4)的下側(4A)是這樣成形的，使得它離開其有效幅射面的幾何中點具有基本恒定的距離。
5.根據權利要求1到4之一所述的LED光源，其特征為，—LED(2)是在GaN基底上發蘭光的LED，并且安置轉換器物質用于在蘭色光譜區的光束轉換為黃色光譜區的光束。
6.根據權利要求1到4之一所述的LED光源，其特征為，LED(2)是發射UV的LED，并且轉換器物質把UV光轉換到可見光譜區。
7.根據權利要求1到6之一所述的LED光源，其特征為，凸面(3A)離LED(2)的距離，尤其是離其有效幅射面幾何中心點的距離是這樣選擇的，使得沿著光束的光程長變換系數約為50％
8.根據權利要求1到7之一所述的光源，其特征為，—制造用于表面裝配技術的光源。
9.根據權利要求1到8之一所述的光源，其特征為，填充材料(3)包含樹脂材料，尤其是環氧樹脂。
10.根據權利要求1到9之一所述的LED光源，其特征為，—基體(1)包含熱塑性材料。
11.根據權利要求1到10之一所述的LED光源，其特征為，—LED(2)用其電接觸面安裝在第1印制導線(5)上，—其另一電接觸面通過壓焊線(6)與第2印制導線(5)連接，以及—基體(1)通過圍繞導電帶(5)注塑制造。
12.根據權利要求1到11之一所述的LED光源，其特征為，—凹槽(1A)的側壁是傾斜的并且是反射的。
13.根據前述權利要求之一所述的LED光源的制法，具有以下工藝步驟—在基體內形成具有平坦底面的凹槽，—把LED安裝到底面上，—填充一定量包含轉換材料的透明材料，如樹脂材料，到凹槽內，—準備好一只透鏡，預先制好了凸表面和凹下底面，—把具有其凹下側面的透鏡嵌入到還處于流體的透明材料內，—透明材料的固化。
全文摘要
在本發明的光源內將主要為表面安裝技術制造的LED(2)埋入到透明的填充材料(3)內,其內包含用于由LED發射光至少部分波長轉換的轉換器物質,并且一只透鏡(4)粘合到透明填充材料上,其中填充材料具有凸表面(3A),并且透鏡(4)具有與填充材料凸表面形狀適配的凹下底面(4A)。
文檔編號H01L33/58GK1348608SQ0080659
公開日2002年5月8日 申請日期2000年4月7日 優先權日1999年4月22日
發明者J·-E·索格 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體股份有限兩合公司