具有透鏡的發光二極管光源的制作方法

專利名稱：具有透鏡的發光二極管光源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管光源。
背景技術：
最近發展了在GaN基礎上的LED(發光二極管)，以此可以產生藍光或紫外光。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發射的藍光通過合適的變換器材料變換為黃光，因此，由于原來的藍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LED2發射藍光或紫外光。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。尤其是在應用藍光LED時，可以應用這樣一種變換器材料，通過它可以把藍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，在光束內的藍色部分占優勢。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。
從US 3,875,456獲悉半導體光源，它具有安排在外殼或反射器內的兩只半導體。半導體埋入散射層內，該層再安排形成透鏡類的復蓋層。散射層和復蓋層可以由上下疊置安排的樹脂層形成，并且包含發磷光的材料。
在US 5,847,507描述了一種發光二極管，其中，半導體被透鏡型復蓋體，例如由含發熒光的發光物質的環氧樹脂制造，所包圍。
在EP 0 230 336示出一種具有一個襯底的元件，在該襯底上固定一環形物體和一光電子元件，其中，光電子元件安排在環孔內。環孔是由透明物質填充并且被球形透鏡封閉，該球透鏡在襯底的對面固定在環形體上，并且與透明物質接觸。

發明內容
本發明的目的是提供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。
本發明提供了一種發光二極管光源，具有至少一個發光二極管，一個基體，所述基體具有一凹槽，所述發光二極管安置在所述凹槽內；由透明材料制成的包圍發光二極管的填充材料，用于發光二極管發射光至少部分波長轉換的填充物中的轉換器物質，且與填充物接觸的透鏡，其特征為預制透鏡，并且具有固定的預先形成的凹下側面，安置在基體上，且填充物的上側與透鏡的凹下側形狀適配的，因此，填充物具有由下側形成的凸面。
所述發光二極管是GaN基礎上的發射藍光的發光二極管，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。
所述發光二極管是發射紫外線(UV)的發光二極管，并且轉換器物質把UV光轉換到可見光譜區。
所述光源是制造用于表面裝配技術的光源。
所述填充材料包含樹脂材料。
所述基體包含熱塑性材料。
所述基體通過具有凹槽的金屬塊形成。
所述凹槽的側壁是傾斜的并且是反射的。
本發明依靠附圖內的實施例詳細說明如下。


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。
具體實施例方式
本發明的實施結構在圖2內描述，其中對與圖l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藍光轉變為黃光，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，基于部分相等的藍-黃色混合有白光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.制造發光二極管光源的方法，具有以下工藝步驟-準備好具有以凹槽(1A)的基體(1)，在所述凹槽中安裝發光二極管(2)并且填充一定量包含轉換材料的透明材料，其在凹槽中形成填充材料(3)，—準備好一只預先制造的具有凸上側面和凹下側面的透鏡，該透鏡被嵌入凹槽中，-在透鏡的填充材料(3)的上側面和凹下側面之間形成形狀配合的接觸，并且—填充材料固化。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征為，填充材料(3)的體積小于具有其內安排發光二極管(2)的凹槽(1A)空間體積。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征為，—填充材料(3)的凸面(3A)和透鏡(4)的下側面(4A)是這樣形成，使得它具有離發光二極管(2)基本恒定的距離。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征為，—填充材料(3)的凸面(3A)和透鏡(4)的下側面(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之一所述的方法，其特征為，—發光二極管(2)是在GaN基底上發蘭光的發光二極管，并且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之一所述的方法，其特征為，發光二極管(2)是發射UV的發光二極管，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之一所述的方法，其特征為，凸面(3A)離發光二極管(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之一所述的方法，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之一所述的方法，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之一所述的方法，其特征為，—基體(1)包含熱塑性材料。
11.根據權利要求1到10之一所述的方法，其特征為，—發光二極管(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之一所述的方法，其特征為，—凹槽(1A)的側壁是傾斜的并且是反射的。
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H01L33/58GK1881636SQ20061010119
公開日2006年12月20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