用于相機的薄的led閃光燈的制作方法

用于相機的薄的led閃光燈的制作方法
【專利摘要】用于相機的薄的閃光燈模塊使用柔性電路作為支撐表面。基于GaN的藍色倒裝芯片LED管芯安裝在撓曲電路上。LED管芯具有形成“頂部”出射窗口的厚透明襯底，所以從管芯發射的光的至少40%是側面光。磷光體層共形地涂敷管芯和撓曲電路的頂表面。具有刀口邊緣矩形開口的經壓印的反射器圍繞管芯。從開口延伸的彎曲表面反射來自側表面的光以形成大體矩形射束。大體矩形透鏡粘附到反射器的頂部。透鏡具有朝向管芯延伸的大體矩形凸表面，其中從透鏡發射的光束具有對應于相機的視場的縱橫比的大體矩形形狀。
【專利說明】
用于相機的薄的LED閃光燈
技術領域
[0001]本發明涉及經封裝的磷光體轉換的發光二極管(pcLED)，并且具體地涉及作為用于相機的閃光燈有用的經封裝的pcLED。
【背景技術】
[0002]在包括智能電話相機的現代數字相機中，常見的是提供使用了pcLED的閃光燈。常見的閃光燈是安裝在剛性印刷電路板上的圓的反射性杯體中的基于GaN的藍色LED管芯。YAG磷光體(發射黃綠色)的層填充該杯體。由于LED管芯非常薄，所以幾乎所有的光從管芯的頂表面發射。圓形菲涅爾透鏡然后被定位在杯體之上以創建大概圓錐形的光發射圖案(具有圓形截面)以光照用于拍攝的對象。形成相機主體的部分的蓋板典型地具有用于透鏡的圓形開口。
[0003]由于相機的視場是矩形，所以從具有圓形截面的閃光燈發射的很多光對圍繞該對象的區域進行光照并且被浪費。這樣的非必要光照還可能對不處于畫面中的那些對象而言是麻煩的。
[0004]另外，由于杯體中的磷光體以及杯體的形狀的緣故，磷光體在LED管芯之上不是均勻的，從而導致顏色對比(vs.)角度的非均勻性。
[0005]另外，由于使用剛性印刷電路板，所以閃光燈模塊的薄度受限制。
[0006]另外，透鏡必須以某一最小距離(例如，焦距)與LED管芯的頂表面間隔開以便恰當地再定向光。該最小距離顯著地增加閃光燈模塊的厚度。
[0007]另外，存在從透鏡返回朝向杯體和LED管芯的大量背向反射。
[0008]另外，面向LED管芯的側面的反射器杯體的底部內邊緣具有典型地大于LED半導體層的高度的厚度，所以杯體的內邊緣阻礙側面光或者將其反射回到LED管芯中。
[0009]另外，由于幾乎所有光從LED管芯的頂表面發射，所以反射性杯體在對射束成形方面具有有限的有用性，并且所得到的射束跨相機的視場不是非常均勻。
[0010]另外，由于幾乎所有光是以朗伯圖案從LED管芯的頂表面發射，所以反射器杯體必須具有相對高的壁以對從LED管芯發射的“有角度的”光再定向和準直。未經反射(準直)的任何光線以寬角度擴散開。反射器的高壁限制了閃光燈模塊的最小厚度。
[0011]已知的是將透鏡粘附在用于LED管芯之上以得到閃光燈，其中透鏡具有用于LED管芯的腔體，諸如在專利出版物KR2012079665A中所描述的。透鏡具有矩形頂表面和彎曲側表面。然而，相當部分的光從側面逃出并且沒有朝向對象反射。而且，現有技術透鏡相對厚，從而導致厚的閃光燈模塊。
[0012]所需要的是更均勻且高效地光照對象、用于相機的薄的LED閃光燈模塊。

【發明內容】

[0013]在用于相機的創新性閃光燈模塊的一個示例中，藍色倒裝芯片LED管芯在其頂表面上具有相對厚的透明襯底。這使相當部分的光發射是來自LED管芯的側面，諸如總體光發射的50%。
[0014]磷光體的共形涂層沉積在LED管芯的頂表面和側表面之上以創建均勻的白光。
[0015]pcLED安裝在具有金屬圖案以用于連接到LED管芯的底部陽極和陰極電極的支撐襯底上。襯底具有用于鍵合到相機的印刷電路板的底部金屬墊。襯底可以是非常薄的撓曲電路或者剛性襯底，諸如陶瓷。
[0016]具有圓角拐角的矩形反射器然后安裝在襯底上，圍繞矩形LED管芯。矩形反射器具有彎曲壁以用于將側面LED光再定向成具有矩形截面的大體錐狀射束，其中截面縱橫比類似于相機的視場的標準縱橫比。在一個實施例中，反射器是經壓印的鋁，其中用于LED管芯的開口具有面向LED管芯的側面的刀口邊緣，所以實際上所有側面光向上反射而不是被開口的內邊緣所阻礙。這樣的刀口邊緣可以不通過經模制的反射器杯體而實現。
[0017]薄的透鏡粘附在反射器的頂部之上，其中透鏡具有面朝向LED管芯的凸側面，所以凸部分不增加模塊的厚度。透鏡不僅保護LED管芯，而且還由于凸部分以基本上法向的角度接收來自LED管芯和反射壁的大多數光而增加光提取。相比于現有技術中具有面向LED管芯的平坦表面的常規菲涅爾透鏡，存在少得多的背向反射。
[0018]由于高百分比的側面光被反射器向上反射，所以透鏡與LED管芯之間的有效光學距離是LED管芯的側面與反射器的彎曲壁之間的水平距離加上彎曲壁與透鏡之間的豎直距離之和。因此，透鏡可以以焦距與LED管芯的側面間隔，而更多地靠近LED管芯的頂表面。這允許閃光燈模塊甚至更薄。反射器壁可以與LED管芯更寬地間隔以進一步減少模塊的薄度。
[0019]由于從LED管芯發射的光的大部分是來自其側面，所以反射器壁可以制得相對淺，從而進一步減少模塊的薄度。
[0020]朝向LED管芯的透鏡凸形狀以及透鏡向LED頂表面的接近性使透鏡截取從LED管芯的頂表面發射的寬角度的朗伯光并且稍微朝向射束的中心對其進行再定向(如果必要的話)，以進一步改進射束的均勻性。凸形狀被設計成優化跨大體矩形射束的期望部分的光的均勻性。透鏡不用于對射束顯著地成形(而是主要改進均勻性)，因為射束的形狀主要由反射器的形狀控制，這與現有技術形成對比。
[0021 ]相應地，由于大百分比的LED管芯光是側面光并且由矩形反射器再定向，并且經反射的光混合有從LED管芯的頂表面發射的光，所以閃光燈發射更均勻的矩形光束，其大體匹配相機的視場的縱橫比(例如4:3)。另外，閃光燈模塊可以制得非常薄。
[0022]描述了其它實施例。
【附圖說明】
[0023]圖1是依照本發明的一個實施例的閃光燈模塊的分解視圖。
[0024]圖2是安裝在可以使用在圖1的模塊中的撓曲電路(或其它支撐襯底)上的、具有共形磷光體涂層的LED管芯的截面壓縮視圖。
[0025]圖3是圖1的閃光燈模塊的截面視圖。
[0026]圖4是圖1的閃光燈模塊的自頂向下視圖。
[0027]圖5是示出電極圖案和熱學墊的圖1的閃光燈模塊的底視圖。
[0028]圖6是圖1的閃光燈模塊的透視二等分視圖。
[0029]圖7是圖1的閃光燈模塊的透視圖。
[0030]圖8是使用撓曲襯底并且以毫米為單位標識各種尺寸的閃光燈模塊的實施例的截面視圖。
[0031]圖9是圖示了矩形閃光燈模塊和相機透鏡的智能手機的后視圖。
[0032]相同或相似的元件利用相同的附圖標號來標記。
【具體實施方式】
[0033]圖1是依照本發明的一個實施例的閃光燈模塊10的分解視圖。支撐襯底12可以是剛性襯底或者非常薄的柔性電路。使用柔性電路作為支撐襯底12允許模塊10更薄。
[0034]金屬跡線14圖案形成在襯底12上以限定用于倒裝芯片LED管芯16的底部陽極和陰極電極的金屬墊15和17并且限定用于可選的瞬變電壓抑制器(TVS)芯片18的電極的金屬墊19和21。
[0035]裸露LED管芯16，諸如基于GaN的藍色LED管芯，然后電氣且熱學連接到襯底12 JVS芯片18也可以電氣連接到襯底12。
[0036]典型地，LED管芯16是倒裝芯片管芯，盡管可以使用其它的管芯類型，包括具有鍵合導線的那些。為了最小化閃光燈模塊10的厚度，LED管芯的底部電極直接鍵合到金屬跡線14的金屬墊15和17。在另一實施例中，裸露的LED管芯16可以首先安裝在具有更魯棒的底部金屬墊的底座上以簡化處置并且使得LED管芯16能夠在鍵合到底座之后共形地涂敷有磷光體層20。圖1示出其中磷光體層20僅覆蓋LED管芯16的頂表面的可替換實施例。
[0037]如果裸露的LED管芯16直接安裝在襯底12上(如圖2中所示)，則磷光體層20可以沉積在整個襯底12和LED管芯16之上以涂敷LED管芯16的頂表面和側表面。磷光體層20可以是磷光體顆粒，諸如YAG磷光體顆粒或者紅色和綠色磷光體顆粒，其融合在硅樹脂鍵合劑中。磷光體層20還可以充當粘合層以用于將反射器22粘附至襯底12的表面。在可替換方案中，可以使用單獨的粘合劑來粘附反射器22。
[0038]參照圖2-8描述圖1中的組件的各種細節。
[0039]圖2是具有共形磷光體層20的LED管芯16的截面壓縮視圖。盡管在示例中示出倒裝芯片管芯，但是本發明適用于任何類型的LED管芯，包括豎直LED管芯、橫向LED管芯等。
[0040]LED管芯16包括鍵合到金屬墊15(限定為圖1的金屬跡線14的部分)的底部陽極電極23并且包括鍵合到金屬墊17的底部陰極電極25。墊15和17通過通孔30和31電氣連接到相關聯的底部墊32和34，其可以用于將閃光燈模塊10焊接到相機的印刷電路板。熱學墊36形成在襯底12的底部表面上，其可以焊接到印刷電路板中的散熱器。
[0041]LED管芯16半導體層生長在相對厚的藍寶石襯底40上，其可以像Imm那么厚。這比典型的生長襯底更厚，因為制造商典型地使用實際用于減少成本和最大化頂發射的最薄的生長襯底。在現有技術中，經常地，生長襯底被完全移除。藍寶石襯底40比用于機械支撐LED半導體層所要求的要厚得多。可以替代地使用用于生長襯底的其它材料。生長襯底40的頂表面和生長表面可以被粗糙化以用于增大光提取。
[0042]LED管芯16的典型寬度是Imm的量級。
[0043]N型層42外延地生長在藍寶石襯底40之上，然后是有源層44和P型層46。有源層44和P型層46的部分被蝕刻掉以借助于通向陰極電極的通孔48而獲得到η型層42的電氣接觸。
[0044]有源層44生成具有峰值波長的光。在示例中，峰值波長是藍色波長，并且層42，44和46基于GaN。
[0045]可替換地，生長襯底40可以被移除并且替換為諸如玻璃之類的透明支撐襯底，其通過粘合劑(例如硅樹脂)或通過其它技術而粘附到半導體層。
[0046]通過使用厚的生長襯底40(或其它的透明襯底)，使得離開LED管芯16的側面的光優選地是總體光發射的大約50%，其中總體光的50%從LED管芯16的頂表面發射。在另一實施例中，由LED管芯16發射的所有光中超過30%是來自側面，其中側面光的百分比是基于襯底40的厚度。側面光越多，就有越多的從反射器22反射的光添加到總體射束，并且閃光燈模塊就可以越薄。
[0047]在一個實施例中，LED半導體層的厚度小于100微米(0.1mm)并且典型地小于20微米，并且襯底40厚度大于0.2mm且高達1mm。
[0048]藍光的部分通過磷光體層20泄露，并且藍光和磷光體光的組合創建用于閃光燈的白光。由于磷光體層20具有均勻厚度，所以顏色發射將基本上是對比于(vs.)角度而均勻的。
[0049]反射器22(圖1)優選地通過壓印鋁片而形成。壓印在片中形成矩形開口 52并且壓縮周圍的鋁以形成彎曲的側壁54。如本文中使用的，術語“矩形”包括方形，并且包括具有圓角拐角的矩形。開口 52的邊緣是刀口邊緣(小于50微米厚)以限制從LED管芯16/磷光體的側面發射的光的任何背向反射。典型地，開口 52和彎曲側壁54具有與相機的視場相同的縱橫比，諸如4:3，所以所得到的射束將類似4:3的縱橫比。
[0050]反射器22然后涂敷有銀層以得到高反射率，諸如通過鍍層、蒸鍍、濺射等。
[0051]反射器22的覆蓋區可以大概是襯底12的覆蓋區，以最小化閃光燈模塊10的尺寸。使用磷光體層20(包含硅樹脂)作為粘合劑，反射器22然后被粘附到襯底12。反射器22向模塊10添加剛性。磷光體層20然后被固化。
[0052]預先形成的聚碳酸酯透鏡56然后粘附到反射器22的頂表面，諸如通過硅樹脂。硅樹脂然后被固化以完成閃光燈模塊10。典型地，透鏡56是具有圓角邊緣的矩形以接收來自反射器22和LED管芯16的大體矩形的發射。
[0053]如圖3中的模塊10的截面視圖所示，透鏡56具有平坦的頂表面和底表面。底表面的部分是面向LED管芯16的凸表面58。因而，凸表面不增加模塊10的厚度。典型地，凸表面58是矩形或者具有圓角拐角的矩形，如圖1中所示。
[0054]在使用生成少許側面光的LED管芯的現有技術閃光燈模塊中，透鏡必須與LED管芯的頂表面相對遠地間隔開以恰當地再定向光。在本發明的一個實施例中，大約40-50%的光從LED管芯16的側面發射，并且從LED管芯16到透鏡56的有效光學距離是從LED管芯側面到反射器壁54的大體水平距離加上從反射器壁54到透鏡58的大體豎直距離之和。相應地，為了使模塊10甚至更薄，反射器壁54可以進一步與LED管芯16間隔開，同時保持側面與透鏡58之間的相同有效光學距離。透鏡56設計成改進跨矩形射束的中心部分的光的均勻性。
[0055]在一個實施例中，LED管芯16的側面與透鏡58之間的有效光學距離大概是透鏡58的焦距。
[0056]干燥空氣(或其它氣體)填充透鏡56與LED管芯16之間的間隙以在透鏡56和間隙的界面處獲得折射率方面的大差異以便實現通過透鏡56的期望折射。
[0057]圖3示出兩個樣本光線60A和60B。來自LED管芯16的頂部中心表面的射線(諸如60A)基本上沒有被透鏡56再定向。以某一角度撞擊凸表面58的經反射的射線(諸如射線60B)稍微朝向中心軸線再定向以改進至少跨4: 3縱橫比的中心部分的射束的均勻性。射束的形狀主要由反射器22的形狀限定，因為反射器22實際上反射所有的側面光以及來自LED管芯16的頂表面的一些有角度的光。
[0058]圖3還示出了用于形成反射器22的鋁片被壓印以具有用于TVS芯片18的底部腔體。
[0059]通過使用磷光體層20(電介質)作為用于鋁反射器22的粘合劑，金屬反射器22的底部不會使金屬跡線14短路，并且不存在用于沉積粘合劑的單獨步驟。在另一實施例中，反射器22形成為在安裝于襯底12之前在其底表面上具有薄的電介質層。
[0060]圖4是圖3的模塊10的自頂向下視圖。
[0061 ]圖5是示出了也在圖2中示出的陰極和陽極底部墊32和34以及熱學墊36的模塊10的底視圖。
[0062]圖6是閃光燈模塊10的透視二等分視圖。沒有示出LED管芯16的側面之上的磷光體層20。
[0063 ]圖7是圖1的閃光燈模塊1的透視圖。
[0064]圖8是使用撓曲襯底12并且以毫米為單位標識各種尺寸的閃光燈模塊10的實施例的截面視圖。盡管LED管芯16的寬度大約為1.0mm，但是LED管芯16的頂表面上方的透鏡56的高度僅是大約0.3mm，因為最優的分隔是基于當反射離開反射器22時側面光到透鏡56的行進路徑。
[0065]撓曲襯底12僅向模塊10的厚度增加0.05mm。磷光體層20被示出為0.05mm厚。反射器22被示出為0.750mm厚，并且透鏡56被示出為僅向模塊10增加0.1mm。生長襯底40(圖2)可以為大約0.25-0.5mm厚。圖8的閃光燈模塊10的總體高度小于1mm。預期到的是，使用撓曲電路，可以將本發明的所有的實際閃光燈模塊形成為具有小于2mm的厚度。
[0066]要指出的是，LED管芯16的頂表面面積為大約Imm2并且LED管芯的四個側面的組合面積(使用0.5mm厚的襯底40)為大約2mm2。對于厚度為0.25mm的襯底40，側面面積等于頂表面面積。因此存在大量的側面發射。
[0067]圖9是圖示了矩形閃光燈模塊10和相機透鏡68的智能電話66的后視圖。
[0068]因而，本發明通過創建跨射束的相關部分具有基本上均勻的強度的大體矩形射束并且通過弓I發較少的LED光朝向LED管芯返回反射而減少閃光燈模塊的厚度、改進跨射束的顏色均勻性、并且增大閃光燈的效率。
[0069]除相機閃光燈之外，本發明可以用于的其它應用，諸如閃光模塊。
[0070]盡管已經示出并且描述了本發明的特定實施例，但是對于本領域技術人員將顯而易見的是，可以做出改變和修改而不脫離以其較寬泛的方面的本發明，并且因此，隨附權利要求要在其范圍內涵蓋如落在本發明的真實精神和范圍內的所有這樣的改變和修改。
【主權項】
1.一種發光器件，包括: 支撐結構； 安裝在支撐結構上的發光二極管(LED)管芯； LED管芯具有頂表面和側表面，LED管芯包括LED半導體層和透明襯底，襯底具有頂表面，其中側表面包括LED半導體層的側面和襯底的側面的組合，襯底比LED半導體層厚，其中從側表面發射的光是由LED發射的所有光的至少30%; 覆蓋頂表面和側表面的磷光體層； 圍繞LED管芯的反射器，反射器具有圍繞LED管芯的彎曲表面，其中彎曲表面從用于LED管芯的大體矩形的開口延伸并且反射來自LED管芯的側表面的光以形成大體矩形的射束；以及 粘附到反射器的壁的大體矩形的透鏡，透鏡具有朝向LED管芯延伸的大體矩形的凸表面，其中從透鏡發射的光束具有大體矩形的形狀。2.如權利要求1所述的器件，其中所述器件是用于相機的閃光燈。3.如權利要求2所述的器件，其中射束的縱橫比基本上與相機的視場的縱橫比相同。4.如權利要求1所述的器件，其中支撐結構是柔性電路。5.如權利要求1所述的器件，其中反射器包括經壓印的金屬反射器，其中開口具有面向LED管芯的刀口邊緣。6.如權利要求1所述的器件，其中透鏡具有焦距，并且其中LED管芯的側面的法向上的從LED管芯的側面到反射器的距離加上從反射器到透鏡的距離大概為焦距。7.如權利要求1所述的器件，其中來自側表面的光是由LED管芯發射的所有光的至少40%。8.如權利要求1所述的器件，其中來自側表面的光是由LED管芯發射的所有光的至少50%。9.如權利要求1所述的器件，其中襯底是用于LED半導體層的生長襯底。10.如權利要求1所述的器件，其中LED管芯是倒裝芯片。11.如權利要求1所述的器件，其中磷光體層共形地涂敷頂表面和側表面并且具有基本上均勻的厚度。12.如權利要求1所述的器件，其中磷光體層包括融合在鍵合劑中的磷光體顆粒，其中磷光體層覆蓋支撐結構的頂表面的部分，并且其中反射器的底表面通過充當粘合劑的鍵合劑而粘附到支撐結構。13.如權利要求1所述的器件，其中反射器的覆蓋區基本上與支撐結構的覆蓋區相同。14.如權利要求1所述的器件，其中所述器件的總體高度小于1_。15.如權利要求1所述的器件，其中所述器件的總體高度小于2_。
【文檔編號】H01L33/60GK105849922SQ201480072446
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月22日
【發明人】M.M.巴特沃爾思
【申請人】皇家飛利浦有限公司