專利名稱：具有遠(yuǎn)離熒光結(jié)構(gòu)的蝙蝠翼透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)。
背景技術(shù)：
本文所使用的發(fā)光二極管(LED)為半導(dǎo)體光源，用于生成具有特定波長或波長范圍內(nèi)的光。傳統(tǒng)上，將LED用于指示燈，并且不斷增加地用于顯示器。當(dāng)在通過相反摻雜的半導(dǎo)體化合物層所形成的p-n結(jié)上施加電壓時，LED發(fā)光。可以通過改變半導(dǎo)體層的帶隙并通過在P-n結(jié)內(nèi)制造活性層而使用不同材料生成不同波長光。傳統(tǒng)上，通過在生長基板上生長發(fā)光結(jié)構(gòu)來制造LED。將發(fā)光結(jié)構(gòu)及其下層生長基板分離為獨(dú)立LED管芯。在分離以前或以后的某點(diǎn)處，將電極或?qū)щ姾副P添加至LED管芯中的每個，從而允許通過該結(jié)構(gòu)導(dǎo)電。然后，通過添加封裝基板、可選熒光材料、以及諸如透 鏡和反射器的光學(xué)器件來封裝LED管芯,從而變成光發(fā)射器。光發(fā)射器規(guī)格通常識別通過光發(fā)射器所輸出的專用輻射圖案。通用光束圖案為用于在交通信號應(yīng)用中照射平面、或者用于顯示器的背光單元中的蝙蝠翼光束圖案?？梢酝ㄟ^具有在坎德拉(candela)分布曲線中的兩個大致相等的波峰和在波峰之間的約O度處的波谷來限定蝙蝠翼光束圖案。將光發(fā)射器設(shè)計(jì)為滿足這些規(guī)格。雖然現(xiàn)有的光發(fā)射器的設(shè)計(jì)能夠滿足蝙蝠翼光束圖案的要求，但是不能在每一方面完全滿足。更容易制造的可靠的和更有效的設(shè)計(jì)是人們繼續(xù)的追求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面包括光發(fā)射器，包括一個或多個發(fā)光二極管(LED)管芯；封裝基板，接合至一個或多個LED管芯的一個側(cè)面；電連接件，在一個或多個LED管芯和位于封裝基板上的端子之間；模制透鏡，與一個或多個LED管芯直接接觸，接合至封裝基板；以及熒光材料，以圓環(huán)柱體嵌入模制透鏡中。光發(fā)射器通過模制透鏡輸出蝙蝠翼光束圖案。本發(fā)明的另一方面包括制造光發(fā)射器的方法。該方法包括將一個或多個發(fā)光二極管(LED)管芯接合至封裝基板；電連接一個或多個LED管芯和位于封裝基板上的端子；在封裝基板和一個或多個LED管芯的上方模制透鏡，其中，透鏡包括圓環(huán)溝槽，并且通過熒光材料填充該圓環(huán)溝槽。模制透鏡的頂表面或頂表面的一部分可以涂覆有高反射率材料。該方法進(jìn)一步包括通過高反射率材料涂覆模制透鏡的頂表面。其中，在封裝基板和LED管芯的上方模制透鏡，包括將透鏡鑄模置于封裝基板和一個或多個LED管芯的上方；將透鏡膠添加在透鏡鑄模中；固化模制透鏡。其中，添加透鏡膠包括排空在透鏡鑄模內(nèi)部的空間。其中，通過熒光材料填充環(huán)形溝槽包括注入熒光粉和膠混合物并且固化熒光粉和膠混合物。該方法進(jìn)一步包括將封裝基板切割成多個光發(fā)射器。
其中，電連接一個或多個LED管芯和封裝基板包括串聯(lián)連接一個以上的LED管芯，并且將LED管芯的端部連接至位于封裝基板上的端子。該方法進(jìn)一步包括使用與第一突光材料不同的第二突光材料形成突光兀件。圓環(huán)溝槽和隨后的熒光圓環(huán)柱體可以具有均勻或變化的圓環(huán)。圓柱壁部分可以厚于其他部分。該壁可以向內(nèi)線性傾斜或者以曲線方式傾斜。模制透鏡連同可選的高反射表面反射通過一個或多個LED透鏡所發(fā)出的，橫向穿過圓環(huán)熒光柱體的光。以下，參照相關(guān)附圖討論本發(fā)明的這些和其他特征。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的多方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。 圖I為示出根據(jù)本發(fā)明的各個方面制造光發(fā)射器的方法的流程圖。圖2A至圖2F示出了根據(jù)各種實(shí)施例在各個制造階段的光發(fā)射器的截面圖。圖3A至圖3C示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例的實(shí)例的截面圖和頂視圖。圖4A至圖4C示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例的實(shí)例的截面圖和頂視圖。圖5A至圖5C示出了本發(fā)明的各個實(shí)施例的實(shí)例的截面圖和頂視圖。
具體實(shí)施例方式據(jù)了解為了實(shí)施各種實(shí)施例的不同部件，以下發(fā)明提供了許多不同的實(shí)施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是示例并不打算限定。例如，以下描述中一部件形成在另一部件上方或上可包括其中一部件和另一部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可包括其中額外的部件形成插入到一部件和另一部件中的實(shí)施例，使得這些部件不直接接觸。當(dāng)然，描述確定地陳述了部件是否直接接觸。再者，本發(fā)明可在各個示例中重復(fù)參照數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定所述各種實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通常，本文還將LED封裝稱作光發(fā)射器，該LED封裝包括接合至封裝基板的LED管芯；突光材料層；以及一些光學(xué)兀件，例如，透鏡和/或反射器。以多種方式將LED管芯電連接至位于封裝基板上的電路。發(fā)明人已知的一種連接方法包括將管芯的生長基板部接合至封裝基板；并且形成電極焊盤，將該電極焊盤連接至位于管芯上的發(fā)光結(jié)構(gòu)中的P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層，然后將來自電極焊盤的引線接合至位于封裝基板上的接觸焊盤。另一種連接方法包括翻轉(zhuǎn)LED管芯并且使用焊料凸塊將位于發(fā)光結(jié)構(gòu)上的電極焊盤直接連接至封裝基板。這種方法被稱作覆晶封裝(flip-chip package)。又一種連接方法包括使用混合連接器?？梢詫⒁粋€半導(dǎo)體層(例如，P型層)引線接合至封裝基板，同時在去除生長基板以后，可以將其他層(η型層)焊接或金屬接合至封裝基板。LED封裝可以包括一種或多種熒光材料，通常將該熒光材料直接施加在LED管芯的上方。傳統(tǒng)的施加一種或多種熒光材料的方法包括將濃縮的粘稠流體介質(zhì)(例如，液體膠)的熒光材料噴涂在LED管芯的表面上，所生成的光穿過該管芯的表面。當(dāng)粘稠流體固定或固化的時候，熒光材料變成LED封裝的一部分。然而，噴涂熒光材料的劑量和均勻性難以控制。此外，將熒光材料設(shè)置為緊密接近LED管芯并且經(jīng)受熱循環(huán)，該熱循環(huán)隨著時間減少光輸出和改變顏色輸出，使熒光材料劣化。將諸如反射器和透鏡的光學(xué)元件用于將輻射圖案，或光束圖案成形。通常將若干光學(xué)元件用于實(shí)現(xiàn)期望圖案，例如，蝙蝠翼光束圖案。透鏡可以由塑料、環(huán)氧樹脂、或者硅樹脂制成，并且通過將其邊緣粘貼至封裝基板而接合至封裝基板。通常，將透鏡制造為與LED管芯分離并且具體尺寸和形狀可用。傳統(tǒng)的蝙蝠翼光發(fā)射器使用兩個透鏡實(shí)現(xiàn)蝙蝠翼圖案。第一透鏡(或稱初級光學(xué)器件)為直接接合或直接形成在LED芯片上的透明透鏡。第一透鏡通常為半橢球體，并且基本上用于從LED管芯提取盡可能多的光。第二透鏡(或稱二級光學(xué)器件)安裝并接合至第一透鏡的上方，并且用于成形光束圖案。因此，使用發(fā)明人已知的該方法，可以通過改變第二透鏡設(shè)計(jì)而不是改變LED封裝的其他部分來生成各種光束圖案。通過LED管芯所生成的光穿過藍(lán)寶石生長基板，一層或多層熒光材料，穿過第一透鏡(可能地，第一透鏡和第二透鏡之間的間隙)，并且最后穿過用于將蝙蝠翼圖案成形的第二透鏡。多個界面可以均少量 減少光輸出，但是共同地，大幅減少來自LED管芯的光輸出。使用結(jié)合初級光學(xué)器件和二級光學(xué)器件的發(fā)明人已知的蝙蝠翼光發(fā)射器存在制造、成本、以及設(shè)計(jì)的幾個問題。因?yàn)榈诙哥R與LED封裝的剩余部分隔離，所以在裝配期間，將第二透鏡安裝在第一透鏡的上方。這些光學(xué)元件的對準(zhǔn)影響生成的光束圖案，因此，對準(zhǔn)公差非常小。低公差提出了制造問題并且影響成品率。蝙蝠翼光發(fā)射器的成本包括兩個透鏡，致使蝙蝠翼光發(fā)射器比其他光發(fā)射器(生成其他光束圖案)更昂貴。因?yàn)長ED管芯變的更有效，并且其尺寸減小，分離制造的第二透鏡和對準(zhǔn)問題使總LED封裝的尺寸減小更困難。雖然可以制造更小的第二透鏡，但是更小的透鏡放大了未對準(zhǔn)的問題，并且在最終裝配期間呈現(xiàn)處理困難。此外，熒光粉與LED管芯接近降低了器件可靠性并且隨時間改變了顏色。根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射器包括直接在一個或多個LED管芯上模制的僅一個透鏡，其中，熒光材料沒有直接位于LED管芯的上方。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例用于制造光發(fā)射器的方法101的流程圖。圖2A至圖2F為根據(jù)圖I的方法101的一個實(shí)施例在各個制造階段期間光發(fā)射器的示意性部分截面?zhèn)纫晥D。光發(fā)射器可以為獨(dú)立器件，或者集成電路(IC)芯片或芯片上系統(tǒng)(SoC)的一部分，該光發(fā)射器可以包括各種無源或有源微電子器件，例如，電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散MOS (LDMOS)晶體管、高功率MOS晶體管、或者其他類型的晶體管。據(jù)了解，為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明概念，已經(jīng)簡化了圖2A至圖2F。因此，應(yīng)該注意，在圖I的方法101之前、之中、以及之后可以提供額外工藝，并且本文僅簡單描述了一些其他工藝。參照圖I，方法101從框103開始，其中，將一個或多個發(fā)光二極管(LED)管芯接合至封裝基板。圖2示出了封裝基板201的截面圖。封裝基板201為硅基板、陶瓷基板、氮化鎵基板、金屬芯印刷電路板(MCPCB)、或者用于封裝LED的其他封裝基板。封裝基板可以包括金屬焊盤203和基板通孔205。在晶圓級封裝期間在封裝基板上使用金屬焊盤203和基板通孔(TSV) 205，從而導(dǎo)電和/導(dǎo)熱。雖然對于在本發(fā)明中所述的實(shí)施例沒有必要，但是位于硅基板上的金屬焊盤和基板通孔的使用改善了熱傳導(dǎo)性和導(dǎo)電性。
圖2B示出了接合至封裝基板201的LED管芯211。在某些實(shí)施例中，在LED管芯的生長基板側(cè)面接合至封裝基板的情況下，根據(jù)要接合的LED管芯的側(cè)面和封裝基板是否導(dǎo)電以及是否需要隔離，通過使用任何適當(dāng)導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠簡單地粘貼LED管芯來實(shí)施接合。在將與生長基板相反的LED管芯側(cè)面接合至封裝基板的實(shí)施例中，該接合可以包括通過將位于LED上的電極焊盤接合至位于封裝基板上的接觸焊盤來電連接LED管芯。該接合可以包括焊接或其他金屬接合。在一些實(shí)施例中，去除生長基板，并且將LED管芯的一個側(cè)面接合和電連接至基板。在這種情況下，可以使用金屬接合(例如，共晶接合)來完成該接
口 ο在一實(shí)例中，通過焊接將LED管芯接合至管芯。為了通過焊接結(jié)合LED管芯，在封裝基板上印刷焊料并且回流，同時與LED管芯接觸。在另一實(shí)例中，通過使用熱導(dǎo)電膠而被粘貼至基板來接合LED管芯。LED管芯211包括發(fā)光結(jié)構(gòu)(未不出)和用于電連接至封裝基板的一個或多個電極片。在圖2B中沒有示出其細(xì)節(jié)。雖然以下發(fā)明指的是具有藍(lán)色LED的光發(fā)射器，但是只 要將熒光粉用于將從LED所發(fā)出的光的至少一部分變換為不同波長，就可以將本文描述的概念應(yīng)用于其他顏色的LED。發(fā)光結(jié)構(gòu)具有兩種摻雜層和在摻雜層之間的多個量子阱層。摻雜層為相反摻雜的半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中，第一摻雜層包括η型氮化鎵材料，并且第二摻雜層包括P型材料。在其他實(shí)施例中，第一摻雜層包括P型氮化鎵材料，并且第二摻雜層包括η型氮化鎵材料。MQW層包括活性材料的交替(周期)層。例如，氮化鎵和氮化銦鎵。例如，在一個實(shí)施例中，MQff層包括十層氮化鎵和十層氮化銦鎵,其中,在氮化鎵層上形成氮化銦鎵層，并且在氮化銦鎵層上形成另一氮化鎵層，如此等等。摻雜層和MQW層均由外延生長工藝形成。在完成外延生長工藝以后，基本形成了p-n結(jié)(或者p-n 二極管)。當(dāng)將電壓施加在摻雜層之間時，電流流經(jīng)發(fā)光結(jié)構(gòu)，并且MQW層發(fā)光。通過MQW層所發(fā)出的光的顏色與所發(fā)出的輻射波長相關(guān)聯(lián)，可以通過改變形成MQW層的材料的組成和結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)該波長。發(fā)光結(jié)構(gòu)可選地包括附加層，例如，在基板和第一摻雜層之間的緩沖層；反射層；以及歐姆接觸層。適當(dāng)?shù)木彌_層可以由第一摻雜層的未摻雜材料或者其他類似材料制成。光反射層可以為金屬，例如，鋁、銅、鈦、銀、這些金屬的合金、或者其組合。歐姆接觸層可以為氧化銦錫(ITO)層、氮化鈦層、或者對于LED所發(fā)出的光基本上透明的其他導(dǎo)電材料的薄層。光反射層和歐姆接觸層可以由物理氣相沉積(PVD)工藝或化學(xué)氣相沉積(CVD)或者其他沉積工藝形成。在將LED管芯接合至封裝基板以后，在圖I的操作105中，將LED管芯電連接至封裝基板。進(jìn)行至少兩種電連接，對于P型摻雜層和η型摻雜層進(jìn)行各自一種電連接。在一些情況下，為了電流擴(kuò)散，對于P型層進(jìn)行兩種電連接。如所討論的，電連接可以包括引線接合、焊接、金屬接合、或者其組合。圖2Β進(jìn)一步示出了在LED管芯211和金屬焊盤203之間的引線接合213。引線接合213將位于LED上的電極連接至金屬焊盤203，通過TSV 205將金屬焊盤電連接至位于封裝基板201的背側(cè)上的端子。雖然圖2Β示出了水平封裝，但是LED管芯可以以多種方法接合至封裝基板，包括僅使用一種引線接合的垂直封裝或者沒有使用引線的覆晶封裝。因?yàn)殡娺B接213可以采用各種形式，所以圖2Β中所示的結(jié)構(gòu)僅為示例性的(電連接213不必為引線接合)。再次參照圖1，在操作107中，在LED管芯和封裝基板的上方模制透鏡。透鏡包括圓環(huán)溝槽。可以通過注塑成形或壓膜成形來形成透鏡?？梢詫⒏鞣N材料用作透鏡。適當(dāng)材料具有高光電容率(透明度)、適用于模制的粘性、對于封裝基板的適當(dāng)粘合力、以及良好的導(dǎo)熱性和穩(wěn)定性(即，在熱循環(huán)期間沒有退化或改變顏色)。材料實(shí)例包括硅樹脂、環(huán)氧樹脂、某些聚合物、樹脂、以及包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的塑料。用于模制成透鏡的適當(dāng)材料易流動并且可以固化為確定形狀。一些適當(dāng)材料可以具有熱膨脹系數(shù)，該熱膨脹系數(shù)與封裝基板的熱膨脹系數(shù)類似和/或可以吸收通過在熱循環(huán)期間熱膨脹偏差所導(dǎo)致的應(yīng)力。適當(dāng)透鏡材料的實(shí)例包括SCR和KER硅樹脂的信越生產(chǎn)線(Shin-Etsu’s line)和娃凝膠、彈性體、以及娃樹脂的道康寧各種生產(chǎn)線(Dow Cornings’s lines)。如所理解的，當(dāng)消費(fèi)者指定時，本行業(yè)的廠商可以調(diào)節(jié)透鏡材料的折射率。因此，除了首先選擇折射率，然后指定在可以通過廠商所提供的范圍內(nèi)的折射率以外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以基于適當(dāng)材料性能選擇適當(dāng)透鏡材料。 在某些實(shí)施例中，如2C所示，使用壓模成形方法。將透鏡前體材料221涂布在LED管芯和封裝基板的上方，然后將透鏡鑄模(mold) 223置于透鏡前體材料221的上方。透鏡鑄模223包括圓環(huán)溝槽225，并且可以包括一個或多個開口，用于當(dāng)逆著封裝基板壓縮鑄模223時，過多的透鏡材料和空氣可以漏出鑄模223。位于透鏡鑄模223上方的開口的位置和數(shù)量取決于工藝條件和所包括的材料性能?？梢允褂枚鄠€開口，并且開口可以位于不同位置處。雖然圖2C示出了位于兩個LED管芯上方的一個透鏡腔體，但是透鏡鑄?？梢园ǘ鄠€鑄模腔體，該多個鑄模腔體位于具有接合至其上的多個LED管芯的封裝基板上，從而同時形成用于多個封裝的透鏡。封裝基板201可以包括在獨(dú)立LED管芯之間的對準(zhǔn)標(biāo)記，從而確保透鏡腔體精確地位于LED管芯的上方。為了確保良好的填充，可以通過一個或多個開口排出透鏡腔體內(nèi)部的氣體。備選地，在真空環(huán)境中實(shí)施該操作，其中，可能不需要直接開口?？梢詫ν哥R前體材料/膠221進(jìn)行加熱或加壓。透鏡前體材料221填充透鏡腔體，從而當(dāng)逆著封裝基板按壓鑄模223時，形成透鏡。固化固定透鏡前體材料，從而使得該材料保持其形狀并且結(jié)合至所示的封裝基板和LED管芯。可以將輻射或其他能量施加給透鏡鑄模，該透鏡鑄模允許輻射穿過。輻射可以為紫外線(UV)輻射、熱輻射(紅外線)、微波、或者是可以固化透鏡膠的其他輻射。在UV光和熱應(yīng)用下固化的膠材料為市售的。在一些情況下，可以僅通過熱能完成固化，不需要以輻射形式施加該熱能。可以通過封裝基板201或通過加熱透鏡鑄模223施加傳導(dǎo)熱能。在固化透鏡以后，如圖2D所示，可以去除透鏡鑄模。去除透鏡鑄模，從而從封裝基板201去除透鏡231。在一個實(shí)施例中，可以經(jīng)由一個或所有的鑄模開口添加一些氣體，從而有助于將透鏡231與透鏡鑄模223隔離。其他技術(shù)包括改變模制透鏡或透鏡鑄模的溫度，從而使得存在溫度偏差，或者使用透鏡鑄模223的去除模板。在另一實(shí)施例中，將圓環(huán)溝槽制造為具有不同溝槽寬度。溝槽在底部更窄并且在頂部更寬，從而使得更容易去除透鏡鑄模。因此，在透鏡231中形成圓環(huán)溝槽233。注意，圖2D示出了通過相同鑄模所形成的臨近圓環(huán)溝槽235和237。這些鄰近圓環(huán)溝槽235和237屬于鄰近光發(fā)射器。最終，將封裝基板在圓環(huán)溝槽之間的位置處切成獨(dú)立的光發(fā)射器，例如，在溝槽233和237之間，通過透鏡材料形成獨(dú)立光發(fā)射器。
再次參照圖1，在操作109中，通過熒光材料填充圓環(huán)溝槽。如圖2E所示，可以通過將熒光材料涂布或注入圓環(huán)溝槽中來填充熒光材料。可以通過在透鏡材料的上方壓印含有熒光粉的粘性液體來完成該涂布，并且通過經(jīng)由封裝基板的物理移動或聲波/超聲波的振動使液體流入溝槽。還可以通過將整個部分制造的封裝浸沒在含熒光材料的液體介質(zhì)中來完成該分配?？梢酝ㄟ^注射槍或注射筆跟蹤溝槽來完成注入?？梢酝ㄟ^使用包括具有與圓環(huán)溝槽相同形狀的輸出部的注射槍來注入整個圓環(huán)溝槽。此外，在過多材料剝離透鏡的表面的情況下，可以通過旋涂工藝填充圓環(huán)溝槽。本領(lǐng)域的技術(shù)人員之一能夠選擇具有熒光粉的適當(dāng)材料，從而形成熒光材料，從而使得可以基于要使用的填充技術(shù)適當(dāng)填充該溝槽。在將熒光材料施加給圓環(huán)溝槽以后，如在圖2E中的241所示，熒光材料凝固為圓環(huán)柱體。突光粉可以與娃(silicone)、環(huán)氧樹脂、聚合物、樹脂、娃樹脂(silicone resin) >以及包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的塑料混合。優(yōu)選地，選擇具有類似熱膨脹系數(shù)的材料作為透鏡，從而將在兩種材料之間的熱循環(huán)導(dǎo)致的應(yīng)力最小化。當(dāng)然，可以使用相同的基體材料(僅有的偏差為熒光粉的添加)。根據(jù)混合物的材料性能，可以通過輻射或者熱固化并且通過固定和允許化學(xué)反應(yīng)從而形成基質(zhì)(matrix)來固化熒光材料。然后，將熒光圓筒嵌入透鏡中。 如果圓環(huán)溝槽具有不同寬度，則所形成的圓環(huán)柱體還具有不同厚度。該熒光粉壁用于改變LED發(fā)出的光和反射光的波長，從而使得在光發(fā)射器的外部感知發(fā)出的不同顏色的光。厚度變化可以取決于在不同的圓柱位置處的期望光，以產(chǎn)生均勻顏色分布。例如，在期望更多反射光的情況下，圓柱壁可以更厚，所以不管感知角多大，通過熒光粉所變換的光保持相同比率。還可以結(jié)合另一熒光層使用該熒光圓筒241，例如，與第一熒光圓筒(243和245)同心的另一熒光圓筒或者直接施加在LED管芯的熒光層，從而生成各種顏色，例如，白色。為了生成自光，當(dāng)僅使用一種熒光圓筒時，熒光粉可以為磷，當(dāng)通過藍(lán)光激發(fā)時磷生成黃光。當(dāng)使用兩種熒光層時，一種熒光層可以為綠色熒光粉并且另一熒光層可以為紅色熒光粉。在其他實(shí)施例中，突光圓筒243和245為屬于不同光發(fā)射器的分離圓柱。在一些實(shí)施例中，可以順序或共同產(chǎn)生用于熒光圓筒和透鏡的固化?？梢酝ㄟ^軟固化形成和固定透鏡，從而保持其形狀。然后，可以將熒光材料添加至圓環(huán)溝槽。可以以“硬烤(hard bake)”的方式一起固化這兩種材料，從而完成固化工藝。在其他實(shí)施例中，在添加熒光材料以前，可以完全地形成和固化透鏡?？梢詫晒鈭A筒設(shè)計(jì)為比透鏡材料更軟。然后，在熱循環(huán)期間，熒光圓筒可以吸收一些熱膨脹應(yīng)力，該熱膨脹應(yīng)力降低了熱循環(huán)應(yīng)力將透鏡與封裝基板分層的機(jī)會。再次參照圖1，在形成透鏡和熒光圓筒以后，在操作111中，透鏡的頂表面可以任選地涂覆有反射材料。如以上所述的，涂覆材料的表面需要的反射率取決于蝙蝠翼光束圖案需求，并且可以使用各種涂覆材料?？梢酝坎肌R射、旋涂表面涂覆材料，或者相反，可以在透鏡頂表面上沉積該表面涂覆材料。實(shí)例為使用涂布在透鏡頂表面上的含有反射添加劑的凝膠，例如，硅凝膠。添加劑可以包括金屬顆粒，例如銀或其他金屬；一些金屬氧化物，例如，氧化鈦、氧化鋅、以及氧化鋯?？梢允褂闷渌叻瓷涮砑觿?。其他高反射涂層的實(shí)例包括介電膜，適用于反射LED管芯所發(fā)出的特定波長光。在一些實(shí)施例中，所選擇的表面涂層反射大于80%的入射光、或者約90%的入射光、或者大于90%的入射光。在一些情況下，表面涂層僅涂覆頂表面的一部分。在其他情況下，表面涂層可以涂覆整個頂表面。圖2F示出了涂覆在透鏡的部分上的反射器251。在其他實(shí)施例中，沒有使用反射涂層?？梢詫⑼哥R成形，從而使得從LED管芯到達(dá)頂表面的光以全內(nèi)反射(TIR)的方式基本全被該表面反射出去。TIR為當(dāng)光線以關(guān)于表面的法線大于特定臨界角的角到達(dá)兩種介質(zhì)之間的邊界時，產(chǎn)生的光現(xiàn)象。在該較大角處，如果折射率在邊界的另一側(cè)更低，則沒有光可以穿過并且反射所有的光。臨界角為大于發(fā)生全內(nèi)反射的入射角。如果入射角大于(即，光線更接近于與邊界平行)臨界角(折射該光從而光沿著邊界傳播的入射角)，則光將完全停止穿過該邊界，而不是全部反射回內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的頂部透鏡表面具有一表面，使大部分入射角大于臨界角。因?yàn)轫敱砻娴牧硪粋?cè)面的折射率低于(例如，空氣具有為約I的折射率)透鏡的折射率(例如，硅模制透鏡具有約I. 4至I. 55的折射率)，所以可以以TIR的方式反射來自LED的大部分光?？梢詫⒈砻嫱繉雍屯哥R形狀設(shè)計(jì)的結(jié)合用于確保通過頂表面反射通過LED管芯所發(fā)出的大部分光。再次參照圖1，在操作113中，可以將封裝基板切成多個光發(fā)射器。如圖2F所示， 光發(fā)射器將位于熒光圓筒外部的鄰近光發(fā)射器分離。還可以使用例如鋸或切割的機(jī)械裝置切割封裝基板。還可以使用輻射能(例如激光)切割封裝基板。激光的使用使得可以使用非線性切割。例如，光發(fā)射器可以具有圓形基底，而不是矩形基底。應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的光發(fā)射器，以具有僅一個LED管芯，以及若干LED管芯?？梢詫ED管芯配置為線性陣列、矩形陣列、或者圓形或者其他形狀。圖3A至圖3C示出了多個實(shí)施例。圖3A為圖3B或3C的截面圖，具有通過光發(fā)射器中心的45度角。圖3A至圖3C的實(shí)施例包括在透鏡301的頂表面上沒有反射涂層。在這些實(shí)施例中，將4個LED管芯303安裝在基板305上。在圖3B中，每個管芯具有最接近光發(fā)射器的中心的側(cè)面。在圖3C中，每個管芯具有最接近光發(fā)射器的角。管芯的位置取決于導(dǎo)致TIR的透鏡的剖面。注意，光發(fā)射器的封裝基板可以為如圖3B所示矩形或正方形；或者如圖3C所述的圓形或橢圓形。熒光圓環(huán)柱體311根據(jù)LED管芯的形狀和位置和透鏡形狀還可以為圓形或橢圓形。在頂視圖中，透鏡具有圓形或橢圓形。當(dāng)形成透鏡時，可以通過鑄模實(shí)現(xiàn)該形狀。還可以通過隨后的切割或蝕刻來形成該形狀。圖4A至圖4C示出了多個其他實(shí)施例。圖4A為圖4B或圖4C的截面圖，具有通過光發(fā)射器的中心的45度角。圖4A至圖4C的實(shí)施例包括位于透鏡401的頂表面上的一部分的反射涂層。該部分可以為中心部分。涂料可以部分填充如圖4A所示的腔體，或者可以作為薄層施加涂料。在這些實(shí)施例中，將四個LED管芯403安裝在基板405的上方。在圖4B中，每個管芯具有最接近光發(fā)射器的中心的側(cè)面。在圖4C中，每個管芯具有最接近光發(fā)射器的中心的角。反射涂層、透鏡的形狀、以及管芯的位置共同導(dǎo)致遠(yuǎn)離透鏡頂表面的TIR。注意，用于光發(fā)射器的封裝基板可以為如圖4B所示的矩形或正方形；或者如圖4C所示的圓形或橢圓形。圖5A至圖5C也示出了多個其他實(shí)施例。圖5A為圖5B或圖5C的截面圖，具有通過光發(fā)射器的中心的45度角。圖5A至圖5C的實(shí)施例包括位于透鏡501的頂表面的一部分上反射涂層。該部分可以為中心部。涂料可以填充如圖5A所示的腔體，或者作為薄層施加在透鏡的整個頂表面上。在這些實(shí)施例中，將四個LED管芯503安裝在基板505上。在圖5B中，每個管芯具有最接近光發(fā)射器的中心的側(cè)面。在圖5C中，每個管芯具有最接近光發(fā)射器的中心的角。反射涂層導(dǎo)致通過LED管芯所生成的所有光遠(yuǎn)離頂表面的TIR，從而從側(cè)面脫離光發(fā)射器。注意，用于光發(fā)射器的封裝基板可以為如圖5B所示的矩形或正方形；或者如圖5C所示的圓形或橢圓形。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，使用不同數(shù)量的LED管芯。例如，可以將三個LED管芯配置為形成等邊三角形的頂點(diǎn)。在另ー實(shí)施例中，可以將LED管芯配置為形成兩行(一行兩個LED管芯和一行三個LED管芯)。在這些多個LED管芯結(jié)構(gòu)的每個中，在LED管芯的上方形成ー個透鏡。上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的以下詳細(xì)描述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié) 構(gòu)。然而，這些優(yōu)點(diǎn)不是為了限定，而是其他實(shí)施例可以提供其他優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的主g和范圍，并且在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換、以及改變。
權(quán)利要求
1.一種光發(fā)射器，包括 一個或多個發(fā)光二極管LED管芯； 封裝基板，接合至所述一個或多個LED管芯的一側(cè)； 電連接件，位于所述一個或多個LED管芯與所述封裝基板上的端子之間； 模制透鏡，接合至所述封裝基板，與所述一個或多個LED管芯直接接觸，所述模制透鏡被配置為以蝙fe翼圖案傳輸來自所述一個或多個LED管芯的光；以及以圓環(huán)柱體形狀將熒光材料內(nèi)嵌在所述模制透鏡中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光發(fā)射器，進(jìn)一步包括位于所述模制透鏡的頂表面上的高反射率涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)射器，其中，所述高反射率涂層包括金屬或金屬氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)射器，其中，所述高反射率涂層覆蓋所述模制透鏡的整個頂表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光發(fā)射器，其中，所述一個或多個LED管芯為設(shè)置在所述封裝基板上的中點(diǎn)周圍的至少四個LED管芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光發(fā)射器，其中，將所述一個或多個LED管芯配置為發(fā)藍(lán)光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光發(fā)射器，其中，所述圓環(huán)柱體具有變化的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光發(fā)射器，其中，所述模制透鏡包括具有一腔體的頂表面，用于將由所述一個或多個LED管芯發(fā)出的光內(nèi)部反射至所述透鏡的側(cè)表面。
9.一種制造光發(fā)射器的方法，包括 將一個或多個發(fā)光二極管LED管芯接合至封裝基板； 電連接所述一個或多個LED管芯和位于所述封裝基板上的端子； 在所述封裝基板和所述一個或多個LED管芯的上方模制透鏡，其中，所述透鏡包括圓環(huán)溝槽；以及 通過第一熒光材料填充所述圓環(huán)溝槽。
10.一種顯不器,包括 多個光發(fā)射器，每個光發(fā)射器包括 多個發(fā)光二極管LED管芯； 封裝基板，接合至所述多個LED管芯的一側(cè)； 電連接件，連接所述LED管芯和所述封裝基板； 模制透鏡，接合至所述封裝基板，與所述一個或多個LED管芯直接接觸，所述模制透鏡被配置為以蝙fe翼圖案傳輸來自所述一個或多個LED管芯的光；以及熒光材料，以圓環(huán)形狀內(nèi)嵌在所述模制透鏡中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有遠(yuǎn)離熒光結(jié)構(gòu)的蝙蝠翼透鏡及其制造方法。LED發(fā)射器使用具有熒光材料的模制透鏡，該熒光材料內(nèi)嵌在圓環(huán)溝槽中，從而生成蝙蝠翼光束圖案。在具有連接在其上的LED管芯的封裝基板的上方模制透鏡以后，模制、注入熒光材料，或者將熒光材料涂布在圓環(huán)溝槽中。將模制透鏡成形，從而通過頂表面將由一個或多個LED管芯發(fā)出的大部分光穿過熒光材料反射到側(cè)表面。
文檔編號H01L33/58GK102800797SQ20121007673
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者陳靜誼, 湯友圣, 楊皓宇, 陳信宏, 石子文 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司