專利名稱:發(fā)光二極管—led及其封裝方法和應(yīng)用的制作方法
一、涉及領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，即LED，以及LED的封裝方法，和LED的多種應(yīng)用。
二、技術(shù)背景多年以來LED的外形大部分都是圓柱連著半個(gè)圓球，方柱連接著小方塊，以及草帽形等形式的。這些外形的LED，管芯射向側(cè)面的光線直接穿過柱面散射了出來，草帽形的LED，光線的散射角很大，在LED的側(cè)面甚至還靠后的位置，都能夠看到管芯發(fā)出的光線。目前普通的LED，幾乎不能把管芯發(fā)出的光線全部散射到LED的前方。對(duì)于交通信號(hào)燈、射燈、手電等很多LED應(yīng)用燈具，以及顯示屏，散射到側(cè)面的光是沒有用的光，是一種浪費(fèi)和缺點(diǎn)，有時(shí)還必須加一個(gè)反光鏡，把這部分光反射到燈具的前方。而且用普通的LED做成的顯示屏，或者燈具的發(fā)光面，各個(gè)LED之間有很大的空隙，這些空隙不能發(fā)光，因此不能連接成一個(gè)完整的發(fā)光面。
三、發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種有聚光功能的LED，這種LED外形變化多，管芯發(fā)出的光線絕大部分都從前表面散射出去，利用這種LED能夠排布成完整的發(fā)光面或者發(fā)光線條，而且發(fā)光面可以形成各種不同的立體造型，從而能夠制作出很多種全新的燈具和顯示屏等。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，由于原理的不同，新LED管芯周圍的透明體由三個(gè)不同形狀和不同作用的部分組成。透明體的尾部是固定引線或者管腳的柱體部分，透明體的前部是把光線散射出去的透鏡部分，透明體的中間是把管芯射向側(cè)面的所有光線都全反射到前表面的聚光部分。LED的前表面是凸起的球面、或者多片圓柱面、或者各種造型的曲面例如橢球面等、或者是平面。沿著前表面的邊角部位切開的橫截面，大于柱體的橫截面。前表面和柱體之間的側(cè)面，從柱體的邊緣開始，光滑的延伸擴(kuò)展至前表面，或者以多片曲面組合的形式延伸擴(kuò)展至前表面。放置管芯的反射杯的邊緣定位于柱體相應(yīng)的頂面或者低于柱體相應(yīng)的頂面，管芯的最高點(diǎn)低于反射杯的邊緣。反射杯內(nèi)可以放置一個(gè)管芯，也可以放置多個(gè)管芯。
管芯射向側(cè)面的光線，一部分被反射杯反射到前表面，從反射杯邊緣開始，照射到側(cè)面的光線與柱體頂面之間的角度逐漸增大。對(duì)于有固定斜率的圓錐面或者平的側(cè)面，只要從反射杯邊緣開始，照射到側(cè)面的光線與側(cè)面之間的角度，小于形成全反射的臨界角(環(huán)氧樹脂的折射率通常為1.56，空氣的折射率為1，臨界角大約為50°度)，整個(gè)側(cè)面就都小于形成全反射的臨界角，就是全反射面。對(duì)于由曲線旋轉(zhuǎn)或者拉伸形成的曲面形的側(cè)面，依據(jù)LED透明材料的折射率和空氣的折射率，對(duì)側(cè)面的多個(gè)主要部位進(jìn)行分析計(jì)算、測(cè)量，使側(cè)面的各個(gè)部位與照射到的光線之間的角度，都小于形成全反射的臨界角，這樣整個(gè)側(cè)面就是全反射面。新的LED，管芯射向側(cè)面的所有光線，都被側(cè)面全反射到前表面。
這里特別要注意的是，前表面的邊緣與側(cè)面邊緣連接部位的夾角不能過大，以免經(jīng)過側(cè)面全反射之后到達(dá)前表面的光線，在前表面上形成全反射。經(jīng)過側(cè)面全反射之后到達(dá)前表面的所有光線，與前表面之間的角度，大于透明材料形成全反射的臨界角，在前表面上沒有光的全反射。
管芯發(fā)出的所有光線都匯聚到前表面，并按照折射規(guī)律從前表面折射出來，散射到LED的前方。與普通的光線折射一樣，伴隨著光線折射出去的同時(shí)，仍有很少量的光線從前表面反射回透明材料內(nèi)。
通過調(diào)整前表面和側(cè)面的形狀，以及前表面與管芯之間的距離，就可以獲得具有不同散光角度的、前表面的正投影是不同形狀的、只從前表面發(fā)光的多品種LED。LED內(nèi)部放置多個(gè)管芯和引線，就能夠制作出新一代顯示屏的像素管或者變色光源。
由于LED的透明體由三個(gè)部分構(gòu)成，而且前表面比固定引線的柱體大，因此正對(duì)著前表面看到的前表面的正投影，可以做成很多種形狀，例如圓形、橢圓形、長方形，正六邊形、正五邊形、正方形、三角形等等。利用前表面的正投影是長方形、正方形、三角形等各種形狀的LED，使LED的側(cè)邊，貼著另一個(gè)LED的側(cè)邊排布在一起，就能夠把LED的發(fā)光面，排布成不同形狀的線條、平面、或者排布成圓柱面、球面、任意造型的曲面等，而且發(fā)光面上可以沒有不發(fā)光的空隙，整個(gè)面或者線條全能發(fā)光。為了一些特殊燈具或者特殊造型的發(fā)光面，前表面的正投影甚至還可以做成各種不規(guī)則的周邊形狀。
由于這種LED只從前表面向外發(fā)光，出光效率更高、更亮，而且能夠排布成不同形狀的沒有不發(fā)光的空隙的顯示面，這就為制作新一代LED顯示屏奠定了基礎(chǔ)，新一代LED顯示屏將會(huì)具有高清晰度、高亮度、各種全新造型等優(yōu)點(diǎn)。即便是采用圓形的LED，由于沒有了側(cè)面發(fā)出的雜散光的干擾，畫面也比普通LED的顯示屏清晰明亮。
這種LED的高出光效率，可以靈活排布的發(fā)光面造型，也為制作新一代具有全新結(jié)構(gòu)的各種造型、各種燈光效果的LED藝術(shù)燈具、室內(nèi)外照明燈具、信號(hào)燈以及廣告燈等奠定了基礎(chǔ)。
利用這種LED，還可以制作新一代的各種造型的面發(fā)光或者線發(fā)光的裝飾品。
封裝普通的LED時(shí)，把管芯連同引線或者管腳的頂端固定在模具內(nèi)，注入調(diào)好的透明材料，透明材料固化之后，從模具內(nèi)取下LED。封裝這種LED的模具由兩個(gè)部分構(gòu)成，模具的兩個(gè)部分沿著LED的軸向上下分開。模具的對(duì)接面可以做在前表面與側(cè)面的對(duì)接面上，或者LED最粗的部位，或者前表面的頂角構(gòu)成的面上。封裝過程中，透明材料固化之后，模具上下分開，通過推動(dòng)LED的引線或者管腳或者尾部，使LED從模具分開的兩個(gè)部分之間脫模出來。
與其他形狀的LED相比較，本發(fā)明利用光的全反射原理，使得管芯射向側(cè)面的光線，全部反射到前表面，徹底解決了LED側(cè)面的光線散失問題，首次實(shí)現(xiàn)了管芯發(fā)出的光線全部被利用的全聚光，提高了LED的亮度和出光效率，并且開拓性地創(chuàng)造出一種全新的LED發(fā)光原理，以及全新的多品種LED。利用本發(fā)明的LED制作的、沒有不發(fā)光空隙的不同形狀的線條或者平面形式的發(fā)光面、顯示面，或者圓柱面、球面、任意形狀的曲面等形式的發(fā)光面、顯示面，為LED在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，帶來了更加完美的效果，更高的性能指標(biāo)，開辟了全新的道路和更加美好的前景。因此本發(fā)明從根本上大大推動(dòng)LED本身，以及LED在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為半導(dǎo)體照明的全面發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
四圖1、是本發(fā)明中散光角度比較大的LED的原理示意圖。
圖2、是本發(fā)明中散光角度比較小的LED的原理示意圖。
圖3、是本發(fā)明中前表面的正投影是正六邊形的LED示意圖。
圖4、是本發(fā)明中前表面的正投影是正方形的LED示意圖。
圖5、是本發(fā)明中前表面的正投影是三角形的LED示意圖。
圖6、是本發(fā)明中的前表面是長方形平面的LED示意圖。
圖7、是本發(fā)明中前表面的正投影是長方形的貼片式LED的示意圖。
五具體實(shí)施方式圖1中前表面(1)是球面，球心正好在管芯(4)的上方，球面(1)邊緣的直徑大于圓柱(3)的直徑。模具兩個(gè)部分的對(duì)接面做在球面(1)的邊緣構(gòu)成的平面上。圓錐形的側(cè)面(2)與管芯(4)射來的光線(7)之間的角度，全部小于能夠形成全反射的臨界角，側(cè)面(2)是一個(gè)全反射面。經(jīng)過側(cè)面(2)反射之后到達(dá)球面(1)的光線，與球面(1)之間的角度，全部大于能夠形成全反射的臨界角，這些光線在球面(1)上不能再形成全反射，在法線(5)的另外一邊全部直接折射了出去。由于管芯(4)在球心的下面，管芯(4)直接射向球面(1)的光線(6)，在法線(5)的下面，經(jīng)過球面(1)的折射，全部轉(zhuǎn)向LED的前方。
圖2中前表面(1)是球面，球面的半徑較大，球心仍然在管芯(4)的上方，球心也可以移到管芯的下面，前表面(1)也可以是平面。從與圓柱(3)的連接部位開始，圓錐形的側(cè)面(2)光滑地彎曲、延伸擴(kuò)展到球面(1)，靠近圓柱(3)的圓錐形的側(cè)面(2)的錐度變化比較大，這樣的設(shè)計(jì)是為了照射到側(cè)面(2)的靠近圓柱(3)的光線(7)也能夠?qū)崿F(xiàn)全反射。側(cè)面(2)就像一個(gè)反光、聚光的罩，把管芯(4)射向側(cè)面的光線都反射到球面(1)上，到達(dá)球面(1)的光線，在法線(5)的另外一邊折射了出去。由于球面(1)相對(duì)于管芯(4)散開的角度比較小，經(jīng)過球面(1)的折射之后，光線散開的角度也比較小，所以這種LED能夠把光線散射到一個(gè)比較小的角度范圍內(nèi)。
圖3所示的LED，前表面的正投影是正六邊形，它的前表面是一個(gè)球面，它的側(cè)面由1個(gè)圓錐面，被6個(gè)由曲線沿著曲線的軌跡拉伸成的曲面，切割連接組合構(gòu)成。它的側(cè)面能夠把來自管芯的光線全部反射到前表面。正六邊形的LED能夠排布成一個(gè)完整的平的發(fā)光面，與正五邊形的LED一起使用，還可以連接成一個(gè)類似足球表面的發(fā)光球面，能夠用于制作各種完整的面發(fā)光的燈具。
圖4所示的LED，前表面的正投影是正方形，它的前表面由4片圓柱面連接組成，它的側(cè)面由4片平面組成。利用這種圓柱面和側(cè)面組合形式，還可以做成正五邊形、正六邊形和圖5所示的三角形的LED。正方形的LED能夠排布成整體發(fā)光的平面、直線、圓柱面。內(nèi)部放置多個(gè)管芯和引線之后，就能夠制作出新一代的方形像素管。
圖5所示的LED，前表面的正投影是三角形的LED，它的前表面由3片圓柱面連接組成，側(cè)面由3片平面組成。三角形的LED能夠排布成整體發(fā)光的球面、圓柱面、平面。
圖6所示的LED，前表面是長方形的平面，4個(gè)側(cè)面是拉伸的曲面。利用這種側(cè)面和平面，還可以制作正五邊形、正六邊形、正方形、三角形等形狀的LED。
圖7所示的貼片式LED，它的前表面由圓柱面構(gòu)成，它的側(cè)面由2片平面組成。另外兩個(gè)側(cè)面與普通LED一樣，但是多個(gè)LED的這兩個(gè)側(cè)面可以彼此連接在一起，組成一個(gè)整體發(fā)光的直線，或者平面。其他圖中的LED把引線換成管腳，并且把固定引線的柱體以及整個(gè)透明體做短、做小，也能做成貼片式的LED。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管-LED，管芯被封裝在透明體的內(nèi)部，管芯發(fā)出的光線通過透明體散射出來，其特征是LED透明體由三個(gè)不同形狀的部分組成，透明體的尾部是固定引線或者管腳的柱體，前表面是凸起的球面、或者多片圓柱面、或者曲面、或者是平面，沿著前表面的邊角部位切開的橫截面，大于管腳周圍的柱體的橫截面，前表面和柱體之間的側(cè)面，從柱體的邊緣開始，光滑的延伸擴(kuò)展至前表面，或者以多片曲面組合的形式延伸擴(kuò)展至前表面，放置管芯的反射杯的邊緣定位于柱體的頂面，或者低于柱體的頂面，管芯的最高點(diǎn)低于反射杯的邊緣，反射杯內(nèi)可以放置一個(gè)管芯，也可以放置多個(gè)管芯，管芯發(fā)出的所有光線都匯聚到前表面，并從前表面折射到LED的前方。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1規(guī)定的發(fā)光二極管-LED，其特征是前表面和柱體之間的側(cè)面，與管芯照射到側(cè)面的所有光線之間的角度，小于LED透明材料形成全反射的臨界角。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或者2規(guī)定的發(fā)光二極管-LED，其特征是經(jīng)過前表面和柱體之間的側(cè)面反射后，到達(dá)前表面的所有光線，與前表面之間的角度，大于LED透明材料形成全反射的臨界角。
4.一種發(fā)光線條或者發(fā)光面或者顯示面，LED以陣列的形式排布在發(fā)光線條或者發(fā)光面或者顯示面上，其特征是發(fā)光線條或者發(fā)光面或者顯示面上排布的LED是權(quán)力要求1或者2或者3限定的LED。
5.一種顯示屏，LED以陣列的形式排布在顯示面上，其特征是顯示屏的顯示面上排布的LED是權(quán)力要求1或者2或者3限定的LED。
6.一種燈具，LED安裝在燈具上，其特征是安裝在燈具上的LED是權(quán)力要求1或者2或者3限定的LED。
7.一種裝飾品，LED排布在裝飾品上，其特征是裝飾品上排布的LED是權(quán)力要求1或者2或者3限定的LED。
8.一種發(fā)光二極管-LED的封裝方法，封裝LED時(shí)，把管芯連同引線或者管腳固定在模具內(nèi)，注入調(diào)好的透明材料，透明材料固化之后，從模具內(nèi)取下LED，其特征是這種方法封裝的是權(quán)力要求1或者2或者3限定的LED，封裝LED的模具由兩個(gè)部分構(gòu)成，透明材料固化之后，模具的兩個(gè)部分沿著LED的軸向上下分開，通過頂LED的引線或者管腳或者尾部，使LED從模具分開的兩個(gè)部分之間脫模出來。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種管芯周圍的透明體由三個(gè)不同形狀和不同作用的部分組成的LED。透明體的尾部是固定管腳的柱體部分。透明體的頂部是把光線散射出去的透鏡部分。透明體的中間是把管芯射向側(cè)面的所有光線都全反射到前表面的聚光部分。管芯發(fā)出的所有光線都匯聚到前表面，并從前表面散射到LED的前方。這種LED通過外形的變化，可以獲得不同的散光角度，和圓形、橢圓形、長方形，正六邊形、正五邊形、正方形、三角形等多種形狀的發(fā)光面。通過排布不同形狀的LED，能夠把LED的發(fā)光面連接成沒有不發(fā)光空隙的不同形狀的線條、平面，或者圓柱面、球面、曲面等，從而制作出效果更好、更亮的顯示屏、燈具、裝飾品等。
文檔編號(hào)H01L23/31GK1996624SQ200610000104
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年1月4日
發(fā)明者徐建國 申請(qǐng)人:徐建國導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan