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1、(10)申请公布号 CN 102800663 A (43)申请公布日 2012.11.28 CN 102800663 A *CN102800663A* (21)申请号 201210062378.5 (22)申请日 2012.03.09 13/114,787 2011.05.24 US H01L 25/075(2006.01) H01L 33/58(2010.01) (71)申请人 台湾积体电路制造股份有限公司 地址 中国台湾新竹 (72)发明人 陈静谊 杨皓宇 (74)专利代理机构 北京德恒律师事务所 11306 代理人 陆鑫 房岭梅 (54) 发明名称 具有多管芯的蝙蝠翼透镜设计 (57) 。
2、摘要 从在封装基板上的多个 LED 管芯的初级 LED 透镜的光发射器产生蝙蝠翼光束。LED 透镜包括 蝙蝠翼表面， 该蝙蝠翼表面通过在光发射器的中 心的上方关于抛物线圆弧的端部旋转抛物线圆弧 形成。将 LED 管芯中的每个的中心在抛物线的焦 点处安装至封装基板， 抛物线的圆弧形成蝙蝠翼 表面， 例如， 在距离抛物线的顶点约 0.5 倍焦距至 1.5倍焦距处。 蝙蝠翼表面通过全内反射(TIR)或 通过反射凝胶涂层反射来自多个 LED 管芯的光。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利。
3、申请 权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 10 页 1/1 页 2 1. 一种光发射器， 包括 ： 多个发光二极管 LED 管芯 ； 封装基板， 接合至所述多个 LED 管芯的一侧 ； 电连接件， 位于所述 LED 管芯与所述封装基板上的端子之间 ； 以及 模制透镜， 在所述 LED 管芯上方与所述封装基板接合， 所述模制透镜具有蝙蝠翼表面， 所述蝙蝠翼表面是通过围绕一圆弧的端部处与一曲线的共轭轴平行的直线旋转所述圆弧 而形成的， 以及其中， 围绕其圆弧形成了所述蝙蝠翼表面的所述曲线的焦点将所述多个 LED 管芯 中的每一个的中心安装到所述封装基板。 2. 根据权利要求 1 所述的光发射。
4、器， 其中， 所述曲线为抛物线或双曲线的一半。 3. 根据权利要求 1 所述的光发射器， 其中， 所述模制透镜包括在所述蝙蝠翼表面上的 高反射率涂层。 4.根据权利要求3所述的光发射器， 其中， 所述高反射率涂层反射至少90的入射光。 5. 根据权利要求 3 所述的光发射器， 其中， 所述高反射率涂层包括金属。 6. 根据权利要求 1 所述的光发射器， 其中， 所述曲线的对称轴位于所述封装基板的顶 部表面上。 7. 根据权利要求 1 所述的光发射器， 其中， 围绕所述曲线的焦点是在距离所述曲线的 顶点 0.5 倍焦距至 1.5 倍焦距之间。 8.根据权利要求7所述的光发射器， 其中， 所述多个。
5、LED包括 ： 第一部分的LED， 其中心 安装在所述封装基板距离所述抛物线的顶点的第一距离处 ； 第二部分的 LED， 其中心安装 在所述封装基板距离所述抛物线的顶点的第二距离处。 9. 一种制造光发射器的方法， 包括 ： 将多个发光二极管 LED 管芯接合至封装基板 ； 将所述 LED 管芯电连接至端子 ； 以及 在所述封装基板和所述 LED 管芯的上方模制透镜 ； 其中， 所述模制透镜包括蝙蝠翼表面， 所述蝙蝠翼表面是通过围绕一圆弧的端部处与 一曲线的共轭轴平行的直线旋转所述圆弧而形成的。 10. 一种包括光发射器的发光器件， 所述光发射器包括 ： 一个或多个发光二极管 LED 管芯 ；。
6、 封装基板， 接合至所述多个 LED 管芯的一侧 ； 电连接件， 位于所述封装基板上的端子与所述 LED 管芯之间 ； 以及 模制透镜， 在所述 LED 管芯上方与所述封装基板接合， 所述模制透镜具有蝙蝠翼表面， 所述蝙蝠翼表面是通过围绕一抛物线圆弧的端部水平旋转所述抛物线圆弧而形成的， 以及其中， 围绕其圆弧形成了所述蝙蝠翼表面的旋转抛物线的焦点环， 将所述多个 LED 管芯中的每一个的中心安装到所述封装基板。 权 利 要 求 书 CN 102800663 A 2 1/9 页 3 具有多管芯的蝙蝠翼透镜设计 技术领域 0001 本发明一般地涉及半导体器件， 更具体地来说， 涉及半导体发光二极。
7、管 (LED)。 背景技术 0002 本文所使用的发光二极管 (LED) 为半导体光源， 用于生成具有特定波长或波长范 围内的光。传统上， 将 LED 用于指示灯， 并且用于显示器不断增加。当在通过相反掺杂的半 导体化合物层所形成的 p-n 结上施加电压时， LED 发光。可以通过改变半导体层的带隙和 通过在 p-n 内制造活性层使用不同材料生成不同光波长。 0003 传统上， 通过在生长基板上生长多个发光结构来制造LED。 将发光结构及其下层生 长基板分离为独立 LED 管芯。在分离以前或以后的某点处， 将电极或导电垫片添加至 LED 管芯中的每个， 从而允许该结构导电。 然后， 通过添加封。
8、装基板、 可选荧光材料、 以及诸如透 镜和反射器的光学器件来封装 LED 管芯， 从而变成光发射器。 0004 光发射器规格通常识别通过光发射器所输出的专用辐射图案。 通用光束图案为用 于在交通信号应用中照射平面、 用于在显示器中的背光单元、 或者用于通常发光的蝙蝠翼 (batwing) 光束图案。可以通过具有在坎德拉 (candela) 分布曲线中的两个大致相等的波 峰和在波峰之间的约 0 度处的波谷来限定蝙蝠翼光束图案。可以通过均匀性、 视角、 在零度 处所测量的最小输出、 半峰全宽(FWHM)、 以及峰值角度来限定蝙蝠翼图案。 均匀性限定在某 些感兴趣的角度范围内 ( 可以为视角 ) 的。
9、不同角度处的光输出的可变性。可以将视角限定 为捕获总光通量的 90的总角度。在零度处的最小输出涉及均匀性。峰值角度确定蝙蝠 翼的形状并且涉及视角。半峰全宽 (FWHM) 为在其最大值的一半处的分布宽度 ( 空间或角 度 )， 并且通常指定大于约 100 度。 0005 将光发射器设计为满足这些规格。 虽然现有的光发射器的设计能够满足蝙蝠翼光 束图案的要求， 但是不能在每一方面完全满足要求。继续寻求更容易制造的更低成本和更 有效的设计。 发明内容 0006 本发明的一方面包括 ： 光反射器， 包括多个发光二极管 (LED) 管芯 ； 封装基板， 接 合至 LED 管芯的一个侧面 ； 电连接件， 。
10、连接 LED 管芯和位于封装基板上的端子 ； 模造透镜， 接合至与 LED 管芯直接接触的封装基板， 该 LED 管芯具有以 LED 管芯为中心的蝙蝠翼表面。 通过在与曲线的共轭轴平行的圆弧端部处关于直线旋转圆弧来形成蝙蝠翼表面。将多个 LED 管芯中的每个的中心安装至在曲线焦点附近的封装基板， 曲线的圆弧形成蝙蝠翼表面。 光发射器通过模制透镜输出蝙蝠翼光束图案。 0007 其中， 所述曲线为抛物线或双曲线的一半。 0008 其中， 所述模制透镜包括在所述蝙蝠翼表面上的高反射率涂层。 0009 其中， 所述高反射率涂层反射至少 90的入射光。 0010 其中， 所述高反射率涂层包括金属。 说 。
11、明 书 CN 102800663 A 3 2/9 页 4 0011 其中， 所述曲线的对称轴位于所述封装基板的顶部表面上。 0012 其中， 围绕所述曲线的焦点是在距离所述曲线的顶点 0.5 倍焦距至 1.5 倍焦距之 间。 0013 其中， 所述多个 LED 包括 ： 第一部分的 LED， 其中心安装在所述封装基板距离所述 抛物线的顶点的第一距离处 ； 第二部分的 LED， 其中心安装在所述封装基板距离所述抛物 线的顶点的第二距离处。 0014 其中， 所述多个 LED 进一步包括 ： 第三部分的 LED， 其中心安装在所述封装基板距 离所述抛物线的顶点的第三距离处。 0015 其中， 所述。
12、模制透镜为硅树脂、 树脂、 环氧树脂、 或聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA。 0016 其中， 所述光发射器为大约或小于 3.5mm3.5mm。 0017 本发明的另一方面包括制造光发射器的方法。该方法包括 ： 以图案 ( 关于抛物线 的焦点把每个 LED 管芯放在中心的图案 ) 将多个发光二极管 (LED) 管芯接合至封装基板 ； 将 LED 管芯和位于封装基板上的端子电连接 ； 在封装基板和 LED 管芯的上方模制具有蝙蝠 翼表面的透镜。通过在圆弧的端点处沿着直线旋转抛物线圆弧来成形蝙蝠翼表面。 0018 其中， 在所述封装基板和所述 LED 管芯的上方模制透镜， 包括 ： 将所述透镜铸模置 于。
13、所述封装基板和所述多个 LED 管芯的上方 ； 将透镜胶添加在所述透镜铸模中 ； 固化模制 透镜。 0019 该方法进一步包括 ： 将高反射率凝胶涂布在所述蝙蝠翼表面上。 0020 所述高反射率凝胶包括金属或金属氧化物。 0021 其中， 所述金属为银。 0022 此外， 还提供了一种包括光发射器的发光器件， 所述光发射器包括 ： 一个或多个发 光二极管 LED 管芯 ； 封装基板， 接合至所述多个 LED 管芯的一侧 ； 电连接件， 位于所述封装 基板上的端子与所述LED管芯之间 ； 以及模制透镜， 在所述LED管芯上方与所述封装基板接 合， 所述模制透镜具有蝙蝠翼表面， 所述蝙蝠翼表面是通。
14、过围绕一抛物线圆弧的端部水平 旋转所述抛物线圆弧而形成的， 以及其中， 围绕其圆弧形成了所述蝙蝠翼表面的旋转抛物 线的焦点环， 将所述多个 LED 管芯中的每一个的中心安装到所述封装基板。 0023 其中， 围绕所述旋转抛物线的焦点环是在距离所述抛物线的顶点 0.5 倍焦距处的 圆内以及在距离所述抛物线的顶点 1.5 倍焦距处的另一个圆内。 0024 其中， 所述一个或多个 LED 管芯为一个 LED 管芯。 0025 其中， 进一步包括所述 LED 管芯之间的电连接件。 0026 以下， 参照相关附图讨论本发明的这些和其他特征。 附图说明 0027 当结合附图进行阅读时， 根据下面详细的描述。
15、可以更好地理解本发明的多方面。 应该强调的是， 根据工业中的标准实践， 各种部件没有被按比例绘制。实际上， 为了清楚的 讨论， 各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。 0028 图 1 为使用 “洋葱头” 型蝙蝠翼透镜的光发射器的原理图。 0029 图 2A 和图 2B 为根据本发明的各种实施例的光发射器的不同示图。 0030 图3示出了根据本发明的各种实施例具有用于限定透镜的蝙蝠翼表面和LED管芯 说 明 书 CN 102800663 A 4 3/9 页 5 布置的焦点的圆弧和曲线。 0031 图 4 为根据本发明的结构实例的坎德拉分布曲线。 0032 图 5A-5D 示出了根据本发明的各种实。
16、施例的各种示例结构。 0033 图 6 为示出根据本发明的各个方面制造光发射器的方法的流程图。 0034 图 7- 图 11 示出了根据图 6 的方法的实施例在各个制造阶段中的光反射器的截面 图。 具体实施方式 0035 据了解为了实施各种实施例的不同部件， 以下发明提供了许多不同的实施例或示 例。以下描述元件和布置的特定示例以简化本发明。当然这些仅仅是示例并不打算限定。 例如， 以下描述中第一部件形成在第二部件上方或上可包括其中第一和第二部件以直接接 触形成的实施例， 并且也可包括其中额外的部件形成插入到第一和第二部件中的实施例， 使得第一和第二部件不直接接触。当然， 描述确定地陈述了部件是。
17、否直接接触。再者， 本公 开可在各个示例中重复参照数字和 / 或字母。该重复是为了简明和清楚， 而且其本身没有 规定所述各种实施例和 / 或结构之间的关系。 0036 本文中， LED 封装还称作光发射器， 该 LED 封装包括 ： 接合至封装基板的一个或多 个管芯 ； 涂覆在 LED 管芯上的荧光材料的可选层 ； 以及诸如反射器和透镜的一些任选元件。 以多种方式将一个或多个 LED 管芯电连接至位于封装基板上的电路。发明人已知的一种连 接方法包括 ： 将管芯的生长基板部分接合至封装基板 ； 并且形成电极片， 将该电极片连接 至位于管芯上的发光结构中的p性半导体层和n型半导体层， 然后接合来自。
18、电极片的布线， 从而与位于封装基板上的焊盘 / 端子接触。发明人已知的另一种连接方法包括 ： 翻转 LED 管芯并且使用焊料凸块将位于发光结构上的电极片直接连接至封装基板。 发明人已知的又 一种方法包括使用混合连接器。可以对一个半导体层， 例如， p 型层进行布线， 从而接合至 封装基板， 同时可以将其他层 (n 型层 ) 焊接至位于封装基板上的触点 / 端子。在使用多个 LED 管芯的一些光发射器中， 可以将 LED 管芯独立连接至封装基板， 或者仅与连接至封装基 板上的端子的端部 LED 管芯彼此串联连接。可具有用于一光发射器的一种或多种串联连 接。 0037 LED 封装可以包括 ： 一。
19、种或多种荧光材料， 通常将该荧光材料直接施加在 LED 管芯 的上方。发明人已知的施加一种或多种荧光材料的方法包括 ： 将浓缩的粘稠流体介质 ( 例 如， 液体胶 ) 的荧光材料溅射或滴在 LED 管芯的表面上， 所生成的光穿过该管芯的表面。当 粘稠流体固定或固化的时候， 荧光材料变成 LED 封装的一部分。 0038 光学器件， 例如， 反射器和透镜， 用于将辐射图案、 或光束图案成形。 几个光学器件 通常用于实现期望图案， 例如， 以上讨论的蝙蝠翼光束图案。 透镜可以由塑料、 环氧树脂、 硅 树脂制成， 透镜通过将其边缘粘贴在封装基板上而接合至封装基板。 通常， 将透镜制造为与 LED 管。
20、芯分离， 并且可以使用特定尺寸和形状。 0039 发明人已知的蝙蝠翼光发射器使用两个透镜可实现蝙蝠翼图案。如图 1 所示， 第 一透镜 ( 或称初级光学器件 ) 为直接接合或直接形成在 LED 芯片上的透明透镜。第一透镜 101通常为半椭球体， 并且基本上用于从LED管芯103提取尽可能多的光。 第二透镜105(或 者二级光学器件 ) 安装并接合至第一透镜 110 的上方， 并且用于成形光束图案。因此， 使 说 明 书 CN 102800663 A 5 4/9 页 6 用该方法， 可以通过改变第二透镜设计而不是改变 LED 封装的其他部分来生成各种光束图 案。如果将 LED 焊接接合至封装基板。
21、， 则因此通过 LED 管芯所生成的光穿过蓝宝石生长基 板， 位于管芯上的荧光材料107的可选层、 穿过第一透镜101(可能地， 第一透镜和第二透镜 之间的间隙 )， 并且最后穿过第二透镜 105。用于蝙蝠翼光束图案的第二透镜设计传统上为 如图 1 所示的 “洋葱头” 的设计， 但是其他形状也是可用的。 0040 使用初级光学器件和二级光学器件的图 1 中所示的蝙蝠翼光发射器存在制造、 成 本、 以及设计的几个问题。因为第二透镜与 LED 封装的剩余部分隔离， 所以在装配器件， 将 第二透镜安装在第一透镜的上方。这些光学元件的对准影响生成的光束图案， 因此， 对准 公差非常小。低公差提出了制造。
22、问题并且影响成品率。图 1 中的蝙蝠翼光发射器的成本 包括 ： 两个透镜， 致使蝙蝠翼光发射器比仅使用一个透镜生成其他光束图案的其他光发射 器更昂贵。因为 LED 管芯变的更有效， 并且其尺寸减小， 分离制造的第二透镜和对准问题 使总 LED 封装的尺寸减小更困难。发明人已知的蝙蝠翼具有第二透镜， 该第二透镜具有约 10mm10mm的尺寸。 虽然可以制造更小的第二透镜， 但是更小的透镜放大了未对准的问题， 并且在最终装配期间呈现处理困难。此外， 在第一透镜和第二透镜之间的间隙可能通过还 引入反射和折射的更多表面降低了总光提取。 0041 此外，“洋葱头” 第二透镜设计不能与位于透镜下方的一个以。
23、上光源 (LED) 良好地 配合。如图 1 所示， 透镜 105 的 “芽” 部 (sprout portion) 以全内反射 (TIR) 或直接反射的 方式反射来自 LED 的光线至光发射器的侧表面。当使用一个以上 LED 管芯时， 反射角改变， 从而使得来自光发射器的光输出在不同角处变得不均匀。 换句话说， 因为反射角变为更大、 或者更小锐角， 所以很少发生来自芽部的TIR或反射。 不均匀性导致光输出与从单个LED管 芯所生成的光输出不同。此外， 不均匀性还可导致光输出在不同角度处具有不同颜色 ( 这 是不期望的 )。 0042 当基于 LED 的光源更广泛地用于不同光应用的时候， 需要总。
24、光输出就越高。虽然 增大LED管芯尺寸可以增大总光输出， 但是其他设计需要使用多个LED管芯。 对于使用一个 以上 LED 管芯的光发射器来说， 第二透镜设计不适当。本发明的光发射器包括 ： 直接在 LED 管芯的上方模制的仅一个透镜， 节省了使用两个透镜的成本和精力， 同时允许使用多个 LED 管芯。所模制的透镜的形状为通过多个 LED 管芯直接穿过该透镜生成蝙蝠翼图案。 0043 图 2A 和图 2B 示出了根据本发明的各种实施例的透镜的形状。在图 2A 中， 示出了 接合至封装基板 203 的四个 LED 管芯 201。在 LED 201 上方， 将透镜 205 接合至封装基板 203。。
25、透镜 205 在顶部具有蝙蝠翼表面 207 的圆柱体。图 2B 示出了图 2A 的光发射器的截 面图。横截面的观察点是从来自光发射器的中部， 从而使得将透镜和封装基板正好切成两 半。通过该示图， 仅示出了两个 LED 管芯。因为为透明的透镜材料封装一个以上 LED 管芯， 所以以虚线示出了又一个 LED 管芯。注意， 可以存在各种电连接， 从而连接 LED 管芯和位于 封装基板上的端子， 但是没有示出。可以使用上述电连接方法中的任一个。 0044 蝙蝠翼表面 207 具有形成凹部的曲线表面， 该凹部具有在中心处的最低点和在圆 周上的最高点。在截面中， 蝙蝠翼表面 207 由如图 2B 所示的两。
26、个圆弧形成。穿过中心的蝙 蝠翼表面 207 的截面在任意角处相同。蝙蝠翼表面通过在圆弧的端部处沿着垂直轴 209 旋 转该圆弧而形成。 0045 图 3 示出了圆弧 301 和曲线 309。圆弧 301 为曲线 309 的一部分。曲线 309 具有 说 明 书 CN 102800663 A 6 5/9 页 7 长轴 305， 该长轴将曲线切割为对称部分。长轴 305 还称作对称轴 305。曲线还具有短轴 313， 还称作共轭轴 313， 该共轭轴与主轴 305 垂直并且在曲线 309 的顶点处与主轴相交。 曲线可以为抛物线或者半双曲线。通常， 抛物线为圆锥截面， 正圆锥面和与该平面的生成 直线。
27、平行的平面的交集。给定该平面上的点 ( 焦点 ) 和相应直线 ( 准线 )， 在与其等距的 平面上的点轨迹为抛物线。与准线垂直并穿过焦点的直线 ( 为穿过中部分离抛物线的直 线 ) 为 “对称轴” 。与抛物线相交的对称轴上的点为 “顶点” 。顶点为曲率最大的点。抛物 线可以向上、 向下、 向左、 向右、 或者在一些其他任意方向上开口。在笛卡尔坐标系中， 水平 抛物线， 例如， 如图 3 所示的抛物线可以通过公式 x ay2+by+c 进行描述， 其中， 其焦点位 于 (-b2/4a+c+1/4a， -b/2a)。双曲线为由平面和圆锥体的交集所形成的另一圆锥截面。双 曲线的公式为 (x2/a2-。
28、y2/b2) 1。 0046 图 3 包括两条曲线 307 和 309 以及通过曲线 307 和 309 共享的对称轴 305。曲线 307 和 309 为穿过直线 315 的彼此的镜像， 该直线与共轭轴 313 平行。曲线 309 的圆弧 301 沿着直线 315 水平旋转， 从而形成图 2A 的蝙蝠翼表面 207。直线 315 与在顶点和曲线焦点 之间的对称轴 305 相交， 并且直线 315 可以处于顶点或焦点。曲线 307 和 309 具有位于对 准轴 305 上的顶点， 并且每条曲线分别具有焦点 303 和 304。对于光发射器透镜来说， 旋转 点 313 必须在对称轴 305 上或。
29、者上方， 从而使得不存在封装基板的暴露部分。还可以将根 据本发明的各种实施例的圆弧定义为圆弧与不同抛物线的结合。 0047 在某实施例中， 曲线为抛物线。将多个 LED 管芯中的每个的中心在抛物线的焦点 附近安装到封装基板上， 该抛物线的圆弧形成蝙蝠翼表面。 水平地沿着对准轴， 焦距为在焦 点和顶点之间的水平距离。在 LED 管芯的中心和顶点之间的距离可以大约为焦距， 或者如 箭头 311 所示， 在距离顶点约 0.5 倍焦距和距离顶点约 1.5 倍焦距之间。具有以该距离为 中心的 LED 管芯的光发射器生成具有良好的光提取效率的蝙蝠翼光束输出。箭头 311 的端 点指示从约 0.5 倍焦距至。
30、约 1.5 倍焦距的范围。为了更好的光提取效率， 可以更窄地限定 箭头 311 的范围。如果曲线为双曲线的一半， 则距离范围可能不同。垂直地， LED 管芯的中 心可以在焦点附近并且不需要恰好在对称轴上。对称轴 305 可以在封装基板的顶面上， 或 者可以为穿过 LED 管芯的直线或在 LED 管芯的顶面上。注意， 除非旋转点 313 为顶点， 否则 抛物线 307 和 309 通常不共享顶点。 0048 图 4 为根据本发明的实施例使用透镜建模的矩形坎德拉分布曲线图。图 4 中的曲 线形状为蝙蝠翼光束图案。使用市售矩形 LED 管芯的数据建模和具有在图 2A 和图 2B 中的 透镜 205 。
31、的一般几何形状的模制透镜， 曲线图示出了跨越穿过水平线和垂直线的模制 LED 光发射器的在具有两个角的平面的上的光强度。对于大部分部件来说， 模制值重叠。换句 话说， 对于具有4个LED管芯的光发射器来说， 通过水平角和垂直角的光输出与对称安装的 LED 管芯大致相同。 0049 沿着每条线， 在 0 度处测量非常低的强度或约为 0 的强度。每条线还示出了具有 与在峰值之间的凹部大致等距的两个基本相同的峰值的典型蝙蝠翼图案。 可以通过均匀百 分数、 视角、 在 0 度处所测量的最小输出、 半峰全宽 (FWHM)、 以及峰值角来限定蝙蝠翼图案。 这些条件相关。通过改变透镜几何形状， 可以使光发射。
32、器满足一系列蝙蝠翼条件。在图 4 中， 峰值角约为 -75 度和 75 度。曲线在 34 度和 84 度处穿过半峰值线 401。分布的半 峰全宽 (FWHM) 约为 170 度， 大于通常指定的约 100 度。 说 明 书 CN 102800663 A 7 6/9 页 8 0050 图 5A 至图 5D 示出了根据本发明的各种实施例的光发射器的各种 LED 管芯结构。 图 5A 示出了在图 2A 和图 2B 中的光发射器的结构， 其中， 在峰值基板的周围对称配置四个 相同的 LED 管芯。在对称结构中， LED 管芯中的每个的中心与封装基板的中心等距离， 形成 LED环。 线505指示在LED。
33、管芯的中心与曲线的顶点之间的距离， 来自该曲线的圆弧用于形 成蝙蝠翼表面。该距离为约曲线的焦距。如果当旋转圆弧时， 绘制曲线的相应焦点， 则焦点 在轴对称平面上绘制圆 ( 聚焦环 )。当曲线为抛物线时， 该圆为旋转抛物线的聚焦环。据 说 LED 管芯的中心位于焦点附近， 并且可能位于距离曲线的顶点的 0.5 倍焦距至约 1.5 倍 焦距处。注意， 线 505 的一端位于 LED 管芯的中心处并且另一端位于顶点处， 但是顶点没有 必要与封装基板的中心相同。 0051 图 5B 示出了在将 5 个 LED 管芯安装在封装基板上的情况下的根据本发明的各种 实施例的另一对称结构。在该实例中， 可以绘制。
34、穿过 LED 管芯中的每个的中心的圆 507。在 对称结构中， 5 个 LED 管芯位于间隔 72 度处。此外， 如图 5A 所示， 线 505 限定在 LED 中心与 曲线顶点之间的距离， 来自该曲线的圆弧用于形成蝙蝠翼表面。线 505 的长度在曲线的约 0.5 倍焦距至约 1.5 倍焦距之间。与图 5A 和图 5B 中所示的结构类似地， 任何数量的 LED 都 可以根据本发明在光发射器中使用。 0052 图 5C 示出了根据本发明的各种实施例的具有 LED 的两个环的又一结构。第一组 LED 管芯 511 形成第一环 519， 该环具有在 LED 管芯中心和曲线顶点之间的距离 515。第二。
35、 组 LED 管芯 513 形成第二环 521， 该环具有在 LED 管芯中心和曲线顶点之间的距离 517。在 图 5C 的结构中， 距离 515 和 517 均在 0.5 倍曲线焦距至 1.5 倍曲线焦距的范围内。 0053 只要所有的 LED 管芯中心均在约 0.5 倍焦距至约 1.5 倍焦距的范围内， 就可以如 图 5D 所示的 ( 通过三个环示出的 ) 添加额外数量的 LED 管芯环。此外， 在不同环中的 LED 管芯不需要为相同形状或尺寸， 但当然可以为相同形状和尺寸。 为了生成均匀光输出， 位于 相同环上的所有 LED 管芯应该具有相同形状和尺寸。然而， 这些概念还可以用于生成不均。
36、 匀的光输出， 例如， 在水平峰值角处具有更高强度峰值， 而在垂直峰值角处具有更低强度峰 值的图案， 反之亦然。 0054 在具有特定透镜设计的一些实施例中， 光发射器包括仅一个 LED 管芯。如本文所 述的， LED 管芯的中心位于在曲线的聚焦环附近的距离范围内。对于沿着接近焦点的直线 旋转圆弧的某透镜几何形状来说， 透镜的中心可以在该范围内。 如果有， 则安装在封装基板 上的并且集中在蝙蝠翼透镜下方的 LED 管芯根据本发明的各种实施例满足该距离范围。所 生成的抛物线具有聚焦环的点。 0055 将蝙蝠翼表面设计为主要反射从 LED 管芯到达蝙蝠翼表面的光。可以将蝙蝠翼表 面设计为以全内反射。
37、 (TIR) 方式反射到达表面的大部分光。TIR 为当光线以关于表面的法 线大于特定临界角的角到达两种介质之间的边界时， 产生的光现象。 在该较大角处， 如果折 射率在边界的另一侧更低， 则没有光可以穿过并且反射所有的光。临界角为大于发生全内 反射的入射角。如果入射角大于 ( 即， 光线更接近于与边界平行 ) 临界角 ( 折射光从而光 沿着边界传播的入射角)， 则光将完全停止穿过该边界， 相反地， 全部反射回内部。 根据本发 明的各种实施例的光发射器的透镜的蝙蝠翼表面具有使大部分入射角大于临界角的表面。 因为空腔的折射率低于 ( 例如， 空气具有为约 1 的折射率 ) 透镜的折射率 ( 例如，。
38、 硅模制透 镜具有约 1.4 至 1.55 的折射率 )， 所以反射来自 LED 的大部分光作为 TIR。 说 明 书 CN 102800663 A 8 7/9 页 9 0056 还可以将蝙蝠翼表面设计为通过表面涂层反射到达表面的大部分光。 可以使用高 反射率表面涂层 ( 例如， 银或其他金属， 某些金属氧化物， 例如氧化钛和氧化锌 ) 或者其他 高反射率涂层。发明人已知的其他高反射涂层的实例包括介电膜， 适用于反射通过 LED 管 芯所发出的光的特定波长。 在一些实施例中， 所选择的表面涂层反射大于80的入射光， 约 90的入射光， 或者大于 90的入射光。 0057 蝙蝠翼表面设计可以包括。
39、 ： 对于通过反射表面涂层设计 TIR 的元件。可以将反射 表面涂层设计为在小于临界角处减少入射光的反射。 根据光束图案均匀性需求或者具体调 制深度， 可以将或多或少的光设计为通过改变表面涂覆材料穿过蝙蝠翼表面。给定本文所 述的概念， 可以选择蝙蝠翼表面涂层从而实现用于特定应用的任何蝙蝠翼光束图案。 0058 图6示出了用于根据本发明制造光发射器的方法601的流程图。 图7至图11为根 据图 6 的方法 601 的一个实施例在各个制造阶段期间光发射器的示意性部分截面侧视图。 光发射器可以为独立器件或者集成电路(IC)芯片或芯片上系统(SoC)的一部分， 其可以包 括各种无源或有源器件， 例如，。
40、 电阻器、 电容器、 电感器、 二极管、 金属氧化物半导体场效应 晶体管(MOSFET)、 互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、 双极结型晶体管(BJT)、 横向扩散 MOS(LDMOS) 晶体管、 高功率 MOS 晶体管、 或者其他类型的晶体管。据了解， 为了更好地理解 本发明的发明概念， 已经简化了图 7 至图 11。因此， 应该注意， 在图 6 的方法 601 之前、 之 中、 以及之后可以提供额外工艺， 并且本文仅简单描述了一些其他工艺。 0059 参照图 6， 方法 601 从模块 603 开始， 其中， 将多个发光二极管 (LED) 管芯接合至 封装基板。图 7 示出了 LED。
41、 管芯 703A 和 703B 接合至封装基板 701 的截面图。诸如 703A 和 703B 的 LED 管芯包括发光结构 ( 未示出 ) 和用于电连接至封装基板的一个或多个电极 片。在图 7 中没有示出其细节。虽然以下发明指的是具有蓝色 LED 的光发射器， 但是本文 描绘的概念可以应用于其他颜色的 LED， 甚至没有荧光粉的 LED。发光结构具有两种掺杂层 和在掺杂层之间的多个量子阱层。掺杂层为相反掺杂的半导体层。第一掺杂层可以为 n 型 氮化镓材料， 并且第二掺杂层可以为 p 型材料。在其他实施例中， 第一掺杂层为 p 型氮化镓 材料， 并且第二掺杂层为 n 型氮化镓材料。MQW 层包。
42、括活性材料的交替 ( 或者周期 ) 层， 例 如， 氮化镓和氮化铟镓。例如， 在一个实施例中， MQW 层包括十层氮化镓和十层氮化铟镓， 其 中， 在氮化镓层上形成氮化铟镓层， 并且在氮化铟镓层上形成另一氮化镓层， 如此等等。 0060 掺杂层和 MQW 层均由外延生长工艺形成。在完成外延生长工艺以后， 基本形成了 p-n结(或者p-n二极管)。 当将电压施加在掺杂层之间时， 电流流经发光结构， 并且MQW层 发光。 通过MQW层所发出的光的颜色与所发出的辐射波长相关联， 可以通过改变形成MQW层 的材料的组成和结构来调节该波长。发光结构可选地包括 ： 附加层， 例如， 在基板和第一掺 杂层之。
43、间的缓冲层 ； 反射层 ； 以及欧姆接触层。适当的缓冲层可以由第一掺杂层的未掺杂 材料或者其他类似材料制成。光反射层可以为金属， 例如， 铝、 铜、 钛、 银、 这些金属的合金、 或者其组合。另外或者替换反射层， 可以包括欧姆接触层。光反射层和欧姆接触层可以由 物理气相沉积 (PVD) 工艺或化学气相沉积 (CVD) 或者其他沉积工艺形成。 0061 可以以多种方法将 LED 管芯接合至封装基板。在将 LED 管芯的生长基板侧面接合 至封装基板的某些实施例中， 可以通过使用任何适当导电或非导电胶简单地粘贴 LED 管芯 来实施接合。在将与生长基板相反的 LED 管芯侧面接合至封装基板的实施例中。
44、， 该接合可 以包括通过将位于 LED 上的电极片接合至位于封装基板上的接触焊盘电连接 LED 管芯。该 说 明 书 CN 102800663 A 9 8/9 页 10 接合可以包括焊接或其他金属接合。在一些实施例中， 去除生长基板， 并且将 LED 管芯的一 个侧面接合和电连接至基板。在这种情况下， 可以使用金属接合 ( 例如， 共晶接合 ) 来完成 该接合。 0062 在将 LED 管芯接合至基板以后， 在图 6 的操作 605 中， 将 LED 管芯电接合至封装基 板。对每个 LED 管芯进行至少两种电连接， 对 p 型和 n 型掺杂层各自进行一种电连接。在 一些情况下， 为了电流扩散，。
45、 对在一个 LED 管芯中的 p 型层进行两种电连接。如所讨论的， 电连接可以包括 ： 引线接合、 焊接、 金属接合、 或者其组合。对位于封装基板上的端子， 或者 对位于另一 LED 管芯上的另一层进行电连接。例如， 多个 LED 管芯可以与连接至封装基板 上的端子的仅端部 LED 串联连接。如在任何两个 LED 之间， 可以根据器件电路， 将 p 型层连 接至 n 型层或 p 型层。图 8 示出了在接合至封装基板 701 的 LED 管芯 703A 和 703B 之间的 电连接 707。因为电连接 707 可以采取各种形式， 所以图 8 中所示的结构仅为示例性的 ( 电 连接 707 不需要。
46、从位于封装基板上的接合焊盘至另一 LED 的顶表面的引线接合 )。还可以 使用其他结构， 其中， 将每个 LED 管芯独立配线至位于封装基板上的端子。 0063 再次参照图 6， 在操作 607 中， 在封装基板和 LED 管芯的上方模制具有蝙蝠翼表面 的透镜。可以通过注塑成形或压膜成形来形成该透镜。可以将各种材料用作透镜。适当材 料具有高光电容率 ( 透明度 )、 适用于模制的粘性、 对于封装基板的适当粘合力、 以及良好 的导热性和稳定性 ( 即， 在热循环期间没有退化或改变颜色 )。材料实例包括 ： 硅树脂、 环 氧树脂、 某些聚合物、 树脂、 以及包括聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 的塑。
47、料。用于模制成透镜的 适当材料易流动并且可以固化为确定形状。一些适当材料可以具有热膨胀系数， 该热膨胀 系数与封装基板的热膨胀系数类似和 / 或可以吸收通过在热循环期间热膨胀偏差所导致 的应力。适当透镜材料的实例包括 ： SCR 和 KER 硅树脂的信越生产线 (Shin-Etsu s line) 和硅凝胶、 弹性体、 以及硅树脂的道康宁生产线 (Dow Cornings s lines)。如所理解的， 当 消费者指定时， 本行业的厂商可以调节透镜材料的折射率。因此， 除了首先选择折射率， 然 后指定在可以通过厂商所提供的范围内的折射率以外， 本领域的技术人员可以基于适当材 料性能选择适当透镜。
48、材料。 0064 在某些实施例中， 如图9至图11所示， 使用注入成形方法。 参照图9， 透镜铸模917 位于 LED 管芯 703A 和 703B 的上方。透镜铸模 917 包括多个开口， 例如， 开口 919 和 921。 位于所示的透镜铸模 917 上的开口的位置和数量为示例性的并且没有限定。可以使用更多 开口， 并且开口可以位于不同位置处。图 9 示出了位于 LED 管芯 703A 和 703B 上方的一个 铸模型腔 923， 然而， 模制透镜可以包括多个铸模型腔， 该铸模型腔装在具有多组 LED 管芯 的封装基板上， 例如结合在封装基板上的 703A 和 703B。封装基板 701 。
49、可以包括在独立 LED 管芯组之间的对准标记， 从而确保铸模型腔 923 精确地位于 LED 管芯组的上方。 0065 如图 10 所示， 可以将透镜胶或模制材料添加在透镜铸模中。可以将透镜胶 925 添 加或者注入铸模型腔923中。 为了良好的填充， 可以通过一个或多个开口921排出位于铸模 型腔 923 中的气体。位于铸模型腔 923 中的气体可以为空气或者惰性气体， 例如氮气。备 选地， 在真空环境中实施该操作， 其中， 没有使用开口 921 的实例。可以对透镜胶 925 进行 加热或加压。透镜胶 925 填充铸模型腔 923， 从而形成透镜 905。 0066 如图 11 所示， 固化固定透镜 905， 从而使得该透镜保持其形状并且粘贴至封装基 板和 LED 管芯。将辐射 927 或其他能量施加给透镜铸模， 并且该铸模没有阻挡辐射 927。辐 说 明 书 CN 102800663 A 10 9/9 页 11 射可以为紫外线 (UV) 辐射、 热辐射 ( 红外线 )、 微波、 可以固化。