本發(fā)明涉及封裝的發(fā)光二極管（LED），并且特別地涉及填充有清澈密封劑的淺反射杯中的磷光體轉(zhuǎn)換LED。

背景技術(shù)：

常見(jiàn)的是，將LED管芯安裝在印刷電路板（PCB）或其它襯底上以用于將LED的電極電氣連接到PCB上的導(dǎo)電跡線(xiàn)。然后，具有中心孔洞的圓形反射器杯被貼附到PCB并且圍繞LED管芯。對(duì)于磷光體轉(zhuǎn)換而言，該杯然后用粘性磷光體混合物完全填充并且被固化以包封LED管芯。LED管芯光與磷光體光的組合創(chuàng)建期望的總體光顏色，諸如白光。該杯在某種程度上限制LED管芯的側(cè)光發(fā)射并且將在大體向前的方向上重定向側(cè)光。

在一些情況下，包含密封劑的半球形透鏡粘附在LED管芯之上以改進(jìn)光提取。這要求杯中的大中心孔容納透鏡。

以上所述封裝的LED的一個(gè)缺點(diǎn)是磷光體光的光發(fā)射輪廓非常寬。由于磷光體處于圓錐形杯的輪緣處或甚至略微在其上方，所以從杯出來(lái)的磷光體光幾乎為朗伯型（Lambertian）。由于LED管芯本身在杯中相當(dāng)?shù)?，所以?lái)自LED管芯的直射光更鋒利地被杯限制，所以來(lái)自LED管芯的離開(kāi)杯的直射光比朗伯型窄得多并且比磷光體光窄得多。因此，假設(shè)LED管芯發(fā)射藍(lán)光并且磷光體發(fā)射黃光，則將在射束中的更中心的白光周?chē)嬖邳S色光暈。這通常被稱(chēng)為磷光體光暈效應(yīng)。

填充有磷光體的反射杯的一些示例在美國(guó)公開(kāi)2013/0228810中示出。

LED管芯的包封對(duì)于增大光提取效率是重要的，并且密封劑被設(shè)計(jì)成具有在LED管芯的高折射率（例如對(duì)于GaN LED，n=2.5-3）與空氣的折射率（n=1）之間某一地方的折射率（n）。在一些LED管芯中，LED管芯光從具有大約1.8的折射率的頂部藍(lán)寶石窗口離開(kāi)。常規(guī)硅樹(shù)脂封裝劑（包括透鏡）的折射率可以從1.4到1.7。密封劑因而被設(shè)計(jì)成減少LED管芯內(nèi)部的全內(nèi)反射（TIR）。包封增益可以導(dǎo)致光輸出的10-20%的增加。包封形狀還被設(shè)計(jì)成最小化密封劑-空氣界面處的TIR。

圓頂形包封是流行的，因?yàn)橛蒐ED管芯發(fā)射的光線(xiàn)大體上以直角撞擊在圓頂?shù)谋砻嫔?。這使TIR最小化。如果包封形狀類(lèi)似于矩形棱柱，則由于LED管芯光線(xiàn)以低角度撞擊在平坦的密封劑-空氣界面上，將存在相對(duì)高的TIR，并且形狀的對(duì)稱(chēng)性不允許光逃離。因此，具有平坦頂表面（暴露于空氣）的密封劑并未在實(shí)際產(chǎn)品中使用，盡管它們可以在封裝的LED的簡(jiǎn)化示意性示例中圖示。

密封劑的一些其它已知形狀包括角錐體，其具有破壞對(duì)稱(chēng)性并且允許光逃離的角度。然而，來(lái)自角錐體的TIR引起一些光被LED管芯及其安裝襯底所吸收。一些角錐體類(lèi)型的結(jié)構(gòu)具有在它們的外表面中切割的角度凹槽以減少TIR。

出于各種原因，用戶(hù)可能不滿(mǎn)足于來(lái)自圓錐形杯的大體圓形射束，其由于磷光體光暈效應(yīng)而具有差的顏色均勻性。而且，由于透鏡增加了封裝的高度，所以用戶(hù)可能想要不要求透鏡包封LED管芯的更淺封裝。

所需要的是針對(duì)封裝LED的新設(shè)計(jì)，其不經(jīng)受以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述了一種封裝LED管芯，其使用具有以大約33度的淺角度向上傾斜的四個(gè)平坦壁的淺的矩形反射杯。LED管芯安裝在反射器的底座處，其中底座包括用于LED管芯電極的結(jié)合墊。以下描述假設(shè)藍(lán)色LED和YAG黃色發(fā)射磷光體，盡管LED顏色和磷光體發(fā)射的其它組合（例如藍(lán)色LED、YAG磷光體和紅色發(fā)射磷光體）被設(shè)想到并且包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

LED管芯具有保形磷光體涂層，其可以通過(guò)任何方法應(yīng)用，諸如電泳、噴涂或任何其它合適的技術(shù)。在將LED管芯安裝于杯中之前，向LED管芯應(yīng)用保形磷光體涂層。因?yàn)榱坠怏w涂層可以是稠密的，所以其可以是非常薄的以最小化所要求的封裝高度。杯的輪緣高于保形磷光體。

杯的光出射孔基本上是方形，使得射束將大體為方形。其它矩形形狀被預(yù)想到并且包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

清澈密封劑，諸如硅樹(shù)脂，充分填充杯以達(dá)到磷光體上方，并且具有光滑平坦的頂表面以便依照斯涅耳定律促進(jìn)密封劑-空氣界面處的全內(nèi)反射（TIR）。

杯的壁的淺角度被設(shè)計(jì)成使得來(lái)自磷光體和LED有源層的側(cè)光的部分被杯的壁直接反射并且在沒(méi)有任何TIR的情況下通過(guò)密封劑的平坦頂部出來(lái)。來(lái)自LED管芯和疊覆的磷光體的頂部以比臨界角小的角度撞擊在密封劑的平坦頂表面上的光將通過(guò)TIR向下朝向反射壁反射并且在沒(méi)有附加TIR的情況下從封裝反射出來(lái)。因此，幾乎所有光以至多兩次反射離開(kāi)封裝。光沒(méi)有明顯地被反射回到LED管芯中，因此未被吸收。

由于來(lái)自LED管芯和磷光體的頂部的光的大部分通過(guò)TIR有意地重定向到杯壁（并且因而擴(kuò)散開(kāi)），所以來(lái)自LED管芯（假設(shè)為GaN LED）的藍(lán)光與磷光體光更好地混合，因此所得射束將在其周界周?chē)哂懈倪M(jìn)的顏色均勻性。射束將大體為矩形，并且減少或消除了任何磷光體光暈效應(yīng)。由于低角度LED管芯光和磷光體光類(lèi)似地通過(guò)杯壁有意反射和重定向，所以射束將是定義明確的。由于不需要透鏡并且磷光體涂層可能是稠密的，所以封裝可以制造得非常淺。

由于杯是方形的，所以杯的陣列可以緊密地安裝在一起以形成僅具有封裝之間的小間隙的任何形狀。另外，所得復(fù)合表面將是平坦的。該平坦表面可以容易地清洗并且在美學(xué)上是令人喜愛(ài)的。另外，由于磷光體（假設(shè)為YAG黃色磷光體）沒(méi)有填充杯，所以在每一個(gè)封裝的中心處僅存在的小黃色斑點(diǎn)，這在美學(xué)上比填充有YAG磷光體的現(xiàn)有技術(shù)杯更令人喜愛(ài)。另外，當(dāng)使用封裝的陣列時(shí)，矩形射束非常好地融合在一起。反射杯的現(xiàn)有技術(shù)的圓形射束發(fā)射將不會(huì)在這樣的陣列中均勻地融合。

杯可以是塑料并且成型在引線(xiàn)框架之上，其中引線(xiàn)框架形成用于LED管芯電極的杯中心處的結(jié)合墊。杯的壁可以涂覆有金屬膜或鏡面反射或漫射層。因此，不需要底層PCB，并且封裝是最小尺寸。

在一個(gè)實(shí)施例中，LED管芯具有大約0.5-1mm的側(cè)邊和小于其側(cè)邊的高度。方形杯的高度可以稍微大于磷光體涂層的頂部并且可以小于1mm。從LED管芯的邊緣到杯的外邊緣的距離是大約1mm或更少。杯的平坦壁優(yōu)選地以大約33度的角度從鄰近LED管芯上升至杯的輪緣。

在本文中描述了附加特征和實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

圖1是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在引線(xiàn)框架之上成型的淺反射杯的透視圖，其中示出了用于LED管芯電極的結(jié)合墊。

圖2圖示了在LED管芯已經(jīng)安裝于杯中之后的圖1的杯。

圖3是圖2的二等分截面視圖，其圖示了LED管芯之上的保形磷光體層以及填充有清澈密封劑以完成封裝的杯。

圖4是示出了用于結(jié)合到印刷電路板或其它襯底的結(jié)合墊的封裝的自底向上視圖。

圖5是圖3的截面視圖，其圖示了由LED管芯和磷光體發(fā)射的各種光線(xiàn)以及光如何以至多兩次反射離開(kāi)封裝，一次是TIR并且另一次是被杯壁反射。

圖6圖示了圖3的截面視圖，其示出了近似的光發(fā)射輪廓，其中該光發(fā)射比填充有磷光體的杯的光發(fā)射更窄并且定義更明確，并且其中混合光具有更好的顏色均勻性。

圖7圖示了多個(gè)方形封裝10可以如何在陣列中安裝于公共襯底上以創(chuàng)建具有跨射束的均勻顏色和明亮度的矩形射束或者可替換地創(chuàng)建高效的顏色顯示。

圖8是封裝的自頂向下視圖，其中反射器具有用于產(chǎn)生圓形射束的圓形出射開(kāi)口。

圖9是圖8的封裝的二等分截面視圖。

相同或相似的元件以相同標(biāo)號(hào)標(biāo)記。

具體實(shí)施方式

圖1圖示了依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的反射杯封裝10。典型地，從片壓印銅引線(xiàn)框架以形成封裝10的金屬墊12和14?？梢源嬖谶B接在一起的引線(xiàn)框架的陣列以簡(jiǎn)化封裝的處理，并且引線(xiàn)框架在處理成單獨(dú)的封裝10之后分離。

其中銅引線(xiàn)框架將結(jié)合到底部LED管芯電極的區(qū)域可以鍍有合適的金屬，諸如金、鎳或合金，以形成墊12和14。如果需要，還可以使用金球、焊料潤(rùn)濕或其它技術(shù)來(lái)允許結(jié)合到管芯電極。用于電氣連接的引線(xiàn)框架的任何部分在本文中被稱(chēng)為結(jié)合墊，而不管該連接是通過(guò)焊料、超聲焊接、導(dǎo)線(xiàn)結(jié)合、導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂等進(jìn)行的。

塑料杯16在引線(xiàn)框架之上成型。同樣的塑料杯同時(shí)在陣列中的每一個(gè)引線(xiàn)框架之上成型。可以使用壓縮成型或注射成型。優(yōu)選地，塑料是導(dǎo)熱的。如果塑料還由于包含金屬顆粒（用于增加其熱導(dǎo)率）而是導(dǎo)電的，則與塑料接觸的引線(xiàn)框架的部分具有在成型步驟之前形成于其之上的電介質(zhì)涂層以防止墊12和14彼此短接。

杯16一般形成方形中心底座18、方形外周界和方形孔。杯16的內(nèi)壁20是平坦的并且以大約33度的角度從底座18延伸到周界。盡管33度是優(yōu)選的，但是取決于射束的期望形狀，28-38度之間的范圍也是合適的。

圖1還圖示了杯16所安裝于其上的襯底24，其可以充當(dāng)杯16與印刷電路板之間的插入物并且?guī)椭鷶U(kuò)散熱量。襯底24可以是成型的陶瓷、塑料或者其它導(dǎo)熱材料。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底24是成型在引線(xiàn)框架之上的塑料杯16的組成部分，所以被視為杯16的部分。在可替換實(shí)施例中，可以消除襯底24并且可以使用引線(xiàn)框架來(lái)將封裝10附連到電路板。

杯16的內(nèi)壁20涂覆有例如鏡面反射金屬（諸如鋁或銀）的反射膜。可以使用蒸發(fā)、濺射、噴涂或其它技術(shù)。內(nèi)壁20可以替代地涂覆有反射直射LED管芯光和磷光體光或者僅反射LED光或者僅反射磷光體光的其他類(lèi)型的膜，諸如二色性涂層。反射材料可以對(duì)于最窄射束是鏡面反射的，或者可以對(duì)于較寬射束是漫射的（諸如通過(guò)使用白漆）。

圖2圖示了安裝在杯16的底座上的LED管芯26。在該示例中，LED管芯26是基于GaN的倒裝芯片并且發(fā)射藍(lán)光。在另一實(shí)施例中，LED管芯26可以發(fā)射UV和/或不是倒裝芯片。對(duì)于具有頂部上的一個(gè)或兩個(gè)電極的LED管芯，導(dǎo)線(xiàn)可以將（多個(gè)）電極連接到墊12/14并且墊12/14將延伸超出LED管芯足跡。LED管芯的任何金屬熱墊熱耦合到杯16的底座。

LED管芯26在安裝之前涂覆有磷光體28的層，其在圖3中示出。磷光體28可以是諸如YAG之類(lèi)的類(lèi)型，其中通過(guò)磷光體28泄漏的藍(lán)色LED管芯光和黃-綠色磷光體光的組合進(jìn)行組合以創(chuàng)建白光。可以使用其它或附加的磷光體來(lái)創(chuàng)建其它顏色，包括較暖的白色。磷光體28可以使用電泳、噴涂或者任何其它已知工藝來(lái)保形地涂覆LED管芯26。

在一個(gè)實(shí)施例中，LED管芯26具有大約0.5-1mm的側(cè)邊和小于其側(cè)邊的高度。從其底座18到其頂部輪緣的方形杯16的高度大于磷光體28的頂表面的高度并且可以小于1mm。從LED管芯26的邊緣到杯16的外邊緣的距離可以為大約1mm或更少。相應(yīng)地，整個(gè)封裝10的足跡可以小于每一側(cè)邊3mm或者該足跡可以更大。杯16的高度和內(nèi)壁20的角度一般通過(guò)需要什么以使幾乎所有光以最大兩次反射離開(kāi)封裝10來(lái)指定，其在下文討論。

襯底24的尺寸與本發(fā)明的操作無(wú)關(guān)并且典型地具有稍微大于杯16的足跡。

在可替換實(shí)施例中，杯16具有暴露單獨(dú)形成的襯底24上的墊12/14的方形開(kāi)口。杯16利用粘合劑粘附到襯底24。

如圖3中所示，杯16然后利用清澈密封劑30被充分填充至其頂部輪緣，清澈密封劑30諸如硅樹(shù)脂（以陰影線(xiàn)示出），其中密封劑30的頂表面是平坦而光滑的以促進(jìn)TIR。圖3是在用密封劑30填充之后的圖2的二等分視圖。密封劑30具有近似為磷光體28的折射率或者在磷光體28與空氣的折射率之間的折射率。相對(duì)折射率是重要的，如在下文所討論的，因?yàn)槠教姑芊鈩┍砻嫣幍腡IR用于幫助混合光并且增加被內(nèi)壁20反射的光的量。

圖3還示出了導(dǎo)電通孔32和24，其可以是成型于之上的引線(xiàn)框架的部分，其從墊12/14（圖1）延伸到襯底24的底部墊36/38（在圖4中示出）。圖3還示出了電氣連接到圖1中的墊12/14的LED管芯26的電極40/42。

LED管芯26、磷光體28和密封劑30的相對(duì)折射率導(dǎo)致從LED管芯26和磷光體28到密封劑30中的高光提取效率。圖5圖示了從LED管芯26和磷光體28發(fā)射到密封劑30中的各種各樣的光線(xiàn)。

來(lái)自LED管芯的有源層的藍(lán)色光線(xiàn)44被示出為從LED管芯26的頂表面基本上垂直于密封劑30的平坦光出射表面46而發(fā)射。因而，不存在TIR。來(lái)自磷光體28（假設(shè)為YAG）的黃色光線(xiàn)47被示出為垂直于表面46而發(fā)射并且與藍(lán)色光線(xiàn)44混合以創(chuàng)建白光。

另一藍(lán)色光線(xiàn)48以低角度撞擊在表面46處（低于臨界角）并且依照斯涅耳定律被內(nèi)部反射。該藍(lán)色光線(xiàn)48然后被鏡面反射內(nèi)壁20向上反射。如通過(guò)內(nèi)壁20的角度來(lái)確定的，經(jīng)反射的光線(xiàn)48的角度是高的，并且在沒(méi)有任何另外的TIR的情況下逃離密封劑30。來(lái)自磷光體28（假設(shè)為YAG）的側(cè)面的黃色光線(xiàn)49直接被內(nèi)壁20反射并且與藍(lán)色光線(xiàn)48混合以創(chuàng)建白光。

來(lái)自磷光體28的另一黃色光線(xiàn)50也以低角度發(fā)射并且在表面46處內(nèi)部反射。該光線(xiàn)50類(lèi)似于藍(lán)色光線(xiàn)48起作用并且在至多兩次反射之后離開(kāi)。

處于低角度的其它藍(lán)色和黃色光線(xiàn)在表面46處內(nèi)部反射并且在密封劑30中和內(nèi)壁30處混合。密封劑30因而充當(dāng)混合器，其中被內(nèi)壁20反射的混合光是相當(dāng)均勻的白色。如果表面46是圓頂形的或有凹槽的，則將存在直接從LED管芯26的頂表面離開(kāi)的更多光，并且將存在更多的磷光體光暈效應(yīng)，其中從封裝發(fā)射的光具有黃色光暈。

盡管光圍繞LED管芯26良好地混合，但是直接離開(kāi)表面46的藍(lán)光光線(xiàn)44使得在封裝中心處存在更藍(lán)的斑點(diǎn)。然而，該藍(lán)光在某一距離處與其它光混合以創(chuàng)建相當(dāng)均勻的方形形狀光束。

磷光體28頂部上方的密封劑30的高度應(yīng)當(dāng)足以允許經(jīng)內(nèi)部反射的光線(xiàn)（例如射線(xiàn)50和48）沒(méi)有被磷光體28或LED管芯26吸收而是撞擊在內(nèi)壁20上。

盡管理想封裝10導(dǎo)致光在至多兩次反射之后離開(kāi)，但是在實(shí)際產(chǎn)品的材料或表面中可能存在缺陷，其可以使LED光和/或磷光體光的小部分沒(méi)有完美地以入射角度反射。因此，LED光和/或磷光體光的小部分可能在多于兩次反射之后離開(kāi)。

在優(yōu)選實(shí)施例中沒(méi)有使用透鏡，因?yàn)楸?6將射束成形為具有期望的發(fā)射輪廓，并且不需要透鏡來(lái)增加光提取效率。任何透鏡將極大地增加封裝的高度。

杯16可以是非常淺的（稍微高于磷光體28頂表面），因?yàn)門(mén)IR將仍舊在表面46處執(zhí)行，不管密封劑30的厚度如何。

在現(xiàn)有技術(shù)的反射杯中，液體磷光體密封劑完全填充杯并且然后被固化。用于磷光體粉末的透明粘結(jié)劑包括大量的磷光體混合物。因此，磷光體混合物必須在LED管芯之上相當(dāng)厚以實(shí)現(xiàn)磷光體粉末的所要求有效厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的總體顏色。因此，現(xiàn)有技術(shù)的杯必須相當(dāng)深。在圖5的實(shí)施例中，由于磷光體28不需要與粘結(jié)劑混合并且相對(duì)稠密且薄，所以磷光體28的層比現(xiàn)有技術(shù)的杯中的磷光體“糊塊（goop）”薄得多。而且，由于在實(shí)現(xiàn)期望的TIR的同時(shí)，磷光體28上方的密封劑30的高度可以是最小的，所以杯16可以是非常淺的。相應(yīng)地，封裝10比采用杯中的磷光體“糊塊”的現(xiàn)有技術(shù)封裝更薄。

圖6圖示了封裝的光發(fā)射輪廓50的截面。輪廓50比其中反射杯完全填充有磷光體的封裝的輪廓窄得多，因?yàn)樵趫D6的實(shí)施例中處于低角度的任何磷光體和LED管芯發(fā)射通過(guò)TIR而被內(nèi)部反射，然后被內(nèi)壁20向上反射。輪廓50具有大體方形形狀的水平截面。

取決于應(yīng)用，底部墊36/38（圖4）可以焊接到印刷電路板（PCB）或其它襯底上的金屬墊以向LED管芯26供電。

如圖7中所示，每一個(gè)封裝10的平坦且方形的形狀允許封裝10的陣列安裝在公共襯底54上并且允許LED管芯一起選擇性通電或通電。由于每一個(gè)封裝10發(fā)射方形射束，所以與現(xiàn)有技術(shù)圓形射束對(duì)照，射束均勻地重疊。在每一個(gè)封裝10之間僅存在小間隙。因而，可以創(chuàng)建非常明亮的方形且均勻的射束。而且，由于封裝10的頂表面是平坦的，所以其可以形成產(chǎn)品（諸如智能電話(huà)）的平坦外表面的部分，并且在美學(xué)上是令人喜愛(ài)的。矩形杯周界可以是除方形之外的其它形狀，這取決于射束的期望特性。

如果封裝10被用作相機(jī)的閃光燈，則杯16的側(cè)邊的長(zhǎng)度可以定制以創(chuàng)建與圖片縱橫比相同的縱橫比以最大化投射到對(duì)象上的有用光。在這樣的情況下，杯將不是方形的。

代替于陣列中的所有封裝發(fā)射相同顏色的光（例如白色），封裝可以發(fā)射藍(lán)色、綠色和紅色光以形成RBG像素，其中不同封裝中的LED管芯可以選擇性地通電以創(chuàng)建在像素之間具有最小距離的彩色顯示。在一個(gè)實(shí)施例中，所有LED管芯發(fā)射UV或藍(lán)色光，并且不同顏色通過(guò)不同磷光體而獲得。在另一實(shí)施例中，不同顏色通過(guò)LED管芯中的不同有源層獲得。在另一實(shí)施例中，存在磷光體轉(zhuǎn)換LED和非磷光體轉(zhuǎn)換LED的混合物。

來(lái)自LED管芯26的熱量通過(guò)LED管芯26、襯底24、引線(xiàn)框架、塑料杯16和PCB之上的空氣的組合而移除。

在另一實(shí)施例中，杯16是從片壓印的反射金屬（諸如鋁）的固體件。以此方式，杯16的內(nèi)邊緣可以是刃形邊緣以便不會(huì)將來(lái)自LED管芯的任何光反射回去。杯16可以使用環(huán)氧樹(shù)脂或硅樹(shù)脂而粘附到襯底24。

圖1-7描繪了發(fā)射大體矩形射束的封裝。在一些情況下，期望的是發(fā)射圓形射束。圖8是封裝58的自頂向下視圖，其中反射杯60具有用于產(chǎn)生圓形射束的圓形出射開(kāi)口。

圖9是圖8的封裝58的二等分截面視圖。

襯底24和LED管芯26可以與圖1-3的那些相同。反射杯60可以從塑料成型，并且反射表面62可以是上文所述的相同反射層?？商鎿Q地，杯60從反射金屬片壓印。如在圖1-7的封裝中，襯底24和杯60可以是在引線(xiàn)框架之上成型的單個(gè)整體式塑料件或者可以是分離件。淺杯60填充有透明密封劑64，諸如硅樹(shù)脂，其折射率被選擇以提供期望的TIR。來(lái)自LED管芯26和磷光體28的低于臨界角的光線(xiàn)66被密封劑的頂表面朝向杯60的壁反射回來(lái)并且向上重定向以在沒(méi)有另外的TIR的情況下離開(kāi)密封劑64。相應(yīng)地，如在圖1-7的實(shí)施例中，在光離開(kāi)封裝之前，在封裝內(nèi)存在至多一次TIR反射以及在封裝內(nèi)存在至多一次杯反射。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將明顯的是，可以進(jìn)行改變和修改而不在其較寬方面脫離本發(fā)明，并且因此隨附權(quán)利要求要在其范圍內(nèi)涵蓋如落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改變和修改。