专利名称：硅基电路板指示器发光二极管透镜的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及硅在发光设备中的应用。
背景技术：
用于多种不同用途的电路板利用各种发光二极管(LED)作为指示灯。LED指示器 对于让使用者得知进程正在发生是很有用的，表明设备是通上电的或提供其它的通知。在制造具有LED指示器的电路板时，通常将LED包在发光材料中。现有发光材料 不足以用在作为电路板上的指示器的LED上，因为它们不能承受与用于将指示器LED连接 到电路板的回流焊接(reflow soldering)工艺相关的高温。
发明内容
在一个实施例中，本发明涉及一种具有发光二极管(LED)的发光设备。在一个实 施例中，该发光设备包括LED芯片、表面贴装器件以及包含硅基材料的透镜，其中透镜的一 部分实现了对LED芯片所发出的光的全内反射。在一个实施例中，本发明还提供了发光设备的替代实施例。在一个实施例中，该发 光设备包括LED组件、连接到LED组件的表面贴装器件以及包含硅基材料的透镜，所述透镜 填充表面贴装器件和LED组件所形成的空腔，并反射由LED组件所发出的光。在一个实施例中，本发明提供了一种提供发光设备的方法。该方法包括提供表面 贴装器件，连接LED芯片到该表面贴装器件，以便由表面贴装器件的至少一个表面与LED芯 片产生空腔，以及用包含硅基材料的透镜的一部分来填充空腔，该透镜的一部分实现了全 内反射。
为了具体的理解上面所列举的本发明的特征，将参考实施例进行本发明的更加详 细的描述，一些实施例在附图中示出。然而应注意到，附图仅图示了本发明的典型性实施 例，由于本发明也可以实施于其它等同效果的实施例中，因此附图不应被看作是对本发明 范围的限制。图1表示发光设备的示范性实施例的剖视图。图2表示发光设备的分解的等角图。图3表示提供发光设备的示范性方法的流程图。图4表示具有堆叠的两个透镜和两个LED芯片的示范性发光设备的分解的等角 图。图5表示具有堆叠的三个透镜和三个LED芯片的示范性发光设备的分解的等角
4图。图6表示示范性发光设备的分解的等角图。
具体实施例方式图1表示本发明的示范性发光设备100的剖视图。在一个实施例中，发光设备100 可具有适合被安装到电路板上作为指示器LED透镜的底座(footprint)。然而，本领域的技 术人员应意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的实施例可以应用于各种尺寸 的发光设备100。发光设备100包括连接到LED芯片或LED组件104以及透镜112的表面 贴装器件(SMD)102。在下文中，可互换地使用LED芯片和LED组件。SMD 102可以由适合 供发光设备100使用的任何材料制成。LED芯片104可以具有适合作为指示器发光设备使 用的任何类型的LED。LED芯片104连接到贴装焊盘106。SMD 102连接到LED芯片104以形成空腔108。可以用由硅基材料制成的透镜112 来填充空腔108。LED芯片104和透镜112之间的距离可以改变。例如，透镜的尾部110可 以以仍允许透镜112的尾部110实现下文所述的全内反射(TIR)的最小距离至最大距离接 触LED芯片104。例如，随着LED芯片104与尾部110的输入侧之间的距离增加，收集角度或接收角 度的范围变窄。因此，影响输出光的强度。在一个实施例中，在透镜112的输出侧，可接受 亮度的最大允许距离为0. 01毫米。然而，如果硅基材料的折射率比周围介质的折射率小， 则TIR不会发生，并且LED芯片104所发出的光不会被弓|导回到透镜112的尾部110内。因 此，在本发明的实施例中，可以连接LED芯片104、SMD 102和透镜112，以使透镜112的尾 部110可以不必接触LED芯片104的顶部。可以用硅基材料通过注模来预先制造透镜112。用注模的方式制造透镜112和使 用硅基材料获得了具有良好光学性能的透镜112。在一个实施例中，可以根据中心注入口 (sprue)设计和从径向注入口突出的径向空腔，利用单空腔加工或多空腔加工通过注模来 制造透镜112。模具设计帮助减少流水线和外观缺陷。空腔的个数可以例如从1至200不寸。工艺次数和温度随使用的硅基材料的类型而不同。然而，本领域的技术人员将很 容易地根据所使用的硅基材料获得适当的工艺次数和温度。硅基材料可以是任何类型的硅氧烷或硅弹性体，该硅氧烷包括具有诸如甲基、乙 基或苯基基团的一或多个有机基团或支链的聚硅氧烷。硅基材料可以包含任何百分比的 硅，只要所包含的硅是光学级别的。即硅可以包含杂质或其它混合物，只要硅基材料是光学 级别的。光学级别定义为具有这样的特性，这种特性包括但不限于用于光传播的足够的透 明度或清晰度。在一个实施例中，用于形成透镜112的硅基材料可以是光学级别的硅橡胶。在可被用来填充空腔108的大量可用的材料中，发现硅基材料意外地优于用于 LED透镜112的许多大量可用的材料。例如，硅基材料的一种替代是采用热固塑料材料。典 型的热固塑料材料是树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂或者酚醛树脂。这些热固塑料材料可以 承受高温，但是由于在处理过程中的气泡和闪光(flashing)以及热固塑料材料的易碎性 质，这些热固塑料材料很难在没有视觉缺陷的情况下被一致地模压。然而，硅基材料可以承受与用于将发光设备100连到电路板(未示出)的回流焊接工艺相关的高温。此外，硅基材料更容易处理并且可以在不引入视觉缺陷的情况下被注 模。因此，与热固塑料材料相比，硅基材料处理起来成本较低。因此，可以制造更高质量的 发光设备100。透镜112包括“插入”空腔108内的尾部110。即在一个实施例中，尾部的形状可 以基本上类似于空腔108的形状。可以以任何形状或任何角度模压、切割或制造尾部110， 以使透镜112的尾部110实现对LED芯片104所发出的光的TIR。在一个实施例中，可以模 压、切割或制造尾部110以形成图1中所示的棱镜形状。例如，透镜112的尾部110可以形 成45°角的形状，以使LED芯片104所发出的光以垂直于LED芯片104所发出的光的方向 被改变方向、变动或反射向外通过透镜112。即在图1所示的一个实施例中，LED芯片104 所发出的光可以相对于LED芯片104所发出的光的方向成90°角。本领域的技术人员应意识到可以以任何方式模压、切割或制造尾部110来形成任 何形状，以使透镜112的尾部110实现TIR。例如，可以切割尾部110以形成斜角形状、曲 面形状、抛物面形状、星型形状(radial shape)等等。此外，可以相对于LED芯片104设置 透镜112，以使LED芯片104所发出的光可以沿任何所需的方向被变动、改变方向或反射。 例如，可以相对于LED芯片104设置透镜112，以使LED芯片104所发出的光以45°角被变 动、改变方向或反射，或让透镜112作为光导管使光简单地直接通过。上面所提供的例子不 应当解释为关于尾部110的形状、透镜112相对于LED芯片104的位置或者以何种方向使 LED芯片104所发出的光被变动、改变方向或反射的限制。此外，透镜112也可以为各种形状。例如，透镜112可以是圆形、多边形等等。透 镜112也可以具有粗糙的表面，在发光时获得透镜112所输出的光的更好的均勻性。图2表示发光设备100的分解的等角图。可以将发光设备看作包括SMD102、透镜 112和LED芯片104的三个不同的部件。在一个实施例中，可以通过将SMD 102、透镜112 和LED芯片104彼此连接来组装发光设备100。图3表示提供发光设备100的方法300。该方法开始于步骤302。在步骤304，该 方法提供表面贴装器件(SMD)102。随后，在步骤304，方法300将发光二极管(LED)芯片104连接到SMD102，以便由 SMD 102和LED芯片104产生空腔。在步骤306，方法300用包含硅基材料的透镜112填充或塞住空腔108，该透镜112 实现了全内反射。如上所述，透镜112可以是实现全内反射的任何形状。此外，如上所述， 可以模压、切割或制造透镜112的尾部110，以使透镜112的尾部110的形状基本上相似于 空腔108的形状。如上所述，可以相对于透镜112设置LED芯片104，以使LED芯片104所发出的光 可以被透镜112以任何所需的方向变动、改变方向或反射。方法300以步骤310结束。
此外，如图4和5所示，可以用由硅基材料制成的透镜112以多个堆叠或排列的方 式制造发光设备100。图4表示具有尺寸调整为容纳堆叠的两个透镜412和414的SMD 402 的发光设备400。可以由硅基材料模压、切割或制造透镜412和414。硅基材料可以是与上 文中用于透镜112的材料相似的任何硅基材料。在如图4所示的一个实施例中，堆叠的两 个透镜412和414可以注模为一个整体。类似于图1和2所示的实施例，第一尾部410被 模压、切割或制造为与SMD 102内的空腔基本上相同的形状。此外可以以任何形状模压、切割或制造第一尾部410和第二尾部408，以使每个透镜412和414都实现TIR。此外，发光设备400具有两个LED芯片404和406。可以模压、切割或制造堆叠的 透镜412和414，以使每个透镜412和414都相对于各自的LED芯片404和406设置以实 现TIR。例如在一个实施例中，LED芯片404可以发出通过透镜414的光，LED芯片406可 以发出通过透镜412的光。图5表示具有堆叠的三个透镜516、518和520的发光设备500的一个实施例。可 以由硅基材料模压、切割或制造透镜516、518和520。硅基材料可以是与上文中用于透镜 112的材料相似的任何硅基材料。SMD 502的尺寸被调整为容纳堆叠的三个透镜516、518 和 520。注意到不同于图4所示的实施例，图5示出了透镜516、518和520可以制造为一 个整体或多个单独的部分。例如，在图5所示的一个实施例中，透镜516和518被制造为分 别具有尾部510和512的一个整体，透镜520被制造为具有尾部514的单独部分。可以使 用元件522来支撑透镜520，并让透镜520关于LED芯片508水平地适当排列和间隔，关于 透镜516和518垂直地适当排列和间隔。本领域的技术人员应了解到堆叠的三个透镜516、 518和520可以制造为一个整体、三个单独的部分或是让透镜516作为单独的透镜，而让透 镜518和520作为一个整体。可以以任何形状模压、切割或制造尾部510、512和514以实现TIR。此外，发光设 备500具有三个LED芯片504、506和508。可以模压、切割或制造堆叠的透镜516、518和 520，以使每个透镜516、518和520可以关于各自的LED芯片504、506和508设置以实现 TIR。例如在一个实施例中，LED芯片504可以发出通过透镜516的光，LED芯片506可以发 出通过透镜518的光，LED芯片508可以发出通过透镜520的光。图6表示发光设备600的示范性实施例。除了透镜612与透镜112的形状不同以 外，发光设备600相似于发光设备100。如上所述，透镜112和612可以是任何所需的形状， 例如圆形、多边形等等。发光设备600还包括调整为容纳透镜612、透镜612的尾部610以及LED芯片604 的尺寸和形状的SMD 602。可以用与连接发光设备100的SMD 102、透镜112和LED芯片 104相似的方式将SMD 602、透镜612和LED芯片604连接在一起。尽管在文中描述了多种实施例，但应当理解它们仅作为例子的方式表示，而不会 成为申请的限制。因此，优选实施例的宽度和范围不会被上述示范性实施例所限制，而是仅 依照随后的权利要求和它们的等同物所限定。
权利要求
一种发光设备，包括发光二极管(LED)芯片；表面贴装器件，连接到所述LED芯片；以及包含硅基材料的透镜，连接到所述表面贴装器件，其中所述透镜的一部分实现了对所述LED芯片所发出的光的全内反射。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述硅基材料包括光学级别的硅基材料。
3.根据权利要求2所述的发光设备，其中所述硅基材料包括光学级别的硅橡胶。
4.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述透镜具有实现所述全内反射的形状，所 述形状包括棱镜形状、斜角形状、曲面形状、抛物面形状或星型形状中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述透镜填充由所述表面贴装器件和所述 LED芯片形成的空腔。
6.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述透镜相对于所述LED芯片设置，以使所述 LED芯片所发出的光被所述透镜反射并沿所需的方向被输出。
7.根据权利要求6所述的发光设备，其中所述所需的方向垂直于所述LED芯片所发出 的光的方向。
8.根据权利要求6所述的发光设备，其中所述所需的方向相对于所述LED芯片所发出 的光成90°角。
9.一种发光设备，包括发光二极管(LED)组件；表面贴装器件，连接到所述LED组件；以及包含硅基材料的透镜，所述透镜填充由所述表面贴装器件和所述LED组件形成的空 腔，并反射由所述LED组件所发出的光。
10.根据权利要求9所述的发光设备，其中所述硅基材料包括光学级别的硅基材料。
11.根据权利要求10所述的发光设备，其中所述硅基材料包括光学级别的硅橡胶。
12.根据权利要求9所述的发光设备，其中所述透镜的一部分具有实现全内反射的形 状，所述形状包括棱镜形状、斜角形状、曲面形状、抛物面形状或星型形状中的至少一种。
13.根据权利要求9所述的发光设备，其中所述透镜相对于所述LED组件设置，以使所 述LED组件所发出的光被所述透镜反射并沿所需的方向被输出。
14.根据权利要求13所述的发光设备，其中所述所需的方向垂直于所述LED组件所发 出的光的方向。
15.根据权利要求13所述的发光设备，其中所述所需的方向相对于所述LED组件所发 出的光成90°角。
16.一种提供发光设备的方法，包括提供表面贴装器件；将发光二极管(LED)芯片连接到所述表面贴装器件，以便由所述表面贴装器件和所述 LED芯片产生空腔；以及用包含硅基材料的透镜的一部分填充所述空腔，所述透镜的一部分实现了全内反射。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述硅基材料包括光学级别的硅基材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述硅基材料包括光学级别的硅橡胶。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述透镜具有实现所述全内反射的形状，所述 形状包括棱镜形状、斜角形状、曲面形状、抛物面形状或星型形状中的至少一种。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括相对于所述LED芯片设置所述透镜，以使所述LED芯片所发出的光被所述透镜反射并 沿所需的方向被输出。
全文摘要
本发明大体上涉及一种发光设备。在一个实施例中，发光设备包括发光二极管(LED)芯片、表面贴装器件以及包含硅基材料的透镜，其中透镜的一部分实现了LED芯片所发出的光的全内反射。
文档编号H01L33/48GK101821863SQ200880102780
公开日2010年9月1日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月10日
发明者理查德·里斯科夫 申请人:迪亚光公司