發光二極體—led及其封裝方法和應用的製作方法
2023-05-26 16:53:36 2
專利名稱：發光二極體—led及其封裝方法和應用的製作方法
一、涉及領域本發明涉及一種半導體發光二極體，即LED，以及LED的封裝方法，和LED的多種應用。
二、技術背景多年以來LED的外形大部分都是圓柱連著半個圓球，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的側面甚至還靠後的位置，都能夠看到管芯發出的光線。目前普通的LED，幾乎不能把管芯發出的光線全部散射到LED的前方。對於交通信號燈、射燈、手電等很多LED應用燈具，以及顯示屏，散射到側面的光是沒有用的光，是一種浪費和缺點，有時還必須加一個反光鏡，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，或者燈具的發光面，各個LED之間有很大的空隙，這些空隙不能發光，因此不能連接成一個完整的發光面。
三、發明的內容本發明的目的在於提供一種有聚光功能的LED，這種LED外形變化多，管芯發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光面或者發光線條，而且發光面可以形成各種不同的立體造型，從而能夠製作出很多種全新的燈具和顯示屏等。
本發明是這樣實現的，由於原理的不同，新LED管芯周圍的透明體由三個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，大於柱體的橫截面。前表面和柱體之間的側面，從柱體的邊緣開始，光滑的延伸擴展至前表面，或者以多片曲面組合的形式延伸擴展至前表面。放置管芯的反射杯的邊緣定位於柱體相應的頂面或者低於柱體相應的頂面，管芯的最高點低於反射杯的邊緣。反射杯內可以放置一個管芯，也可以放置多個管芯。
管芯射向側面的光線，一部分被反射杯反射到前表面，從反射杯邊緣開始，照射到側面的光線與柱體頂面之間的角度逐漸增大。對於有固定斜率的圓錐面或者平的側面，只要從反射杯邊緣開始，照射到側面的光線與側面之間的角度，小於形成全反射的臨界角(環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)，整個側面就都小於形成全反射的臨界角，就是全反射面。對於由曲線旋轉或者拉伸形成的曲面形的側面，依據LED透明材料的折射率和空氣的折射率，對側面的多個主要部位進行分析計算、測量，使側面的各個部位與照射到的光線之間的角度，都小於形成全反射的臨界角，這樣整個側面就是全反射面。新的LED，管芯射向側面的所有光線，都被側面全反射到前表面。
這裡特別要注意的是，前表面的邊緣與側面邊緣連接部位的夾角不能過大，以免經過側面全反射之後到達前表面的光線，在前表面上形成全反射。經過側面全反射之後到達前表面的所有光線，與前表面之間的角度，大於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。
管芯發出的所有光線都匯聚到前表面，並按照折射規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，仍有很少量的光線從前表面反射回透明材料內。
通過調整前表面和側面的形狀，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、只從前表面發光的多品種LED。LED內部放置多個管芯和引線，就能夠製作出新一代顯示屏的像素管或者變色光源。
由於LED的透明體由三個部分構成，而且前表面比固定引線的柱體大，因此正對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的側邊，貼著另一個LED的側邊排布在一起，就能夠把LED的發光面，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，而且發光面上可以沒有不發光的空隙，整個面或者線條全能發光。為了一些特殊燈具或者特殊造型的發光面，前表面的正投影甚至還可以做成各種不規則的周邊形狀。
由於這種LED只從前表面向外發光，出光效率更高、更亮，而且能夠排布成不同形狀的沒有不發光的空隙的顯示面，這就為製作新一代LED顯示屏奠定了基礎，新一代LED顯示屏將會具有高清晰度、高亮度、各種全新造型等優點。即便是採用圓形的LED，由於沒有了側面發出的雜散光的幹擾，畫面也比普通LED的顯示屏清晰明亮。
這種LED的高出光效率，可以靈活排布的發光面造型，也為製作新一代具有全新結構的各種造型、各種燈光效果的LED藝術燈具、室內外照明燈具、信號燈以及廣告燈等奠定了基礎。
利用這種LED，還可以製作新一代的各種造型的面發光或者線發光的裝飾品。
封裝普通的LED時，把管芯連同引線或者管腳的頂端固定在模具內，注入調好的透明材料，透明材料固化之後，從模具內取下LED。封裝這種LED的模具由兩個部分構成，模具的兩個部分沿著LED的軸向上下分開。模具的對接面可以做在前表面與側面的對接面上，或者LED最粗的部位，或者前表面的頂角構成的面上。封裝過程中，透明材料固化之後，模具上下分開，通過推動LED的引線或者管腳或者尾部，使LED從模具分開的兩個部分之間脫模出來。
與其他形狀的LED相比較，本發明利用光的全反射原理，使得管芯射向側面的光線，全部反射到前表面，徹底解決了LED側面的光線散失問題，首次實現了管芯發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，並且開拓性地創造出一種全新的LED發光原理，以及全新的多品種LED。利用本發明的LED製作的、沒有不發光空隙的不同形狀的線條或者平面形式的發光面、顯示面，或者圓柱面、球面、任意形狀的曲面等形式的發光面、顯示面，為LED在各個領域的應用，帶來了更加完美的效果，更高的性能指標，開闢了全新的道路和更加美好的前景。因此本發明從根本上大大推動LED本身，以及LED在多個應用領域的技術進步，為半導體照明的全面發展奠定了基礎。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
四
圖1、是本發明中散光角度比較大的LED的原理示意圖。
圖2、是本發明中散光角度比較小的LED的原理示意圖。
圖3、是本發明中前表面的正投影是正六邊形的LED示意圖。
圖4、是本發明中前表面的正投影是正方形的LED示意圖。
圖5、是本發明中前表面的正投影是三角形的LED示意圖。
圖6、是本發明中的前表面是長方形平面的LED示意圖。
圖7、是本發明中前表面的正投影是長方形的貼片式LED的示意圖。
五具體實施例方式
圖1中前表面(1)是球面，球心正好在管芯(4)的上方，球面(1)邊緣的直徑大於圓柱(3)的直徑。模具兩個部分的對接面做在球面(1)的邊緣構成的平面上。圓錐形的側面(2)與管芯(4)射來的光線(7)之間的角度，全部小於能夠形成全反射的臨界角，側面(2)是一個全反射面。經過側面(2)反射之後到達球面(1)的光線，與球面(1)之間的角度，全部大於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。由於管芯(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，經過球面(1)的折射，全部轉向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，圓錐形的側面(2)光滑地彎曲、延伸擴展到球面(1)，靠近圓柱(3)的圓錐形的側面(2)的錐度變化比較大，這樣的設計是為了照射到側面(2)的靠近圓柱(3)的光線(7)也能夠實現全反射。側面(2)就像一個反光、聚光的罩，把管芯(4)射向側面的光線都反射到球面(1)上，到達球面(1)的光線，在法線(5)的另外一邊折射了出去。由於球面(1)相對於管芯(4)散開的角度比較小，經過球面(1)的折射之後，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比較小的角度範圍內。
圖3所示的LED，前表面的正投影是正六邊形，它的前表面是一個球面，它的側面由1個圓錐面，被6個由曲線沿著曲線的軌跡拉伸成的曲面，切割連接組合構成。它的側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能夠排布成一個完整的平的發光面，與正五邊形的LED一起使用，還可以連接成一個類似足球表面的發光球面，能夠用於製作各種完整的面發光的燈具。
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，它的側面由4片平面組成。利用這種圓柱面和側面組合形式，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能夠排布成整體發光的平面、直線、圓柱面。內部放置多個管芯和引線之後，就能夠製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，側面由3片平面組成。三角形的LED能夠排布成整體發光的球面、圓柱面、平面。
圖6所示的LED，前表面是長方形的平面，4個側面是拉伸的曲面。利用這種側面和平面，還可以製作正五邊形、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成，它的側面由2片平面組成。另外兩個側面與普通LED一樣，但是多個LED的這兩個側面可以彼此連接在一起，組成一個整體發光的直線，或者平面。其他圖中的LED把引線換成管腳，並且把固定引線的柱體以及整個透明體做短、做小，也能做成貼片式的LED。
權利要求
1.一種發光二極體-LED，管芯被封裝在透明體的內部，管芯發出的光線通過透明體散射出來，其特徵是LED透明體由三個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，大於管腳周圍的柱體的橫截面，前表面和柱體之間的側面，從柱體的邊緣開始，光滑的延伸擴展至前表面，或者以多片曲面組合的形式延伸擴展至前表面，放置管芯的反射杯的邊緣定位於柱體的頂面，或者低於柱體的頂面，管芯的最高點低於反射杯的邊緣，反射杯內可以放置一個管芯，也可以放置多個管芯，管芯發出的所有光線都匯聚到前表面，並從前表面折射到LED的前方。
2.根據權利要求1規定的發光二極體-LED，其特徵是前表面和柱體之間的側面，與管芯照射到側面的所有光線之間的角度，小於LED透明材料形成全反射的臨界角。
3.根據權利要求1或者2規定的發光二極體-LED，其特徵是經過前表面和柱體之間的側面反射後，到達前表面的所有光線，與前表面之間的角度，大於LED透明材料形成全反射的臨界角。
4.一種發光線條或者發光面或者顯示面，LED以陣列的形式排布在發光線條或者發光面或者顯示面上，其特徵是發光線條或者發光面或者顯示面上排布的LED是權力要求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，其特徵是顯示屏的顯示面上排布的LED是權力要求1或者2或者3限定的LED。
6.一種燈具，LED安裝在燈具上，其特徵是安裝在燈具上的LED是權力要求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，其特徵是裝飾品上排布的LED是權力要求1或者2或者3限定的LED。
8.一種發光二極體-LED的封裝方法，封裝LED時，把管芯連同引線或者管腳固定在模具內，注入調好的透明材料，透明材料固化之後，從模具內取下LED，其特徵是這種方法封裝的是權力要求1或者2或者3限定的LED，封裝LED的模具由兩個部分構成，透明材料固化之後，模具的兩個部分沿著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從模具分開的兩個部分之間脫模出來。
全文摘要
本發明公開了一種管芯周圍的透明體由三個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面的所有光線都全反射到前表面的聚光部分。管芯發出的所有光線都匯聚到前表面，並從前表面散射到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光面。通過排布不同形狀的LED，能夠把LED的發光面連接成沒有不發光空隙的不同形狀的線條、平面，或者圓柱面、球面、曲面等，從而製作出效果更好、更亮的顯示屏、燈具、裝飾品等。
文檔編號H01L23/31GK1996624SQ20061000010
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月4日 優先權日2006年1月4日
發明者徐建國 申請人:徐建國