制造ＬＥＤ提取器阵列的方法技术

一种制造提取器阵列的模制操作：提供具有多个腔体的模具，其中每个腔体适于形成适用于耦合到ＬＥＤ晶粒的提取器；使用多个玻璃粒子填充该模具；将玻璃粒子加热至其玻璃化转变温度以上，使得粒子再成形以适形于该腔体形状；并形成在腔体之间延伸的基体层。该基体层维持提取器彼此之间的固定空间关系以进行后续的处理或加工，诸如同时进行打磨操作或将提取器阵列连接到相应的ＬＥＤ阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及发光二极管(LED)，具体地讲涉及提取在LED晶 粒内部产生的光的光学部件或元件。
技术介绍
LED是良好的光源选择，这在一定程度上是因为它们具有相对较 小的尺寸、较低的功率/电流需求、快速的响应时间、较长的使用寿命、 牢固的封装、各种可用的输出波长以及与现代电路结构的兼容性。这 些特性可以解释过去数十年中它们得以广泛应用于多种不同的最终应 用场合的原因。 一直在效率、亮度、以及输出波长方面对LED进行改 进，这进一步扩大了 LED潜在的最终应用范围。LED通常以封装形式销售，封装中包括安装在金属接头上的LED 晶粒或芯片。所述接头可配有反射杯，杯中装配LED晶粒，电引线连 接到LED晶粒。某些封装也包括模制的透明树脂，用于包封LED晶粒。 胶囊包封树脂可以具有使晶粒射出的光保持部分平行的标称的半球形 前表面，或者具有标称的平坦表面。除了树脂以外的其他建议用作胶 囊包封本体的材料，在本文中称为封壳。例如，美国专利3,596,136 (费 歇尔(Fischer))论述了具有某些玻璃制成的圆盖的LED，所述玻璃包含 按重量计19%至41%的砷、10%至25%的溴、以及28%至50%的硫或 65%至70%的硒。费歇尔报告了至少一种折射率为约2.4的黄色玻璃、 另一种折射率在2.5和2.7之间的红色玻璃、以及另一种折射率为约2.9 的黑色玻璃。以下方法也是已知的，即利用单独制造的光学元件，然后使之与 LED晶粒表面接触或极为贴近，以从晶粒中耦合或提取光并且减少在晶粒内无法射出的光量。这类元件在本文中称为提取器。提取器通常具有与LED晶粒主发射面的尺寸和形状基本上配合的输入面。LED在构成LED晶粒的高折射率半导体材料内产生光。如果晶粒 浸没在空气中，半导体和空气之间的较大折射率失配会引起许多晶粒 内传播的光在晶粒/空气界面发生全内反射。只有沿与该界面相关的相 对较窄的逸出锥内的角度传播的光才能折射到空气中，并且逸出该晶 粒。逸出锥的半角就是熟知的界面临界角。因此，晶粒产生的很多光 都浪费了，并且影响了可达到的LED亮度。封壳和提取器都能用于减少浪费的光量并且提高亮度。它们通过 在LED晶粒表面提供透光材料(其折射率(n)比空气更接近晶粒的折射 率)、降低界面处的折射率失配、以及增大逸出锥的跨度来实现上述 目的。n越接近晶粒的折射率，浪费在晶粒内的光就越少，因此LED 发出的光就越亮。从实际应用来看，传统的封壳就这一点而言取得的成功是很有限 的。封壳几乎完全包围了晶粒，并且由于此原因，以及在晶粒处发热 的温度大幅度变化，选择封壳材料时，不仅要考虑其折射率特性，而 且要考虑热性能和机械性能(从而不会在许多温度循环中损坏LED晶 粒)，以及当暴露在晶粒发射高通量下抵抗泛黄或其他劣化的能力。 因此，大多数胶囊包封的LED利用的是特殊的环氧树脂，其折射率n 仅为约1.4至1.6。这些值远高于空气折射率(i^l)，但远低于大多数LED 晶粒的折射率(n 2.3或更高)。因而，仍有待进行实质性的改进。目前，提取器没有像封壳一样广泛应用于LED，这可能是由于其 附加的制造步骤(首先制造提取器，然后保持其定位在LED晶粒处)、 以及相关的费用和复杂性。由于LED晶粒通常具有大约毫米或更小的 特性尺寸，上述问题因所涉及的小尺寸而更加困难了。
技术实现思路
本专利申请公开了，特别是，制造适用于LED光源的提取器的更 加简便和经济的方法。所述方法涉及使用玻璃模制操作同时制造多个 (通常为数十个或数百个)提取器。该模制操作通过提供具有多个腔 体的模具(其中每个腔体适于形成适用于耦合到LED晶粒的提取器)，以制造提取器阵列；使用多个玻璃微珠填充该模具；将玻璃微珠加热 至其玻璃化转变温度以上，使得微珠再成形以适形于该腔体形状；并 形成在腔体之间延伸的基体层。该基体层将提取器以相互固定的空间 关系维持，以进行后续的处理或加工，诸如同时进行打磨操作或将提 取器阵列连接到相应的LED阵列。从下面的具体实施方式中，本专利申请的这些方面以及其他方面 将显而易见。然而，在任何情况下，以上内容都不应理解为是对受权 利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求的限定，在专 利申请过程中可以对其进行修正。附图说明在整篇说明书中都参考了附图，在这些附图中，相同的附图标记 表示相同的元件，其中图1为单个LED提取器/LED晶粒组合的示意性侧视图； 图2为可供选择的提取器构造示意性侧视图3为提取器阵列和已在其中形成LED的晶片示意图，该图还示 出了同时耦合提取器阵列到LED阵列以制造多个LED光源或LED光 源阵列的方法；图4示出了包含模制玻璃小珠以制造提取器阵列的方法；图5示出了模具腔体和模制后尺寸或体积基本上足以填充腔体的 玻璃粒子的近距离视图；以及图6示出了图5的玻璃粒子在另一个模具腔体中的近距离视图， 其中粒子模制后尺寸或体积再次基本上足以填充腔体。具体实施例方式以下具体实施方式将描述发光二极管(LED)光源及其组件。其中， 发光二极管或LED是指发出光(无论是发射可见光、紫外光或 者红外光)的二极管。发光二极管包括作为LED销售的不相干的封 闭或封装的半导体器件。所述LED可以是常规型或者超辐射型，也 可以是向前发光或者侧发光类型，后者通常在显示器应用中是有利的。 在LED发射诸如紫外光等不可见光的情况下，以及在LED发射可见光 的一些情况下，可以将该LED封装成包括有机或无机荧光体(或者该 LED可以照亮设置在远处的荧光体)，以将短波长的光转换为波长较 长的可见光，从而在某些情况下生成发射白光的装置。LED晶粒 是处于其最基本形态的LED,即经半导体加工方法制成的单个元件或 芯片的形态。例如，LED晶粒通常是由一种或多种III族元素的组合和 一种或多种V族元素的组合而形成的(III-V半导体)。合适的III-V 半导体材料的实例包括氮化物(如氮化镓)和磷化物(如磷化铟镓)。 还可以使用其他类型的III-V材料，同样，还可以使用元素周期表其他 族的无机材料。元件或芯片可包括适用于施加能量以便使装置通电的 电触点。该电触点的实例包括回流焊接、引线键合、巻带自动键合 CTAB)、或者倒装片键合。通常以晶片级形成该元件或芯片的各层和其 他功能部件，然后将制成的晶片切割成单个元件，以生产多个LED晶 粒。可以用表面贴装、芯片直接贴装或其他已知的贴装构造来构造LED 晶粒。此外，为了本专利申请的目的，以下术语具有指定的含义，除非 另外清楚地指明其他非晶态材料是指缺乏任何经X射线衍射确定的长距离晶体结 构，和/或具有经差热分析(DTA)确定的、与非晶态材料的结晶相同的 放热峰的材料，它们衍生自熔融物和/或蒸汽相；差热分析或DTA是指这样一种操作步骤，其涉及测量样 本与热惰性参考(诸如Al203)之间随温度的升高的温度差值。取决于 惰性参考温度的温度差坐标图提供了发生在样本中的放热和吸热反应的信息。执行此操作步骤的示例性仪器可以商品名NETZSCH STA 409 DTA/TGA得自德国塞尔布的耐驰仪器公司(Netzsch Instruments, Selb, Germany)。可将适量(如，400 mg)样本放置到合适的惰性的夹持器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造提取器阵列的方法，所述方法包括：　提供模具，所述模具内具有多个腔体，每个腔体适于形成适用于耦合到ＬＥＤ晶粒的提取器；　使用多个玻璃粒子填充该模具；　将所述玻璃粒子加热至其玻璃化转变温度以上，使得所述粒子再成形以适形于该腔体形状；以及　形成在所述腔体之间延伸的基体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-3 11/381,5121. 一种制造提取器阵列的方法，所述方法包括提供模具，所述模具内具有多个腔体，每个腔体适于形成适用于耦合到LED晶粒的提取器；使用多个玻璃粒子填充该模具；将所述玻璃粒子加热至其玻璃化转变温度以上，使得所述粒子再成形以适形于该腔体形状；以及形成在所述腔体之间延伸的基体层。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述腔体和所述玻璃粒子 的相对尺寸使得一个以上玻璃粒子填充每个腔体。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述加热步骤包括在每个 腔体内聚结两个或更多个玻璃粒子。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述腔体和所述玻璃粒子 的相对尺寸使得单个玻璃粒子基本上填充每个腔体。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述玻璃粒子具有平均粒 子体积，所述腔体具有平均腔体体积，并且所述平均粒子体积为所述 平均腔体体积的70%至110%。6. 根据权利要求4所述的方法，其中所述玻璃粒子具有平均粒 子体积，所述腔体具有平均腔体体积，并且所述平均粒子体积等于或 大于所述平均腔体体积。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述平均粒子体积大于所 述平均腔体体积，以使得所述粒子在加热步骤中变形以便也形成基体层。8. 根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃米S巴尔内斯，阿纳托利Z罗森夫兰茨，凯瑟琳A莱瑟达勒，安德鲁J乌德科克，杰奎琳C罗尔夫，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]