由高折射率玻璃组成的ＬＥＤ提取器制造技术

一种ＬＥＤ提取器，具有适于与ＬＥＤ晶粒的发射面光学耦合的输入面，并且由折射率为至少２或至少２．２的玻璃（包括玻璃陶瓷）材料构成。

【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)，具体地讲涉及用于提取LED晶粒 中产生的光的光学部件或元件。
技术介绍
LED是理想的光源，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/电流要求、快速的响应时间、较长的使用寿命、牢固的封装、多 种可选的输出波长并兼容现代电路结构。这些特性有助于解释过去数十年 中，它们得以广泛应用于多种不同的最终应用场合的原因。对LED的功效、 亮度和输出波长方面的改进一直在持续进行，这进一步扩大了潜在的最终应 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，形成胶囊包封LED晶粒。胶囊包 封树脂可以具有在局部使晶粒射出的光保持平行的标称的半球形前表面，或 者具有标称的平坦表面。除树脂外，其它材料也已经被建议作为胶囊包封本 体，本文称之为封壳。例如，美国专利3,596,136 (费希尔(Fischer))讨论了 具有圆顶盖的LED，这些LED由某些玻璃制成；这些玻璃包含19重量。/。到 41重量％的砷、10重量％到25重量％的溴，以及28重量％到50重量％的硫 或65重量％到70重量％的硒。费希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，以及又一种折射率为 约2.9的黑色玻璃。利用单独制造的光学元件，使其接触或靠近LED晶粒的表面，以耦合 或提取该表面处的光和减少被限制在晶粒内的光的量也是已知的。本文将这种元件称为提取器。提取器的输入面通常具有特定尺寸和形状，以和 LED晶粒的发射表面大体配合。LED在形成LED晶粒的高折射率半导体材料内产生光。如果晶粒浸在 空气中，半导体和空气之间大的折射率失配将导致在晶粒内传播的许多光在 晶粒/空气界面被全内反射。只有以与此界面相连的相对狭窄的逸出锥内的角 度传播的光可以折射进入空气并逸出晶粒。逸出锥的半角是熟知的此界面的 临界角。因此，晶粒产生的许多光被浪费，从而LED可达到的亮度受到损 失。封壳和提取器均可用于减少被浪费的光的量并且提高亮度。它们通过 在LED晶粒的表面提供透光性材料来完成，此材料的折射率n比空气折射 率更加接近晶粒的折射率，减少了所述界面的折射率失配并且增大了逸出锥 的跨度。n越接近晶粒的折射率，晶粒内被浪费的光就更少，LED就可以达到更高的亮度。从实际应用的角度来看，传统的封壳就这一点而言取得的成功是有限 的。封壳几乎完全围绕晶粒，并且由于这种状况和由晶粒产生的热带来的温 度剧变，封壳的选择不仅要考虑其折射率特性，而且还要考虑其热和机械特 性，以避免晶粒在多次温度循环中受到损坏，并且使其能够在暴露于晶粒发 射的高通量时，不发生泛黄或其它形式的劣化。因此，大多数封装的LED 使用的是折射率n仅为约1.4至1.6的专用环氧树脂。这些值大大高于空气 折射率(11=1)，但比大多数LED晶粒的折射率(n2.3或更高)低很多。因 而，仍有空间进行实质性改进。当前，提取器在LED中的使用不如封壳广泛，可能是由于首先制造提 取器，然后将其定位在LED晶粒上需要附加的制造步骤，还会带来相关的 花费和复杂性。 一些工作者已经建议使用粘结层将提取器粘结到LED的表 面。参见(如)美国专利申请公布2005/0023545 (卡姆拉斯(Camras)等人)。 这些工作者建议从以下材料形成提取器SiC (报告折射率在500nm处为~2.7)、氧化铝(兰宝石，报告折射率在500nm处为 1.8)、金刚石(报告 折射率在500nm处为~2.4)、立方氧化锆(Zr02)、赛尔纳技术公司提供的氮 氧化铝(A10N)、多晶氧化铝(透明氧化铝)、尖晶石、肖特玻璃LaFN21(Schott glass LaFN21)、肖特玻璃LaSFN35(Schott glass LaSFN35)、 LaF2、 LaF3、和 可得自纽约州安大略欧皮特麦克斯系统公司(Optimax Systems Inc. of Ontario: NY)的LaFlO。还间接提到了 一些其它材料。据信这些材料基本上属于两种 类别中等折射率的玻璃材料(1.5<11<2)，和折射率更高的晶体材料，例如， 金刚石和碳化硅，它们的折射率大大高于2。
技术实现思路
本专利申请公开了，尤其是一类材料，这类材料已被发现可以弥补LED 提取器制造中重要的欠缺。这类材料具有高折射率(在LED发射波长处n》 2或2.1或2.2或2.3),与已知的晶体材料相似。但与晶体材料不同的是， 本专利技术所公开的材料是至少初始无定形的玻璃。从而，它们显示具有截然不 同的玻璃化转变温度lg和结晶温度Tx，并且它们可以容易地变形到提取器 或提取器阵列的形状，以在后续过程中与LED晶粒或LED晶粒阵列配合。 优选地，这种变形在低于100(TC的温度下完成。如果需要，所述材料可以经 受热处理，优选地是在将它们变形为一个或多个提取器的形状之后，使得玻 璃材料转化为部分或完全的晶体，称为玻璃陶瓷材料。本专利技术所公开的材料优选地包括至少两种不同的金属氧化物，和少量 的常规玻璃形成物，如低于20 (或15、 10、 5、 3、 2或1)重量。/。的Si02、 低于20(或15、 10、 5、 3、 2或1)重量％的8203，以及低于40 (或30、 20、 10、 5、 3、 2或1)重量％的P205。在一些情况下，所述材料包括的整个As203、 Bi203、 Ge02、 NaO、 Te02、 V205、 Si02、 B203和P205化合物群组在玻璃本 体的总重量中所占比例低于20 (或IO、 8、 5、 3、 2或1)重量％。优选地， Tg与Tx相差至少5°C，即Tx^ Tg+5°C。这些材料制成的提取器可以具有各种不同的形状和尺寸，但是它们优 选地包括至少一个适合与晶粒表面相配合的输入面。例如，如果LED晶粒具有矩形的输出面，提取器的输入面可以也具有矩形形状，其长度和宽度可 以近似于LED晶粒的长度和宽度，如基本上相同或差别不超过其土 10%或 ± 20%。如果晶粒具有平坦的主发射表面，那么提取器的输入面也是平坦的。 可以形成其它的提取器表面，以使让提取的光根据需要改变方向。例如，提 取器可以包括输入面和连接输入和输出面的侧面。输出面可以大于输入面， 并且侧面成角度或成锥形，以便于至少局部地使LED光沿(例如)LED对 称轴这样的轴线准直。在其它情况下，输入面，或侧面如存在，可以成角度， 以将光导向旁边的方向。根据下面的详细描述，本专利申请的这些方面及其它方面将显而易见。 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，该主题仅由所附权利要求限定，在专利申请过程中可以对其进行修 正。附图说明在整个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LED提取器/LED晶粒组合的示意性侧视图； 图2-9为可供选择的提取器的示意图IO为提取器阵列和在其中形成LED的晶片的示意图，该图还显示同 时将提取器阵列耦合到LED阵列，以制备多个LED光源或LED光源阵列的 方法；以及图11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于ＬＥＤ晶粒的提取器，包括：　适于与ＬＥＤ晶粒的发射面光学耦合的输入面；以及　布置为使经所述输入面进入光学元件的光发射出去的输出面；　其中所述光学元件包括折射率至少为２．０的光学玻璃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-3 11/381,5181. 一种适用于LED晶粒的提取器，包括适于与LED晶粒的发射面光学耦合的输入面；以及布置为使经所述输入面进入光学元件的光发射出去的输出面；其中所述光学元件包括折射率至少为2.0的光学玻璃。2. 根据权利要求1所述的提取器，其中所述光学玻璃的折射率在所 述LED晶粒发射的光的波长处至少为2.2。3. 根据权利要求1所述的提取器，其中所述提取器为以固定空间关 系保持在一起的提取器阵列中的一个提取器。4. 根据权利要求1所述的提取器，其中所述提取器阵列包括适于将 所述提取器以所述固定空间关系保持的基体层。5. 根据权利要求1所述的提取器，其与具有所述发射面的所述LED 晶粒结合。6. 根据权利要求5所述的提取器，其中所述LED晶粒为以固定空间 关系保持在一起的LED晶粒阵列中的一个晶粒，并且所述提取器为基本上 以相同的固定空间关系保持在一起的提取器阵列中的一个提取器。7. 根据权利要求6所述的提取器，其中所述提取器阵列粘结到所述 LED晶粒阵列。8. 根据权利要求1所述的提取器，其中所述光学玻璃包括至少两...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯瑟琳A莱瑟达勒，阿纳托利Z罗森夫兰茨，肯顿D巴德，埃米S巴尔内斯，安德鲁J乌德科克，
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]