用于发射期望的光束图案的发光二极管部件和方法

摘要

公开了具有改善的光提取的发光器部件及相关方法。在一个实施方式中，发光器部件(10)可包括基台(14)、布置在基台(14)上的至少一个发光二极管芯片(12)、以及布置在发光二极管芯片(12)的一部分上的透镜(16)。透镜(16)可包括光学元件(22)。光学元件(22)可被配置为影响来自至少一个发光二极管芯片(12)的光输出。

说明书

技术领域

本文中公开的内容整体涉及发光二极管(LED)部件和方法。更具体 地，本文中公开的内容涉及LED元件及用于改善的光提取的方法。

背景技术

发光二极管(LED)或者LED芯片是将电能转换成光的固态器件。 LED芯片可被利用在发光器部件中以在各种照明应用中提供不同的光颜 色和光图案。例如，发光器部件可被用于各种LED灯泡和灯具应用中， 并且发展成为白炽的、荧光的以及金属卤化物的高强度放电(HID)照明 应用的替换物。

在灯泡和灯具应用中使用的传统发光器部件结合(i)以阵列形式定位 在基板上的分立LED封装件(例如，封装的LED芯片)，或者(ii)位于 基板上并密封在单个透镜下的紧密封装的LED芯片阵列。与第一种方法 有关的问题包括与装配到基板上之前与单独封装LED芯片有关的增加的 时间和成本。利用紧密封装的LED芯片阵列的第二种方法易受光提取问 题的影响，因为相邻的LED芯片和/或与相邻的LED芯片有关的焊线能够 阻挡光。此外，使用单个透镜从紧密封装的LED芯片阵列提取正确的或 者期望的光束图案是困难的。与传统部件有关的另一个缺点是尽管非圆形 或者正方形形状的阵列在许多应用和制造过程中是首选的或者期望的，但 是非圆形或者正方形形状的LED芯片阵列产生针对灯泡应用并不是最优 化的非圆形或者正方形的光束图案。因此，减少与分立LED封装件有关 的耗时且昂贵的步骤以及改善发光器部件的光提取和发光器部件的光束 图案对于维持或者超过给定部件的预期成本以及预期和期望的光学性能 变得更为重要。

尽管在市场中的各种发光器部件的可用性，仍然存在对具有改善的效 率和光提取的部件和方法的需求。同样仍然存在获得简化的光束图案成形 以及从LED芯片获得期望的光束图案的部件和方法的需求。

发明内容

根据本公开内容，本文中提供和描述了用于产生期望的光束图案的发 光器部件和方法。本文中描述的元件和方法可呈现改善的光提取，并且适 用于各种应用，例如，包括诸如灯泡和灯具产品和/或应用的个人的、工业 的以及商业的照明应用。因此，本公开的目的是提供一方面通过单独定位 的光学罩(optical dome)从单独的LED芯片提取光同时从被配置为不同 于期望的波束图案的LED芯片阵列中产生期望形状的波束图案从而来改 善光提取的发光器部件和方法。

可通过本文中的公开内容变得显而易见的本公开的这些和其他目的 至少完全地或者部分地通过本文中公开的内容来实现。

附图说明

在本说明书的剩余部分中，结合参考附图来更具体地阐述包括对于本 领域技术人员而言为最佳模式的本主题内容的全面和能够实现的公开内 容，其中：

图1是根据本文的公开内容的发光器部件的实施方式的顶部视图；

图2A和图2B是根据本文的公开内容的发射器部件的顶部透视图；

图3是根据本文的公开内容的发射器部件的侧视图；

图4A至图4H是根据本文的公开内容的发光器部件的示意图；

图5A和图5B是根据本文的公开内容的发光器部件的部分的截面图；

图6A至图6C是根据本文的公开内容的发光器部件内的LED芯片的 侧视图；

图7是根据本文的公开内容的发光器部件的示意图；以及

图8A和图8B是可与根据本文的公开内容的发光器部件结合的照明 产品的透视图。

具体实施方式

本文中公开的内容涉及用于改善的光提取(包括例如能够具有与发射 光的LED芯片阵列的形状或者结构不同的形状的光束图案)的发光二极 管(LED)部件和方法。光学罩和一个或多个光学元件可用于从不同形状 的LED芯片阵列或者布置中创建期望形状的光束图案。下文中将会详细 地参考本文中内容的可能的方面或者实施方式，本公开的一个或多个实例 在图中示出。提供每个实例是为说明主题内容而不是作为限制。事实上， 作为一个实施方式的一部分示出或者描述的特征可被用于另一个实施方 式以产生进一步的实施方式。旨在所公开的和设想的内容覆盖这些修改和 变化。

如在各个图中示出的，为了说明的目的，结构或者部分的某些尺寸相 对于其他结构或部分被夸大并因此被提供以示出本发明的一般结构。此 外，参考形成在其它结构、部分上的结构或者部分来描述本发明的各种方 面。如本领域技术人员将会理解的，对形成“在”另一结构或部分“上” 或“上方”的结构的参考考虑另外的结构、部分或两者可介于其间。对形 成“在”另一个结构或者部分“上”而没有中间结构或部分的结构或部分 的参考在本文中被描述成“直接在”结构或者部分“上”形成。同样地， 当元件被称作“连接”、“附接”或者“耦接”至另一个元件时，其可直接 的连接、附接或者耦接至另一个元件或者可存在中间元件。相反，当元件 被称作“直接连接”、“直接附接”或者“直接耦接”至另一个元件时，则 不存在中间元件。

此外，在本文中使用诸如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部” 或者“底部”的相对术语来描述如图中示出的一个结构或者部分与另一个 结构或者部分的关系。将理解，诸如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下 部”或者“底部”的相对术语旨在包括除在图中描述的方位之外的部件的 不同方位。例如，如果图中的部件被翻转，则描述为“在”其它结构或者 部分“上方”的结构或者部分现将定位成“在”其它结构或者部分“下方”。 同样地，如果图中的部件相对轴旋转、则被描述为“在”其他结构或部分 “上方”的结构或部分将被定位成“紧接”其他结构或者部分或者“在” 其他结构或者部分的“左侧”。遍及全文，相同标号表示相同的元件。

除非明确说明不存在一个或多个元件，否则本文中使用的术语“包 含”、“包括”以及“具有”应当解释为不排除一个或多个元件的存在的开 放性术语。

根据本文中描述的实施方式的发光器部件可包括基于III-V族氮化物 (例如，氮化镓(GaN))的LED芯片或者激光器。LED芯片和激光器的 制造通常是已知的并且仅在本文中简要描述。LED芯片或者激光器可在生 长基板(例如，碳化硅(SiC)基板)上制作，诸如由北卡罗来纳州Durham 市的Cree Inc.制造和销售的器件。本文中还预期其它生长基板，例如但不 限于蓝宝石、硅(Si)以及GaN。在一个方面中，SiC基板/层可以是4H 多型碳化硅基板/层。然而，也可使用其它SiC多型碳化硅基板/层，诸如 3C、6H以及15R。合适的SiC基板可从作为本发明的受让人的Durham， N.C的Cree公司获得，并且用于生产这种基板的方法在科学文献以及多个 共同受让的美国专利(包括而不限于美国专利No.Re.34,861；美国专利号 No.4,946,547以及美国专利号No.5,200,022)中进行了阐述，将其全部内 容通过引用结合于此。本文也考虑任何其它合适的生长基板。

如在本文中使用的，术语“III族氮化物”是指在氮与元素周期表的 III族(通常为铝(Al)、镓(Ga)和铟(In))中的一个或多个元素之间形 成的半导体化合物。该术语还指代二元、三元和四元化合物(诸如GaN、 AlGaN和AlInGaN)。III族元素可与氮结合以形成二元(例如GaN)、三 元(例如AlGaN)以及四元(例如AlInGaN)化合物。这些化合物可具有 其中一摩尔的氮与总共一个摩尔的III族元素结合的经验式。因此，诸如 AlxGa1-xN，其中1>x>0，经常被用于描述这些化合物。用于III族氮化物 的外延生长的技术已经较好的发展，并且在恰当的科学文献中报告。

尽管本文中公开的LED芯片的各种实施方式可包括生长基板，本领 域技术人员将理解可去除其上生长包括LED芯片的外延层的晶体外延生 长基板，并且独立的外延层可被安装到具有与原始基板不同的热、电气、 结构和/或光学特性的替代载体基板或者基板上。本文中描述的内容不限于 具有晶体外延生长基板的结构，并且可与其中外延层已从其原始生长基板 移除并粘结到替代载体基板的结构结合使用。

例如，根据本发明的某些实施方式的基于III族氮化物的LED芯片可 在生长基板(例如，Si、SiC或者蓝宝石基板)上制作，以提供水平器件 (在LED芯片的相同侧具有至少两个电气触点)或者垂直器件(在LED 芯片的相对侧具有电气触点)。此外，生长基板可在LED芯片制造之后保 留在LED芯片上或者被移除(例如，通过蚀刻、磨削、抛光等)。例如， 生长基板可被移除以减少所产生的LED芯片的厚度和/或减少通过垂直 LED芯片的正向(forward)电压。例如，水平器件(具有或者没有生长 基板)可以是粘结(例如，使用焊料)到或者焊接到载体基板或者印刷电 路板(PCB)上的倒装芯片。垂直器件(具有或者没有生长基板)可具有 焊料粘结到载体基板、安装焊盘或者PCB的第一端子(例如阳极或者阴 极)以及焊接到载体基板、电气元件或者PCB的第二端子(例如，相对 的阳极或者阴极)。垂直与水平LED芯片结构的实例在Bergmann等的美 国公开No.2008/0258130以及2010年9月7日发行的Edmond等的美国 专利No.7,791,061中通过举例来论述，将其全部内容通过引用结合于此。

一个或多个LED芯片可至少部分地涂布有一个或多个荧光体。荧光 体可吸收来自LED芯片的一部分光并发射不同波长的光，从而发光器部 件发射来自LED芯片和荧光体的每一个的光的组合。在一个实施方式中， 发光器部件发射从LED芯片和荧光体的光发射的组合产生的被视为白光 的光。在根据本发明的一个实施方式中，白色发光器部件可由发射蓝色光 谱的光的LED芯片与吸收某些蓝光并再发射黄色波谱的光的荧光体组成。 该部件因此可发射由蓝光和黄光的白光组合。在其他实施方式中，如在美 国专利No.7,213,940中描述的，LED芯片发射蓝光和黄光的非白光组合。 在本文中还考虑发射红光的LED芯片或者被吸收LED光并发射红光的荧 光体覆盖的LED芯片。

LED芯片可使用很多不同的方法来涂布荧光体，在题皆为“Wafer  Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method(晶 片级荧光体涂敷法及利用该方法制作的器件)”的美国专利申请号序列号 11/656,759和11/899,790中描述了一种合适的方法，并且通过引用将两者 结合于此。其它用于涂布一个或多个LED芯片的合适方法在2011年11 月15日发行的题为“Phosphor Coating Systems and Methods for Light  Emitting Structures and Packaged Light Emitting Diodes Including Phosphor  Coating(用于发光结构和封装发光二极管的包括荧光体涂布的荧光体涂覆 系统和方法)”的美国专利序列号8,058,088中以及题为“Systems and  Methods for Application of Optical Materials to Optical Elements(用于光学 材料到光学元件的应用的系统和方法)”的美国专利申请序列号12/717,048 的继续申请中进行了描述，将其全部内容通过引用结合在此。LED芯片也 可使用诸如电泳沉积(EPD)的其它方法来涂布，如在题为“Close Loop  Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices(半导体器件的闭合回 路电泳沉积)”的美国专利申请序列号11/473,089中描述的合适的EPD方 法，同样将其全部内容通过引用结合于此。应理解，根据本发明的发光器 部件和方法也可具有多个不同的颜色的LED芯片，其中一个或多个LED 芯片可发射白光。

图1至图7示出了根据本文中所公开和描述的本主题的发光器部件和 方法的实施方式。图8A和图8B示出了可结合根据本主题的发光器部件 的照明产品，包括但不限于灯泡和照明器具(例如，小聚光灯、“罩(can)” 灯等)。图1是整体指定为10的发光器部件的俯视图。图2A和图2B是 发射器部件的实施方式的顶部透视图，以及图3是发射器部件的侧视图。 图2B是整体指定为15的发光器部件的不同实施方式。发射器部件10和 15之间的一个差异是布置在一个或多个LED芯片12与基板或者基台14 之间的一个或多个中间基台25的引入。发光器部件10和15可包括至少 一个固态(solid state)发射器，诸如LED芯片12。发光器部件10和15 可包括多于一个的LED芯片，例如，两个、三个或多于三个的LED芯片 12，诸如本文中描述的LED芯片。在一个方面中，LED芯片12的阵列可 以板上芯片(CoB)结构设置在基板或者基台14上。例如，CoB结构在 2010年10月26日发行的Yuan等的美国专利No.821,023中以及2009年 4月30日公布的Keller等的美国专利申请No.2009/0108281中进行了描 述，两者被共同受让并通过引用将其全部内容结合在此。

LED芯片12可被布置成阵列和/或子阵列。透镜16可以阵列或者子 阵列叠加在至少一个LED芯片12上。本文中描述的阵列和/或子阵列可包 括任意数量的LED芯片12，以从发光器部件10和15提供期望的光输出。 例如，发光器部件10和15可包括包含至少4个LED芯片、至少5个LED 芯片、至少6个LED芯片、至少7个LED芯片、至少8个LED芯片、 至少9个LED芯片、至少10个LED芯片、至少12个LED芯片或者至 少20个LED芯片的LED阵列(例如，参见图4A至图4H)。如同先前描 述的较小的阵列或者更大的阵列同样是可以的，例如，发光器部件10和 15还可包括至少30个、40个或者50个或更多的LED芯片12的阵列。 为说明的目的，仅在图1至图3中示出了8个LED芯片12。

LED芯片12可包括任何合适的芯片尺寸和/或形状(诸如正方形或者 矩形形状)。在一个方面中，LED芯片12可包括具有大约等于1000μm以 下尺寸(例如，1000×1000μm²)或者更大尺寸的边的正方形芯片。LED 芯片12可包括基本上为正方形的芯片，具有小于大约1000μm的任何范 围或者子范围的尺寸的边，例如，大约900×900μm²的芯片；大约 700×700μm²的芯片；大约600×600μm²的芯片；大约500×500μm²的芯 片；大约400×400μm²的芯片；大约300×300μm²的芯片；大约 200×200μm²的芯片；或者大约100×100μm²的芯片。多个LED芯片12 可被用于发光器部件10和15中。在一个方面中，每个LED芯片12可具 有相同的尺寸。在其它方面中，一个或多个LED芯片12可包含不同的尺 寸。LED芯片12也可包括任何合适尺寸的矩形芯片。

如在本文中描述的LED芯片12可包括单独使用的和/或与荧光体或者 发光体结合在一起使用以发射各种颜色、色点或者波长范围的光(诸如主 要为白色、蓝色、蓝绿色、绿色、黄色、琥珀色或者红色的光)的固态发 射器。在一个方面中，发光器部件10和15可包括一个或多个主要为蓝色 的LED芯片12，其中当LED芯片被照亮时，可激发布置在LED芯片12 上的黄色磷光体(例如，荧光体可至少部分地直接布置在LED芯片12和 /或布置在LED芯片12上的发光器部件10和15的一部分上，诸如布置在 透镜16上)，从而LED芯片12包括蓝转黄(blue shifted yellow)(BSY) 芯片。在可替代实施方式中，主要为红色的LED芯片12可包括在本文中 描述的发射器部件中并且可单独使用和/或与BSY芯片组合使用。在一个 方面中，红色LED芯片12也可以可选择地布置在荧光体、密封剂和/或具 有荧光体层的透镜16下面以混合来产生暖白光输出。发光器部件10和15 可包括被配置为激发黄色、红色和/或绿色磷光体的至少一个LED芯片12， 该磷光体直接布置在LED芯片12上和/或直接布置在发射器部件的一部分 上，例如，黄色、红色或者绿色磷光体可布置透镜16的一部分上或中以 产生冷和/或暖白光输出。在进一步的实施方式中，部件10和15可包括多 于一个的LED芯片12，诸如多个LED芯片12和/或LED芯片12的阵列。 在多个LED芯片12或者LED芯片12的阵列中的每个芯片可包括大约相 同的波长(例如，从相同的目标波长范围挑选出来的波长)。在可替代实 施方式中，多个LED芯片的至少第一LED芯片12可包括与多个LED芯 片的至少第二LED芯片不同的波长(例如，至少第一LED芯片12可从 不同于至少一个其它LED芯片12的目标波长范围中挑选出来)。

仍然参照图1至图3并且如上所述，一个或多个LED芯片12可包括 任何所要求的尺寸、结构、构造和/或形状，并且可包括任何已知的LED 芯片。当电信号或者电流经由任何合适的附接表面(诸如附接表面18)传 递到发射器部件时，LED芯片12可被照亮。例如，电流可传递到能够经 由焊接点、焊料、卷边(crimping)或者其它附接方法与附接表面18电连 接的一个或多个导电线(未示出)，以将电流导入部件10和15。附接表面 18可包括分别表示为“+”和“-”符号的正和负电极端子(例如，阳极和 阴极对)，并且可包括焊盘、电连接器或者用于电连接至外部电源(未示 出)的暴露导电材料的区域。在一个方面中，LED芯片12包括如下构造： 芯片的底部包括用于与基台14的第一部分电气和/或热连接的阳极，并且 芯片的顶部包括用于经由焊线与基台14的第二部分电气连接的阴极接合 焊盘(例如，在图5A中示出和描述的垂直器件)。在其它方面中，LED 芯片12可包括如下构造：LED芯片的一侧或者一部分包括阳极和阴极， 从而焊线可以是不必要的(例如，在图5B中示出和描述的水平器件)。本 文中还考虑在LED芯片12的顶面或者一部分包括阳极和阴极的水平器 件，其中，阴极和阳极可分别焊线连接到基台14的一部分(例如，本文 中考虑具有两个焊线的水平LED芯片12)。从附接表面18进入和离开部 件10和15的电流随后可进入和离开一个或多个LED芯片12，从而使芯 片被照亮。

基台14可包括单片(monolithic)基板，例如，印刷电路板(PCB)、 金属芯印刷电路板(MCPCB)、基于FR-4的介电基板或者电路板、陶瓷 基板、层压基板、柔性电路、外部电路或者其上可安装和/或附接诸如LED 芯片的照明器件的任何其它合适的基台或者基板。例如，基台14可包括 芯层42和介电层44(参见图5A和图5B)。为说明的目的，基台14可包 括MCPCB(例如，可由Chanhassan，MN的Bergquist公司获得和制造的 那些)。然而可使用任何合适的基台14。芯层42(图5A和图5B)可包括 导电金属层(例如，铜(Cu)或铝(Al))。介电层44(图5A和图5B) 可包括电气绝缘但是热传导的材料，以帮助通过基台14的散热。在可替 换实施方式中，基台14可包括陶瓷(诸如矾土、氮化铝、硅、蓝宝石、 碳化硅)或者高分子材料(诸如聚酰胺、聚酯)。如图2B在下面进一步示 出并和描述的，部件15可包括附接在中间基台25上的LED芯片12和透 镜16。中间基台25随后可附接到基台14上。

基台14可包括允许LED芯片12与附接表面18电连接的导电层材料， 从而当部件10和15接收来自外部电气部件(诸如导电线(未示出))的 电信号或者电流时，LED芯片12照亮。LED芯片12可使用合适的或者 已知的附接材料和方法附接到基台14，例如，焊料附接、预先形成附接、 焊剂或者无焊剂共融附接、硅环氧树脂附接、金属环氧树脂附接、热压缩 附接和/或其组合。一个或多个测试点19可位于基台14的一部分上以测试 发射器部件10和15的电气和/或热性质。例如，当利用任何合适的温度传 感器(未示出)进行探测时，测试点19可允许测试部件的热性质。

仍然参照图1至图3，至少一个LED芯片12可布置在基台14上和透 镜16下。每个透镜16可包括透镜底座20，其能够以板上芯片(CoB)结 构形成在并直接附接到一个或多个基台14的表面上。如本文中进一步描 述的透镜底座20也可间接附接到基台14。此外，一个或多个LED芯片 12可放置在每个透镜16下面。在一个方面中，每个透镜16可包括液体固 化硅树脂材料、环氧树脂材料或者任何密封剂材料(encapsulant material) (诸如甲基或者苯基密封剂材料)。可使用已知的工艺来模制和固化透镜 材料。透镜16和透镜底座20可包括用于产生期望的光输出的任何合适的 形状。例如，透镜16可包括如示出的具有基本为圆形的透镜底座20的半 球形(dome)形状，或者可替代地，考虑对应任何其它形状的底座的透镜， 例如，对应基本为正方形、菱形、椭圆形、对称和/或不对称的透镜底座 20的透镜。

透镜16和透镜底座20可直接和/或间接形成在基台14的顶面上，并 且可布置在至少一个LED芯片12上。透镜16的阵列可被模制和/或放置 在对应的LED芯片12的阵列上。透镜16可提供对发光器部件10和15 的环境和/或机械保护。应注意，本文中描述的新型的发射器部件可与新型 的透镜16相关并在一个方面中可结合，例如，每个透镜16可与整体指定 为22的一个或多个新型的光学元件22相关联。如在本文中进一步描述的， 每个光学元件22可以是从透镜16延伸的扩展部分，或者每个光学元件22 可与透镜16相关联而不从透镜16延伸或者附接到透镜16。光学元件22 可包括细长部分或者构件，例如但并不限于，可与每个透镜16整体地形 成、与每个透镜16单独地形成和布置或者甚至可以是两者相结合的方法。 例如，光学元件22可包括至少第一部分24A和可选择的第二部分24B， 每个部分可从透镜16向外并且沿着透镜底座20的一部分延伸。为了说明 的目的，在与每个透镜16相关联的光学元件22中示出了两个这样的部分 (例如，第一和第二部分24A和24B)，然而本文中还考虑光学元件具有 多于或者少于两个部分的光学元件。例如在一个方面中，如图7中示出和 描述的，光学元件22可包括具有单个弯曲轨迹的单个细长部分。

第一部分24A和第二部分24B可包括大致沿着透镜底座20的部分延 伸的延长部件，使得它们直接接触透镜底座20的部分或者如在本文中进 一步描述的使得它们与透镜底座20或者LED芯片分开或间隔开。每个光 学元件22可以是细长和凹形的结构或者配置，被适配和配置为如在本文 中进一步描述的以期望的方式影响和反射光。可分别在第一部分24A和第 二部分24B之间布置角度α。在一个方面中，角度α可包括大约45°或者 更大的角度，诸如大约50°或更大、大约60°或更大、大约70°或更大、或 者大于80°的角度。在其它方面中，角度α可包括大约90°或更大的角度， 诸如大约95°或更大、大约100°或更大、大约110°或更大、大约120°或更 大、或者大于150°的角度。

此外，第一部分24A和第二部分24B可延伸超过其接触透镜底座20 的区域，使得一个、多于一个或者所有的光学元件22(在一个方面中但并 不限于)可比相关联的透镜(诸如透镜16)的直径更长。在其它方面中， 第一部分24A和第二部分24B可以不延伸超过其接触透镜底座20的区域， 使得一个、多于一个、或者所有的光学元件22(在一个方面中但并不限于) 可比相关联的透镜(诸如透镜16)的直径更短。在一个方面中，光学元件 22的部分24A和24B可沿着基台14延伸至比每个透镜16的长度(例如， 透镜底座20的直径)更长的总长度。光学元件22可延伸至大约1mm或 更长，大约2mm或更长、大约4mm或更长、大约6mm或更长、大约8mm 或更长、大约10mm或更长，或大于大约10mm的长度L。在一个方面中， 光学元件22可延伸至大约6.2mm或者6.3mm的总长度L。因为光学元件 22可包括延长和弯曲的构件，所以长度L可包括如示出的第一部分24A 和第二部分24B的端部之间的实际距离的测量，而不是整个曲线的长度。 透镜16可包括基本为圆形的透镜底座20，该透镜底座具有小于大约2mm (例如，0.5mm或者1mm)，大约2mm或更长、大约3mm或更长、大约 4mm或更长、或者大于大约5mm的直径。在一个方面中，透镜16包括 大约4.5mm的直径。本文中考虑透镜直径(例如，透镜底座20的直径) 的长度L和长度的任何组合。

第一部分24A和第二部分24B可包括如示出的基本相同的长度，或 者第一部分24A和第二部分24B之一可比另一个更长。第一部分24A和 第二部分24B可包括基本为对称的构件(例如，相对透镜16对称地放置)， 其可以但不一定相对透镜16形成镜像。同样在本文中考虑第一部分24A 和第二部分24B的非对称、非镜像布置。光学元件22可在邻接的位置中 直接布置成邻近透镜16并且可被定位成使得每个光学元件22还被布置成 邻近或者接近基台14的边缘。在一个方面中，每个光学元件22可布置在 LED芯片12与基台14的边缘之间。

应注意，光学元件22的第一部分24A和第二部分24B可包括大致弯 曲的、凸出的或者凹入的部分，其可如示出的以大体上为C形的配置轻微 地向内朝向彼此弯曲，或者可替代地可沿任何方向或者方位弯曲以产生任 何期望的光输出。在一个方面中，一个或多个光学元件22可相对于透镜 16切向对齐，使得在其一点或者至少一部分处接触透镜底座20。光学元 件22可以但不一定接触透镜底座20。在进一步的实施方式中，每个光学 元件22可在多于一个的点或者部分处接触与其相关联和对应的透镜底座 20。第一部分24A和第二部分24B可从光学元件22切向接触透镜16或 者透镜底座20的位置处偏移(offset)角度θ。即，第一部分24A和第二 部分24B可相对于圆形的透镜底座形成一个角度。在一个方面中，第一部 分24A和第二部分24B可从光学元件22切向接触透镜底座20的位置处 偏移大约2度或更大的角度θ。在其它方面中，透镜部分24A和24B可从 光学元件22切向接触透镜底座20的位置处偏移大约5°或更大、大约10° 或更大、大约15°或更大、大约25°或更大、大约30°或更大、大约45° 或更大、或者大于45°的角度θ。在某些方面，光学元件22可从光学元件 22切向接触透镜底座20的位置处偏移高达至包括大约90°的任何角度θ。

仍然参照图1至图3，一个或多个部分(诸如第一部分24A和第二部 分24B)可与透镜16整体地形成，例如，经由相同的模具和/或在与透镜 16相同的模制步骤中形成。即，形成半球形透镜16的模具可与用于形成 光学元件22的模具或者模具部分集成。在其它方面中，第一部分24A和 第二部分24B可与透镜16单独地形成(例如，经由不同的模具和/或在不 同的模制步骤中形成)。在一个方面中，每个光学元件22可包括与透镜16 相同的材料，例如，塑制的和可选择的固化硅树脂材料。在其它方面中， 每个光学元件22可包括不同于透镜16的材料，例如，玻璃或者塑料材料。 每个透镜16和光学元件22可包括光学透明材料。在其它方面中，透镜16 和光学元件22的一部分可包括涂覆有或者层压有一个或多个荧光体或发 光体层的半透明材料，和/或包括不透明材料。如图3示出的，第一部分 24A和第二部分24B可包括基本为半圆形或者弯曲的截面形状以及圆形的 上表面。

光学元件22可单独地以及共同地有利地改善光提取，例如，通过从 非圆形LED芯片阵列(诸如CoB阵列或者非CoB阵列)产生圆形光束图 案，或者通过从布置成不同于期望的光束图案的配置的LED芯片阵列产 生任何期望形状的光束图案。如先前讨论的，传统元件的一个缺点是正方 形或者非圆形的LED芯片阵列会产生正方形或者非圆形的光束。因为以 方形列阵配置的管芯(die)附接和焊线LED芯片相比产生其它形状的阵 列可更节省时间，所以例如通过使用光学元件22来产生圆形光束图案的 新颖的和简化的方法可以是有利的。如在本文中示出和描述地通过结合新 型的光学元件22，被配置为或者布置为正方形或者非圆形阵列的LED芯 片12可通过产生适于灯泡或者灯具应用的圆形光束图案来有利地改善光 输出。例如，一个或多个光学元件22可布置在基台14上，以通过操纵光 发射以符合圆形状来从LED芯片12的正方形阵列中产生实际的圆形光 束。如本文中进一步描述的，其它形状的光束图案以及其它LED芯片结 构也是可以的。

在一个方面中，光学元件22的第一部分24A和第二部分24B可通过 使光从光学元件22反射来操纵由LED芯片12发射的光束，使得产生的 光图案与圆形部分24A和24B一致，以在相对的光学元件22之间共同地 形成实质的圆形光束。应注意，光学元件22使正方形阵列的LED芯片12 能够在其之间产生圆形光束。因为可在任何形状的LED芯片阵列附近布 置光学元件22以产生任何期望形状的光束，所以可从布置成不同于期望 光束图案的结构的LED芯片阵列中产生任何期望形状的光束图案。光学 元件22可被布置成使得它们在LED芯片阵列之外(例如，沿着LED芯 片12的阵列的外部边缘)在LED芯片12与基台14的最外侧边缘之间。

图2B示出了具有多于一个基台的发光器部件15。至少一个LED芯 片12、透镜16以及光学元件22能够以CoB结构或者CoB阵列布置在中 间基台25上。在一个方面中，芯片12、透镜16和元件22的阵列中的每 个LED芯片12、透镜16和光学元件22可布置在一个或多个中间基台25 的多个上。如示出的，一个或多个中间基台25可间隔开，以帮助用于光 学元件22的选择性对齐的光学元件22关于箭头A的选择性旋转。每个中 间基台25可包括单个LED芯片12、单个透镜16以及单个光学元件22， 或者多于一个的LED芯片12、多于一个的透镜16以及多于一个的光学元 件22。中间基台25可比在图中示出的间隔地更靠近或者比示出的更进一 步分离。

透镜16和光学元件能够以CoB阵列直接附接到中间基台25上。中 间基台25可包括任何材料，并且可以可选的是导电和/或导热材料。在一 个方面中，中间基台25可包括金属、陶瓷、聚合物或者可单独使用和/或 与其它材料组合使用的复合材料。中间基台25可包括单层材料或多于一 层的材料和/或由一层或多层金属、陶瓷、电介质和/或聚合材料组成的层 压结构。发光器部件15可包括单个基台14，该基台14除了如在部件10 中一样LED芯片12被安装到基台14上的区域之外还具有其中一个或多 个中间基台25可布置在LED芯片12与基台14的部分之间的区域。在其 它方面中，元件15可包括具有总共n个中间基台25布置在其上的单个基 台14，其中，n等于LED芯片12的数量。因此，总共n个中间基台25 可布置在总共n个LED芯片12与单个单片基台14之间。在进一步的方 面中，单个单片中间基台25可具有布置在其上的多个LED芯片12(例如， LED芯片12的阵列)，并且其反过来可布置在单个单片基台14上。本文 中考虑任何合适的配置。

在一个方面中，中间基台25可包括布置在基台14上的单片基台。中 间基台25可经由任何合适的粘结材料或者层压体附接或粘结至基台14。 如在图2B中通过箭头A示出的，一个或多个中间基台25可被配置为旋 转或者适配至基台14上的任何位置，从而光学元件22可被选择性的定位 或者配置在基台14上的任何期望的方位上。其中，使用了多于一个的中 间基台25，基台25可包括任何形状。每个中间基台25可包括相同的形状， 或者基台25可以是不同的形状。为了说明的目的，示出了基本为正方形 形状的中间基台25，然而，在本文中也考虑任何其它形状(诸如基本为圆 形、矩形、对称的和/或不对称的形状)。中间基台25可以但是不一定具有 相同的形状。例如，在部件15内在基台14上可组合使用不同形状的中间 基台25。

发光器部件10和15可进一步包括整体指定为26的至少一个开口或 者孔，其可被布置为穿过或者至少部分地穿过基台14，以帮助将部件附接 到外部基板或者表面。例如，一个或多个附接部件(诸如螺丝)可通过至 少一个孔26来插入，以将发光器部件10和15固定到另一个构件、结构 或者基板。在一个方面中，如在图8A和8B所示，一个或多个附接部件 可将发光器部件10和15固定到灯泡或者灯具应用的表面。

图4A至图4H示出了基台14上的各种LED芯片的放置和LED芯片 阵列和子阵列的形状，其中，光学元件22可用于对光进行整形。由此， 光束整形可通过产生基本上中心地布置在相对的光学元件22之间的光的 期望结构30(诸如圆形光束)来有利地改善发光器部件10和15的光提取， 从而通过使其更适于灯泡或者灯具应用而改善发光器部件10和15的光提 取和发光。在一个方面中，发光器部件10和15可包括用于从任何期望形 状的LED芯片阵列产生任何期望形状的光束的光学元件22。例如，在图 4A中，数字1至8示意性地示出了放置或者布置成正方形阵列的八个LED 芯片。光学元件22(图1至图3)可布置在阵列附近(例如，LED芯片和 基台14的边缘之间)，以通过从光学元件22的部分(其相对于透镜16的 部分偏移角度θ)弯折、弯曲和/或反射光从基本上为正方形形状的阵列中 产生圆形形状的光束图案或者光束30。光束图案也可受第一部分24A和 第二部分24B之间的角度α的影响(参见图1至图3)。对于布置LED芯 片阵列附近的一个或多个光学元件22的每一个，角度α可以是相同的， 或者多个光学元件的第一光学元件22的至少第一角度α可不同于多个光 学元件的第二光学元件22的至少第二角度α。LED芯片阵列可布置在正 方形基台14上。然而，本文中考虑基台14的任何其它形状。例如，在图 4A中的虚线28示意性地示出了可在本文中使用的圆形基台。

图4B示出了两个LED芯片的布置。数字1和2对应于两个LED芯 片，其中，光学元件22(图1至图3)可布置在LED附近并且用于从LED 芯片的非圆形布置中产生基本为圆形结构的光束30。在图4B、图4C以 及图4E至图4G中的箭头表示光学元件22的部分(例如，部分24A和 24B)的可能的位置、弯曲和/或方位。例如，在图4B中，光学元件22(图 1)可包括沿着箭头在长度上延伸的部分和/或如通过箭头示出的变成有角 度以从非圆形布置的LED芯片中产生圆形光束30。另外，光学元件22(图 1)可包括如通过箭头表示的弯曲的部分，以从非圆形布置的LED芯片中 产生圆形光束30。光学元件22的部分(例如，图1中的24A和24B)可 具有相同长度或者不同长度。LED芯片1附近的光学元件22的部分之间 的角度α(图1)也可不同于位于LED芯片2附近的光学元件的角度α。

图4C示出了LED芯片的三角形布置或阵列。数字1至3对应于可布 置成基本为三角形的LED阵列的三个LED芯片，其中光学元件22(图1 至图3)可布置在LED附近，并且用于从非圆形的阵列中产生圆形光束 30。如通过箭头示出的，位于LED 2和LED 3附近的光学元件22(图1) 在一个方向上可具有较长的部分(例如，如通过较长箭头示出的)以提供 圆形光结构或者波束。图4D示出了可布置在基台14上的至少四个LED 芯片的正方形阵列，其中光学元件22(图1至图3)可用于产生圆形光束 30。同样地，图4E至图4H示出了以各种非圆形形状布置在基台14上的 五个、六个和七个LED芯片的布置或阵列，其中光学元件22(图1至图 3)可用于产生光的圆形结构或波束30。在图4A至图4H中示出的每个阵 列内的LED芯片的各种放置或者布置表示位于不同的相应LED芯片附近 的不同的光学元件22(图1)可包括不同的角度α(例如，不是所有角度 相同)，以从非圆形阵列中产生圆形波束，或者产生任何其它期望形状的 波束。例如，拐角处的LED芯片(例如，图4E中的LED 1)可具有与另 一LED芯片(例如，图4E中的LED4)不同地成角度的光学元件22，以 共同地产生圆形光束，或者任何期望形状的光。

图4G示出了LED芯片的两个子阵列，例如，对应数字1至3的LED 芯片的第一子阵列以及对应数字4至6的芯片的第二子阵列。每个子阵列 子阵列可包括基本为三角形的形状，LED芯片1至6的整体形状包括非圆 形细长六边形形状。在本文中考虑光学元件22(图1至图3)可用于从 LED芯片的任何非圆形形状或阵列中产生圆形光束30。光学元件22(图 1至图3)可用于从具有弯曲表面的一个或多个弯曲的部分反射光，由此 从LED芯片的任何对称形状的阵列和/或LED芯片的任何非对称或者不对 称形状的阵列中产生圆形结构的光或者光束30。如图4A至图4H示出的， LED芯片可布置成第一形状或者第一阵列结构，并且共同地从LED芯片 阵列输出的光束30可包括第二形状或者光束图案，其中，第二形状或者 光束图案不同于第一形状或者第一阵列结构。

图5A和图5B示出了沿着图1中的线5A/5B-5A/5B截取的发光器部 件的部分的截面图。图5A是整体指定为40的发光器部件的一部分。基台 14可包括单片基板，单片基板具有用于携载电流和扩散来自发射器部件的 热的多个内部层或者电路。在一个方面中，基台14可包括导电和/或导热 的芯层42(例如，诸如Cu或Al的金属层)。基台14可进一步包括介电 层36，其可电气绝缘但是导热，以帮助基台14散热。基台14可进一步包 括一个或多个LED芯片12可经由已知的管芯附接工艺和/或材料附接在其 上的导电安装表面46或者层。在一个方面中，安装表面46包括Cu层或 者Cu区域，诸如Cu电镀层或者Cu箔层。LED芯片12可与电迹线(electrical  trace)48电气连接。电迹线48可包括Cu层或者Cu箔。基台14可进一 步并且可选择的包括一层或多层阻焊材料50(其可以是白色的以反射来自 部件40的光)。在一个方面中，LED芯片12可经由焊线52与电迹线48 的暴露区域电气连接。导电安装表面46和电迹线48可与至少一个附接表 面18(图1)电气连接，并且将来自外部电源的电流传递到LED芯片12 以使其被照亮。

图5A进一步示出LED芯片12相对于透镜16的放置。例如并在一个 方面中，透镜16可包括基本上对应LED芯片12的中心的中心线C。中 心线C可以但不一定为透镜16的最大高度。即透镜16可包括不是半球形 的截面形状，并且可具有偏离中心线C的高度。当LED芯片12基本上中 心地布置在透镜16下方时可最大化光提取，然而，如图6A示出的，LED 芯片12可偏离中心线C和/或多于一个的芯片12可布置在透镜16下方。 如先前描述的，透镜16可包括可直接附接到基台的透镜底座20，使得LED 芯片12和透镜16包括CoB结构。透镜16可包括基本为圆顶形或者半球 形的形状，并且可与圆形的透镜底座对应。

图5B示出了整体指定为60的发光器部件的一部分。部件60可包括 具有水平构造的LED芯片62，其中LED芯片62的底部包括用于与多于 一个的导电安装表面46电气连接的阳极和阴极。同时，导电安装表面46 可包括可与相应的正极/阴极附接表面18(参见图1，未示出)电气连接的 正极/阴极对。电流可从外部电源(未示出)经由附接表面18(图1)传递 到部件60。附接表面18(图1)可沿着布置在基台14内的内部导电层或 者路径与导电安装表面46电气连接。

图5B还示出了LED芯片62的放置，LED芯片62可相对于透镜16 的中心线C中心地布置。例如，LED芯片12可相对于透镜16布置在不 同位置处，诸如大约透镜16的中心线C的下方(其中透镜16处于最大高 度)。透镜16的中心C可以但不一定与透镜16的顶点或者最大高度点相 同。本文中描述的部件可包括多个光学透镜16，其中，每个透镜16置于 LED芯片12的阵列的至少一个LED芯片12之上。可具有总共n个透镜 16，其中，n等于阵列中的LED芯片12的数量。可替换地，透镜n的数 量可少于阵列中的LED芯片12的数量。例如，可考虑一个或多个LED 芯片12可不位于透镜16之下。在这种情况下，透镜n的数量小于LED 芯片12的数量。同样在这种情况下，光学元件22(图1)可位于未覆盖 的LED芯片12与基台14的最外侧的边缘之间。

图6A示出了其中如以虚线由芯片12指定的多于一个的LED芯片12 可位于透镜16下方的发光器部件70。在此，仅提供了一个LED芯片12， 芯片12同样可沿由实线和虚线示出的任一方位位于透镜16下方。例如， 在此，在每个半球或者透镜16中仅密封一个LED芯片12，该一个LED 芯片12可相对于如以虚线示出的中心线C偏离中心放置，以便当需要时 使峰值发射特性偏移。单个LED芯片12的发光图案还可或者进一步通过 光学元件22以及光学元件22的第一部分24A和第二部分24B的位置和/ 或角度来偏移。如先前描述的，光学元件22可布置在LED芯片12与基 台14的外部边缘之间，使得光束可朝向基台14的中心向内反射，以产生 适于灯泡、灯具或者其它照明产品应用的圆形光束。

如图6A至图6C示出的，光学元件22可包括大约等于或者大于LED 芯片12的厚度的高度H。为说明性目的，光学元件22被示出为具有大于 LED芯片12的厚度的高度H；然而，如果期望的话，高度H也可基本等 于芯片的厚度。具有高度H的光学元件22可通过整体地向内朝向基台14 的中心偏移或者反射光来影响来自LED芯片12的光输出以帮助产生基本 为类圆形或者圆形形状的光束图案。应注意，具有圆形波束图案的光可从 非圆型LED芯片阵列12中产生。另外，根据本文中描述的部件和透镜， 可从任何形状的LED芯片阵列中产生具有任何波束图案形状的光。例如， LED芯片阵列可包括第一形状，并且光束可包括第二形状，其中，第一形 状和第二形状不相同。

图6B示出了整体指定为80的发光器部件的另一个实施方式。在该实 施方式中，LED芯片12可布置在不在光学元件22下方延伸的第一基台 82上。例如，第一基台82可包括LED封装件的主体，使得LED芯片12 阵列由分立LED封装件而不是CoB结构形成。在一个实施方式中，LED 芯片12可安装到第一基台82，第一基台82可反过来安装到基台14上， 从而使LED芯片12间接地设置在基台14上。在一个方面中，第一基台 82可包括任何合适的材料，并且可以是导电和/或导热或者非导电和/或非 导热的。在一个方面中，第一基台82可包括具有内部散热片以及用于与 基台14的一部分物理地、电气地和热通信的电气部件的塑料主体。在其 它方面中，第一基台82可包括陶瓷材料，诸如低温共烧陶瓷(LTCC)材 料、高温共烧陶瓷(HTCC)材料、矾土、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、 玻璃和/或铝板材料。在其它方面中，第一基台82可包括塑料材料，诸如 聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、液晶聚合物(LCP) 或者硅树脂。第一基台82可包括任何合适的尺寸和/或形状，例如，基本 为正方形、矩形、圆形、椭圆形、规则的、不规则的或者非对称的形状。 LED芯片12可使用任何合适的材料和/或技术(例如，焊料附接、预形成 附接、焊剂或者无焊剂共融附接、硅环氧树脂附接、金属环氧树脂附接、 热压缩附接和/或其组合)来管芯附接，以直接电连接封装件内的LED芯 片12。

图6C示出了发光器部件85的另一个实施方式。如图6C所示，如先 前在图2B中示出和描述的，LED芯片12、透镜16和光学元件22可分别 布置在中间基台25上。在一个方面中，透镜16能够以CoB阵列直接附 接到中间基台25。中间基台25可包括任何导电和/或导热材料。中间基台 25同样也可包括非导热或者非导电材料。中间基台25可允许选择性地定 位一个或多个光学元件22，以产生期望的光束图案或者形状。

图7是整体指定为90的发光器部件的示意图。在该实施方式中，相 对于以虚线表示的中心布置的和圆形形状的波束图案P的光学元件22的 位置可更清晰地辨别，因为透镜16已经被移去，使得可看出光学元件22 的“轨迹(footprint)”。光学元件22可如示出的与透镜16间隔开和/或在 没有透镜16的情况下使用。如示出的，光学元件22的弯曲可将来自LED 芯片12的光向内朝向基台14的中心投射或者反射，由此产生适于灯泡和 /或灯具应用的基本为类圆形或者圆形的光束图案P。可预料到，光学元件 22也可布置成使得光束图案可在基台14上的偏离中心或者非中心布置的 区域中产生(诸如，从部件90的边缘、拐角或者侧边产生光)。如图7中 示出的，圆形形状的光束图案P可从基本为正方形的透镜16的阵列(未 示出)(其包括从其延伸的光学元件22)中产生。光学元件22可直接从透 镜16延伸(未示出)和/或与透镜16隔开(在先前附图中示出)。当光学 元件22与透镜16隔开时，光学元件22可布置在相应的透镜16与基台14 的最外边缘之间，以及在相应的LED芯片12(未示出)与基台14的最外 边缘之间。

本文中描述的元件可包括任何合适的尺寸。在一个方面中，基台14 可包括其中每个边大约为50mm或更小的正方形。在其它方面中，基台 14可包括其中每个边大约为25mm或更小的正方形。在进一步的方面中， 基台14可包括其中每个边大约为10mm或更小的正方形。同样在本文中 考虑矩形和圆形的基台14。基台14可包括任何合适的厚度，例如，基台 14可包括大约5mm或更少、大约1mm或更少或者小于大约1mm的厚度。 LED芯片12的阵列可包括以任意间隔来隔开的LED芯片12，例如，LED 芯片12可被间隔开大约20mm或更少、大约10mm或更少、大约7mm或 更少、大约5mm或更少或者小于5mm，并且可取决于LED芯片的尺寸。

图8A和图8B示出了能够结合发光器部件10、15以及任何其它如本 文中示出和描述的实施方式的发光产品。考虑任意数量的发光应用和产 品；仅为示意性目的而不是作为限制，示出了整体指定为100的灯泡和整 体指定为110的照明器具。如图8A，以虚线示出了发光器部件10可结合 在LED灯泡100内。例如，基台14可布置在灯泡100内的保持构件102 或者散热构件上。在一个方面中，基台14可被固定或者使用螺丝固定在 保持构件102上。如先前描述的，发射器部件10可包括以正方形阵列(图 1)布置在基台14上的一个或多个LED芯片12的阵列。每个LED芯片 12(图1)可布置在透镜16下方，透镜16具有以CoB结构直接附接并布 置在基台14上的透镜底座20(图1)。例如，以正方形阵列布置的LED 芯片12(图1)可有利地最小化管芯附接和焊线步骤，然而从正方形阵列 发射的常规光束图案并未针对灯泡应用而进行优化。应注意，本文中描述 的包括新颖的光学元件22的部件可产生预定的光束图案，诸如可更适于 某些发光应用的圆形光束图案，并且可有利地改善LED发光设备(诸如 灯泡100)的光发射。

同样的，图8B示出了结合发光器部件10的照明器具110。照明器具 110可包括在个人、商业的和工厂照明应用中使用的小聚光灯或者“罩” 灯。发光器部件10可布置在安装基板或者表面112上，并且可经由布置 在LED芯片12(其布置在相应透镜16的下方)的非圆形阵列(图1)外 部的一个或多个光学元件22来有利地产生改善的圆形形状的光束图案。

在图中所示的以及上面描述的本公开的实施方式是可在所附权利要 求的范围内做出的多个实施方式的示例。可考虑到，具有改善的光提取的 新颖的发光器部件以及制作其的方法可包括除了所具体公开的那些之外 的多种配置。同样可考虑到，本文中公开的用于提供改善的光提取和期望 的光束图案的新颖的透镜同样可包括除了所具体公开的那些之外的多种 配置。