有利于背后照明的LED广角发射透镜

摘要

本发明描述了透镜和一些制造技术。广角发射透镜使LED电路小片发出的光折射，从而使峰值强度出现在偏离中心轴的50－80度范围内，并且沿着中心轴的强度为峰值强度的5％到33％之间。该透镜特别适合LCD背后照明的应用。在一个实施例中，该透镜附着于其上安装了LED电路小片的背板上，并且围绕该LED电路小片。该透镜具有在LED电路小片与透镜之间形成空气间隙的中空部分，其中在空气间隙界面处以及外透镜表面界面处使光朝侧面弯曲。该透镜可以是围绕直接模制在LED电路小片上的内部透镜的辅透镜。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是Grigoriy Basin等人于2005年2月28日提交的美国专利申请No.11/069418的部分继续申请(CIP)，其名称为“在LED电路小片上的包覆模制透镜(Overmolded Lens Over LED Die)”，该申请是Grigoriy Basin等人于2004年11月15日提交的美国申请No.10/990208的部分继续申请，其名称为“LED电路小片上的模制透镜(Molded Lens Over LED Die)”。

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)，尤其涉及一些透镜设计以及用于在LED电路小片(die)上形成透镜的技术。

背景技术

LED电路小片通常以朗伯模式发射光。通常在LED电路小片上使用透镜来使光束变窄或者形成侧面发射模式。用于表面安装的LED的常用类型的透镜是预制模制的塑料，其粘结在其中安装了LED电路小片的封装中。转让给Lumileds Lighting的美国专利No.6274924中表示了一种这样的透镜，该专利在此引入作为参考。

发明内容

本文中描述了用于形成用于表面安装LED的透镜的技术以及各种透镜设计。一种特别有效的透镜生成广角发射模式，使得背光源中多个LED发出的光充分混合，从而在液晶显示器(LCD)背光源中生成均匀的光源。

在用于形成透镜的一种方法中，将一个LED电路小片或者多个LED电路小片安装在支撑结构上。该支撑结构可以是陶瓷衬底、硅衬底或者其它类型的支撑结构，其中LED电路小片与支撑结构上的金属衬垫电连接。该支撑结构可以是次级载具，其安装在封装中的电路板或者散热器上。

模具中具有对应于支撑结构上的LED电路小片位置的缺口。这些缺口充满液态、光学透明的材料(例如硅树脂)，当该材料固化时形成硬化透镜材料。这些缺口的形状将为透镜的形状。该模具和LED电路小片/支撑结构被集合在一起，使得每个LED电路小片存在于相关缺口中的液态透镜材料内。

然后，加热该模具以使透镜材料固化(硬化)。然后分离该模具和支撑结构，从而在每个LED电路小片上留下完整的透镜。这种一般的过程称作包覆模制(over molding)。

可以利用不同模具重复该包覆模制过程，从而生成同心或者重叠的透镜壳。每个透镜可以具有不同的属性，例如包含磷光体、为不同的材料、提供不同的辐射模式、具有不同的硬度值、具有不同的折射率或者可以由不同技术(例如UV相对于加热)固化。

在另一实施例中，在包覆模制透镜上固定辅透镜。该包覆模制透镜简化了辅透镜的设计和制造。在另一实施例中，描述了一种广角发射透镜，其不需要包覆模制透镜。

附图说明

图1是安装在支撑结构(例如次级载具)上的四个LED电路小片以及用于在每个LED电路小片周围形成透镜的模具的侧视图。

图2是插入充满液态透镜材料的模具中的缺口中的LED电路小片的侧视图。

图3是LED电路小片的侧视图，这些LED电路小片在液体已经固化之后从模具上除下，从而形成了密封每个LED电路小片的透镜。

图4是位于次级载具或者电路板上的LED电路小片阵列的透视图，其中在每个LED电路小片上形成了模制透镜。

图5是安装在次级载具上的倒装LED电路小片的特写侧视图，该次级载具又安装在电路板上并且其中在LED电路小片上形成模制透镜。

图6是安装在次级载具上的非倒装LED电路小片的特写侧视图，该次级载具又安装在电路板上，其中电线将LED电路小片上的n和p金属电连接到电路板上的引线，并且其中在LED电路小片上形成了模制透镜。

图7、8、9、10和11是在其上形成不同透镜的LED电路小片的截面图。

图12是利用本发明技术模制在LED电路小片上的侧面发射透镜的截面图。

图13是利用本发明技术模制在LED电路小片上的准直透镜的截面图。

图14是粘结在已经利用本发明技术模制到LED电路小片上的朗伯透镜上的预制侧面发射透镜的截面图。

图15是用于使用图14的LED和侧面发射透镜的液晶显示器或者其它类型显示器的背光源的截面图。

图16是具有照相机的蜂窝电话的透视图，其使用具有模制透镜的LED作为闪光灯。

图17和18是两种模制透镜的截面图。所有显示的透镜都关于中心轴对称，然而本发明也可以用于非对称透镜。

图19-22表示了用于获得希望发射模式的内部透镜和外壳透镜的表面特征。

图23表示了将高圆顶透镜用于准直发射模式。

图24和25表示了使用硬质外部透镜和软质内部透镜限制电线接点上的应力。

图26-28表示了将各种内部或中间透镜上形成的外部透镜用于侧面发射模式。

图29表示了另一种侧面发射模制透镜。

图30表示了使用模制外壳，每个外壳包含不同的磷光体。

图31表示了在支撑衬底上形成用于形成模制透镜的模具部分。

图32表示了在一部分透镜上沉积金属反射器，以获得希望的发射模式。

图33是在背光源中使用具有侧面发射透镜的LED的液晶显示器的侧视图。

图34是使用具有准直透镜的LED作为RGB光源的背投电视的侧视图。

图35表示了现有技术的LED发射模式(朗伯模式)及其在屏幕上的重叠亮度轮廓。

图36表示了使用本发明透镜的LED的广角发射模式及其在屏幕上的重叠亮度轮廓。

图37表示了图36中LED的发射模式的更详细情况。

图38是根据本发明一个实施例的LED和广角发射透镜的截面图。

图39是图38的透镜的光强度相对于角度的曲线图。

图40是根据本发明另一个实施例的LED和广角发射透镜的截面图。

具体实施方式

首先，常规的LED形成在生长衬底上。在所使用的实例中，该LED为基于GaN的LED，例如AlInGaN LED，以用于生成蓝色或UV光。通常，利用常规的技术在蓝宝石生长衬底上生长较厚的n型GaN层。该较厚的GaN层通常包括低温成核层和一个或多个附加层，从而为n型包层和有源层提供低缺陷网格结构。然后在该厚n型层上形成一个或多个n型包层，随后形成有源层、一个或多个p型包层和p型接触层(用于金属化)。

将各种技术用于获得对n型层的电通路。在倒装芯片的实例中，刻蚀掉部分p型层和有源层，从而使n型层暴露以进行金属化。这样，p触点和n触点在该芯片的同一侧上，并且能够直接电连接到封装(或次级载具)接触衬垫上。来自n型金属触点的电流起初横向流过该n型层。相反，在垂直注入(非倒装芯片)LED中，在该芯片的一侧上形成n触点，而在该芯片的另一侧上形成p触点。通常利用电线或者金属桥形成与p或n触点之一的电接触，并且其它触点直接粘结到封装(或次级载具)接触衬垫上。在图1-3的实例中，为了简化，使用了倒装LED。

在均转让给Lumileds Lighting的美国专利No.6649440和6274399中描述了形成LED的实例，两篇文献在此引入作为参考。

可选的是，将导电衬底粘结到LED层(通常粘结到p型层)，并且去除蓝宝石衬底。可以将一个或多个LED电路小片粘结到次级载具上，并且导电衬底直接粘结到该次级载具上，这将参照图5和6进行更详细的描述。可以将一个或多个次级载具粘结到印刷电路板上，其包含用于连接到其它LED或者电源的金属引线。该电路板可以使各个LED串连和/或并联。

所形成的特定LED以及是否将它们安装在次级载具上对于理解本发明而言并不重要。图1是安装在支撑结构12上的四个LED电路小片10的侧视图。该支撑结构可以是次级载具(例如具有金属引线的陶瓷或者硅)、金属散热器、印刷电路板或者任意其它结构。在本实例中，该支撑结构12是具有金属衬垫/引线的陶瓷次级载具。

模具14具有缺口16，这些缺口对应于每个LED电路小片10上希望的透镜形状。模具14优选地由金属制成。将非常薄的不粘膜18放置在模具14上，该膜具有模具14的一般形状。膜18具有防止硅树脂粘贴到金属上的公知常规材料。

如果透镜材料不会粘贴到模具上，则无需膜18。这可以利用不粘模具涂层、不粘模具材料或者利用产生不粘界面的模制方法来实现。这些方法可以包括选择某个处理温度以获得最小的粘性。通过不使用膜18，能够形成更复杂的透镜。

在图2中，已经使模具缺口16填充了可热固化的液态透镜材料20。该透镜材料20可以是任意适当的光学透明材料，例如硅树脂、环氧树脂或者混合硅树脂/环氧树脂。可以使用混合物获得匹配的热膨胀系数(CTE)。硅树脂和环氧树脂具有足够高的折射率(大于1.4)，从而在很大程度上改善从AlInGaN或者AlInGaP LED的光提取，以及起到透镜的作用。一种硅树脂具有1.76的折射率。

在支撑结构12与模具14的边缘之间形成真空密封，并且使这两者相互按压，使得每个LED电路小片10插入液态透镜材料20中，并且使透镜材料20受压。

然后，将该模具加热到约150摄氏度(或者其它适当的温度)，持续一段时间，从而使透镜材料20硬化。

然后将支撑结构12与模具14分离。膜18使得所生成的硬化透镜可以很容易地从模具14上脱离。然后去除膜18。

在另一实施例中，首先可以利用诸如粘合剂中的硅树脂或者磷光体颗粒之类的材料覆盖图1中的LED电路小片10。利用其它材料填充模具缺口16。当继而将该电路小片放置在模具中时，在覆盖材料上成型该模具材料。

图3表示了由此得到的在每个LED电路小片10上具有模制透镜22的结构。在一个实施例中，该模制透镜的直径在1mm与5mm之间。该透镜22可以为任意尺寸或形状。

图4是由此得到的结构的透视图，其中支撑结构12支撑LED电路小片阵列，每个LED电路小片具有模制透镜22。所使用的模具具有相应的缺口阵列。如果该支撑结构12是陶瓷或者硅次级载具，则能够通过锯开或者断开次级载具12使每个LED(连同其下面的次级载具部分)分开，从而形成单独的LED电路小片。可替换的是，可以使支撑结构12分成/切成LED支撑子组，或者可以使用该支撑结构，而不分开/切开。

该透镜22不仅改善了从LED电路小片的光提取，以及折射光以生成希望的发射模式，该透镜还密封了LED电路小片，以保护该电路小片免受污染、增加机械强度以及保护任何电线连接。

图5是由任意适当材料制成的次级载具24上的单个倒装LED电路小片10的一个实施例的简化特写图，该材料例如陶瓷或者硅。在一个实施例中，次级载具24起到图1-4中的支撑结构12的作用，并且通过锯切将图5的电路小片/次级载具与图4的结构分开。图5的LED电路小片10具有底部p型接触层26、p型金属触点27、p型层28、发光有源层30、n型层32和n型金属触点31，该n型金属触点31接触n型层32。次级载具24上的金属衬垫与触点27和31直接金属焊接。通过次级24的通路在次级载具24的底表面上的金属衬垫中终止，这些金属衬垫焊接到电路板45上的金属引线40和44。该金属引线40和44连接到其它LED或者电源。电路板45可以是具有覆盖绝缘层的金属引线40和44的金属板(例如铝)。利用图1-3的技术形成的模制透镜22密封LED电路小片10。

图5的LED电路小片10还可以为非倒装电路小片，其具有将顶部n型层32与次级载具24上的金属衬垫相连的电线。该透镜22可以密封电线。

在一个实施例中，该电路板45本身可以是图1-3的支撑结构12。图6表示了这样的实施例。图6是具有通过电线38与电路板45上的金属引线40相连的顶部n型金属触点34的非倒装LED电路小片10的简化特写图。该LED电路小片10安装在次级载具36上，该次级载具在图6的实例中为金属板。电线42使p型层26/28与电路板45上的金属引线44电连接。透镜22被显示为完全封装电线和次级载具36；然而，在其它实施例中，无需密封整个次级载具或者整根电线。

普通的现有技术的密封方法是旋涂保护涂层。然而，该密封方法不适于向LED电路小片添加磷光体涂层，这是因为LED上的密封剂的厚度是不均匀的。而且，这些密封方法不会形成透镜。普通的用于在LED电路小片上提供磷光体的技术是利用硅树脂/磷光体组合物填充LED电路小片周围的反射杯。然而，该技术形成具有变化厚度的磷光体层并且不会形成适当的透镜。如果需要透镜，则附加的处理仍然必须形成塑料模制透镜，并且将其附着于LED电路小片上。

图7-11表示了可以利用上述技术形成的各种透镜。

图7表示了已经利用任意适当的方法涂敷了磷光体60的LED电路小片10。一种这样的方法是利用电泳，如美国专利No.6576488中所述，该专利被转让给Lumileds Lighting，并且在此引入作为参考。适当的磷光体是公知的。利用上述技术形成透镜22。该磷光体60受到LED发射(例如蓝光或者UV光)的激励，并且发射具有不同波长的光，例如绿色、黄色或者红色。该磷光体发射可以单独或者与LED发射一道生成白光。

利用磷光体涂敷LED的方法耗费时间。为了消除利用磷光体涂敷LED电路小片的过程，可以将磷光体粉末与液态硅树脂混合，从而使其嵌入透镜62中，如图8所示。

如图9所示，为了在LED电路小片上提供具有仔细控制的厚度的磷光体材料，利用上述技术形成内部透镜64，并且(使用具有更深和更宽缺口的模具)将独立的模制步骤用于直接在内部透镜64上形成具有任意厚度的外部磷光体/硅树脂壳66。

图10表示了可以利用其它模具在该磷光体/硅树脂壳66上形成的外部透镜68，以进一步使光束定形。

图11表示了分别位于透明硅树脂壳76、78和80上的红色、绿色和蓝色发射磷光体的壳70、72和74。在这种情况下，LED电路小片10发射UV光，并且红色、绿色和蓝色发射的组合生成白光。利用上述方法制造所有壳。

能够利用上述模制技术形成许多其它形状的透镜。图12是LED10、次级载具24和模制侧发射透镜84的截面图。在一个实施例中，由弹性非常好的材料形成透镜84，例如硅树脂，当其从模具上除下时弯曲。当该透镜不是简单形状时，通常不使用脱落膜18(图1)。

图13是LED 10、次级载具24和模制准直透镜86的截面图。能够利用可变形模具或者利用软透镜材料制造该透镜86，其在从模具拉下时收缩，并且在从模具上取下之后扩展到其模制形状。

图14表示了如何能够将预制的透镜88附着于模制朗伯透镜22上。在图14的实例中，按照前述方式形成透镜22。透镜22用于密封并且保护LED 10免受污染。然后利用UV可固化粘结剂或者机械夹具将预制的侧发射透镜88附着于透镜22上。该透镜形成技术相对于常规技术而言具有优点。在常规技术中，将预制的透镜(例如侧发射透镜)粘结附着于LED电路小片上，并且通过注入硅树脂填充任意的间隙。常规的方法难以实现，尤其是因为为了透镜放置和间隙填充步骤需要仔细定位独立的电路小片/次级载具。使用图14的本发明技术，能够通过在每个LED上形成模制透镜，同时地密封大LED阵列(图4)。然后，能够在LED仍处于该阵列(图4)中的同时或者在分离之后，将预制的透镜88附着于每个模制透镜22上。

此外，能够使该模制透镜非常小(例如1-2mm直径)，不同于常规的透镜。因此，能够形成非常小、完全密封的LED。能够使这些LED具有非常低的轮廓，这对于一些些用途而言是有益的。

图14还表示了电路板45，其上安装了次级载具24。该电路板45上可以已经安装了LED/次级载具24的阵列。

图15是用于液晶显示器(LCD)或者其它使用背光源的显示器的背光源的截面图。通常用于电视机、监视器、蜂窝电话等。该LED可以是红色、绿色和蓝色的，以生成白光。该LED形成二维阵列。在所示实例中，每个LED的结构如图14所示，但是可以使用任意适当的透镜。优选利用白色反射散射材料涂敷背光盒体的底部和侧壁90。直接位于每个LED上的是白色散射点92，以防止光斑从直接位于每个LED上的该背光源发射。这些点92受到透明或者散射PMMA片94的支撑。侧发射透镜88发射的光在该背光源的下部分中混合，然后在从上部散射器96出射之前，在该背光源的上部分中进一步混合。可以将线性LED阵列安装在窄电路板45上。

图16表示了具有模制透镜22的LED 10，其用作照相机中的闪光灯。图16中的照相机是蜂窝电话98的一部分。该蜂窝电话98包括彩色屏幕100(其可以具有使用本文中所述的LED的背光源)和键盘102。

如参照图10所述的，可以在内部壳上形成外部透镜，以进一步使光束成形。根据各种壳的要求，可以使用不同的壳材料。图17-30表示了可以结合包覆模制方法使用的各种透镜和材料的实例。

图17和18表示了用于使用上述模制技术形成的内部壳的两种模制透镜形状。可以将许多LED 10安装在相同支撑结构12上。该支撑结构12可以是如前所述的具有金属迹线和接触衬垫的陶瓷或者硅次级载具。可以将任意数量的LED安装在相同的支撑结构12上，并且通常按照相同方式处理相同支撑结构12上的所有LED，然而这不是必须的。例如，如果支撑结构大，并且整个LED阵列的光模式是确定的，则每个LED透镜可以不同，以提供确定的整体光模式。

可以注入下填充材料，以填充LED电路小片10底部与支撑衬底12之间的任何间隙，从而尤其防止在LED下存在任何空气间隙，并且改善热传导。

以上已经参照图3-6描述了图17，其中内部模制透镜22通常为用于朗伯辐射模式的半球形。图18中的内部模制透镜106通常为具有圆形边缘的矩形。根据外部透镜所提供的辐射模式，内部模制透镜22或106之一可能更适合。其它形状的内部模制透镜也可能适合。每个透镜的俯视图通常为圆形。

图19表示了图18的结构，其中该透镜外表面具有使光折射以获得希望的辐射模式的模式。可以直接在内部模制透镜中形成外表面模式(利用模具本身)，或者可以在包覆模制在内部模制透镜上或者利用粘结剂(例如硅树脂、环氧树脂等)附着于该内部模制透镜的外部透镜中形成外表面模式。模式108为衍射光栅，而模式110使用二元台阶来折射光。在这些实例中，该模式形成了具有图20所示辐射模式的一般侧发射透镜。在图20中，峰值强度出现在50-80度内，并且显著大于0度时的强度。

对于内部透镜的要求通常与对外部透镜的要求不同。例如，该内部透镜应当具有对支撑结构的良好粘性，不应是黄色的或随时间变得更加不透明，应当具有高折射率(大于1.4)，不应中断LED的任何电线或向其施压，应当经受得住高LED温度，并且应当具有相兼容的热系数。该内部透镜应当为非刚性的(例如硅树脂)，以便不在LED或者任何电线上施加压力。相反，外部透镜材料通常仅需要能够形成所希望的模式，并且粘附到内部透镜。可以包覆模制该外部透镜，或者可以预制该透镜并且粘附附着于内部透镜。用于外部透镜的材料可以是UV可固化的，而用于内部透镜的材料可以是热固化的。热固化比UV固化花费更长的时间。一般而言，内部透镜材料的硬度范围为Shore 005-90，而外壳的硬度范围是Shore A 30或更大。

图21表示了在透镜外表面上形成的菲涅尔透镜模式112，其用于生成与图20类似的一般侧发射光模式。如参照图19所述的，该外表面可以是内部模制透镜的外表面，或者外壳的外表面。这适用于本文中所述的所有模式。

图22表示了外部透镜表面上的棱锥形114或者锥形116模式，以生成准直光模式或者其它光模式。

图23表示了用于生成准直模式的高圆顶外部透镜118。

可以配置图19和21-23的表面模式(例如通过改变表面角度)以生成任意的光模式。可以形成全息结构、TIR和其它模式。准直光模式通常用于背投电视机，而侧发射光模式通常用于背后照明LCD屏幕。

图24表示了将柔软(例如Shore XX)材料，例如硅树脂胶用作内部模制透镜124，从而不会对与LED 10相连的电线126施压。该凝胶通常是UV固化的。可以模制该外部透镜128，或者可以预制该透镜并且利用粘结剂粘附。该外部透镜128的耐久性、对颗粒的阻力等通常强得多。该外部透镜128可以是硅树脂、环氧硅树脂、环氧树脂、硅合成橡胶、硬橡胶、其它聚合物或者其它材料。该外部透镜可以是UV或者热固化的。

图25类似于图24，但是具有不同形状的内部模制透镜129(类似于图18)，以用于不同的发射模式或者较低的轮廓。透镜129可以是柔软硅树脂胶。该外部透镜130使发射模式进一步成形，并且保护柔软内部透镜129。

所有附图中的LED可以是倒装或者电线连接类型的。

图26表示了一种LED结构，该结构具有柔软内部模制透镜132，其具有内部透镜所需的属性，该结构还具有用作界面层并且用于结构稳定性的硬中间壳134，以及用于生成侧发射光模式的外部透镜136。该外部透镜136可以是柔软的，以有助于模制处理。可替换的是，可以预制该外部透镜136并使其粘附到中间壳134。使用该中间壳134使得外部透镜材料的选择基本上与内部透镜材料无关。

图27表示了如何可以在中间壳134或者内部透镜132的任意部分上形成外部透镜138。

图28表示了直接在内部透镜144材料上形成外部透镜142。

图29表示了在内部透镜132上模制的侧发射透镜145的另一种形状。可以直接将透镜145模制在LED电路小片10上，而无需任何内部透镜。

图30表示了一种LED，其中每个壳146、147和148包含不同的磷光体材料，例如红色发光磷光体、绿色发光磷光体和蓝色发光磷光体。该LED电路小片10可以发射UV。磷光体颗粒之间的间隙允许UV穿过内部壳，以激励外部壳中的磷光体。可替换的是，仅使用红色和绿色磷光体壳，并且LED电路小片10发射蓝光。红光、绿光和蓝光的组合生成了白光。尤其是，能够调整壳的厚度、磷光体颗粒的密度以及磷光体颜色的顺序，以获得希望的光。可以使用任意形状的透镜。

图31表示了在支撑结构12本身上使用模具模式149。通过利用类似于图1所示方法的方法在支撑结构12上模制模式，或者使用金属化方法，或者使用其它适当的方法，从而形成高折射率材料(例如聚合物)或者反射材料(例如铝或银)。然后，将该模具模式149用作形成透镜150的另一种材料的模具。在一个实施例中，该透镜150的材料为液体(例如硅树脂)，将其沉积在支撑结构12上形成的模具中，然后固化。然后可以使该表面平面化。所生成的透镜通过使入射到诸如反射杯的壁上的光反射/折射，而使光准直。

图32表示了模制透镜22，其中金属151喷涂在其侧面周围，从而反射LED 10发射的光。LED 10散射该反射光，并且最终通过顶部开口射出。该金属151可以是任意的反射材料，例如铝或银。取而代之，可以将该金属喷涂在透镜22的顶部，从而生成侧发射模式。可以将该透镜22制成任意形状，从而生成希望的光发射模式。

图3 3是液晶显示器(LCD)152的侧视图，该液晶显示器具有LCD屏幕154，其具有可控RGB像素，该显示器还具有漫射器156和用于将红色、绿色和蓝色LED 160发射的光混合以生成白光的背光源158。该背光源158是漫反射盒。该LED 160具有使用上述技术中的任意技术制成的侧发射透镜。

图34是背投电视机162的侧视图，该电视机具有前透镜164，用于使特定视角内的图像变亮，以及一组红色、绿色和蓝色LED 166，用于调制并聚焦RGB光以生成彩色电视图像的调制器/光学器件170，以及反射器172。该调制器可以为可控反射镜阵列、LCD板或者任何其它适当的设备。该LED 166具有利用上述技术中的任意技术制造的准直透镜。

如上所述，能够设计主透镜或者辅透镜，以生成侧发射模式。当希望混合多个LED发出的光时，例如当将多个LED发出的光用于生成LCD板的均匀背光源，或者用于装饰照明或者其它应用时，这种侧发射模式是特别有用的。

如图35所示，安装在背板182上的、无透镜或仅具有半球形透镜的LED 180通常发射朗伯模式183的光。该LED阵列180照射漫射屏幕184的背面。该屏幕184可以是图33的LCD背光源中的漫射器156。还显示了每个LED的漫射亮度轮廓185及其半最大值全宽度(FWHM)。除非将LED相互放置得足够近，屏幕184前面的全部光输出将具有显著的明亮光斑。因此，这种背光源需要较高密度的LED，从而导致背光源昂贵。

申请人已经发明了一种广角发射透镜，如图36-38所示，其特别适用于背光源。在图36中，显示了安装到背板190的具有广角发射透镜的LED 188。每个LED电路小片的峰值光发射(Ipeak)出现在偏离中心轴(法线)的50-80度内，如图37所示。优选70-80度之间的范围。设计该透镜，使得沿着中心轴的光发射(I₀)为峰值发射的5％-33％。相应地，每个LED的亮度轮廓192与图35中的亮度轮廓185相比伸展得更宽。因此，图36的背光源中的LED 188的间距可以大于图35中的LED 180的间距，同时获得从扩散屏幕184的相同光输出均匀性。这导致背光源不那么昂贵。

在中心尖端处，亮度轮廓应当没有如漏斗形透镜通常出现的急剧变化。

中心轴强度与50-80度峰值强度的最佳比值取决于用途，例如获得特定背光源亮度所需的LED间距。该峰值强度是沿着中心轴的强度的至少三倍，并且在图37的实施例中，该比值在4-8之间。

图38是具有上述特性的广角发射透镜的一个实施例的截面图。如参照图1-6所述的，LED电路小片194安装在由陶瓷、硅或者其它材料制成的衬底或者次级载具196上，并且如参照图1-6所述的，第一透镜198模制在LED电路小片194上。可以将多个电路小片安装在单独的大次级载具上。透镜198可以由任何例如硅这样的适当的材料制成。

然后分离出该次级载具196，并且利用焊料再流动技术或者其它适当的技术将其安装在背板190(一种PCB)上。

预制具有希望的广角发射特性的辅透镜202。该辅透镜可以是注模或者机加工的塑料或者其它材料。这些材料包括COC、COP、PMMA、环氧树脂、硅树脂、玻璃或者任何其它适当的材料。然后安装辅透镜202，使其叠加在第一透镜198上面，并且接触背板190以提供支撑。空气间隙204(或者其它低折射率材料间隙)生成内部折射界面，其使光朝侧面弯折。辅透镜202的外表面与空气的界面进一步使光弯折，以获得50-80度内的峰值强度。该辅透镜202可以直接接触第一透镜198；然而，必须改变辅透镜202的形状，以获得相同的广角发射模式。

在另一个实施例中，辅透镜202接触次级载具196而不是背板190，并且受到该次级载具的支撑。

可以利用粘结剂(例如环氧树脂)将辅透镜202固定在背板或次级载具上，或者可以利用snap-tab连接使其附着。

通过使辅透镜202相对于次级载具固定，与使辅透镜202相对于背板固定相比，实现了对光发射的稍微更好的控制，这是因为LED和第一透镜198在背板上的高度可以随着安装参数略微改变。

具有非球面圆顶内部空气间隙的非球面辅透镜202是一种容易模制的简单设计。在背板190附近底切该透镜202，以在该底切表面处向上反射光，使得光不会朝背板190向下发射。这样避免了光环，并且提高了背光源的光输出。

图39表示了图38的LED的光强度相对于角度的曲线图。峰值强度约为72度，并且沿着中心轴的强度约为峰值强度的10％。

在另一个实施例中，辅透镜202的表面包含如参照图19、21和22所述的微结构，其进一步使光折射，以获得希望的发射模式。

图40是具有透镜206的LED 194的截面图，该透镜具有全内反射(TIR)部分208。该TIR部分208为漏斗形。该TIR部分208使得向上发射的大部分光在内部反射，并且通过侧部分210发射。这种设计有利于减少沿着中心轴的强度，同时仍然提供50-80度内的峰值强度以及沿着中心轴的在峰值强度的5-33％之间的强度。可以在图33的背光源中采用任意的透镜实施例。

图38和40以及其它附图中的辅透镜还可以用于LED电路小片上，而无需模制第一透镜。然而，与模制第一透镜一起使用是优选的，以保护LED。辅透镜的直径通常在4-10mm之间的范围内。

尽管已经显示并且描述了本发明的特定实施例，但是显而易见的是本领域技术人员可以在不背离本发明的较宽范围的情况下进行修改和变化，因此，所附权利要求书应在其范围内包含落入本发明实际精神和范围内的所有这样的修改和变化。