本發明涉及LED照明單元，例如用于使用在相機或視頻閃光燈應用中，諸如用于移動電話或者諸如平板電腦和膝上型計算機之類的其它便攜式移動設備的閃光燈單元。

背景技術：

存在使LED照明單元小型化的趨勢。緊湊的LED照明單元可以例如被視為具有小于3mm的封裝高度以及具有小于100mm²的面積的輸出孔徑的照明單元。這種類型的緊湊的照明單元可以集成到諸如移動電話之類的便攜式設備中。

諸如閃光燈LED封裝之類的緊湊的LED照明單元典型地包括高功率LED以生成通常在大約5000-6500K的色溫處的白光，其通過與LED封裝直接集成或者與用于透鏡和LED封裝的分離外殼集成而與菲涅爾光學透鏡組合。

這些封裝典型地使用覆蓋有磷光體層的高功率藍色LED，所述磷光體層將部分的輻射轉換到綠色-紅色頻譜范圍中以導致白色色點。藍色LED典型地具有1mm²的大小并且安裝在陶瓷支撐襯底上。LED襯底的總體外部尺寸例如典型地為1.6x2.0mm。一些封裝由于磷光體層而看起來非常黃；通過在LED磷光體頂部上和周圍模制白色散射材料而使其它封裝看起來白得多。消費者往往不喜歡在通過菲涅爾透鏡放大時的黃色外觀，并且因而有時候偏愛顯現關斷狀態白色（OSW）的封裝，即便效能通過額外的白色散射層而降低。

這種類型的閃光燈LED例如作為閃光燈單元而應用在移動電話應用中。為了在由相機捕獲的4:3或16:9場景上聚集光，最初具有強度的朗伯型角分布的閃光燈LED的光通過菲涅爾透鏡準直。這可以通過將LED封裝和分離的菲涅爾透鏡夾緊成封裝組裝件而實現，例如具有大約3mm的典型高度。如上文所提及的，菲涅爾透鏡可以替代地與LED封裝組合到薄PCB上而作為一個集成的、更為緊湊的單元。

圖1示出具有頂表面上的菲涅爾透鏡光學結構的LED照明單元1。將透鏡模制在薄PCB上的LED封裝周圍并且這可以例如實現2.2mm的降低的構建高度。

菲涅爾透鏡的一個示例包括以刻面形式的光學元件，其在透鏡的中心折射光，并且在透鏡的周界處向上反射光以便準直由LED發射的光。全折射透鏡也是可能的。

菲涅爾透鏡需要位于距LED的某個最小距離處以便作為透鏡恰當地工作，并且需要LED的位置向菲涅爾透鏡的光學中心的仔細對準。

具有菲涅爾透鏡的閃光燈LED的構建高度對移動電話制造商非常重要，因為有辨識力的趨勢是使移動電話越來越薄并且使用越來越少的空間以用于電話內部的組件，尤其是在深度方向上。電話中的組件的構建高度中的突破因此非常重要。

除物理尺寸限制之外，存在針對由閃光燈LED封裝發射的射束輪廓的具體要求。這些要求涉及由相機捕獲的場景的光照并且可以例如通過在場景上投射光來測量。

使用已知菲涅爾透鏡設計的閃光燈單元具有若干限制。存在如上文指示的LED源和菲涅爾透鏡之間所要求的基本距離。為了使封裝更薄，透鏡和LED封裝的橫向尺寸需要按比例縮小。這意味著更小的LED，其給出對可以生成的光的量的限制。例如，對于1x1mm²的典型LED管芯，具有菲涅爾透鏡的構建高度限于大約2mm。

關于這樣小的構建高度的問題在于，光學組件（菲涅爾透鏡或其它準直光學設備）非常接近于其中單元安裝在底層電路板上的位置。如果使用回流焊接在電路板上安裝LED單元，則光學組件暴露于高溫，其可能不是光學組件設計所容易容許的。

技術實現要素：

本發明由權利要求限定。

根據本發明，提供了一種LED照明單元，包括：

支撐結構；

安裝在支撐結構內的基于LED的發光結構；以及

在支撐結構的頂部之上的光學射束成形布置，

其中光學射束成形布置包括微結構化層，其包括光學透明且熱學穩定的材料，并且其中支撐結構在基于LED的發光結構的上方、小于基于LED的發光結構的發光面積的平方根的高度處支撐射束成形布置的微結構化層，

并且其中微結構化層包括微型元件的至少一個陣列，每一個微型元件具有在頂部頂點處相遇的一個或多個側面，其中一個或多個側面從其基底向頂部頂點是筆直的。

該設計優選地能夠承受在回流焊接期間所遭遇的短持續時間高溫，使得甚至在小單元高度的情況下，其也可以例如焊接到底層印刷電路板。在該回流焊接期間，微結構化層應當在沒有皺褶或隆起并且此外沒有泛黃的情況下保持尺寸穩定（沒有大小損失）。這對于諸如聚碳酸酯基底層上的丙烯酸樹脂之類的一些常規材料也許是不可能的。

術語“微結構化”用于指代具有mm尺度或者更小的各個結構尺寸的小成形元件。

射束成形布置可以充當透射和準直部分入射光的微準直結構。脊部設計使得高度能夠降低而同時保留光學準直功能。脊部充當光回收元件。

該設計使得能夠使用LED發射器的更大輸出面積（對于給定總體橫向尺寸而言），其因而能夠產生更多的光。可替換地，對于給定大小的光學輸出，總體設備可以在橫向尺寸方面制作得更小而同時實現相同的光學輸出。

微型元件可以是在給出一維重復的線上延伸的脊部（或谷部），或者它們可以是形成二維重復的角錐體。它們還可以是從基底延伸到頂部頂點的圓錐體（因而僅具有單個側面）。在所有情況下，一個或多個側面從基底向頂點筆直延伸，其中沒有彎曲的透鏡狀表面。因而，在通過與經過頂點的層垂直的平面的截面中，側面是筆直的。然而，微結構沿其延伸的線（即，在層的平面中）可以是筆直或彎曲的。

高度限制是在基于LED的發光結構的表面上方的高度。在直射發射LED的情況下，該表面是LED管芯的表面。如果使用白色磷光體轉換的LED，則高度限制是在磷光體的上表面上方的高度。對于預圖案化的藍寶石襯底LED，高度被視為在外延層上方。將高度取到射束成形布置的微結構化層的底部。

術語LED意圖一般是指固態發射器，即包括無機LED、有機LED或激光二極管的發光二極管。

作為示例，如果發光面積為1mm²，微結構化層的高度則小于基于LED的發光結構之上1mm。

一般地，高度可以小于0.5mm以使得能夠實現極其緊湊的設備。

支撐結構可以包括在基于LED的發光結構和光學射束成形布置之間延伸的反射側壁。照明單元然后起作用以回收尚未被透射通過光學射束成形布置的LED光的部分以便獲得期望的射束輪廓。

微結構化層可以包括硅酮或混合硅酮或硅酸鹽（特別地，T分枝或Q分枝材料，而不是離子結構）或混合硅酸鹽或溶膠-凝膠材料。術語“T分枝”在本申請中意指存在附連到三個（聚）硅氧烷鏈的至少一個硅原子。優選地，該硅原子化學鍵合到每一個（聚）硅氧烷鏈的氧。術語“Q分枝”在本申請中意指存在附連到四個（聚）硅氧烷鏈的至少一個硅原子。優選地，該硅原子化學鍵合到每一個（聚）硅氧烷鏈的氧。這些T分枝和Q分枝結構本身是已知的，例如如在EP2599835中所公開的。

T分枝硅酸鹽可以被稱為倍半硅氧烷。這使得能夠使用低成本工藝進行制造并且其使得能夠實現高熱學和光學穩定性。可以替代地使用其它材料，諸如玻璃（例如通過注塑成型）或者圖案化的藍寶石板。

光學射束成形布置可以可選地包括基底層以及在基底層之上的微結構化層。基底層提供結構剛性，如果微結構化層單獨地不具有所要求的剛性的話。

粘合促進層可以提供在基底層與微結構化層之間。粘合促進層可以包括包含硅烷、鈦酸鹽或鋯酸鹽的材料。這些材料可以以純凈形式或者混合到諸如硅酮之類的另一個穩定的材料中。

微結構化層可以與第一折射率的第一材料接觸或者通過中間鍵合層鍵合到第一折射率的第一材料，其中微結構化層的材料具有比第一折射率大0.3和0.65之間的折射率。這提供用于使射束成形布置在折射或反射模式中操作以便提供射束成形性質所必要的折射率差異。微結構化層可以替代地使用部分鍵合層而鍵合到基于LED的發光結構，部分鍵合層具有鍵合部分以及第一折射率的第一材料的部分。

第一材料可以包括具有1.0的折射率的空氣，或者具有1.3以下的折射率的低折射率層，或者具有在1.3和1.6之間的折射率的膠合劑或平面化層。膠合劑可以用于將多個基底層和微結構化層對鍵合在一起并且平面化層可以用于保護該結構。

在另一個布置中，微結構化層鍵合到基于LED的發光布置。

該鍵合可以是到基于LED的發光布置的磷光體層。這使得能夠實現最小高度的封裝。LED本身典型地是硬的且非粘性的，但是磷光體層本身可以充當鍵合層。因而，當不存在分離的鍵合層時，最薄的封裝是可能的。該直接接觸將限制射束成形功能，但是將有助于提取更多的光。當微結構化層的折射率高于鍵合材料的折射率時，射束成形功能將通過增加該折射率差異而變得更強。

基于LED的發光結構可以包括：

LED和直接在LED之上的磷光體；或者

LED和填充支撐結構的磷光體；或者

LED和在第一微結構化層下面且與LED間隔的磷光體層。

在這些示例中的一些中，磷光體層因而可以在面積方面大于LED的光輸出面積，從而向上方的一個或多個光學層提供更加均勻的光照。

單元可以包括堆疊中的多個射束成形布置，并且包括射束成形布置之間的空氣間隙或者射束成形布置之間的粘合劑。

單元可以包括相機閃光燈單元，并且本發明還提供一種包括相機光學傳感器和本發明的閃光燈單元的移動便攜式設備。

附圖說明

現在將參照隨附各圖詳細地描述本發明的示例，其中：

圖1示出具有封裝的上表面上的集成菲涅爾透鏡的已知LED閃光燈；

圖2示出利用高功率陶瓷上管芯（“DoC”）LED封裝的LED閃光燈的各種示例；

圖3示出使用陶瓷上管芯封裝的LED閃光燈和使用所謂的基于PSS（預圖案化的藍寶石襯底）的技術封裝的其它更小封裝的一些另外的示例；

圖4示出一個微結構化層的可能結構；

圖5示出具有更清楚地示出的射束成形準直器設計的一個示例的LED閃光燈結構；

圖6示出給出在來自點光源的光線方向上的一個微結構化層的效果的模擬；

圖7示出具有非常低的構建高度的LED閃光燈組件的各種示例，所述構建高度在PSS發射器上的各種封裝構造中實現；

圖8示出一個封裝中的多LED發射器閃光燈組件的示例；

圖9示出可以實現的一些光學射束成形功能；

圖10示出用于射束成形布置的微結構化層的兩個可能的取向；

圖11示出用于射束成形布置的微結構化層的兩個另外的可能設計；

圖12示出用于射束成形布置的微結構化層的兩個另外的可能設計；

圖13示出回流焊接烘箱溫度輪廓的示例；

圖14示出使用LED單元作為閃光燈的相機的示例；

圖15以透視圖示出光學層的兩個不同的設計；以及

圖16示出光學層如何執行光學回收功能。

具體實施方式

本發明提供了一種基于LED的照明單元，其包括支撐結構、基于LED的發光結構以及支撐結構的頂部之上的光學射束成形布置。光學射束成形布置包括熱學穩定的微結構化層，并且射束成形布置（的底側）處于基于LED的發光結構上方的小高度處。高度小于基于LED的發光結構（10）的發光面積的平方根。例如，對于1mm²的發光面積，高度小于1mm，例如小于0.5mm。

光學射束成形布置設計成使得能夠通過回流焊接在載體上安裝照明單元而不損壞光學器件。

在本發明的系統中使用的光學射束成形布置執行射束成形功能。在光以受控出射角度范圍出射的意義下，該功能可以例如至少近似于部分準直功能，以光照期望的視場。在以下示例中，為了便于解釋，該光學功能將在下文中被稱為“準直”，但是將理解到，這不應當被視為限制。例如，各種射束成形功能可以利用不同類型的箔結構實現，諸如對稱或非對稱棱形凹槽、面向源或者背離源的棱形/圓錐/角錐形結構。這些射束成形功能可以例如包括射束重定向或者蝙蝠翼式光照圖案。

簡單地作為示例，將參照如由申請人提出的一些LED單元設計來描述本發明。本發明具體地涉及執行射束處理功能的光學層的設計。所提供的示例包括兩個這樣的光學層，但是本發明可以等同地應用于僅要求一個光學層的結構。

圖2示出各種示例，其利用具有“點擊式”帽體的高功率陶瓷上管芯（“DoC”）LED封裝10，所述帽體合并充當光學射束成形布置12的雙層光學層。該雙層結構功能提供射束成形功能，諸如準直功能。每一層包括以背離光源的細長平行脊部的規則陣列的形式的結構化層。LED 10安裝在形成反射混合箱構造的外殼14的基底處。

外殼主要充當用于在LED 10之上安裝光學射束成形組件的支撐結構，但是其可選地還有助于朝向射束成形組件引導由LED發射的光。出于該目的，外殼可以具有提供支撐物和基底的側壁。基底然后可以用于支撐LED。然而，LED管芯本身可以限定基底，使得外殼然后僅包括側壁布置。該側壁是反射性的以用于LED光的高效遞送。

LED例如是基于InGaN的藍色二極管，其管芯附連到陶瓷基板16。LED可以是具有背側處的電氣接觸件的倒裝芯片管芯。存在典型地具有AlN或Al₂O₃的陶瓷基板16中的電氣通孔，使得電氣接觸件還存在于陶瓷基板16的背側處以使得整個組裝件在背側處可使用焊接墊進行焊接。

該焊接使結構暴露于高溫。例如，回流溫度處置可以導致許多材料的變形或收縮，諸如聚碳酸酯和PET。

可以使封裝大小小于1.5mm，例如小于1.3mm，并且典型寬度在范圍3到5mm中。

圖2示出在實現磷光體層的方式方面不同的五個示例。磷光體層的功能是將來自LED源的藍色輻射的部分轉換到綠色/黃色頻譜范圍中，其與藍色LED發射器組合地創建白光輸出。

圖2（a）示出接近磷光體18。這是在基于菲涅爾透鏡的閃光燈封裝中使用的常規磷光體技術。磷光體直接覆蓋藍色LED芯片。這意味著所有發光區域（芯片輸出和磷光體）都具有最小的大小。這使得發射器成為小的準點源，放大的光學射束成形結構與其對準以準直所發射的光以用于閃光燈操作。

圖2（b）示出相同的結構，但是在外殼中具有包塑件19而不是空氣，并且其示出外殼未必是單件式結構。

圖2（c）示出填充外殼的磷光體20（有時稱為糊塊）的使用。其作為粘性液體而分配并且固化成固態。磷光體仍舊覆蓋LED芯片，但是橫向地延伸并且典型地應用在較厚的層中。源面積得以增強，因為即便藍色LED發射器是小的，磷光體層的發射也覆蓋較大的面積。相比于僅覆蓋LED管芯和/或LED管芯放置到其上的封裝的常規接近磷光體而言，這可以是更為高效的磷光體系統。

圖2（d）示出鄰域磷光體22。這原則上是最高效的磷光體配置，但是在這樣的封裝中不常見。磷光體沒有直接地放置在藍色LED之上，而是位于短距離處，典型地在封裝的出射窗中。在這樣的配置中，期望用于磷光體層的良好冷卻路徑，其可以受磷光體層和LED基底之間的材料的選擇所影響。圖2（e）示出玻璃或半透明氧化鋁（多晶氧化鋁，PCA）層24的添加。

在圖2（a）到2（e）中的每一個中，總體設備是LED照明單元1。外殼14充當反射外殼，其具有反射基底15和開放頂部（圖5中的參考標記51）。

兩個結構化層具有面向上的脊部微結構。脊部是平行的并且因而形成棱形脊部/凹槽結構。其它可能的光學結構例如是角錐體、圓錐體、球形透鏡或柱體透鏡。

層具有典型地在30到150微米范圍中的厚度（包括基底襯底和脊部高度）。每一個脊部具有在10到50微米范圍中的典型寬度。

LED封裝優選地為高度反射性的（例如＞95%），因為微結構化層反射回要回收的入射光的顯著部分。

在LED封裝和射束成形結構之間，并且還在各個微結構化層之間（如果使用多個層的話）提供低折射率層。典型地，低折射率層是空氣界面。組件之間的（多個）中間層的該折射率相對于LED封裝的折射率和微結構化層的折射率是低的。折射率1針對空氣層，LED封裝可以具有針對GaN LED管芯的折射率2.4，磷光體硅酮可以具有1.4-1.53的折射率。

當抵靠微結構化層的結構化表面使用空氣界面時，針對微結構化層的結構化層的折射率可以例如為針對甲基硅氧烷片材的1.41。

圖3示出其中與中等功率LED比較兩個不同的高功率LED的另外的示例。再次，每一個設備包括LED照明單元1。每一個設備具有高度3，并且可能的高度值的示例在圖3中示出。將圖2的陶瓷上管芯（DoC）封裝與所謂的PSS（預結構化的藍寶石）芯片級封裝LED 30以及與具有導線鍵合連接的中等功率LED 31比較。

利用芯片級封裝PSS技術的LED不具有陶瓷基板，但是在其上沉積InGaN LED層的頂部上維持藍寶石生長襯底。背側鍍有電氣連接以使得組件背側可焊接。PSS封裝30可以薄得多，相比于典型地使用0.6mm陶瓷基板的DoC封裝而言為大約0.2-0.3mm高。

對于薄閃光燈，PSS結構30允許更薄的閃光燈高度。

中等功率LED典型地是其中發射器還定位在諸如藍寶石之類的生長襯底上并且以藍寶石襯底向下進行安裝的LED，通常藍寶石襯底利用管芯附連粘合材料而向下膠合到封裝中。利用導線鍵合實現電氣連接，其將封裝內的電氣接觸件連接到LED管芯的頂部。多個LED可以使用在封裝中以實現所要求的光輸出量。

各種中等功率LED連接在串中，其可以是以串聯或者以并聯連接。這些中等功率LED芯片典型地還非常薄，典型地高度為0.2-0.3mm的量級，從而允許薄的總體閃光燈封裝。

圖3組合各種LED類型與各種磷光體類型。磷光體層可以直接沉積在LED芯片上，其被稱為接近磷光體。這樣的磷光體層可以僅覆蓋芯片的頂部，或者包括陶瓷基板的封裝的頂部，或者圍繞在發射器周圍，還覆蓋透明藍寶石襯底的側面。此外，磷光體可以填充將LED放置到其中的封裝。這通常被稱為糊塊磷光體，其中磷光體典型地包括嵌入在封裝（諸如白色模制的引線框架封裝）內所分配的硅酮樹脂中的無機磷光體顆粒。這樣的配置典型地比僅覆蓋發射器管芯的磷光體更加高效。此外，磷光體可以根本不覆蓋LED發射器，而是以小距離分離，典型地通過透明材料（例如硅酮或玻璃或陶瓷）層分離。磷光體層然后定位在封裝頂部的鄰域中，橫向覆蓋封裝以防止來自封裝的藍光泄漏。這樣的鄰域磷光體典型地比以上提及的其它磷光體類型更高效，倘若LED封裝為高度反射性的話。

圖3（a）示出使用如圖3（a）中的接近磷光體的DoC結構。

圖3（b）示出使用接近磷光體的PSS結構30并且示出封裝高度減小到1mm。將PSS LED焊接到腔體外殼中，諸如白色硅酮模制的引線框架封裝。接近磷光體可以保形地沉積在PSS芯片周圍。腔體外殼典型地具有背側接觸件以允許閃光燈LED向PCB的進一步組裝。薄外殼、薄PSS和薄射束成形布置導致大約0.6到1.2mm的高度范圍中的總體薄封裝。射束成形布置12的微結構化層可以附連到外殼的頂部，例如利用粘合膠合劑或者利用粘合帶。

圖3（c）示出使用填充外殼的磷光體的PSS LED封裝30，再次具有在其上安裝LED芯片和外殼側壁的薄反射PCB 32之上的1.2mm封裝高度。外殼可以是模制的白色硅酮框架，其被模制到PCB上或者利用粘合劑附連。當磷光體層局限在反射器的頂部上時，通過外殼和PCB形成的腔體的內部優選地填滿糊塊磷光體或者透明包封材料，諸如硅酮。薄PCB可以具有到背側的互連以用于電氣連接，但是也可以橫向地延伸以能夠將接觸導線焊接到供應接觸件，供應接觸件在外殼區域外部的PCB的頂部上連接到LED。

圖3（d）示出使用填充外殼的磷光體的PSS結構30，再次具有1mm封裝高度，但是具有模制在LED芯片周圍的外殼基底。

圖3（e）示出使用如圖3（d）中的鄰域磷光體的DoC結構，并且圖3（f）示出使用如圖3（c）中所示的糊塊磷光體的多個中等功率LED芯片31，其中芯片在具有導線鍵合連接的外殼的基底處附連到電氣接觸件。繪出兩個中等功率芯片，但是也可以使用三個或更多的芯片以生成充足量的閃光燈光。為了容納使用多個中等功率LED的更高面積，可以增加封裝的橫向尺寸。

除所提及的LED類型之外，還可以在給定的示例中使用豎直薄膜（VTF）LED，其中LED具有在發射器的頂部處、與導線鍵合連接的一個電氣接觸件，以及朝向芯片的背側以用于焊接附連到封裝或PCB的一個電氣接觸件。

因而，PSS芯片可以安裝在模制于PSS組件周圍的反射外殼中，或者芯片可以直接焊接到高反射率襯底，諸如薄PCB或者預制造的光混合封裝，諸如塑料引線芯片載體（PLCC）封裝或者類似的引線框架組件，例如QFN封裝。后面的預模制的封裝比直接在PSS芯片周圍模制封裝更加容易實現。

如之前所提及的，本發明特別地涉及執行光學處理的一個或多個微結構化層的設計以及其在基于LED的發光結構之上的懸掛（通過此意味著裸露LED管芯與用于光轉換時的任何磷光體層的組合）。

微結構化層包括光學透明且熱學穩定的材料，并且支撐結構在基于LED的光發射器上方、0.5mm或更少的高度處支撐微結構化層（或基底層，如果需要一個的話）。本發明可以使得能夠減少在圖3中示出的高度尺寸，特別地當使用接近磷光體時。

微結構可以形成在聚酰亞胺材料中。微結構化層可以替代地利用注塑成型形成在玻璃中或者使用圖案化藍寶石（或其它陶瓷）板。

在一些優選實施例中，微結構化層可以包括硅酮（諸如高折射率硅酮）或混合硅酮，諸如甲基硅氧烷、甲苯基硅氧烷、苯基硅氧烷、環氧官能化硅氧烷或高折射率硅酮或其混合物。常規（即，非混合）硅酮落入兩種主要類型；甲基取代和甲苯基取代，并且第三種類型是苯基取代。混合硅酮具有帶有附加功能以及典型地更高有機含量的其它基團。

硅酮是主要包括連接到硅氧烷聚合物鏈中的硅氧烷基團的材料。硅氧烷基團包括(-O-Si(R₁R₂)-)_n，其是通過氧原子連接到聚合物鏈中的n個硅原子的重復連接。

鏈可以具有硅原子上的側基團，其由R₁和R₂側基團表示。例如，甲基硅酮具有甲基基團作為側基團，其中R₁和R₂相同并且包括-CH₃甲基基團。

甲苯基硅酮具有包括甲基基團的一個基團R₁和包括苯基基團的一個基團R₂，或者包括具有R₁和R₂位置上的取代甲基基團的硅氧烷基團和具有R₁和R₂位置上的取代苯基基團的硅氧烷基團的重復單元或塊。

其它側基團是乙基、丙基、丁基或乙烯基。可以使用相同硅氧烷鏈內的各種側基團的混合物。硅酮材料通常使用以低量存在的其它化學性質的基團而在若干位置處交聯。例如，硅氧烷鏈可以包含乙烯基基團，其具有碳-碳雙鍵，諸如乙烯基封端的硅氧烷鏈，其中乙烯基基團存在于鏈的末端處。乙烯基基團可以使用諸如過氧化物之類的活化劑與另一個硅氧烷鏈上的甲基側基團反應，以便將相鄰的硅氧烷鏈鏈接在一起以形成網絡。乙烯基基團還可以與相鄰硅氧烷鏈上所存在的氫化物（-H）基團反應，諸如存在于R₁或R₂位置中的一些上或者在鏈末端處。這樣的交聯反應可以通過鉑（Pt）催化劑來催化。兩個硅氧烷鏈然后經由源自于乙烯基基團的-CH₂-CH₂-橋接基團而在硅Si原子處互連。

混合硅酮是具有增加的有機含量的硅酮材料。這可以通過將碳氫片段或塊引入到硅氧烷鏈中和/或硅氧烷鏈上的側基團中而實現。碳氫部分可以包含其它官能基團，其給出材料特定性質。例如，碳氫基團可以是包含環氧官能性的側基團，例如脂環族環氧基團。這樣的基團能夠使用適當的UV引發劑進行UV固化以交聯混合硅酮網絡。

作為另一個示例，環氧官能性可以存在于鏈的末端基團中，諸如在環氧丙氧基丙烷基封端的聚二甲硅氧烷中。

還可以填充硅酮或混合硅酮樹脂，諸如以影響機械性質，例如通過利用二氧化硅顆粒填充樹脂。使用二氧化硅作為填充物將保留光學透明度，盡管可能出現略微的霧化/散射，這在薄層的光學功能方面是可以允許的。

在另一個示例中，微結構化層可以包括硅酸鹽或混合硅酸鹽或凝膠溶膠材料，特別地，T分枝或Q分枝的材料，而不是離子結構。相比于硅氧烷，這種類型的硅酸鹽或混合硅酸鹽中的硅原子經由氧原子而連接到多于兩個鍵合位置上的相鄰硅原子。例如，純凈硅酸鹽，諸如SiO₂，在4個位置上經由氧原子連接到網絡中的鄰近Si原子，要么以被稱為石英的規則結晶方式，要么以非規則無定形方式，諸如硅酸鹽玻璃。硅酸鹽還可以是指在Si原子上的3個鍵合位置上經由氧原子連接到鄰近Si原子的材料。Si原子上的第四個鍵合位置可以包含各種基團，其一般地稱為R。

照此，這種類型的硅酸鹽可以在化學上稱為(-(R)SiO_1.5-)_n，其中n是表示結構的重復連接的整數。連接到硅原子的R基團可以包括與存在于硅氧烷中的每一硅原子的兩個R基團類似的各種化學基團。例如，適合的并且高度熱學穩定的硅酸鹽是硅酸甲酯(-CH₃SiO_1.5-)_n。其它化學側基團可以一般地是烴基基團，諸如乙基、丙基、丁基或苯基基團。側基團還可以包含乙烯基、丙烯酸或環氧基團。因為這些后面的示例是反應性的，所以它們可以充當允許經由這些基團固化層的基團，例如通過使用適合的光子引發劑的UV光。具有較高含量的包含碳的有機基團的這些硅酸鹽可以被稱為混合硅酸鹽。各種側基團可以組合在相同層內。

層可以利用小顆粒來強化或填充，諸如以便能夠實現較厚的層而沒有裂縫形成。所添加的顆粒典型地是納米顆粒，其允許層保留透明度，倘若這些顆粒充分小的話，例如在直徑上小于100nm，并且良好地分散在層內部。示例是利用二氧化硅納米顆粒填充的硅酸甲酯的層，例如通過10到20體積百分比填充。結構的精細微尺寸在比硅酮更脆的這些材料中可能是優選的，以允許相對薄的微結構化層中的結構壓印。對于硅酮或混合硅酮，層的彈性通常更容易允許厚涂敷層的實現，諸如100微米厚度，并且因此還允許相對粗糙間距的微結構的壓印。

硅酸鹽層可以類似于硅酮而沉積在基底載體層上。這優選地經由適合的前體材料的液體涂敷過程來完成。這樣的過程典型地被稱為溶膠-凝膠過程，其中前體材料是通常溶解在適當的溶劑中并且涂敷在基底層上的液體。在干燥該層之后，溶膠或溶液將反應并且經由中間凝膠化階段將反應成固體硅酸鹽，其通過增加溫度而加速并且通常通過添加的酸或添加的堿來催化。在該溶膠-凝膠過程期間，可以通過在液體或凝膠狀態中利用適當的印模對層進行印制來圖案化該層。取決于溶劑類型和量，印模可以耗費并且移除來自層的溶劑。主印模可以例如是允許經由擴散對溶劑的耗費和移除的硅酮印模。適當的前體材料的一般表示可以是金屬醇鹽。例如，為了經由溶膠-凝膠過程獲得硅酸甲酯的固體層，將作為硅醇鹽的甲基三甲氧基甲硅烷的溶液溶解在酸性水中。酸可以例如是馬來酸或者醋酸。醇鹽將變得水解，從而導致在完全水解后甲基三羥基硅烷和甲醇的形成。在涂敷并且干燥之后，羥基基團凝結以形成硅酸鹽網絡并且作為反應中的副產物而形成水。

除硅醇鹽之外，還可以使用從金屬醇鹽前體衍生的其它溶膠-凝膠材料，例如鋁醇鹽或者鋯醇鹽或者鈦醇鹽或者其混合物。

溶膠-凝膠材料的商業示例是在商標名稱Ormocer之下銷售的材料，其包括經由溶膠-凝膠過程從液體狀態沉積的材料家族。存在各種材料類型，典型地使用如上文所述的金屬醇鹽前體。材料可以利用UV反應基團（諸如丙烯酸或環氧基團）而官能化以允許UV聚合或UV圖案化。

溶膠-凝膠衍生的材料，諸如從甲基三甲氧基硅烷單體衍生的硅酸甲酯層的以上示例，固有地比硅酮更加穩定。這是由于經由氧橋接基團的三個折疊網絡的形成。這些材料可以承受對300℃或更大的延長暴露，其中經由硅上的兩個氧連接的常規硅酮將失效。

微結構化層可以是自支撐的。如果不是，則其可以提供在基底層之上。基底層還需要是熱學穩定的，并且可以例如包括聚酰亞胺或者熱穩定化的PEN。

一個或多個微結構化層可以通過創建主體印模來制造，例如經由激光圖案化在聚碳酸酯片材中。主體印模然后可以在硅酮中復制以形成主體（master）的負片（negative）。該第二主體然后壓印到涂敷于薄基底箔的液體硅酮前體層中，固化成固體層并且從硅酮主印模釋放。這樣的主體還可以利用諸如鎳之類的金屬進行鍍層和涂敷，以獲得原始物的金屬復制主體。可替換地，主體可以通過金屬部分的精確切割/機械加工來制造以產生金屬主體。

金屬主體板可以通過將液體前體材料（諸如硅酮液體）的層涂敷到基底箔載體支撐物上而復制。

硅酮可以熱固化并且從主體釋放。可替換地，涂敷液體可以是諸如從硅酮供應商商業可獲得的UV可固化的硅酮材料。通過UV光暴露將該層固化到使得其可以以固定微結構化形狀從主體釋放的這樣的程度。隨后，可以在烘箱中對該層進行進一步熱學固化以實現微結構化層的完全固化。

除這些成批過程之外，還可能的是在卷對卷涂敷儀器上制造箔，如在諸如在液晶顯示器中使用的亮度增強膜之類的光學膜的生產中所常見的。在這樣的設置中，拉動基底膜的輥通過滾筒系統并且將其涂敷有涂敷前體的薄液體層，例如使用狹縫式擠壓涂敷。輥然后與旋轉鼓接觸，旋轉鼓包含主體結構，例如鎳主體。通過利用UV光進行閃光，前體在印模與鼓接觸時固化以形成固體微結構化層。可以使用標準UV固化丙烯酸鹽。然而，為了獲得高度熱學穩定性，可以使用硅酮，諸如UV可固化硅酮或者混合硅酮材料，例如硅酮-環氧樹脂材料。

基底箔（當使用時）可以是諸如PET或PEN之類的聚酯。熱穩定化的PEN示出對熱學循環的更好抵抗性。然而，透明聚酰亞胺箔，諸如Mitsubishi Gas Chemical Company（商標）的Neopulim（商標），是優選的，因為這允許由射束成形光學器件形成的帽體在封裝的回流焊接期間承受甚至更多的高溫，因為其承受對大約260度的高焊接溫度的短期暴露。用于基底箔的可替換物是柔性玻璃，例如Corning（商標）Willow玻璃，或者薄且柔性的藍寶石。其它透明陶瓷也是可能的，諸如薄氧化鋁，或者YAG或者LuAG或者尖晶石。

為了獲得向其中復制或浮雕微結構的結構化層和基底箔之間的恰當粘合，可以應用粘合促進中間層。典型地，該粘合促進劑作為薄膜涂敷到基底箔上。粘合促進劑可以包含反應化學基團，其可以對基底箔或預活化的基底箔反應，例如通過使用基底箔的UV-臭氧處置或者氧等離子體或者電暈處置。粘合促進劑層還可以包含反應基團，其可以與硅酮或混合硅酮涂敷層反應，諸如氫化物基團或碳-碳雙鍵。

粘合促進層是使基底層與微結構化層對接以便獲得兩個層之間的充分粘合的層。該層可以是典型地幾微米直到幾十微米厚或者非常薄的薄層，諸如亞微米層，例如幾百納米厚。原則上，粘合促進層也可以像粘合促進材料的單層厚度那么薄。

粘合促進層可以包括純凈粘合促進材料本身、粘合促進材料的混合物、或者溶解或混合在粘結劑層中的粘合促進層的混合物，諸如硅酮或硅氧烷材料。適當的粘合促進材料的一般示例是硅烷耦合劑，諸如R₁-(R₂)-Si-X₃。在該通式中，R1基團代表有機官能團，R₂基團表示鏈接劑基團，Si代表硅烷的硅原子，并且X基團表示可水解基團。

當由X₃表示可水解部分時，這意味著3個這樣的可水解基團鏈接到硅原子。然而，還可能的是，僅存在2個這樣的基團，其由X₂表示，或者僅存在一個可水解基團，其由X表示。在后面的情況下，到Si原子的缺失的鍵合通過其它基團來補償，例如通過鍵合到Si原子的甲基(-CH₃)基團。可水解基團X包括例如烷氧基基團，諸如甲氧基、乙氧基、丙氧基或丁氧基基團；或者包括酸氧基基團；或者包括鹵素原子，諸如Cl，或者包括氨基基團。這些基團可以與水反應，因而水解，以形成粘合促進材料上的硅烷醇-Si-OH基團。這可以例如發生在材料的處理期間，其中水提取可以來自于周圍濕氣，所涂敷的表面上的濕氣的存在或者通過添加的濕氣。

硅烷醇基團可以與各種各樣的氧化物或氧化表面反應，例如與存在于表面上的其它硅烷醇基團反應，或者與在基底層上生成的羥基-OH基團或者基底層的氧化表面或氧化物反應。

硅烷還可以包含兩個Si原子而不是一個，其被稱為雙峰（dipodal）硅烷。當該硅烷具有每一Si原子的三個可水解基團時，這意味著在水解之后存在每一分子總共6個錨定硅烷醇基團以用于向氧化物或極性表面的增強錨定。

R₁基團可以包含官能團，其能夠與硅氧烷鏈反應以形成共價鍵或類似于硅氧烷鏈的基團以通過增強的物理相互作用來改進粘合。例如，R₁可以包含氫化物基團、乙烯基基團、氨基基團或者環氧基團、或者硅氧烷基團。一個優選的示例是乙烯基硅烷，諸如甲基乙烯基二乙氧基硅烷或者乙烯基二甲基氯代硅烷，其與2組分硅酮中存在和常見的氫化物功能性反應以形成化學鍵。

鏈接劑基團R₂可以包括各種各樣的基團。典型地，間隔物基團的這種鏈接劑是由-(CH₂)_n-表示的碳氫鏈，其中n是整數。例如，短鏈接劑，諸如甲基(-CH₂-)或丙烷基間隔物基團(-(CH₂)₃-)，或者長碳氫間隔物鏈，諸如癸基基團(-(CH₂)₁₀-)。較長的鏈接劑基團將給出分子中的更多柔性/可移動性。存在鏈接劑基團并不關鍵，其也可以不存在，諸如在以上提及的乙烯基硅烷的示例中。包含微結構的硅酮或混合硅酮層可以包括具有官能化基團的硅氧烷鏈，諸如可以與粘合促進劑相互作用的反應基團，通常在R₁基團上或者在X基團上。例如，硅氧烷鏈可以包含乙烯基基團或者氫化物基團，諸如在2組分添加固化硅酮中常見的，或者硅烷醇基團，諸如硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷，其在1份硅酮凝結固化材料中是常見的，或者氨基基團，例如氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷。

其它功能性可以包括氨基官能硅氧烷或者環氧官能硅氧烷。又其它的官能團可以包括烷氧基基團或者乙酸基基團。還可以使用各種功能性的組合。

這些反應基團典型地存在于硅酮材料的前體或液體狀態中，而同時應用硅酮材料，例如通過在基底層上涂敷或鑄造硅酮材料。通過使硅酮前體固化，形成固體硅酮層。同時，向粘合促進層的鍵合將針對兼容的官能團而發生。

除硅烷之外的其它粘合促進材料可以包括鈦酸鹽或鋯酸鹽。這些典型地比硅烷功能性更具反應性。例如，可以使用烷氧基鈦酸鹽或者鈦乙酰丙酮化物。例如，鈦酸四乙酯可以是適合的粘合促進劑。這些可以合并或混合到硅氧烷粘結劑中并且作為粘合促進層而沉積。而且，粘合促進劑可以混合以得到增強的性能，例如鈦酸鹽可以與硅烷混合，諸如乙烯基硅烷。

粘合促進材料可以與適當的溶劑混合以便于該層的沉積。

還可以將低濃度的粘合促進劑分子添加到硅酮或者混合硅酮樹脂，其形成微結構化層。這可以足以允許向基底層的改進粘合，而不需要分離的粘合促進層，盡管分離的界面層一般更加有效。

為了在基底層上創建錨定基團以用于使粘合促進劑進行反應，對于本領域技術人員而言已知的是，可能要求表面處置，諸如電暈處置、UV-臭氧處置、氧等離子體處置或者火焰處置。例如，當基底層為聚酰亞胺時，期望這樣的表面處置以通過氧化來活化表面以得到粘合促進層的增強錨定。

圖4示出以基底層40的形式的一個微結構化層以及如上文所述的形式的微結構化層42的設計。將可選的粘合促進層示出為43。

該示例具有以執行準直功能的平行脊部41的集合的形式的結構。每一個脊部具有峰41a。圖4示出在脊部的頂點或峰41a處的頂部頂角θ，其可以例如為90度或100度，或者實際上例如在范圍70到130度內的其它角度。在優選實施例中，如所示出的，脊部側面是對稱的。

脊部具有平面側面，而不是彎曲的透鏡狀表面，并且這意味著光源和微結構化層之間的距離對于光學功能不關鍵。

脊部41在所示出的示例中為線性的并且由此形成一維重復結構。可以替代地存在二維重復結構，從而形成棱柱狀結構的二維陣列。棱柱狀結構可以不布置在直線中，并且可以替代地沿彎曲路徑布置。

脊部可以全部具有相同設計，即，相同的頂部頂角、相同的寬度（即，在圖4中的左右方向上）和相同的高度（從峰到谷部）。每一個脊部微型元件可以利用光的全角度源擴展來光照并且每一個元件然后將提供期望的射束圖案。具有相同頂部頂角的結構的重復因而可以覆蓋整個源區域以使得能夠實現提供期望的射束成形的光學輸出窗。結構的重復間距和高度原則上對于相同的頂部頂角可以變化并且導致類似的射束輪廓。

該準直器設計與具有適當熱學特性的材料的使用組合地使得能夠實現總體封裝的高度方面的期望降低，而同時使得光學準直功能能夠有效以及維持執行封裝的回流焊接的能力。

作為來自以上給定的示例范圍的一個示例，低折射率硅酮（例如甲基硅酮類型，諸如甲基硅氧烷）可以用作具有折射率n=1.41的結構化層42。硅酮材料給出用于LED應用的卓越光子熱學穩定性。

來自以上給定的示例范圍的可替換物是具有1.51-1.53的折射率的甲苯基硅氧烷類型。一般地，微結構化層可以典型地具有用于使用空氣間隙的實現的1.3到1.65的折射率。而且可以使用甚至更高折射率的硅酮，例如具有1.61的折射率的高折射率硅酮。這樣的高折射率硅酮典型地被特殊地開發，例如通過將高折射率納米顆粒添加到硅酮，或者通過將增加折射率的特定原子引入硅氧烷鏈中。

基底層40主要選擇成滿足期望的結構性質和熱學穩定性。基底層的折射率較不重要，因為基底層的界面彼此平行并且最終不影響光線方向。然而，較低的折射率是優選的，使得空氣界面處的菲涅爾反射最小化。

作為來自以上給定的示例范圍的一個優選示例，基底層可以是聚酰亞胺層。

微結構化光學元件的形狀在該示例中因而是在截面的深度方向上延伸的棱形凹槽結構。

單元的外部形狀可以采取任何適當的形式，例如使得徽標或其它符號能夠在發光表面處是可見的。整個外殼可以替代地以期望的美學形狀設計。當然，周界可以簡單地為方形或矩形、三角形、細長條帶、環形形狀或者任何其它形狀，而不改變射束圖案。

圖5示出具有更清楚示出的射束成形光學器件的一個示例設計的LED閃光燈單元。射束成形光學器件具有支撐結構（即，外殼14）的開放頂部51之上的第一結構化層50，以及第一個之上的第二結構化層52。它們每一個具有結構化層，其提供背離光源的細長平行脊部的規則陣列。左邊圖像是棱鏡取向的平面視圖，其中頂部棱形結構52以實線并且底部棱形結構50以虛（隱藏）線，并且這示出脊部與交叉角53相交。右邊圖像示出通過豎直平面，即垂直于襯底的截面。圖5還示出由支撐結構（即，外殼）限定的側壁57，并且這些也是反射性的。

兩個層50,52具有如以上參照圖4解釋的相同設計特征。因而，脊部具有平面側面，而不是彎曲的透鏡狀表面。在每一個層內，脊部可以全部具有相同設計，即，相同的頂部頂角、相同的寬度（即，在圖4中的左右方向上）和相同的高度（從峰到谷部）。兩個層還可以具有與彼此相同的設計。

圖5的示例是針對以具有LED管芯之上的磷光體18的藍色LED 10的形式的基于LED的發光結構。通過本發明而使得能夠實現的0.5mm高度限制在該情況下是如所示出的射束成形光學布置50,52的第一結構化層的底部和磷光體層18的頂部之間的距離。

在糊塊磷光體（如在圖3（c）、（d）和（f）中所示）的情況下，高度要求涉及射束成形光學布置的第一微結構化層和糊塊磷光體的頂部之間的間距。在這樣的情況下，基于LED的發光結構包括LED和糊塊磷光體。重要方面是使得能夠回流焊接具有集成光學射束成形功能的單元，但是薄磷光體糊塊的使用再次使得單元的總體厚度能夠減小。然而，為了將厚度減小至最小值，如圖2（a）和3（a）中所示的接近磷光體是優選的。

兩個正交對準的層（如所示）可以用于實現兩個方向上的準直。然而，所示出的正交取向并不關鍵。兩個層的脊部可以例如以30到150度的角度相交，更優選地50到130度，更優選地70到110度。

示出減少到小于0.5mm的間距。在該限制下，射束成形光學器件可以直接應用于LED（如果沒有使用磷光體的話）或者LED管芯之上的磷光體層。因而，間距可以小于0.4mm，或者甚至小于0.3mm。

各層通過可以為空氣間隙的層55而分離，盡管該層55可以是不同的材料（諸如膠合劑）但是再次具有比結構化層明顯更低的折射率。這要求結構化層的折射率比使用空氣間隙時的情況更高。頂部（第二）層還被材料層56所覆蓋，材料層56可以與層55相同，例如空氣，或者用于在頂部上鍵合平面化保護層的膠合劑。

本質上，結構需要光學對比以起作用。如果層膠合在一起，則結構化層的折射率將需要增加并且光學鍵合的折射率需要是低的。可以找到折射率1.4的膠合劑，使得在第一近似中，空氣折射率1向膠合劑折射率1.4的增加需要光學結構化層的折射率也以0.4增加到1.70至2.05范圍內。這將折射率差異維持在0.3至0.65的范圍中。

典型地，膠合劑將具有在1.3至1.6的范圍中的折射率。

光在頂部處從外殼朝向微結構化層逸出。取決于微結構化層的折射率和微型光學結構，部分的光可以被準直并且部分可以借助于全內反射而朝向高度反射外殼溯源反射，其中光被回收。所回收的光可以再次通過相同機制逸出。效率取決于外殼的反射率、在不同介質之間的界面處的菲涅爾損失以及介質中的吸收。

圖6示出給出來自點光源的光學輸出上的單個微結構化層的效果的模擬。

取決于入射角，折射率（差異）和脊部（棱鏡）的頂部頂角，一些射線將由于全內反射而反射回來，而其它射線可以在頂表面處逸出。微結構化層的平滑表面朝向光源定向。入射角由光源大小、其位置以及距射束成形光學器件的距離來確定。通常對于遠程磷光體架構（圖2（c）到（e）），發射輪廓接近于朗伯型，而對于具有接近磷光體的LED，撞擊微結構化層的射線的角度分布可以稍微更加定向，但是在所有實際情況中，將不從朗伯型分布明顯偏離。可以變化的系統的參數因而是材料的折射率和棱鏡的頂部（頂點）角度。

外殼基底（LED位于其中）和微結構化層50（或者堆疊的底部結構化層）之間的空氣間隙的大小保持盡可能小以使得整個模塊盡可能薄。

特別地，空氣間隙小于0.5mm，并且更優選地小于0.2mm，諸如在0.1mm附近或者小于0.1mm。

為了保證薄空氣間隙并且防止下部微結構化層向外殼的粘著，小間隔物結構可以可選地以低密度應用，諸如小球形或棒狀顆粒或支撐桿，以防止兩個組件在大區域之上彼此觸碰。類似地，這樣的間隔結構可以設計在微結構化層上以降低上部層52的背側和下部層50的結構化層之間的光學接觸的可能性。例如，向光學脊部疊置，在光學脊部的高度頂部上，可以設計低密度的桿，其稍微伸出來，諸如在高度上為10到25微米。這防止頂部層52的平坦側面觸碰微結構的頂部。這樣的間距還可以應用于頂部層52的背側，例如以粗略垂直于下部微結構化層50的脊部對準的條帶形狀間隔物結構的形式。

為了防止設備頂部上的微型光學表面結構在處置和使用中的刮劃和損壞，可選的保護片材可以添加在結構頂部上，典型地為透明片材，例如透明聚酰亞胺片材。

外殼焊接到電路板以使得能夠將驅動信號提供給LED。以上示例示出具有反射基底和側壁的外殼以提供光的高效回收。然而，這并不關鍵。

圖7示出各種可替換的封裝。

圖7（a）示出沒有側壁并且沒有PCB的封裝。藍色LED芯片10包括諸如具有背側接觸件的藍寶石之類的載體襯底上的外延層，例如倒裝芯片架構。LED芯片10被反射層60（諸如白色硅酮模制物）圍繞，其形成外殼以及因而的支撐結構。磷光體涂層61覆蓋該封裝并且光學結構層50,52在周界處利用粘合劑附連到該封裝。

要指出，在圖7的所有示例中，將磷光體示出為61，即便示出不同的磷光體類型。

粘合劑形成圖5中的層55并且用于將兩個微結構化層50,52附連到彼此以及將該組裝件附連到封裝。該粘合劑可以是膠合劑，其從液態固化成固態，或者為粘合帶的片段。粘合帶可以是熱學固化的膠帶或者在部分連接之后UV固化的帶。

圖7（b）示出其中磷光體層61局限到發射器區域或者僅稍微大于發射器區域的可替換封裝。

在圖7（c）中，磷光體61大于芯片但是小于封裝的外部尺寸，并且存在發射器和磷光體層之間的距離，以限定鄰域磷光體。該間隙典型地填充有透明硅酮。

在圖7（d）和7（e）中，將輪緣64模制到封裝上，因而形成具有側壁的腔體。在圖7（d）中，該腔體為空的或者典型地填滿透明材料，諸如硅酮。在圖7（e）中，該腔體至少填充有包含至少單個磷光體材料的單個磷光體層，例如嵌入在硅酮材料中的粉末磷光體材料。

圖7（f）示出包括由框架66上的光學箔組裝件包覆/覆蓋的磷光體61的平坦LED封裝10。框架66在具有間隙的情況下放置在封裝周圍，或者框架鍵合在LED封裝周圍，例如通過利用透明硅酮或者利用反射硅酮填滿封裝10和框架66之間的間隙。

圖7的封裝可以具有背側接觸件以能夠由消費者將這些封裝焊接到PCB。可替換地，這些封裝可以已經預附連到薄PCB背側。該背側PCB可以延伸超出LED封裝區域。在PCB上，可以附連ESD保護二極管，諸如瞬態電壓抑制器，以防止閃光燈LED組裝件（其還稱為閃光燈LED模塊）被靜電放電所損壞。可替換地，該保護二極管可以集成在LED封裝內部，諸如在反射壁或反射周界內部，或者至少優選地在腔體內部。

作為另一個示例，多個LED發射器可以使用在相同封裝內部并且由相同光學射束成形結構覆蓋以成為緊湊的多LED發射器，如圖8中所示。閃光燈的發射顏色可以通過控制具有不同白色色溫的兩個LED之間的電流比值來控制。

圖8示出在共享襯底72上具有不同色溫的兩個LED封裝10a、10b。每一個LED封裝具有其自身的磷光體層61并且存在透明填充物70以形成單個總體結構。

然后可以可控地使LED單元取決于期望的圖像感知來發射多個顏色。例如，第一LED可以發射例如6000K的冷白色，而第二LED可以發射例如2700K的暖白色。作為結果，利用相機拍攝的圖像可以取決于攝像師的希望而以冷或暖場景設置來存儲。因為兩個LED可以置于相同封裝中，所以該雙通道閃光燈可以變得非常緊湊并且僅針對一個封裝的成本，而不是要求兩個分離的閃光燈LED單元，每一個具有菲涅爾透鏡，其節省空間并且省去兩個透鏡的高成本。

因為共享封裝頂部上的射束成形光學器件還具有光混合能力，所以具有通道之間的可控電流比值的兩個LED的聯合操作仍舊允許所發射的光分布的非常良好的光混合，甚至是在距封裝的小距離處。受控電流比值允許各個LED的極限色溫之間的精確調諧。

類似地，可以添加第三通道以橫越顏色可調諧的顏色空間，例如以能夠使色點從黑體輻射器偏離，諸如具有黑體線以上的中間色溫的第三封裝。類似地，可以添加第四通道，或者一般地可以在相同封裝中實現多通道封裝。

以上提及的是，封裝可以成形以給出期望的美學外觀。該外觀可以通過期望形狀外部的光阻擋來獲得。阻擋光的一種方式是添加另一個反射組件，諸如白色反射箔或者鏡面反射鏡箔，其中射束成形光學器件頂部上具有印出的形狀。照此，光學器件的外部周界可以不進行成形，但是任何形狀然后可以通過使用覆蓋射束成形光學器件的部分阻擋或反射層來應用。

被阻擋的光優選地使用面向光學層的高度反射材料來回收。被阻擋/反射的光將在與射束成形光學器件和封裝的相互作用之后得到另一個逸出的機會，其中其可以被發送回到位置偏移的光阻擋/反射層以便被透射通過（多個）經成形的開口。

創建期望形狀的另一種方式是通過利用反射材料覆蓋微結構化層，例如頂部層。例如，頂部層可以通過在該層上分配或者印刷白色反射材料（諸如白色硅酮層）而被部分地覆蓋，其將局部填滿/覆蓋微型光學表面結構。作為分離的層或者作為沉積在微結構化層上的層的阻擋層可以放置在射束成形光學器件的頂部上、射束成形光學器件的頂部和背側之間。當在微結構化層之間使用阻擋層時，其還可以具有將層一起鍵合成一個箔組裝件的功能，從而保留其中光以期望的射束輪廓透射的區域處的微結構化層之間的間隙。

以這些方式，可以在發射器之上疊置任何期望的形狀，以在設備的關斷狀態中或者設備的調暗操作處給出設備的期望外觀，而不是使觀看者失明。

如上文所提及的，已知應用散射層以抵消（conceal）磷光體的黃色外觀。這可以應用于以上示例，特別地使用填充外殼的空間的糊塊磷光體的那些。

以上示例利用每一個微結構化層上的平行且筆直的脊部的陣列。這些脊部可以具有跨表面區域的均勻間距。然而，這并不關鍵，并且間距可以局部變化。在該情況下，間距是非規則的。提供非規則間距的一個潛在益處在于，其可以導致脊部高度差異。下部結構化層的最高脊部頂部然后可以用于充當間隔物以支撐頂部結構化層而同時準許兩個層之間的低光學接觸區域。

脊部不需要為筆直或連續的。例如，微結構化層的區域可以劃分成區域，其中脊部在那些區域內在不同方向上延伸，例如形成棋盤狀圖案。在每一個局部區內，兩個層的脊部以期望的角度相交以提供兩個不同方向上的期望準直。

頂角典型地對于每一個結構化層整體而恒定。然而，這并不關鍵，并且頂角可以跨層而變化。該變化將典型地僅為小的，例如在5度內，使得所有頂角處于給定范圍內（諸如90到110度）。

緊湊照明單元典型地具有直徑小于8mm的孔徑，盡管布置使得設備能夠在大小方面增加而沒有厚度方面的對應增加。

如上文所討論的，外殼可以制成反射性的。特別地，其比LED芯片更具反射性。漫反射性質比鏡面反射優選，使得光以盡可能少的內部反射離開外殼。白色硅酮可以形成漫反射表面。

示例示出兩個微結構化層。然而，可以提供另外的光學層，例如以用于顏色控制。此外，第三結構化層可以用作準直功能的部分。

此外，如上文澄清的，結構可以應用于單個層，并且光學功能不必為準直。可以實現其它射束成形功能，諸如透鏡功能。

感興趣的一個領域是用于移動電話的閃光燈LED應用。閃光燈LED模塊還可以用于照相機或視頻相機上的圖片相機閃光燈或者作為集成在諸如平板電腦之類的其它設備中的閃光燈組件的部分。

然而存在可以考慮的眾多其它緊湊的照明應用，例如在聚光燈中。組件可以一般地使用在其中要求特定光束強度分布的應用中。當前該功能大多實現在次級光學組件中。本發明使得射束成形功能能夠移動到初級光學器件，直接在LED上，而同時使得組件能夠承受回流焊接過程。

可能的應用的一些示例為：

例如用于辦公室照明的射燈，其具有預準直但是寬的射束分布；

具有給出減少的眩光的光分布的照明應用，例如其中可能期望在距法線大于閾值（例如，60°）的角度處發射的光的抑制的辦公室照明；

提供蝙蝠翼型分布的照明應用，例如用于辦公室、工業和室外照明；以及

其它定向/非對稱光分布，例如用于人行橫道光照。

在這些應用中的許多中，組件的橫向寬度、所使用的LED的量以及輸出光的總量可能大于針對移動電話所要求的情況。除用于照片的閃光燈脈沖之外，單元還可以針對視頻閃光燈連續地操作。

圖9示出一些可能的期望光學功能，其示出作為關于法線的發射角度的函數的強度。

圖9（a）示出給出減少的眩光的強度特性。

圖9（b）示出給出蝙蝠翼分布的強度特性。圖9（a）和9（b）可以旋轉對稱。然而，非旋轉對稱功能也是可能的，如圖9（c）和9（d）中所示，其中還示出旋轉非對稱。

微結構化層可以背離LED 10或者其可以面向LED 10。這兩種可能性在圖10（a）和10（b）中示出，其中微結構化層被示為80，并且其可以包括單個自支撐層，或者組合的基底層和微結構化層，或者多個微結構化層或多個微結構化層和基底層組合。如所示，層82提供在微結構化層的結構化表面之上并且層84提供在平坦表面之上。如上文所述，這些層可以是粘合層以例如用于將多個射束成形布置鍵合在一起，或者用于將射束成形布置鍵合到基于LED的發光結構，或者用于平面化目的，或者用于保護微結構化層以防損壞和污染，或者用于限定期望的空氣間隙。

單個層結構可以具有例如角錐體或圓錐體結構。

圖10示出使用鍵合層80而不是提供空氣間隙的單層結構的兩個設計。射束成形層被示為80。在圖10（a）中，存在提供保護和平面化的頂部覆蓋層82。鍵合層84處于微結構化層80和LED之間。LED層示意性地示為層10'（在圖10和11中）——這表示完整的LED以及周圍的封裝和磷光體。

在圖10（b）中，微結構化層80具有面向下的脊部。

鍵合可以給出更好的機械穩定性并且通過消除維持和控制空氣間隙的需要而消除可能的穩定性問題。還可以存在封裝組裝件中的優勢。

在這樣的鍵合架構的情況下，仍舊存在維持射束成形布置周圍的層和微結構的材料之間的折射率對比的需要。這可以以除圖10中所示的那些之外的若干其它方式而實現。

圖11（a）示出低折射率材料85，諸如氣凝膠，以及微結構化層80的平滑側面和LED 10'之間的鍵合層86。鍵合層不需要具有低折射率，例如其可以具有n=1.4。以該方式，存在射束成形布置80下面的兩個層85,86。

圖11（b）示出低折射率材料85的三個層結構，一側上的鍵合層86（在低折射率材料和微結構化層80之間）和相對側上的第二鍵合層87（在低折射率材料和LED 10'之間）。

各層之間的鍵合不需要跨整個區域延伸。圖12示出兩個示例。

圖12（a）示出具有以射束成形布置80,82下面的空氣間隙的形式的低折射率層的部分鍵合架構。部分鍵合使用僅在封裝的側面上具有鍵合的常規折射率材料鍵合層88（例如，n=1.4）實現。不存在鍵合層88與磷光體20（或者LED 10'的另一個頂表面）的重疊。

圖12（b）示出形成支柱集合的鍵合層89，這次再次給出其中與底層磷光體20（或者LED的其它頂表面）接觸的部分鍵合。

常規折射率材料可以用于該情況下的鍵合層。空氣間隙被有效地維持，例如在圖12（b）的示例中通過僅使用相對小量的區域用于鍵合。膠合點可以應用于LED結構的頂部，或者可替換地，支撐結構可以提供在基底層80的背側上。

不同設計規則可以應用于部分鍵合的情況下。與磷光體的總體重疊區域需要保持盡可能小。取決于折射率的特定值和射束要求，可以得出設定可能區域的準則。

因而存在利用LED和射束成形布置之間的多個層的各種設計，其中這些層中的一個具有低折射率，并且該低折射率層可以是氣體（即，空氣）或者固體（例如，氣凝膠）。

如上文所解釋的，組件設計為承受回流焊接。出于完整性起見，在圖13中示出關于時間的回流烘箱溫度輪廓的示例。

示出了兩個極限曲線90和92。存在預熱階段94、抬升階段96（具有最大斜率3度/s）、峰值階段97和緩降階段98（具有最大斜率6度/s）。

要指出，在本文檔中描述的各種材料本身已知，并且其熱學和機械性質也已知。例如，作為其高穩定性的結果，適當的硅酮材料廣泛地使用在用于LED封裝的LED產業中。

在本申請中的適當材料的使用使得能夠構造非粘性且可回流焊接并且具有適當光學微結構的箔，例如特別地用于光學光準直。

圖14示出作為移動便攜設備100的部分的相機。相機具有相機光學傳感器102和充當閃光燈的本發明的LED單元104。光學傳感器包括同樣如所示出的傳感器元件107的正交行105和列106。

如上文所討論的，微型元件包括具有頂角的結構。為了更清楚地示出所意指的含義，圖15以透視圖示出兩個可能的示例。

圖15（a）示出如上文詳細解釋的平行脊部結構并且因而以透視圖示出了圖4的結構。在該情況下，存在在給出一維重復的線上延伸的脊部41（或者谷部）。脊部具有以線的形式的頂部頂點41a。脊部側面是平面，所以它們不具有任何透鏡狀功能。而是，存在跨層42的區域的重復光學功能。

脊部可以是形成二維重復的角錐體。

圖15（b）示出了圓錐體110的陣列。這些具有單個側面并且它們漸縮以達到以點的形式的頂部頂點。點可以形成如所示出的規則網格，但是再次，圓錐體可以布置在筆直或彎曲的線中。在圓錐體的情況下，側壁是彎曲而非平面的。然而，側面從基底向頂點110a筆直延伸，所以再次不存在彎曲透鏡狀表面。在通過垂直于層42并且經過頂點110a的平面的截面中，側面為筆直的。

光學層42的這些設計執行光回收功能而不是成像功能（類似于菲涅爾透鏡）。光學結構的圖案（圓錐體、棱柱、角錐體）重復并且覆蓋光學窗。

要指出，對于相同頂角，可以使用不同棱柱或脊部或圓錐體高度。因而，間距可以對于相同頂角變化，而同時改變高度。這給出相同光學效果。對于對稱角錐體，存在單個頂角，然而，對于具有矩形基底的角錐體，存在要考慮的兩個頂角。在兩個頂角的情況下，可能在兩個垂直的方向上而不是獨立地控制射束準直。

光學層的光回收功能在圖16中示出。其示出圖11（a）中示出的類型的層42。光源由層112表示。這是磷光體層，并且它跨其區域相對均勻地發射光。

層42提供軸上準直。每一個微結構具有光接受圓錐體。引向每一個頂點的漸縮的側壁不允許法線定向的光的經過。該光由于在脊部側面處的全內反射而如箭頭114所示的那樣被回收。這等同地適用于脊部、角錐體和圓錐體。因而，存在接受圓錐體外部的光的回收，其中更接近箔的法線的光溯源反射到（散射）光源，其中其在其它方向上隨機地散射，從而給予它穿過層42的另一次機會。

LED在部分地轉換藍光的磷光體層下面（或在其內）。總體效果在于，從磷光體層發射白光。該磷光體層優選地具有幾乎與具有微結構的光學層42相同的區域。LED還可以插入到白色反射的腔體中。結果在于，照度在發光區域之上相當恒定，使得到跨區域的不同微結構的入射角在光源的區域之上非常均勻。

因為頂角（圖16中的α）和材料在任何地方類似，所以角度準直分布對于每一個微型元件也類似。甚至在非均勻初始光輸出的情況下，法向發射的光也如上文所解釋的那樣得到回收，并且然后散射。與反射外殼的效果組合地，導致微結構化層42的相對均勻的光照。微型元件每一個形成期望的射束圖案，使得結構的不同空間區域以相同方式引導入射光。

在菲涅爾透鏡中，需要不同區域，諸如折射透鏡區域和反射輪緣區域。入射光然后需要以特定角度范圍進入以用于使透鏡恰當地工作。在本申請中描述的射束成形布置中，光源輸出的整個角度擴展可以入射在所有空間位置處。

進而，這意味著設計對于設備中心處的LED的對準不敏感。LED可以放置在腔體內的不同位置處以得到類似的效果。而且，多個LED可以提供在腔體內以例如得到相同分布處的更多輸出功率。

對于菲涅爾透鏡，發射器需要放置在透鏡的光軸處并且其在大小方面與透鏡相比必須是小的。菲涅爾透鏡還放大LED發射器。對于磷光體轉換的LED，這典型地給出增加的黃色外觀。通過使用回收光學器件而不是聚焦光學器件，直射LED圖像得到抑制（由于來自LED的法線光角度被反射）。偏離法線的角度主要被透射，其創建腔體內部的“圖像”，其可以為白色或者相比于直接在LED之上的磷光體而言包含低濃度/黃度的磷光體。因而，設備的關斷狀態中的黃色外觀可以減少。

作為以上解釋的分布式光學功能的結果，利用成形孔徑（例如，成形為公司徽標）覆蓋閃光燈模塊不影響射束成形功能。效率將當然降低。利用菲涅爾透鏡，射束形狀將通過僅允許透射部分形狀而受影響。

通過研究附圖、公開內容和隨附權利要求，本領域技術人員在實踐要求保護的發明時，可以理解和實現對所公開的實施例的其它變型。在權利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。在相互不同的從屬權利要求中記載某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能用于獲益。權利要求中的任何參考標記不應當解釋為限制范圍。