具有綜合熱管理的緊湊光學有效固態光源制造技術

一種緊湊且有效的LED陣列照明部件，包括：具有安裝于其上且相互電連接的LED芯片的陣列電路板。包括多個第一透鏡，每個第一透鏡直接形成在每個LED芯片上和/或LED芯片的子組上。包括散熱器，電路板安裝至散熱器，使得來自LED芯片的熱量散布到散熱器中。在一些實施方式中，電路板可以是導熱的且電絕緣的。還公開了形成LED部件的方法，其利用板上芯片安裝技術來將LED芯片安裝在電路板上，并直接在LED芯片上模制第一透鏡，所述LED芯片是單獨的LED芯片或LED芯片的子組。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及固態照明，特別是涉及包括一緊湊陣列的發光二極管(LED)的固態光源或燈。
技術介紹
發光二極管(LED)是將電能轉換成光的固態裝置，通常包括由夾在相反摻雜的層之間的半導體材料的一個或多個有源層。當在摻雜層上施加偏壓時，將空穴和電子注入有源層，所述空穴和電子在所述有源層處重新組合以產生光。光從有源層并從LED的所有表面發出。LED具有某些使得其可理想地用于許多照明應用的特性，這些照明應用之前是白熾燈或熒光燈的領域。白熾燈是能量效率非常低的光源，其消耗的電的大約90%作為熱量而不是光釋放。熒光燈燈泡比白熾燈燈泡的能量效率高大約10倍，但仍然是相對效率低的。相反，LED可用該能量的一小部分發出與白熾燈和熒光燈相同的光通量。另外，LED可具有明顯更長的使用壽命。白熾燈燈泡具有相對短的使用壽命,一些白熾燈燈泡具有范圍在大約750至1000小時的使用壽命。熒光燈燈泡也可具有比白熾燈燈泡更長的使用壽命，例如，在大約10，000至20，000小時的范圍內，但是提供不理想的顏色再現性。相比較而言，LED可具有50，000和70，000小時之間的使用壽命。LED的增加的效率和延長的使用壽命對許多照明供應商是有吸引力的，并已導致其LED燈在許多不同的應用場合中代替傳統的照明設備使用。據預測，進一步改進將導致LED燈在越來越多的照明應用場合中被普遍接受。采用LED代替白熾燈或熒光燈照明的增加將會導致增加的照明效率和明顯的節能。為了在電路或其他類似裝置中使用LED芯片，已知將LED芯片封入在封裝件中，以提供環境和/或機械保護、顏色選擇、光聚焦等。LED封裝還包括用于將LED封裝與外部電路電連接的電線、觸點或跡線。在圖1所示的典型的LED封裝/部件10中，通過焊料結合或導電環氧樹脂將一個LED芯片12安裝在反射杯13上。一個或多個鍵合引線(wire bond)11將LED芯片12的歐姆觸點與引腳15A和/或15B連接，所述引腳可以附接至反射杯13或與其制成一體?？梢杂妹芊獠牧?6填充反射杯13，密封材料16可以包含波長轉換材料，例如磷光體?？梢杂昧坠怏w吸收LED發出的第一波長的光,磷光體可以響應地發出第二波長的光。然后，將整個組件封裝在透明保護樹脂14中，可以將該樹脂模制成透鏡的形狀，以使從LED芯片12發出的光準直。雖然反射杯13可以在向上的方向上引導光，但是，當反射光時可以出現光學損失(即，由于實際反射體表面的小于100%的反射率,一部分光可以反射杯吸收)。另外，貯熱能力可能是例如圖1所示的封裝10的封裝的一個問題，因為可能難以通過引腳15A、15B提取熱量。圖2所示的LED部件20可以更適合于可以產生更多熱量的高功率操作。在LED部件20中，將一個或多個LED芯片22安裝在載體上，例如印刷電路板(PCB)載體、基板或安裝基座(submount)23。將金屬反射體24安裝在安裝基座23上，所述金屬反射體包圍LED芯片22，并將LED芯片22發出的光從封裝20反射走。反射體24還對LED芯片22提供機械保護。在LED芯片22上的歐姆觸點和安裝基座23上的電跡線25A、25B之間形成一個或多個焊絲連接11。然后，用密封劑26覆蓋安裝的LED芯片22，所述密封劑可以對芯片提供環境和機械保護，同時還用作透鏡。典型地，通過焊料或環氧樹脂粘結劑將金屬反射體24附接至載體。已經開發了其他LED部件或燈，其包括安裝至PCB、基板或安裝基座的多個LED封裝的陣列。這個LED封裝陣列可以包括多組發出不同顏色的LED封裝，以及用以反射LED芯片發出的光的鏡面反射體系統。將這些LED部件中的一部散布置為，產生由不同LED芯片發出的光的白光組合。已經開發了用于從多個離散光源產生白光的技術，其利用來自不同離散光源的不同色調，例如，在名為“照明裝置和照明方法(Lighting Device and Lighting Method)”的美國專利號7，213，940中描述的那些。這些技術將來自離散源的光混合，以提供白光。在一些應用中，將在遠場中出現光混合，以使得當直接觀察時可分別識別不同色調的光源，但是，在遠場中，光組合以產生感覺上是白色的光。在遠場中混合的一個困難是，當直接觀察燈或光源時會感覺到單個離散源。因此，僅使用遠場混合可能對于這些在用戶看起來機械地模糊的光源的照明應用來說是最合適的。然而，光源機械地模糊可能導致更低的效率，因為光通常會由于機械屏蔽而損失。目前的LED封裝(例如，Cree公司提供的XLamp_ LED)在輸入功率的等級方面有所限制，對于一部分來說范圍是0.5至4瓦特。許多這些傳統的LED封裝包含一個LED芯片，通過將幾個這些LED封裝安裝在一個電路板上而在裝配級別實現更高的光輸出。圖3示出了一個這樣散布的集成LED陣列30的截面圖，其包括安裝至基板或安裝基座34以實現更高的光通量的多個LED封裝32。典型的陣列包括許多LED封裝，為了便于理解，圖3僅示出了兩個LED封裝。替換地，通過利用多個腔體的陣列，已經提供了更高通量的部件，在每個腔體中安裝一個LED芯片。(例如，Lamina公司提供的TitanTurbo LED光引擎)。這些LED陣列解決方案沒有期望地那樣緊湊，因為他們在相鄰的LED封裝和腔體之間提供延展的不發光“死空間”。此死空間提供更大的裝置，會限制從LED封裝漫射光的能力，并會限制通過一個緊湊光學元件(例如準直透鏡或反射體)使輸出光束成形為特定角度散布的能力。這形成這樣的固態照明光源的結構，其在現有的燈難以提供的波形因數(form factor)內提供定向的或準直的光輸出。這些對提供一種包含LED部件的緊湊的LED燈結構提出了挑戰，該LED部件從小型光源傳遞1000流明內和更高范圍的光通量等級。在其他陣列技術中，可將單個藍色LED裝配在電路基板上(S卩，板上芯片)。然后，利用平板翼型(flat profile)將LED封裝在一起，其中，密封劑包含磷光體以使得能夠實現降頻轉換(down conversion)。然而，由于平板密封劑和周圍材料的折射率的差異的原因，從光提取的觀點來看此方法并不有效。一部分光可以在密封劑的表面處反射回，在該表面處，可通過還達不到理想反射體的部件來吸收一部分光。額外的光會損失于總內反射(TIR)0為了更有效，這些技術在產生光的區域內會需要最佳反射率。
技術實現思路
本專利技術涉及緊湊、有效且可與大規模制造過程兼容的固態光源。本專利技術涉及LED芯片和透鏡/光學器件在基板上的改進布置，該布置提供效率改進，例如，在保持有效的部件熱管理的同時，首先使從透鏡/光學器件LED提取的光經過。根據本專利技術的LED部件的一個實施方式包括電路板，該電路板具有多個裸片附接焊盤。包括多個LED芯片，將每個芯片安裝在相應的一個裸片附接焊盤上。包括第一透鏡，所述第一透鏡中的每一個直接在一個LED芯片或一個分組LED芯片上形成。根據本專利技術的LED部件的另一實施方式包括電路板，所述電路板具有安裝于其上并互相電連接的LED芯片的陣列。包括多個第一透鏡，每個第一透鏡直接在一個LED芯片或一個LED芯片分組上形成。包括散熱器，將電路板安裝至散熱器，以使得來自LED芯片的熱量分散到散熱器中。根據本專利技術的固態照明部件的一個實本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.06 US 61/399,0841.一種LED部件，包括: 電路板，具有多個裸片附接焊盤； 多個LED芯片，所述多個LED芯片中的每個安裝在所述裸片附接焊盤中的相應一個上；以及 第一透鏡，所述第一透鏡中的每個直接形成在單個LED芯片或所述LED芯片的子組上。2.根據權利要求1所述的LED部件，進一步包括第一和第二引線鍵合焊盤，所述LED芯片串聯連接在所述弓I線鍵合焊盤之間。3.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述電路板是電絕緣的。4.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述電路板對高達2000伏特電絕緣。5.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述電路板是導熱的。6.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述電路板包括具有一種或多種導熱材料的電介質。7.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述電路板進一步包括導電基部板。8.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片布置在多個子組中。9.根據權利要求8所述的LED部件，在每個子組上包括所述第一透鏡中的相應一個。10.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述透鏡是基本上半球形的。11.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片在所述電路板上布置成圓。12.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片布置在同心圓中。13.根據權利要求12所述的LED部件，其中，所述LED芯片以之字形布置相互連接。14.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片從所述電路板的邊緣縮進。15.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片利用板上芯片技術安裝在所述裸片附接焊盤上。16.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述第一光學器件模制在所述LED芯片上。17.根據權利要求1所述的LED部件，進一步包括散布來自所述部件的熱量的散熱器。18.根據權利要求1所述的LED部件，進一步包括第二光學器件。19.根據權利要求1所述的LED部件，進一步包括在所述電路板的頂表面上的反射層。20.根據權利要求19所述的LED部件，其中，所述反射層覆蓋所述裸片附接焊盤的至少一部分。21.根據權利要求20所述的LED部件，其中，所述反射層在所述第一透鏡的一個或多個的下方延伸。22.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述第一透鏡的每個從該第一透鏡的一個LED芯片或所述LED芯片的子組覆蓋所有的所述裸片附接焊盤。23.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述第一透鏡的每個從該第一透鏡的一個LED芯片或LED芯片的子組覆蓋并非所有的所述裸片附接焊盤。24.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片處于線性陣列中。25.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述電路板是細長的，且所述LED芯片處于線性陣列中。26.根據權利要求1所述的LED部件，進一步包括在所述裸片附接焊盤之間延伸的導電跡線。27.根據權利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片發出多于一種顏色的光。28.—種LED部件，包括:電路板，具有安裝于所述電路板上并互相電連接的LED芯片的陣列；多個第一透鏡，所述第一透鏡的每個直接形成在單個LED芯片或所述LED芯片的子組上；散熱器，所述電路板安裝至所述散熱器，以使得來自所述LED芯片的熱量散布到所述散熱器中。29.根據權利要求28所述的LED部件，其中，所述電路板是導熱的。30.根據權利要求28所述的LE...

【專利技術屬性】
技術研發人員：錢達恩·巴特，西奧多·道格拉斯·洛韋斯，胡利奧·加瑟蘭，貝恩德·凱勒，
申請(專利權)人：克利公司，
類型：
國別省市：