專利名稱：用于照明模塊的光盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于照明模塊的光盤。更具體而言，本發(fā)明涉及用于影響從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光的光盤。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是在受電量激勵時發(fā)光的半導(dǎo)體器件。一般而言，LED包括布置在封裝內(nèi)的LED芯片。LED芯片是用雜質(zhì)注入或摻雜以形成p-n結(jié)的半導(dǎo)電材料(或材料組合)。當(dāng)電流流經(jīng)正向偏置的LED芯片時，電子“跳過”p-n結(jié)且發(fā)光。封裝通常是具有將LED芯片耦合到電流源的電連接的塑料或陶瓷材料。LED封裝的主要缺點在于封裝的熱阻可能非常大(即，大于100°C /W)，這惡化了 LED芯片的壽命和性能。術(shù)語“發(fā)光二極管芯片”、“LED芯片”、“芯片”或“LED管芯(die)”用于表示半導(dǎo)電p-n結(jié)，且由此區(qū)別于術(shù)語 LED，所述LED —般包括芯片及其封裝二者。LED是比白熾光源更高效的光源。然而，使用LED作為一般照明應(yīng)用的光源的一大挑戰(zhàn)在于從單獨的LED芯片獲得充足的光。換句話說，與例如鎢燈絲的其他光源相比，單獨的LED芯片不提供足夠的光。然而，當(dāng)若干LED組合成LED陣列時，陣列中所有LED芯片的組合和累積效應(yīng)產(chǎn)生具有充足光的光源。LED正經(jīng)歷增多地應(yīng)用于照明應(yīng)用。LED在照明器材中的早期使用傾向于采用一般被稱為照明模塊的分組在一起的高功率LED (典型地，IW芯片)。于是可以在照明器材中采用一個或更多照明模塊。為了產(chǎn)生均勻的光源，LED必須布置得足夠靠近以通過漫射體 “調(diào)和(blend)”光。另外，存在最小化照明器材的厚度的增加的要求，這要求LED布置得更加靠近。當(dāng)LED移動得更加靠近時，存在外來熱管理解決方案(例如，風(fēng)扇、冷卻肋片、熱管等)的增加的需要。除了熱問題之外，使用LED的照明模塊必須被設(shè)計為解決諸如顏色均勻性和分檔 (binning)的光學(xué)問題。例如，取決于使用的半導(dǎo)電材料，LED芯片可以發(fā)出不同顏色的光。 為了產(chǎn)生白光，一般采用兩種技術(shù)。在一種技術(shù)中，三個LED芯片(一個紅色、一個藍(lán)色以及一個綠色)捆綁在一起，使得累積輸出導(dǎo)致白光源。第二種技術(shù)采用涂覆或封裝有磷光體的 UV/藍(lán)LED芯片。LED芯片發(fā)射特定波長(UV或藍(lán)色區(qū)域中)的光。發(fā)射的光激勵磷光體， 這導(dǎo)致白光的發(fā)射。然而，當(dāng)制造LED芯片時，單個半導(dǎo)電晶片可以產(chǎn)生變化波長的LED芯片。LED芯片制造商于是必須采用昂貴的分檔過程來通過波長組織(或分檔)LED芯片。為了確保均勻性，LED照明模塊的制造商將需要來自分檔的小范圍的LED芯片。這種限制增加了照明模塊的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
此處提出一種在將從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成白光中使用的光盤。一般而言，光盤包括錐形表面，使得盤的中央?yún)^(qū)域具有比盤的外部區(qū)域的寬度更大的寬度。光盤一般由具有至少一個重量百分比磷光體混合物的硅樹脂形成。還介紹這些一般描述的光盤的各種實施例。


結(jié)合在此且形成本說明書一部分的

本發(fā)明的實施例。與提供的說明一起，附圖用于解釋本發(fā)明的原理且由此使得相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠構(gòu)成和利用本發(fā)明。圖1是根據(jù)一個實施例的照明模塊的示意圖。
圖2示出根據(jù)一個實施例的照明模塊200。
圖3示出替代照明模塊布置的部分側(cè)視圖。
圖4示出替代照明模塊布置的部分側(cè)視圖。
圖5示出替代照明模塊布置的部分側(cè)視圖。
圖6示出圖5的照明模塊布置的部分平面圖。
圖7示出替代照明模塊布置的部分側(cè)視圖。
圖8示出替代照明模塊布置的部分側(cè)視圖。
圖9示出圖8的光盤的側(cè)視圖。
圖10示出光杯(optical cup)的透視圖。
圖1IA示出替代光杯的透視頂視圖。
圖IlB示出圖IlA的光杯的透視底視圖。
圖12示出說明制作根據(jù)本發(fā)明的照明模塊的方法的流程圖。
圖13說明制備照明模塊的方法。
圖14說明用于使用此處描述的任意照明模塊服務(wù)于客戶的方法。
圖15A-15C提供支持此處提出的另一實施例的說明。
具體實施例方式此處提出一般包括基底板(base panel)和直接附接到基底板的多個發(fā)光二極管 (LED)芯片的照明模塊。介紹該一般概念的各個實施例。另外，介紹制備照明模塊的方法以及照明模塊的系統(tǒng)組件。參考圖描述提供的實施例，其中，相似的參考數(shù)字一般表示相同或功能類似的元件。同樣，每個參考數(shù)字的最左邊數(shù)字一般對應(yīng)于首次使用該參考數(shù)字的圖。 盡管討論特定配置和布置，應(yīng)當(dāng)理解，這樣做僅用于說明目的。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，可以在不偏離所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下使用其他配置和布置。圖1是根據(jù)此處提出的一個實施例的照明模塊100的示意圖。照明模塊100包括布置在襯底或基底板111上的LED芯片110的陣列。LED芯片110直接附接到基底板111。 如在此使用的，術(shù)語“直接附接”意指廣義地表示LED芯片到襯底的粘附或其他附接而沒有基礎(chǔ)的封裝。在一個實施例中，LED芯片110使用充滿Ag的膠粘合到基底板111。其他技術(shù)可用于將LED芯片110直接附接到基底板111。例如，LED芯片110可以使用共晶焊接直接附接到基底板111。在所示實施例中，LED芯片110電耦合到并聯(lián)電路中的第一和第二導(dǎo)電跡線112和 114。盡管在并聯(lián)電路中示出LED芯片110，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易知道如何在等效串聯(lián)電路中布置LED芯片110。如圖1中所示，LED芯片110直接附接到與第一導(dǎo)電跡線112接觸的基底板111，且通過引線接合(wire bond) 120電耦合到第二導(dǎo)電跡線114。第一和第二導(dǎo)電跡線112、114于是耦合到從電源140接收功率的電流調(diào)整器130。電源140典型地是 AC電源。來自電源140的AC功率然后在電流調(diào)整器130處轉(zhuǎn)換成DC電流。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此使用的術(shù)語“功率源”意指廣義地表示用于向LED芯片輸送必要電流或電壓的任意裝置。這樣，合適的功率源可以是單個DC電源或與AC/DC轉(zhuǎn)換器和/或電流調(diào)整器組合的AC電源。電流調(diào)整器130、電源140和導(dǎo)電跡線112、114及等效結(jié)構(gòu)用作通過使輸送到照明模塊100的電流量封頂(capping)向LED芯片110輸送降額(de-rated)電流且提供可靠的低噪聲電流的裝置。在一個實施例中，例如，電流調(diào)整器130設(shè)計為提供低至0. 050安培的電流，其中噪聲變化不大于約0.010安培。可以使用替代等效結(jié)構(gòu)，最終結(jié)果是產(chǎn)生具有電耦合到功率源和陰極/陽極連接的多個LED芯片110的電路。LED芯片110—般是小的低功率LED芯片。例如，LED芯片110可以小至約260 μ m 寬X約450 μ m長，且具有約20mA的額定電流，其中正向電壓約3. 2V。在替代實施例中， LED芯片110可以大至約500μπι寬X約500 μ m長，且具有約88mA的額定電流和約3. 2V 的正向電壓。在一個實施例中，基底板111是具有導(dǎo)電跡線112和114的印刷電路板(PCB)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將已知的，各種襯底可以用作用于維持多個LED芯片的裝置。襯底材料的選擇部分地取決于照明模塊的所需屬性，且更具體而言取決于將收容照明模塊的照明應(yīng)用和/或照明器材的結(jié)構(gòu)需求。例如，一個照明應(yīng)用可能需要電絕緣的陶瓷襯底，而替代照明應(yīng)用可能需要導(dǎo)熱金屬或陶瓷襯底。另外，襯底的厚度可以針對特定應(yīng)用被調(diào)節(jié)。示例襯底包括鋁箔、陽極氧化鋁、金屬鎧裝印刷電路板、氮化鋁和各種其他金屬或陶瓷襯底。替代實施例包括襯底上的涂層。例如，在一個實施例中，襯底可以由頂部涂覆有電介質(zhì)層的陽極氧化鋁形成。電介質(zhì)層可以是Al2O3的陽極化層(anodized layer)。在替代實施中，襯底可以涂覆有聚合物電介質(zhì)。聚合物電介質(zhì)可以是填充有諸如A1203、SiO2或T^2的陶瓷顆粒的硅樹脂。在另一實施例中，襯底可以涂覆有T^2嵌入式硅樹脂。在一個實施例中，根據(jù)特定充填密度，基底板111填充有LED芯片110。與傾向于使用小數(shù)量高功率封裝LED的常用LED照明模塊相反，此處提出的照明模塊通過采用相對大數(shù)量的低功率LED芯片解決熱和光問題。LED芯片直接附接到基底板且通過向LED芯片輸送“降額”電流而供電。芯片的降額由此維持一般較低總操作溫度且增加單獨的芯片的輸出效率。照明模塊100的充填密度(pack-density)考慮僅當(dāng)對流和輻射被認(rèn)為是熱損耗機制時，對于給定區(qū)域(以及溫度上升)的熱輸入具有限制。換句話說，基底板111可以根據(jù)最大熱通量或每單位面積熱輸入填充有LED芯片110。在一個實施例中，例如，充填密度依照下面的數(shù)學(xué)關(guān)系 對于例如60°C的最大板溫(Tb)和例如20°C的恒定環(huán)境溫度(T。)，該方程式平衡左手邊的每單位面積熱輸入(Q/A)與右手邊的輻射和對流。在方程式的輻射部分，符號是σ (斯臺范玻耳茲曼常數(shù)(Stefan-Boltzman constant))和ε (發(fā)射率，其是恒定的且任意假設(shè)為0.5 ；或者對于黑體設(shè)置為1)。在方程式的對流部分，符號是對流系數(shù)且假設(shè)為恒定且任意選擇為15 ff/m2K (但可以從10-100 W/tfK變化)。上述分析僅是示例，因為它過于簡化且依賴于發(fā)射率和對流系統(tǒng)的任意值。然而， 上述分析允許每單位面積最大熱輸入的估算作為設(shè)計指導(dǎo)。例如，每單位面積熱輸入(Q/A) 可以約為0. 5 W/in2。在替代實施例中，每單位面積熱輸入(Q/A)可以分布在從約0. Iff/in2 至約0. 7ff/in2的范圍內(nèi)。這種估算于是“固定”每單位面積最大芯片數(shù)，如果芯片以其額定電流驅(qū)動的話。通過使用較小芯片且減小用于每個芯片的驅(qū)動電流，更多的芯片可以放置在給定區(qū)域，而無增加的板溫。例如，典型的Imm “高功率”芯片在約3. 2V的正向電壓(Vf) 情況下以350mA的額定正向電流操作，導(dǎo)致1. 12W的輸入功率。典型地，Imm芯片在該正向電流約20%有效，所以約0.9W必須作為熱消散。從上面的分析，該芯片要求約1.8 in2來通過對流和輻射消散熱，且由此限制板溫為約60°C。(作為副作用，從板到LED芯片具有約 10-20°C的附加溫度上升，使得芯片的實際溫度(稱作結(jié)溫(Ti))上升到約70-80°C)。因而， Imm芯片的充填密度約為每1.8 in2 1個芯片。使用0. 5 mm “低功率”芯片，且降額正向電流到約45mA，導(dǎo)致約0. 14 W的每芯片熱輸入。使用低功率芯片使可允許的充填密度增加到約每平方英寸4個芯片。凈效應(yīng)是具有更多單獨光源的照明模塊(每兩平方英寸8個芯片對每兩平方英寸1個芯片)。另外，這種照明模塊不需要輔助散熱技術(shù)。上述分析例如可以在圖13中提供的方法中采用。圖13說明制備具有基底板和多個LED芯片的照明模塊的方法1300，其中，該照明模塊設(shè)計為具有低于60°C的操作溫度。方法1300開始于步驟1301，其中，根據(jù)輻射和對流計算每單位面積熱輸入。在步驟1303，基于LED芯片的額定正向電流，計算LED芯片的熱輸入。在步驟1305，LED芯片直接附接到基底板。在步驟1307，向多個芯片輸送降額電流。在替代實施例中，根據(jù)特定流明密度度量，基底板111填充有LED芯片。如在此使用的，“流明密度度量”縮寫為LD且定義為
權(quán)利要求
1.一種在將從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成白光中使用的光盤，包括 錐形表面，使得盤的中央?yún)^(qū)域具有比盤的外部區(qū)域的寬度更大的寬度； 其中盤由具有至少一個重量百分比磷光體混合物的硅樹脂形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光盤，其中硅樹脂是LSR-70。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光盤，其中盤具有在1-10個重量百分比之間的磷光體混合物。
4.一種在將從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成白光中使用的光盤，包括 上表面、下表面和周圍表面；其中周圍表面限定光盤的直徑以及盤的端部厚度； 其中端部厚度約為1.0mm; 其中盤的直徑約為3. Omm;并且其中上表面具有約9. Omm的曲率半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光盤，其中硅樹脂是LSR-70。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光盤，其中盤具有在1-10個重量百分比之間的磷光體混合物。
7.一種在將從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成白光中使用的光盤，包括 上表面、下表面和周圍表面；其中周圍表面限定光盤的直徑以及盤的端部厚度； 其中端部厚度約為0. 5mm； 其中盤的直徑約為3. Omm;并且其中上表面具有約13mm的曲率半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光盤，其中硅樹脂是LSR-70。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光盤，其中盤具有在1-10個重量百分比之間的磷光體混合物。
10.一種在將從LED芯片發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成白光中使用的光盤，包括 上表面、下表面和周圍表面；其中周圍表面限定光盤的直徑以及盤的端部厚度； 其中端部厚度約為2. 0mm； 其中盤的直徑約為3. Omm;并且其中上表面具有約8. 5mm的曲率半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光盤，其中硅樹脂是LSR-70。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光盤，其中盤具有在1-10個重量百分比之間的磷光體混合
全文摘要
一種在將從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成白光中使用的光盤。該光盤包括錐形表面，使得盤的中央?yún)^(qū)域具有比盤的外部區(qū)域的寬度更大的寬度。該光盤由具有至少一個重量百分比磷光體混合物的硅樹脂形成。還介紹了該一般描述的光盤的各個實施例。
文檔編號H01L33/50GK102160202SQ200980136252
公開日2011年8月17日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者A·M·斯科奇, D·漢比, J·塞爾夫里安, W·P·拉帕托維奇 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司