Led封裝的制作方法

專利名稱：Led封裝的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發光二極管(LED)封裝和利用發光二極管封裝作為其光源的顯不器。
背景技術：
發光二極管(LED或LEDs)是將電能轉換為光的固態器件，其通常包含一個或更多夾在相反摻雜層之間的半導體材料的有源層。當跨越上述摻雜層施加偏壓時，空穴和電子被注入有源層，在那里空穴和電子復合以產生光。光從有源層以及LED的所有表面被發射。在最近十年或更長時期內，科技進步已使得LED具有更小的占用空間 (footprint)、提高的發射效率以及降低的成本。相比于其它發射器，LED也具有延長的工作壽命。例如，LED的工作壽命可以超過50，000小時，而白熾燈泡的工作壽命大約為2，000 小時。LED也能比其它光源更堅固耐用且消耗更少能量。由于這些以及其它原因，LED更為普及且目前在越來越多的白熾、熒光、鹵素及其它發射器的傳統領域應用中使用。為了在傳統應用中使用LED芯片，已知的是將LED芯片裝入封裝中以提供環境和/ 或機械保護、色彩選擇、聚光等。LED封裝也包括用于電連接LED封裝至外部電路的電引線、 接觸或跡線。在圖1所示的典型LED封裝/部件10中，單個LED芯片12通過焊料接合或導電環氧樹脂安裝在反射杯13上。一個或更多接合線(wire bond) 11連接LED芯片12的歐姆接觸至引線15A和/或15B，引線15A和/或15B可以附著到反射杯13或與反射杯13集成。反射杯13可以被可含有波長轉換材料(如磷光體)的密封劑材料16填充。磷光體可以吸收LED發射的第一波長的光而自發地發射第二波長的光。于是，整個組件可以被裝在透明保護樹脂14中，其可以被模塑為透鏡形狀。而反射杯13可在向上的方向上引導光，當光反射時可能發生光損耗(即由于實際反射器表面的小于100%的反射率，一些光可能被反射杯吸收)。此外，對于如在圖1中所示的封裝10的封裝而言，熱滯留(heat retention) 可能是一個問題，因為可能難以通過引線15A、15B汲取熱量。不同的LED封裝，如圖1示出的那些，不論大小，都可以作為顯示器的光源使用。在許多戶內和戶外場合，例如在體育場、賽馬場、音樂會以及在大型公共區，如紐約城的泰晤士廣場，大型屏幕基于LED的顯示器(常稱作巨屏)變得更普遍。這些顯示器或屏幕中的一些可以是60英尺高且60英尺寬那樣大。這些屏幕可以包括數千“像素”或“像素模塊”， 其每一個可以包含多個LED。像素模塊可以使用高效率、高亮度LED，這些LED允許顯示器從相對遙遠處是可見的，即使是白天在日光的條件下。像素模塊可以具有如3個或4個這樣少的LED(—個紅光、一個綠光以及一個藍光)，這允許像素從紅、綠和/或藍光的結合中發射許多不同顏色的光。在最大的巨屏幕中，每個像素模塊可以具有幾十個LED。這些像素模塊被設置為矩形網格。在一種類型的顯示器中，該網格可以是640個模塊寬以及480個模塊高，且屏幕的尺寸取決于像素模塊的實際尺寸。最傳統的基于LED的顯示器通過接受輸入信號(例如TV信號)的計算機系統控制并基于在該像素模塊中所需的特定顏色而形成整個顯示器圖像，該計算機系統決定在每個像素模塊中的哪一個LED發光以及發多亮。也可包括電源系統，其提供功率至每一個像素模塊以及提供至每一個LED的功率可被調制以便其發射所需的亮度。提供導體以施加合適的功率信號至像素模塊中的每一個LED。LED顯示器很少安裝在觀看者視線的高度，并且更典型的是安裝在視線高度的上方，例如建筑物的側面或運動場中正面看臺的頂部上。現在參考圖2，所示的傳統LED顯示器20安裝在觀看者22視線高度的上方升高的位置。觀看者22典型地位于顯示器20的下方并向上觀看顯示器使得觀看者到顯示器20的視線M到顯示器的垂直發射方向沈呈角度Θ。圖2的LED顯示器典型地包括多個諸如圖1所示的那些的發射器觀，這些發射器呈現典型地沿封裝縱軸的峰值發射，且峰值發射鄰近中心。使顯示器包括多個LED封裝28可獲得在垂直方向沈上的垂直的顯示峰值發射特性，如所示的。LED顯示器20的Iv和遠場圖形(FFP)峰值發射特性可垂直于沿垂直軸沈的顯示。當顯示器20安裝在升高位置時，觀看者視線M低于垂線，由顯示器發射的多數光未被觀察者看見并浪費掉。觀看者在顯示器下方和顯示器側面時也存在該情況。減少浪費的光量的一種方法是通過在較好匹配觀察者視線M的角度上安裝顯示器，但是其需要復雜和昂貴的安裝硬件，該安裝硬件難以使用，尤其是對于安裝在高海拔的巨大顯示器。觀看者在觀看時不經常直接在基于LED的顯示器前面。根據觀看者所處的位置， 水平視角可不同。而且，當人相對LED顯示器移動時，例如散步，可在不同水平角度觀看。典型地，具有鄰近中心的峰值發射的LED顯示器在不同水平角度可能經歷發射強度的減少。 每個像素的不同LED封裝的遠場圖形(FFP)還可不同，使得當從不同角度觀看時LED顯示器可能經歷圖像質量變化。

實用新型內容本實用新型針對的是LED封裝和使用LED封裝的LED顯示器，其中設置LED封裝以提供寬角度水平發射。這導致LED顯示器呈現例如寬角度遠場圖形(far field pattern) 的改善的發射特性。LED顯示器在垂直視角范圍還可呈現改善的圖像質量。LED封裝還可包括提供更可靠的操作的特征。根據本實用新型的LED顯示器的一個實施例包括多個LED封裝，其中每個具有水平發射角和垂直發射角。在顯示器中使用的所述LED封裝中的至少一些中水平發射角比垂直發射角更大。根據本實用新型的LED封裝的一個實施例包括至少部分地嵌入密封劑的引線框， 其中引線框包括LED的反射杯。設置反射杯和密封劑使得從LED封裝發射的LED光在第一方向的發射角大于在第二方向的發射角。根據本實用新型的LED顯示器的另一個實施例包括多個LED封裝，其每個具有水平發射角和垂直發射角。在所述LED封裝中的至少一些中水平發射角大于垂直發射角，使得LED顯示器產生比其垂直遠場圖形更寬的水平遠場圖形。根據本實用新型的LED顯示器的另一個實施例包括多個像素，其每個包括發射不同顏色光的多個LED封裝。每個LED封裝具有水平發射角和垂直發射角，其中水平發射角大于垂直發射角。視角范圍內不同垂直視角的每個LED封裝的發射圖案基本相同。根據本實用新型的一個方面提供了一種LED顯示器，其包括多個LED封裝，每個LED封裝具有水平發射角和垂直發射角，其中在所述LED封裝中的至少一些中所述水平發射角大于所述垂直發射角，其中，每個LED封裝均具有反射涂層。進一步地，所述至少一些LED封裝中的每一個包括橢圓形反射杯。進一步地，所述橢圓形反射杯在一個方向上較長，所述較長方向是水平對準的。進一步地，所述至少一些LED封裝中的每一個包括具有LED的反射杯，所述反射杯具有被布置成匹配所述LED的發射特性的側反射表面。進一步地，每個所述反射杯具有反射開口，與具有類似尺寸的體發射LED的反射杯相比，該反射開口對體發射LED而言較大。進一步地，所述反射杯中的至少一些包含具有80°或更大的反射開口的體發射 LED。進一步地，所述反射杯中的至少一些包含具有100°的反射開口的體發射LED。進一步地，所述反射杯中的至少一些包含具有60°或更大的反射開口的頂部發射 LED。進一步地，所述反射杯中的至少一些包含具有80°的反射開口的頂部發射LED。進一步地，每個所述反射杯具有反射側表面，與具有相同尺寸的體發射LED的反射杯相比，所述反射側表面對于頂部發射LED而言較高。進一步地，具有頂部發射LED的所述反射杯具有的反射側表面比具有相同尺寸的體發射LED的反射杯的反射側表面高50%以上。進一步地，所述至少一些LED封裝中的每一個包括橢圓形密封劑。進一步地，所述至少一些LED封裝中的每一個具有在一個方向上比在另一方向上寬的密封劑，該密封劑設置為較寬方向是水平對準的。進一步地，所述至少一些LED封裝中的所述每一個包括嵌入密封劑中的反射杯， 所述反射杯設置在所述密封劑中的促進發射角超過90°的點處。進一步地，所述LED封裝進一步包括反射杯散熱器和接合線散熱器，所述反射杯散熱器和所述接合線散熱器中的每一個被定尺寸為具有小于190K/W的熱阻。進一步地，所述LED顯示器包含具有大于90°的水平遠場發射圖案的屏幕發射圖案。進一步地，所述LED顯示器包含具有115°的水平遠場發射圖案的屏幕發射圖案。根據本實用新型提供了一種LED封裝，其包括至少部分地嵌入密封劑中的引線框，其中所述引線框包括具有LED的反射杯，其中所述反射杯和所述密封劑被布置成使LED 光沿第一方向以一定發射角從所述封裝發射，該發射大于沿第二方向的發射，其中，反射杯具有反射涂層。進一步地，所述第一方向垂直于所述第二方向。進一步地，所述LED封裝被安裝在LED顯示器中，所述第一方向是水平的并且所述
第二方向是垂直的。進一步地，每個所述反射杯是橢圓形的。進一步地，所述LED封裝進一步包括在所述反射杯中的體發射LED，所述反射杯具有80°或更大的反射開口。進一步地，所述反射杯具有約100°的反射開口。[0038]進一步地，所述LED封裝進一步包括在所述反射杯中的頂部發射LED，所述反射杯具有60°或更大的反射開口。進一步地，所述LED封裝所述反射杯具有約80°的反射開口。進一步地，所述密封劑是橢圓形的。進一步地，所述密封劑是橢圓形的并且在第一方向上寬于與所述第一方向垂直的方向，所述LED封裝被安裝在LED顯示器中且第一方向是水平對準的。進一步地，所述至少一些LED封裝中的所述每一個包括嵌入密封劑的反射杯，所述反射杯設置在所述密封劑中的促進發射角超過90°的點處。根據本實用新型提供了一種LED封裝，其包括具有反射杯部分的引線框，該反射杯部分具有反射杯和LED，所述引線框進一步包括接合線部分，所述反射杯部分包括反射杯散熱器，所述反射杯散熱器被設置用于擴散由所述LED產生的熱，所述散熱器被定尺寸以具有小于180K/W的熱阻，其中，每個LED封裝均具有反射涂層。進一步地，所述LED封裝進一步包括接合線散熱器，其被集成到所述接合線部分并被定尺寸以具有小于180K/W的熱阻。進一步地，所述反射杯散熱器被定尺寸以具有小于120K/W的熱阻。進一步地，所述接合線散熱器被定尺寸以具有小于120K/W的熱阻。進一步地，所述LED封裝進一步包括密封劑，在所述密封劑中嵌入所述引線框，其中所述引線框被構圖以提供所述密封劑和所述引線框之間的粘結。根據本實用新型的再一方面提供了一種LED顯示器，其包括多個LED封裝，每個LED封裝具有水平發射角和垂直發射角，其中在所述LED封裝中的至少一些中所述水平發射角大于所述垂直發射角，其中所述LED顯示器產生的水平遠場圖案寬于其垂直遠場圖案，其中，每個LED封裝均具有反射涂層。根據本實用新型的再一方面提供了一種LED顯示器，其包括多個像素，每個像素均包括發射不同顏色的光的多個LED封裝，每個所述LED封裝均具有水平發射角和垂直發射角，其中所述水平發射角大于所述垂直發射角，每個所述LED封裝的發射圖案在視角范圍內的不同垂直視角處相同，其中，每個LED封裝均具有反射涂層。進一步地，所述視角范圍是0到30°。根據本實用新型的LED封裝以及采用LED封裝的LED顯示器，其中LED顯示器的峰值發射可呈現改善的發射特性。改善的特性包括根據本實用新型的LED封裝的較寬水平發射角度，其使LED顯示器獲得例如較寬的遠場圖案的改善的發射特性。當從不同水平視角觀看顯示器時其提供改善的圖像強度和質量。還提供當從不同垂直角度觀看時，LED封裝具有發射不同顏色光的改善的發射特性。本實用新型的這些和其它方面以及優點將從隨后以實例闡明本實用新型的特征的詳細描述和附圖中變得顯而易見。

圖1是傳統發光二極管封裝；圖2是示出一些LED顯示器的典型視角的示意圖；圖3是根據本實用新型的引線框的一個實施例的頂視圖；[0056]圖4是圖3所示引線框的側視圖；圖5是根據本實用新型的引線框的另一實施例的頂視圖；圖6是圖5所示引線框的側視圖；圖7是根據本實用新型的反射杯和密封劑的一個實施例的側視圖；圖8是根據本實用新型的密封劑的一個實施例的頂視圖；圖9是圖8所示的密封劑的側視圖；圖10是圖8所示密封劑的另一側視圖；圖11是示出根據本實用新型的LED封裝的一個實施例的水平發射圖案的曲線圖；圖12是示出根據本實用新型的LED封裝的垂直發射圖案的曲線圖；圖13示出傳統引線框；圖14示出根據本實用新型的引線框的一個實施例；圖15示出根據本實用新型的引線框的另一實施例；題16示出根據本實用新型的引線框的又一實施例；圖17示出根據本實用新型的LED顯示器的一個實施例的水平發射圖案的曲線圖；圖18示出根據本實用新型的LED顯示器的垂直發射圖案的曲線圖；圖19示出LED顯示器的視角范圍；圖20示出根據本實用新型的紅和綠LED封裝在0°的發射圖案的曲線圖；圖21示出根據本實用新型的紅和綠LED封裝在15°的射圖案的曲線圖；圖22示出根據本實用新型的紅和綠LED封裝在30°的發射圖案的曲線圖。
具體實施方式
本實用新型針對的是LED封裝以及采用LED封裝的LED顯示器，其中LED顯示器的峰值發射可呈現改善的發射特性。在一些實施例中，改善的特性包括根據本實用新型的 LED封裝的較寬水平發射角度，其使LED顯示器獲得例如較寬的遠場圖形的改善的發射特性。當從不同水平視角觀看顯示器時其提供改善的圖像強度和質量。不同的實施例還提供當從不同垂直角度觀看時，LED封裝具有發射不同顏色光的改善的發射特性。在一個實施例中，紅和綠LED封裝在某一范圍內的不同垂直視角還具有基本相同的發射圖案。這有助于在這些角度顯示器呈現的色彩是一致的。在具有唯一尺寸和設置的LED封裝的LED顯示器中可獲得這些改善的發射特性。 這些包括但不局限于反射杯的光學設計、封裝密封劑中引線框的高度、以及LED封裝密封劑的形狀尺寸和形狀。根據本實用新型的LED封裝還可具有通過不同操作溫度使封裝更可靠的多個特征。這些特征可包括對LED產生的熱提供改善散熱的引線框尺寸。引線框還可被提供有表面粗糙，其提供引線框和密封劑之間的改善的粘結。上述特性的組合提供了 LED顯示器具有更可靠的操作和從不同水平和垂直角度觀看的LED顯示器的改善的發射特性。下面描述根據本實用新型的多個不同實施例，其提供所需的發射特性，但應該理解這些特性可以以超過這里描述的那些方式的不同方式來提供。下面的一些LED封裝實施例是關于較寬水平發射角來描述的，但是應該理解本實用新型還可用于提供也可設置成提供更大垂直發射角的LED封裝。還可理解下面描述的不同視角僅是不同實施例中可提供的不同視角的代表。盡管關于LED封裝描述了顯示器的實施例，但是還可理解可使用許多不同類型的發射器，而且該術語的使用意味著包含所有固態發射器，例如LED、LED芯片和激光二極管。這里描述的LED封裝具有單個LED，但是應該理解它們可具有多于一個LED。根據本實用新型的LED封裝還可具有顯示器中安裝的不同安裝設置，例如引線或表面安裝設置。這里關于特定實施例描述來本實用新型，但應該理解本實用新型可以不同形式來具體實施并不應該解釋為局限于這里所闡述的實施例。尤其是可提供超過上面描述的那些的許多不同的LED、反射杯和引線框設置，并且密封劑可提供改善可靠性和從LED封裝的發射特性和使用LED封裝的LED顯示器的多個特征。盡管下面討論的LED封裝的不同實施例針對的是在LED顯示器中的使用，但是它們可單獨地或與其它具有相同或不同峰值發射傾斜(tilt)的LED封裝一起用于多種其它應用中。也可理解的是，當元件例如層、區域或襯底被稱為在另一元件“之上”時，它可以是直接在另一元件上或也可以存在介于其間的元件。此外，這里可以使用相對的術語，例如 “內部的”、“外部的”、“上部的”、“上面”、“下部”、“下面”和“在……之下”以及相似的術語來描述一層或另一區域的關系。可理解的是，這些術語意在包含除了圖中描述的取向之外器件的不同取向。盡管這里術語第一、第二等可以用于描述各種元件、部件、區域和/或部分，但這些術語將不限制這些元件、部件、區域和/或部分。這些術語僅用于區分一個元件、部件、區域或部分與另一個元件、部件、區域或部分。因此，在下面討論的第一元件、部件、區域或部分可以稱為第二元件、部件、區域或部分而沒有偏離本實用新型的教導。這里參考截面圖描述本實用新型的實施例，其中截面圖示出了本實用新型的實施例的示意性圖。依此，部件的實際厚度可以不同，并且由于例如制造技術和/或容限的原因，可預期改變圖示的形狀。本實用新型的實施例將不解釋為局限于這里示出的區域的特定形狀，而是由于例如制造上的原因包括形狀上的偏離。典型地，由于標準的制造容限，圖示或描述的正方形或矩形區域將具有圓形或弧形特征。因此圖中示出的區域實際上是示意性的，并且它們的形狀并不旨在說明器件的區域的精確形狀，并且也不旨在限制本實用新型的范圍。如上所述，通過使用具有獨特反射杯設計的LED封裝可至少部分地獲得根據本實用新型的LED顯示器的改善的發射特性。在一些實施例中，反射杯可具有到其側表面的不同角度和高度的橢圓形狀，以匹配安裝在反射杯中的LED芯片的發射特性和結構。例如，相比于用于主要從頂部表面發出光的LED(即頂部發射LED)的反射杯，反射杯可具有不同角度和尺寸，用于從所有表面發出光的LED(即體發射LED)。反射杯可具有反射涂層。圖3和4示出根據本實用新型的LED封裝50的一個實施例，該LED封裝50典型地被嵌入在如環氧樹脂的密封劑中。為了描述方便，在沒有密封劑的情況下示出LED封裝 50和下面的實施例。封裝50包括具有反射杯M的引線框52，LED 56安裝在反射杯M的基座處。引線框52可使用已知制造方法由傳統材料制成。可以通過第一引線部分5 和第二引線框部分52b將電信號施加到LED 56，接合線(未示出)穿過第二引線框部分52b和LED 56之間以將電信號載送到LED 56。許多不同類型的LED可用在封裝50中。傳統LED的制造通常是已知的，并且這里僅簡要討論。可以使用已知的工藝來制造LED，且一種合適的制造工藝是使用金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)。LED的層通常包括夾在第一和第二相反摻雜外延層之間的有源層/區， 其所有這些都是連續形成在生長襯底上的。LED芯片可以形成在晶片上，然后被單體化以安裝在封裝中。可以理解，生長襯底可以作為最終單體化的LED的一部分而保留或者生長襯底可以被全部或部分地移除。還可以理解，在LED 56中還可以包括另外的層和元件，包括但不限于緩沖層、成核層、接觸層和電流擴展層，以及光提取層和元件。有源區可以包括單量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、雙異質結或超晶格結構。有源區和摻雜層可以由不同材料系統制造，優選的材料系統是III族氮化物基材料系統。III族氮化物指的是那些在氮和周期表的III族中的元素(通常是鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In))之間形成的半導體化合物。該術語還涉及三元和四元化合物，如鋁鎵氮(AWaN)和鋁銦鎵氮(AlInGaN)。在優選的實施例中，摻雜層是氮化鎵 (GaN)且有源層是hGaN。在替換實施例中，摻雜層可以是AlfeiN、鋁鎵砷(AWaAs)或鋁鎵銦砷磷(AWaInAsP)。生長襯底可以由很多材料制成，如藍寶石、碳化硅、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)， 合適的襯底是4H多型體碳化硅，然而也可以使用包括3C、6H和15R多型體的其它碳化硅多型體。碳化硅具有某些優點，如與藍寶石相比晶格匹配更接近III族氮化物，并且導致產生具有更高質量的III族氮化物膜。碳化硅還有非常高的導熱性以使碳化硅上的III族氮化物器件的總輸出功率不會被襯底的散熱所限制(形成在藍寶石上的一些器件的情況可能是這樣)。SiC襯底可從美國北卡羅來納州杜倫的克里研究公司獲得，以及關于制作它們的方法在科學文獻中和美國專利No. Re. 34，861、No. 4，946，547和No. 5，200，022中被陳述。LED還可包括傳導電流擴展結構和頂部表面上的接合線墊，它們都由導電材料制成，導電材料可使用已知方法來沉積。可用于這些元件的一些材料包括Au、Cu、Ni、In, Al> Ag或它們的組合以及導電氧化物和透明導電氧化物。電流擴展結構可包括在LED 56上布置成網格的導電指狀物，這些指狀物間隔開以增強從墊到LED頂部表面的電流擴展。在操作中，如下所述電信號通過接合線被施加到墊，并且電信號通過電流擴展結構的指狀物和頂部表面傳播到LED中。電流擴展結構經常用在頂部表面是ρ型的LED中，但還可用于η 型材料。這里描述的某些或全部LED可以用一個或更多磷光體來涂覆，磷光體吸收至少一些LED光并發射不同波長的光，以使LED發射來自LED和磷光體的光的組合。在根據本實用新型的一個實施例中，白色發光LED具有發射藍色波長譜的光的LED且磷光體吸收部分藍光并再發射黃光。LED發射藍光與黃光的白光組合。在其它實施例中，如上面提到的美國專利No. 7，213，940中所述的那樣，LED芯片發射藍光與黃光的非白光組合。在某些實施例中，磷光體包括可商業上獲得的YAG:Ce，然而采用由基于(Gd，Y) 3 (Al, Ga)5012:Ce系統 (如Y3Al5O12:Ce (YAG))的磷光體制成的轉換粒子，全范圍的寬的黃光譜發射是可能的。其它可用于白色發光LED芯片的黃光磷光體包括Tb3_xREx012:Ce(TAG) ；RE = Y, Gd, La, Lu ；或 Sr2_x_yBaxCaySi O4 Eu。發射紅光的LED可包括允許紅光直接從有源區發射的LED結構和材料，例如淡紅色的AlInGaP LED。可替換地，在其它實施例中，紅色發光LED可以包括被吸收LED光并發射紅光的磷光體覆蓋的LED。LED可以發射藍光或UV光，一些適合于這些結構的磷光體可以包括Lu203:Eu3+ ； (Sr2_xLax) (Ce1^xEux)O4 ；Sr2^xEuxCeO4 ；SrTiO3:Pr3+, Ga3+ ；CaAlSiN3:Eu2+ ； 和 Sr2Si5N8: Eu2+。可以采用許多不同方法用磷光體來涂覆LED，在序號為No. 11/656，759和 No. 11/899，790的美國專利申請中描述了一種合適的方法，這兩個專利申請的實用新型名禾爾都是“Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method”，并且二者通過引用被并入此處。可替換地，可以使用其它方法涂覆LED，如電泳沉積(EPD)，在實用新型名稱為“Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices”的美國專利申請No. 11/473, 089中描述了一種合適的EPD方法， 其也通過引用并入此處。應該理解根據本實用新型的LED封裝還可具有不同顏色的多個 LED，其中的一個或多個可以是白色發光。根據本實用新型的一個方面，反射杯M可具有不同尺寸以匹配其特定LED的發射特性。在所示實施例中，反射杯M具有最適合體發射LED的尺寸。體發射LED是指來自有源區的光從LED的所有表面發射出的LED。發射不同顏色的光的不同的LED可以是體發射， 例如傳統藍色或綠色LED，其中的一些可如前所述被磷光體覆蓋。反射杯M的反射表面58 的側面可設置成具有適合于體發射LED的高度和角度。在所示實施例中，反射杯M為橢圓形以促進具有較寬發射角的LED封裝發射。當從上觀看時反射杯M在第一方向上比在第二垂直方向上長。反射杯M還具有底部表面 60，其在第一方向60a上長于第二垂直方向60b。在一個實施例中，第一方向60a比第二垂直方向60b在長度上長近似10%或更多。在其他實施例中，第一方向60a長度比第二垂直方向60b長20%或更多。在其它實施例中，第一方向60a可以比垂直方向60b長30%或更多。在一個實施例中，第一方向近似為0. 9mm并且垂直方向近似為0. 65mm。可以理解反射杯的尺寸還可取決于其它因素。不同尺寸透鏡或密封劑可限制特定反射杯的尺寸。如果反射杯對于特定密封劑來說太大，則它可能離密封劑表面太近，其可能呈現破裂的危險。不同尺寸的LED還可影響反射杯的尺寸。如果相比于LED尺寸，反射杯太小，那么當在反射杯中安裝LED時將很難進行。所示實施例的反射杯M可設置為反射來自體發射LED 56的大部分光以便來自 LED的光有助于顯示器的有效發射。在所示實施例中，側反射表面58可以比LED 56的頂部表面高。在一個實施例中，LED 56的頂部表面上的側表面的高度可以是LED 56總高度的 50%或更多。在其它實施例中，LED 56的頂部表面上的側表面58的高度可以是LED 56的總高度的30%或更高。在其它實施例中，LED 56的頂部表面上的側表面的高度可以是LED 56的總高度的10%或更高。在一個實施例中，LED芯片可具有大于約0.05mm的高度62，并且在另一實施例中大于約0. 10mm。在一個實施例中反射表面可具有近似0. 15mm的高度， LED具有近似0. IOmm的高度。反射杯還可具有反射開口 64，其被測量為相對反射表面之間的角度。在一些實施例中反射開口可近似為80°或更多，而在其它實施例中它可近似為90°或更多。在所示的實施例中，反射開口 64可具有近似100°的角度，然而可理解反射杯可具有不同的尺寸和角度。[0097]圖5和6示出根據本實用新型的LED封裝70的另一實施例，其具有與LED封裝50 類似的橢圓形，并包括類似的引線框72和反射杯74，LED76安裝到反射杯74的底部表面 80。在該實施例中LED 76是頂部發射，意味著來自LED 76的大部分發射從其頂部表面射出。類似于上面的實施例，底部表面80是橢圓形并在一個方向80a上比其垂直方向80b上長。在一個實施例中，如上所述這些長度的差別可以是10、20或30%或更多，并且在一個實施例中可近似為0. 9mm乘0. 65mm。然而，反射杯74的側反射表面78可具有更適于頂部發射LED的發射特性的尺寸。 與LED 76的高度相比，側反射表面78可具有比體發射LED的反射杯更高的高度以反射從 LED的頂部表面發射的更多的光。在一個實施例中，LED 76的頂部表面上的側表面78的高度可以是LED 76的總高度的150%或更多。在其它實施例中，LED 76的頂部表面上的側表面78的高度可以是LED 76的總高度的100%或更多。在其它實施例中，LED 76的頂部表面上的側表面78的高度可以是LED 76的總高度的50%或更多。在所示實施例中，對于具有近似0. IOmm的高度的LED 76來說，側反射表面78的高度82可以近似為0. 25mm。類似于上面的實施例，反射杯74可具有反射開口 84，其被測量為相對反射表面之間的角度。反射開口可因頂部發射LED而不同以在所需的方向上捕獲和重新引導來自LED 的更多的光。在一些實施例中，反射開口 84可近似為60°或更多，而在其它實施例中可近似為70°或更多。在所示實施例中，反射開口 84可具有近似80°的角度，然而可以理解反射杯可具有不同的尺寸和角度。可理解根據本實用新型的反射杯可具有取決于其LED的尺寸和發射特性的不同尺寸。該反射杯尺寸的匹配，例如反射表面高度和反射開口，以匹配特定LED，可為提高并匹配整個顯示器的視角寬度并匹配不同LED類型的FFP留出余地。根據本實用新型的反射杯的形狀和尺寸有助于促進更大視角下LED封裝發射并還促進具有不同LED類型的LED封裝的類似發射特性。也就是，不同LED類型具有不同反射杯設置，類似的光量可以基本匹配的發射圖案被反射。根據本實用新型的LED封裝還具有其它特性和尺寸，其有助于促進更寬視角下的發射。圖7示出根據本實用新型的LED封裝100的一個實施例，其包括反射杯102和LED 104，所有這些都嵌入密封劑108中。LED封裝還可包括引線框，該圖為了便于描述而省略了該引線框。在傳統LED封裝中，反射杯典型地以Tl的高度位于密封劑中以便封裝提供相對小發射角的聚焦光。相比之下，LED封裝100中的反射杯102在更高點T2設置在密封劑中以便其更接近密封劑頂部106。在一些實施例中，反射杯102可比現有封裝高至40%，而在其它實施例中它可比現有封裝高至20%。在其它實施例中，它可比現有封裝高至10%或更多。在一些實施例中，反射杯102可具有離密封劑頂部106的距離，該距離是密封劑 108的總高度的25%或更少。在其它實施例中，反射杯102可具有離密封劑頂部106的距離，該距離是密封劑108的總高度的35%或更少。在其它實施例中，反射杯102可具有離密封劑頂部106的距離，該距離是密封劑108的總高度的45%或更少。在所示實施例中，密封劑108具有近似6. 3mm的高度并且反射杯108安裝在密封劑108中位于離密封劑頂部106 近似2. 2mm的位置處。基于反射杯102與密封劑頂部108離得更近，其導致LED封裝100 的發射角更大。[0104]根據本實用新型的不同實施例可具有其它結構變化，例如密封劑的形狀，其能提高水平發射角。圖8、9和10示出LED封裝120的另一實施例，僅示出其密封劑122。密封劑具有橢圓尺寸的截面以促進寬角發射。密封劑22在第一方向12 上具有比第二方向 122b更大的長度，第二方向122b垂直于第一方向12加。在一些實施例中第一方向12 可以比第二方向122b大40%或更多。在另一實施例中，其可以大30%或更多，而在其它實施例中，其可以大20%或更多。在一個實施例中，在密封劑主體的一個點處，第一方向12 可測量為3. 9mm并且第二方向122b可測量為3. Omm高。在一些實施例中，密封劑可以與傳統環狀反射杯一起使用，根據密封劑的橢圓形狀，整個封裝具有更寬發射角。在其它實施例中，密封劑可與橢圓形狀反射杯一起使用，這些橢圓形狀反射杯與密封劑的橢圓形狀對齊以提供甚至更寬的發射。在其它實施例中，反射杯可具有不同的反射表面高度和角度以匹配其LED的發射，其還可增寬封裝的發射角。 在其它實施例中，在密封劑中反射杯可設置得更高以進一步增寬發射角。可以理解根據本實用新型的LED封裝可具有這些特征的不同組合以產生所需的發射寬度。根據本實用新型的LED封裝可產生具有不同發射寬度的發射。在一些實施例中， 發射角可大于90°并可高達120°，而在其它實施例中，它可高達140°。圖11示出根據本實用新型的具有增加水平發射寬度的特征的LED封裝的一個實施例的發射的水平遠場圖形(FFP)IM的一個實施例。LED封裝的特征產生近似115°的寬水平發射角。圖12示出根據本實用新型的不具有增加垂直發射寬度的特征的LED封裝的垂直發射FFP 126。垂直發射具有近似65°的FFP寬度。根據本實用新型的LED封裝還可設置為具有為可靠的操作和提升的電流以及熱能級留出余地的特征。在高電流和高光通量應用中，安裝在反射杯中的LED可產生能擴展到環繞LED的密封劑或進入到引線框的熱量。LED封裝在較高電流水平下操作的能力至少部分地取決于封裝耗散來自LED的熱量的能力和引線框通過溫度循環附著到密封劑的能力。現在參考圖13、14和15，與根據本實用新型的引線框的兩實施例相比，示出傳統 LED封裝引線框。圖13示出傳統引線框130，具有反射杯部分132和接合線部分134，其中接合線被包括至反射杯中的LED。反射杯部分132包括在它下面的擴大的反射杯散熱器136， 并且接合線部分134包括在它下面的擴大的接合線散熱器138。設置反射杯和接合線散熱器136、138以提供增加的表面積，以便在運行期間從LED產生的熱量從LED擴散，因此熱量更易散到周圍密封劑中。圖14還示出根據本實用新型的引線框140，其具有反射杯部分142、接合線部分 144、反射杯散熱器146以及接合線散熱器148。然而，在該實施例中，反射杯散熱器146被擴大以提供降低的熱阻并增加表面積以更有效地擴散和散發來自LED的熱量。在所示的實施例中，反射杯散熱器146比傳統引線框中的那些更寬，一些傳統引線框具有近似0. 9mm的寬度。在一些實施例中，反射杯散熱器146可比傳統引線框中的寬40%或更多。在其它實施例中，反射杯散熱器可比傳統引線框中的反射杯散熱器寬30 %或更多。在其它實施例中， 反射杯散熱器146可比傳統弓I線框中的反射杯散熱器寬20 %或更多。在所示實施例中，反射杯散熱器可有近似1. 25mm的寬度。與傳統引線框相比，該寬度的增加可導致近似12. 5% 的熱阻的減少(168到147K/W)。應該理解其它實施例可具有不同尺寸的反射杯散熱器，并且在其它實施例中，接合線散熱器148還可更寬以改善熱擴散。圖15示出根據本實用新型的LED引線框150的另一實施例，其也具有反射杯部分 152、接合線部分154、反射杯散熱器156以及接合線散熱器158。然而，在該實施例中，反射杯散熱器156不僅比傳統引線框中的寬，而且更長。這提供進一步的熱阻降低，同時表面積增加以更有效地散熱。在一個實施例中，反射杯耗散器的長度增加了 10%或更多，而在其它實施例中，該長度可增加20%或更多。在其它實施例中，該長度可增加30%或更多。在所示的實施例中，反射杯散熱器的底部增加了 0. 5mm并且從反射杯部分的頂部152測量為 3. 75mm。該近似15%的長度增加可導致近似38%的熱阻的降低(186到1MK/W)。在一些實施例中，僅反射杯散熱器在引線框150中長度增加。然而，接合線散熱器158的長度還可以相同或不同于反射杯散熱器156的長度增加。這類似地減小接合線散熱器的熱阻以更有效地擴散熱量和耗散熱量。應該理解盡管描述的本實用新型是關于增加耗散器的寬度和長度的，但是其它尺寸也可增加，例如厚度。每個引線框還可包括改善與密封劑的粘結的特征，其還改善可靠性。圖14和15 所示的實施例的每個可包括切口 160，其設置成在最終的LED封裝中保持引線框到密封劑。 還可包括其它粘結特征。圖16示出根據本實用新型的引線框170的另一實施例，其也包括反射杯部分172、接合線部分174、反射杯散熱器176以及接合線散熱器178。在該實施例中，引線框170的不同特征可包括表面粗糙化或壓印特征180，其覆蓋引線框170的所有或其中一些表面。特征180可使用許多已知工藝(例如金屬沖壓)來形成。通過制造期間填充特征180的密封劑，特征180通過溫度循環提供密封劑和引線框170之間增加的粘結。特征180可具有多種不同的尺寸并可具有相同尺寸或可具有不同尺寸。它們可任意位于引線框上或可在圖案中。特征180提供在類似形狀特征的圖案中，這些類似形狀特征可被包括在多種不同位置中并且在所示的實施例中主要位于反射杯散熱器176和接合線散熱器178上。特征180的一個實施例可具有一般金字塔形狀，且基座近似為0. 05mm乘 0. 05mm,并且深度近似為0. 03mm。鄰近特征之間還可存在近似0. IOmm的間距。應該理解壓印特征和擴大的耗散器可單獨使用或組合使用以提供更可靠的LED封裝操作。根據本實用新型的LED封裝可用于形成具有改善的遠場圖形的LED顯示的LED顯示器。圖17示出使用根據本實用新型的LED封裝的LED顯示器的一個實施例的水平遠場圖形的屏幕曲線190。在水平視角120度范圍內屏幕基本呈現平坦發射強度特性。這提供 LED顯示器在更大角度范圍的改善的觀看，在垂直0°觀看角度與垂直的任意側的任何到 60°的觀看角度，LED圖像具有基本相同的強度。由此，與傳統的基于LED的顯示器相比， 圖像在更大角度范圍保持其質量。圖18示出使用根據本實用新型的LED封裝的LED顯示器的一個實施例的垂直遠場圖形的屏幕曲線200。垂直圖案跟隨更多的上述LED封裝并用于不具有增加的垂直發射角的顯示器中的朗伯(Lambertian)圖案。應該理解在其它實施例中，一些或所有LED封裝可設置成具有更高垂直視角，且垂直屏幕曲線呈現類似于圖17所示的平坦部分。根據本實用新型的使用根據本實用新型的具有上述所有或其中一些特征的LED 封裝的LED顯示器還可呈現在垂直視角范圍內改善的發射強度曲線匹配。如圖19所示， LED顯示器的觀看者可從垂直角度(例如從顯示器下特定角度)觀看顯示器。在所示的實施例中，垂直視角可以在0到30度范圍內。為了提供這些不同視角的更一致的圖像質量，根據本實用新型的LED顯示器提供匹配的屏幕曲線和用于紅、綠和藍LED在這些角度的遠場圖形。圖20示出當在0°或垂直于LED顯示器觀看時具有至少其中一些上述特征的紅和綠LED封裝212、214的水平發射圖案。藍色LED封裝可具有類似于綠色LED封裝的發射圖案并且每個圖案基本與其它圖案匹配。圖21示出在15°垂直視角根據本實用新型的相同紅、綠LED封裝的發射圖案222、224。盡管每個的幅度可以比在0°下的圖案低，但是這些圖案仍舊基本匹配。圖22示出在30°相同的LED封裝的發射圖案232、234，且進一步發射幅度降低，但是發射曲線仍基本匹配。圖20到22中的曲線示出使用根據本實用新型的LED封裝的LED顯示器可呈現基本匹配的發射特性和不同的垂直視角。盡管光的強度可以隨著視角增加而降低，但是通過具有相同發射曲線的發射器而保持了圖像的色彩質量。根據本實用新型的顯示器還可包括不同的LED封裝組合。也就是，不同顯示器中的LED封裝不需要具有相同的特征以增加發射角度。應該理解盡管已經關于LED封裝的水平發射角度描述了本實用新型，但是本實用新型可類似地用于增加垂直發射角。類似地， LED顯示器可與LED封裝的組合一起使用，這些封裝具有增加水平和垂直發射角度兩者的特征。根據本實用新型的LED封裝可用于除LED顯示器之外的多種不同的照明應用，尤其是使用小型高輸出的光源的那些應用，其需要增加的發射角。其中一些包括但不局限于路燈、建筑物照明、家庭和辦公室照明、顯示照明以及背光。盡管參考其某些優選結構詳細描述了本實用新型，但是其它型式也是可能的。因此，本實用新型的精神和范圍不應局限于上面描述的型式。
權利要求1.一種LED封裝，其特征在于，包括至少部分地嵌入密封劑中的引線框，其中所述引線框包括具有LED的反射杯，其中所述反射杯和所述密封劑被布置成使LED光沿第一方向以一定發射角從所述封裝發射，該發射大于沿第二方向的發射，其中，每個LED封裝均具有反射涂層。
2.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述第一方向垂直于所述第二方向。
3.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述LED封裝被安裝在LED顯示器中，所述第一方向是水平的并且所述第二方向是垂直的。
4.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，每個所述反射杯是橢圓形的。
5.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述LED封裝進一步包括在所述反射杯中的體發射LED，所述反射杯具有80°或更大的反射開口。
6.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述反射杯具有100°的反射開口。
7.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述LED封裝進一步包括在所述反射杯中的頂部發射LED，所述反射杯具有60°或更大的反射開口。
8.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述反射杯具有80°的反射開口。
9.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述密封劑是橢圓形的。
10.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述密封劑是橢圓形的并且在第一方向上寬于與所述第一方向垂直的方向，所述LED封裝被安裝在LED顯示器中且第一方向是水平對準的。
11.根據權利要求1的LED封裝，其特征在于，所述至少一些LED封裝中的所述每一個包括嵌入密封劑的反射杯，所述反射杯設置在所述密封劑中的促進發射角超過90°的點處。
12.—種LED封裝，其特征在于，包括具有反射杯部分的引線框，該反射杯部分具有反射杯和LED，所述引線框進一步包括接合線部分，所述反射杯部分還包括反射杯散熱器，所述反射杯散熱器被設置用于擴散由所述LED產生的熱，所述反射杯散熱器被定尺寸以具有小于180K/W的熱阻，所述反射杯具有反射涂層。
13.根據權利要求12的LED封裝，其特征在于，所述LED封裝進一步包括接合線散熱器，所述接合線散熱器被集成到所述接合線部分并被定尺寸以具有小于180K/W的熱阻。
14.根據權利要求12的LED封裝，其特征在于，所述反射杯散熱器被定尺寸以具有小于 120K/W的熱阻。
15.權利要求13的LED封裝，其特征在于，所述接合線散熱器被定尺寸以具有小于 120K/W的熱阻。
16.根據權利要求12的LED封裝，其特征在于，所述LED封裝進一步包括密封劑，在所述密封劑中嵌入所述引線框，其中所述引線框被構圖以提供所述密封劑和所述引線框之間的粘結。
專利摘要本實用新型涉及LED封裝，包括至少部分地嵌入密封劑中的引線框，其中所述引線框包括具有LED的反射杯，其中所述反射杯和所述密封劑被布置成使LED光沿第一方向以一定發射角從所述封裝發射，該發射大于沿第二方向的發射，其中，每個LED封裝均具有反射涂層。根據本實用新型的LED封裝的峰值發射可呈現改善的發射特性，使LED顯示器獲得例如較寬的遠場圖形的改善的發射特性。當從不同視角觀看顯示器時其提供改善的圖像強度和質量。
文檔編號H01L25/075GK202145462SQ20112018969
公開日2012年2月15日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年11月19日
發明者C·K·陳, H·劉, J·圣, M·羅, X·費, Y·K·劉, Z·志寬 申請人:惠州科銳光電有限公司