具有圖案化封裝的混合板上芯片led模塊的制作方法
【專利摘要】使用不同波長轉換材料或者不同濃度的波長轉換材料來封裝混合發光模塊的不同顏色的發光元件。在本發明的實施例中，特定顏色的第二發光元件（170）利用透明第二封裝劑（120;420;520）封裝，而不同顏色的第一發光元件（160）利用波長轉換第一封裝劑（110;410;510）封裝。在本發明的另一實施例中，不同顏色的第二和第三發光元件（170,580）的特定第二集合利用與第一發光元件（160）的另一第一集合不同的封裝劑來封裝。
【專利說明】具有圖案化封裝的混合板上芯片LED模塊
[0001 ] 本發明在能源部(DOE)頒發的合同N0.DE-EE0005099之下利用美國政府支持而做出。政府具有本發明中的某些權利。
技術領域
[0002]本發明涉及發光元件的領域，并且特別地涉及包括提供用于不同顏色的不同波長轉換元件的圖案化封裝的混合(不同顏色的多個發光元件)LED模塊。
【背景技術】
[0003]隨著對于高輸出半導體發光器件(LED)的需求增加，通常使用包括發光元件的陣列的模塊。各個發光元件可以是“中等功率”的，消耗少于半瓦特，并且許多個可以包含在陣列中，從而提供相對高的光輸出強度。
[0004]為了產生期望的顏色，諸如白光，不同波長的光組合。在一些實施例中，發光元件的陣列可以包括不同顏色(諸如紅色、藍色和綠色/黃色)的發光元件的集合。每一個顏色的光輸出的強度將限定來自陣列的復合光輸出的顏色。
[0005]在其它實施例中，發光元件的陣列可以全部發射相同波長的光，并且波長轉換材料可以用于將發光元件所發射的光的至少一部分轉換成不同波長，使得光輸出是原始發射的光和經波長轉換的光的組合。該波長轉換材料通常包含在覆蓋陣列的封裝劑中。
[0006]“板上芯片”(C0B)是由于其靈活性和低成本而經常使用的陣列架構。COB可以包括布置在襯底上并且由圍繞發光元件的環或堤壩(dam)內的封裝劑覆蓋的發光元件的陣列。封裝劑可以是傾倒到堤壩中然后固化的硅樹脂化合物，或者它可以是預形成的元件，諸如包含在環內的硅樹脂片或陶瓷。通常，封裝劑包括將發光元件所發射的光轉換成一個或多個其它波長的波長轉換材料。
【發明內容】
[0007]將有利的是提供一種比常規板上芯片模塊更加高效的板上芯片架構中的混合發光模塊。
[0008]為了更好地解決這些關注點中的一個或多個，在本發明的實施例中，不同波長轉換材料或者不同濃度的波長轉換材料可以用于封裝不同顏色的發光元件。在本發明的實施例中，特定顏色的發光元件利用透明封裝劑封裝，而不同顏色的發光元件利用波長轉換封裝劑封裝。在本發明的另一實施例中，不同顏色的發光元件的特定集合利用與發光元件的另一集合不同的封裝劑來封裝。
[0009]
【申請人】已經認識到，盡管每一個磷光體可以高效地吸收第一波長范圍的光并且發射期望的第二波長范圍的光，但是磷光體還可能吸收其它波長的光并且完全不發射光，或者以第三、可能不期望的波長范圍發射最少量的光，從而導致所吸收的光的損失，以及光輸出效率的對應損失。
[0010]因而，在本發明的實施例中，不同顏色的發光元件與以最少效率降低吸收而高效地產生所期望的光輸出的封裝劑配對。不意圖由波長轉換材料轉換的特定波長的光的發光元件例如可以利用無磷光體的封裝劑來封裝，而意圖被轉換的光的發光元件可以利用磷光體或磷光體混合來封裝，磷光體或磷光體混合將一些或全部的光高效地轉換成期望的波長或波長的集合。
【附圖說明】
[0011]參照附圖進一步詳細地并且通過示例的方式來解釋本發明，其中:
圖1A-1B圖示了包括位于不同顏色的發光元件的集合之上的不同封裝劑材料的示例發光模塊。
[0012]圖2圖示了用于調節來自發光元件的每一個集合的光輸出的相對強度的示例控制器。
[0013]圖3圖示了包括位于不同顏色的發光元件的集合之上的不同封裝劑材料的另一發光模塊的不例。
[0014]圖4圖示了包括位于不同顏色的發光元件的集合之上的不同成形的封裝劑材料的發光模塊的示例。
[0015]圖5圖示了包括位于發光元件的不同集合之上的不同封裝劑材料的發光模塊的示例。
[0016]貫穿附圖，相同參考標號指示類似或對應的特征或功能。出于說明性目的而包括附圖并且其不意圖限制本發明的范圍。
【具體實施方式】
[0017]在以下描述中，出于解釋而非限制的目的，闡述具體細節，諸如特定架構、界面、技術等，以便提供對本發明的概念的透徹理解。然而，對本領域技術人員將明顯的是，本發明可以在脫離這些具體細節的其它實施例中實踐。以類似方式，本描述的文本針對如在圖中所圖示的示例實施例，并且不意圖超出權利要求中所明確包括的限制之外地限制所要求保護的發明。出于簡單和清楚的目的，省略公知的器件、電路和方法的詳細描述以免以非必要的細節使本發明的描述模糊。
[0018]圖1A圖示了包括位于不同顏色的發光元件的集合之上的不同封裝劑材料的示例發光模塊100的剖面圖并且圖1B圖示了其頂視圖。為了便于理解和引用，術語“封裝劑”和“封裝”在本文中以通用含義使用以包括覆蓋發光元件的發光表面以接收從一個或多個發光表面發射的基本上全部光的材料。
[0019]在圖1A-1B中，發光元件160發射與發光元件170不同顏色的光。發光元件160，170被圖示為位于襯底上，或者包括服務于向發光元件160，170提供外部電力的導電元件(未圖示)的板150上。發光元件160，170可以是焊接到導電元件的分立發光器件(“板上芯片”)，或者可以是位于耦合到板150上的導電元件的中間襯底上的元件。本領域技術人員將認識到，可以使用襯底上的發光元件的其它配置。
[0020]第一封裝劑110用于覆蓋發光元件160，并且另一封裝劑120用于覆蓋發光元件170，封裝劑110，120中的每一個具有不同的波長轉換屬性。可選地，板150上的壁155促進模塊100的處置，并且可以服務于包含封裝劑110，120。
[0021]封裝劑110，120的帶可以通過使薄屏障位于每一個帶之間，然后利用適當的封裝劑110，120(典型地以半液體形式，諸如硅樹脂化合物)填充屏障之間的區，然后硬化封裝劑而形成。屏障可以在封裝劑固化時移除，或者留在模塊100內。如果留在其內，則屏障可以取決于期望的光輸出圖案而是透明或反射性的。
[0022]在可替換實施例中，可以提供包含封裝劑110，120的帶的預形成的片。預形成的片可以是使用前述屏障圖案化有封裝劑110，120的部分固化的硅樹脂片。部分固化的硅樹脂片被放置在發光元件160，170頂上，然后被層壓到板150，如在2008年7月3日授予HaryantoChandra并且通過引用并入本文的美國專利7 ,344,952 “Laminating Encapsulant FilmContaining Phosphor Over LEDs”中詳述的那樣。在可替換方案中，封裝劑110的預形成的片被層壓在發光元件160之上并且預形成的片或液體120可以用于在第一層壓之后覆蓋發光元件170。在另一可替換方案中，操作和材料可以顛倒。
[0023]在示例實施例中，發光元件160發射藍光，并且發光元件170發射紅光。在這樣的實施例中，一些藍光意圖被轉換成黃/綠光，而紅光意圖被直接發射。因而，在該不例實施例中，封裝劑110可以包括將藍光轉換成黃/綠光的磷光體，并且封裝劑120可以無磷光體。
[0024]在其它實施例中，發光元件160提供第一波長的光，發光元件170提供第二波長的光，并且封裝劑110，120提供對應的第三和第四波長的光。
[0025]盡管在該示例中僅圖示了兩種不同顏色的發光元件，但是本領域技術人員將認識至IJ，各種不同顏色/波長的發光元件可以包括在具有各種不同封裝劑的發光模塊中。
[0026]同樣地，設想到不成帶的圖案，諸如不同類型的發光元件和對應封裝劑的棋盤圖案或不等分布，并且這包括在本發明的范圍內。在另一可替換方案中，設想到三對或更多對的發光元件/封裝劑并且這包括在本發明的范圍內。
[0027]圖2圖示了用于調節來自發光元件的每一個集合的光輸出的相對強度的示例控制器。控制器250提供有電源，并且將該電力分配到發光元件160，170的集合以便提供兩個集合之間的期望光輸出比。盡管針對發光元件160，170的每一個集合圖示了串聯布置，但是本領域技術人員將認識到，可以使用諸如并聯和串并聯之類的可替換布置來配置每一個集合。在可替換方案中，設想到三種或更多種類型的發光元件并且這包括在本發明的范圍內。
[0028]在示例實施例中，控制器250可以包括使得用戶能夠調節總體光輸出強度以及由發光元件160和封裝劑110的組合和發光元件170和封裝劑120的組合所提供的光輸出之比的控件。
[0029]盡管封裝劑110，120在圖1A-1B中被圖示有均勻剖面和清楚限定的邊界/邊緣，但是本領域技術人員將認識到，可以使用可替換配置，并且可以使用不同組合來與邊緣處的光不同地分配中心中的光。例如，發光元件之間和之中的間隔可以變化以實現期望的光輸出分布，容納具有不同光輸出強度的發光元件等。
[0030]本領域技術人員還將認識到，不同封裝劑110，120可以展現出不同的光輸出圖案，例如由于封裝劑110，120的不同光散射性質或者其它光學效果。如果期望的話，可以向封裝劑110，120中的一個或二者添加散射劑或者其它材料以產生期望的效果組合，諸如從封裝劑110，120中的每一個提供類似的散射效果。以類似方式，如在下文進一步詳述的，封裝劑110，120的幾何形狀可以不同以實現期望的效果。
[0031]圖3圖示了包括位于不同顏色的發光元件的集合之上的不同封裝劑材料的另一發光模塊的示例。在該實施例中，封裝劑內的波長轉換元素(例如磷光體)的濃度變化使得較大濃度310的磷光體位于發光元件160上方并且大幅更小濃度320的磷光體位于發光元件170上方。
[0032]可以例如通過在發光元件之上應用半液體材料(諸如硅樹脂)，然后使用例如絲網印刷或其它圖案化技術在所選區中應用磷光體材料來提供變化的磷光體濃度。可替換地，多噴嘴分送器可以以半液體形式在發光元件的行之上分送不同封裝劑的行，從而允許以下事實:不同封裝劑的某種混合可以發生在每一行之間的界面處。
[0033]圖4圖示了包括位于不同顏色的發光元件的集合之上的不同成形的封裝劑材料的發光模塊的示例。
[0034]在圖4的示例實施例中，發光元件170最初封裝在半球形狀封裝劑420中，例如使用模制在發光元件170上的硅樹脂。封裝劑420的半球形狀增加來自封裝劑420的光輸出圖案的范圍，特別是如果封裝劑420不包含磷光體并且發光元件170在沒有波長轉換的情況下直接發射的話。
[0035]在成形封裝劑420的創建之后，可以應用第二封裝劑410，諸如含磷光體的硅樹脂，以填充圓頂420之間的區。
[0036]本領域技術人員將認識到，創建封裝劑410，420的特定順序可以顛倒，并且每一個封裝劑的特定剖面形狀可以取決于期望的光輸出圖案而變化。
[0037]盡管已經使用雙色混合模塊的范例呈現了本發明，其中每一個顏色由相同封裝劑排他地封裝，但是本領域技術人員將認識到，可以將不同封裝劑應用到不同混合物或顏色隹A
口 O
[0038]圖5圖示了包括位于發光元件的不同集合之上的不同封裝劑材料的發光模塊的示例。
[0039]如上文所指出的，常規地，發射光與經轉換光之比通過波長轉換材料中的波長轉換元素的濃度來控制。在本發明的實施例中，第一顏色的光與經轉換顏色的光之比也可以通過提供用于發射第一顏色的發光元件的部分的不同封裝劑來控制。
[0040]在圖5的示例中，一些發光元件580包括在封裝于封裝劑520中的發光元件170的集合內。這些發光兀件580可以以與發光兀件160相同的波長發射光，或者發射與發光兀件160或發光元件170不同的波長的光。
[0041 ]在其中發光元件580是發光元件160的實施例中，封裝劑520內的發光元件580(還稱為160 )的組合和封裝劑510內的發光元件160的組合提供不同的光輸出。
[0042]具有發光元件170的封裝劑520內的發光元件580可以利用發光元件170共同地控制，或者單獨地控制。例如，如果發光元件170發射紅色且發光元件580是發射藍色的元件160，并且封裝劑510將藍色向黃色/綠色轉換且封裝劑520透明，則在透明封裝劑520下面的發光元件580(160)的分離控制將提供復合光輸出中的藍色成分的獨立控制的手段。可替換地，在透明封裝劑下面的發光元件580(160)，170的共同控制將提供紅-藍光與藍/黃/綠光之比的控制。
[0043]雖然已經在附圖和前述描述中詳細圖示和描述了本發明，但是這樣的圖示和描述要被視為是說明性或示例性而非限制性的;本發明不限于所公開的實施例。例如，在其中特定顏色的所有發光元件都被共同地控制而與覆蓋發光元件的封裝劑無關的實施例中操作本發明是可能的。在可替換方案中，每一個發光元件可以單獨地控制。
[0044]本領域技術人員在實踐所要求保護的發明時，通過研究附圖、公開內容和隨附權利要求，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敘述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。
【主權項】
1.一種照明模塊，包括: 第一顏色的第一多個發光元件， 第二顏色的第二多個發光元件， 第一和第二多個發光元件布置在其上的襯底，以及 包括第一封裝劑和第二封裝劑的封裝層，第一封裝劑定位在第一多個發光元件中的每一個上方，并且第二封裝劑定位在第二多個發光元件之上， 其中第一封裝劑包括大幅大于第二封裝劑中的波長轉換材料的濃度的波長轉換材料的濃度。2.權利要求1的照明模塊，包括第一顏色的第三多個發光元件，其中第二封裝劑定位在第三多個發光元件中的每一個上方。3.權利要求1的照明模塊，其中第二封裝劑中的波長轉換材料的濃度基本上為零。4.權利要求1的照明模塊，其中第二封裝劑包括沒有包括在第一封裝劑中的散射劑。5.權利要求4的照明模塊，其中散射劑的散射性質基本上類似于第一封裝劑中的波長轉換材料的散射性質。6.權利要求1的照明模塊，其中第二封裝劑被成形以增強來自第二封裝劑的光提取。7.權利要求1的照明模塊，其中第一封裝劑的剖面形狀不同于第二封裝劑的剖面。8.權利要求1的照明模塊，其中第一顏色的發光元件發射藍光，并且第二顏色的發光元件發射紅光。9.權利要求1的照明模塊，其中第一和第二多個發光元件以交替圖案布置在襯底上。10.權利要求1的照明模塊，包括控制器，其向第一多個發光元件提供第一電流并且向第二多個發光元件提供第二電流，使得第一和第二電流的相應水平確定從照明模塊發射的光的色點。11.權利要求1的照明模塊，其中第一多個發光元件和第二多個發光元件中的至少一個是中等功率LED。12.權利要求1的照明模塊，其中第一封裝劑和第二封裝劑包含在位于襯底上的外殼中。13.權利要求1的照明模塊，其中襯底上的第一和第二多個發光元件中的發光元件的間隔非均勻。14.一種用于產生照明模塊的方法，包括: 使第一顏色的第一多個發光元件和第二顏色的第二多個發光元件位于襯底上；以及提供包括第一封裝劑和第二封裝劑的封裝層，第一封裝劑定位在第一多個發光元件中的每一個上方，并且第二封裝劑定位在第二多個發光元件之上， 其中第一封裝劑包括大幅大于第二封裝劑中的波長轉換材料的濃度的波長轉換材料的濃度。15.權利要求14的方法，其中第二封裝劑中的波長轉換材料的濃度基本上為零。
【文檔編號】H01L25/075GK105917466SQ201480073819
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年8月26日
【發明人】W.A.瑟爾, R.黑爾賓, G.黃
【申請人】皇家飛利浦有限公司