CN101405878A - 发光二极管模块和制造这种led模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管(LED)模块(10)，其包括：安装在基板(12)上用于发光的LED芯片(14)，和位于LED芯片顶部上的用于转换从LED芯片发出的至少一部分波长的光的光学元件(16)。该LED模块的特征在于用于横向和有角度地对准光学元件与LED芯片的装置(18，20，22，24，26，28，32，34)。所述对准装置确保当光学元件被放置在芯片上时，该光学元件本身自动对准LED芯片，并且确保在LED模块的随后制造和操作期间保持光学元件的正确位置和方位。本发明还涉及一种制造这种LED模块的方法。

Description

发光二极管模块和制造这种LED模块的方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)模块，其包括安装在基板上的用于发光的LED芯片，和设置在LED芯片顶部的用于接收从LED芯片发出的光的光学元件。本发明还涉及一种制造这种LED模块的方法。
背景技术
在例如文献US20050110034中公开了上述类型的发光器件的实例。在US20050110034中，LED芯片用其电极或面向引脚的接点以倒装芯片的方式安装在引脚上。该发光器件进一步包括粘贴在LED芯片顶部上的光学元件，也就是荧光板，其位于LED芯片的相对于接点的相反侧上。该板的功能是将从LED芯片发出的一些光转换成不同波长的光以生成例如白光。该光外耦合在转换板的顶侧上，也就是位于该板上与连接至转换板的LED芯片相对的一侧上。
这种转换板，以及例如透镜或滤光器的其它光学元件，必须非常精确地定位在LED芯片的顶部上。错误的定位会影响器件间一致性和器件内的一致性。对于前者而言，如果转换板相对于LED芯片没有正确地定位，以不同方式安装该板的几个器件之间的色点和效能中的结果将改变。对于后者而言，单个LED模块的色点作为发射角的函数大大地依赖于转换板相对于LED芯片的正确定位，由此如果该板移位、倾斜或其它错误安装，色点就会随着发射角而改变。也就是说，LED的颜色将根据观察角而变化。
在高速拾取和放置生产设备中，该精确地定位会是一个严重问题，有两个原因：1)首先，生产机器不能正确放置光学元件，以及2)正确放置了光学元件，但在进一步处理期间该光学元件从其位置移动了。
发明内容
本发明的目的是克服这个问题，并提供一种便于相对于LED芯片精确地定位光学元件的改进的LED模块。另一个目的是提供一种在进一步处理和操作期间光学元件相对于LED芯片保持固定的LED模块。
根据所附权利要求，通过LED模块和制造这种LED模块的方法实现这些和其它目的，其通过下面的描述将是明显的。
根据本发明的一个方面，提供一种LED模块，其包括：安装在基板上的用于发光的LED芯片；和布置在LED芯片顶部上的用于接收从LED芯片发出的光的光学元件，该LED模块的特征在于用于横向和有角度地对准光学元件与LED芯片的装置。
该对准装置可以有利地确保：1)光学元件被放置在该芯片上时，它自己会自动地对准LED芯片，和2)在LED模块的随后制造和操作期间，使得光学元件保持正确的位置和方向。因此，这种LED模块适合于利用高速拾取和放置工艺进行制造。
该对准装置可以装配在光学元件和基板中的至少一个上。在一个实施例中，该对准装置包括从所述光学元件向下延伸的至少一个元件，用于接合所述LED芯片。也就是说，在这里该对准装置装配在该光学元件上。所述至少一个元件例如可以是在光学元件至少两侧上的支柱(例如在具有基本正方形基底的光学元件的两个相邻侧的每个上有一个支柱)，或者是在光学元件上的至少两个拐角的角材(即“延伸的拐角”)。
可替代地，所述至少一个向下延伸的元件可以是沿着光学元件的大部分圆周提供的一个或多个轮缘。所述轮缘可以由与所述光学元件相同或相似的材料制成。如果光学元件是彩色转换板则这尤其是有利的，在这种情况下可以转换在LED芯片一侧上发出的光。与未转换光从LED芯片的一侧“逃逸”的情况相比，这确保了色温的更小的角度分布。因此，这种对准装置不仅确保了转换板与LED芯片的正确的和容易的对准，而且还会导致色温和视角之间的相关性减轻。可替代地，所述轮缘可以具有镜面或漫反射的内或外表面，从而将在LED芯片的一侧上发出的光反射回LED芯片和/或光学元件中，以增加LED模块的亮度和/或效率。
在另一个实施例中，对准装置包括从基板向上延伸的至少一个元件，用于接合所述光学元件。也就是说，在这里对准装置装配在基板上。该实施例的优点是光学元件不必具有比LED芯片更大的面积。所述至少一个元件例如可以是适合于接合光学元件的至少两侧的支柱，或者适合于接合光学元件的至少两个拐角的角材。
可替代地，所述至少一个向上延伸的元件可以是适合于接合光学元件的大部分圆周的一个或多个轮缘。如上所述，该轮缘可以是由与光学元件相同或相似的材料制成，或具有镜面或漫反射的内或外表面。
应该注意，所述对准装置可以装配在光学元件和基板二者上。例如，光学元件可以装配有在光学元件的相对侧上向下延伸的支柱，而基板装配有适合于在光学元件的其余侧上接合光学元件的向上延伸的支柱。
例如可以以倒装芯片模式将上述LED芯片安装到基板上，即倒转安装该芯片。然而，在另一个实施例中，LED芯片可以通过接合线而直接地或经由基板被电连接。在这里，接合线可以用作对准装置。可替代地，连接接合线与LED芯片或基板的焊垫可以是对准装置。为保证对准，一条接合线和/或焊垫可以例如设置在LED芯片和光学元件的每一侧上。
上述光学元件可以是例如用于转换从LED芯片发出的至少一部分光的波长的转换板。优选地，该转换板是固态转换板。可替代地，光学元件例如可以是透镜或滤光器。上述对准装置尤其适合于具有基本正方形基底的光学元件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造发光二极管(LED)模块的方法，该方法包括在基板上安装适合于发光的LED芯片，以及制备适合于放置在LED芯片顶部上的用于接收从LED芯片发出的光的光学元件，该方法的特征在于：基板和光学元件中的至少一个装配有用于横向和有角度地对准转换板与LED芯片的装置，以及该方法进一步包括在LED芯片的顶部上设置光学元件，由此对准装置对准光学元件与LED芯片。所述光学元件例如可以是彩色转换板。本发明的这个方面显示出与本发明在前论述的方面类似的优点。
附图说明
参考示出了本发明的当前优选实施例的附图，现在将更详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1a-1f示出了根据本发明实施例的LED模块的不同变形，
图2a-2f示出了根据本发明另一个实施例的LED模块的不同变形，
图3a-3b示出了根据本发明又一个实施例的LED模块，和
图4a-4h示出了根据本发明又一个实施例的LED模块的不同变形。
具体实施方式
图1a-1f是示出根据本发明实施例的LED模块10的不同变形的透视图。LED模块10包括上面安装了适合于发光的LED芯片14的基板12。图1a-1f中的LED芯片14是在其朝向基板12的下侧具有用于电连接至电流源(未示出)的触点(未示出)的倒装芯片。LED模块10进一步包括安装在LED芯片14的顶部上的光学元件，也就是转换板16。
转换板16适合于转换从LED芯片14发出的至少一部分光的波长。LED芯片14例如可以发射蓝色光，其一部分通过转换板16而被转换成黄/橙色光，由此LED发射的未转换的蓝色光和转换的黄/橙色光的组合发射得到了白光印记。可替代地，可以使用发射UV辐射的LED，UV辐射例如可以转换成蓝/红/绿色光。作为另一个可替代方案，转换板可以用于利用红或绿荧光体将来自蓝色LED芯片的蓝色光基本全部转换成红色光或绿色光，由此可以将来自未转换的蓝色LED的光、来自具有用于转换成红色光的转换板的蓝色LED芯片的光、和来自具有用于转换成绿色光的转换板的蓝色LED芯片的光混合成白光。转换板优选地是固态陶瓷转换板。在例如文献US2005/0569582中公开了一种合适的转换板。
根据本发明的实施例，转换板16包括从转换板16向下延伸的、用于接合LED芯片14的至少一个元件，以横向和有角度地将转换板16与LED芯片14对准。
在图1a-1b中，所述至少一个元件由两个支柱18组成。一个支柱18布置在转换板16的一侧上，而另一支柱18布置在转换板16的相邻侧上。图1a示出了在其被设置在LED芯片14上之前的转换板16，而图1b示出了位于LED芯片14上的转换板。当转换板16被设置在LED芯片14上时，支柱18会接合LED芯片14的两侧，并且防止转换板16横向和/或有角度地移位(即向一旁转移和/或旋转)。而且，支柱18便于将转换板16初始放置在LED芯片14上。
在图1c-1d中，代替支柱，转换板16装配有两个角材20，每个都装配在转换板16的相对的拐角上。角材20用作转换板16的“延伸角”。当转换板16位于LED芯片14上时角材20接合LED芯片14的拐角，并且防止转换板16横向和/或有角度地移位。而且，它们便于将转换板16初始放置在LED芯片14上。
在图1e-1f中，用于横向和有角度地对准转换板16与LED芯片14的所述至少一个元件由沿着转换板16的大部分圆周提供的轮缘22组成。可替代地，可以使用基本沿着转换板16的整个圆周延伸的单个圆周轮缘。轮缘22可以由与转换板16相同或相似的材料(例如YAG:Ce)制成，由此还可以转换在LED芯片14的一侧发出的光。可替代地，轮缘22可以具有镜面或漫反射的内或外表面，以将在LED芯片14一侧发出的光反射回LED芯片14和/或转换板16中，从而增加LED模块10的亮度和/或效率。所述反射表面例如可以通过将Ag蒸发到轮缘22(然而为了简易制造，其可以由与转换板16相同或相似的材料制成)上或通过利用由反射材料制成的轮缘22来实现。
根据本发明的另一个实施例，基板12包括从基板12向上延伸的、用于接合转换板16的至少一个元件，以横向和有角度地将转换板16与LED芯片14对准。在图2a-2f中示出了该实施例的不同变形。
基板12上的所述至少一个元件可以包括适合于接合转换板的四个面的四个支柱24(图2a-2b)，或其可以包括两个角材26(图2c-2d)，每个角材都适合于接合转换板16的相对拐角。可替代地，它可以包括一个或多个适合于接合转换板16的大部分圆周的轮缘28(图2e-2f)。如关于图1e-1f所述，轮缘28可以由与转换板16相同或相似的材料制成，或具有镜面或漫反射的内或外表面。
当转换板16设置在LED芯片14上时，支柱24、角材26或轮缘28会接合转换板16，并且防止其被横向和/或有角度地移位。而且，支柱24/角材26/轮缘28便于将转换板16初始放置在LED芯片14上。与以上关于图1a-1f论述的实施例相比，该实施例的优点是转换板16不必比LED芯片14更大。
在本发明的又一个实施例中，基板12和转换板16都可以装配对准装置(即，前两个实施例的组合)。例如，转换板16可以装配有在转换板16的相对侧上向下延伸的支柱18，而基板12装配有向上延伸的、适合于在转换板16的其余侧上接合转换板16的支柱24，如图3a-3b所示。
图4a-4h示出了根据本发明又一个实施例的LED模块10的不同变形。在该实施例中，LED芯片14通过接合线32而被电连接至电流源(未示出)。一条接合线32布置在正方形LED芯片14和转换板16的每一侧上(在图4a-4h中仅仅示出了四条接合线32中的2条)。设计接合线32来接合转换板16，以横向和有角度地将转换板16与LED芯片14对准。接合线32可以直接连接至LED芯片(图4a-4b)或通过基板12(图4c-4d)连接至LED芯片，其中每条接合线32的基本垂直部分33接合转换板16并防止它向侧面移动或旋转。而且，连接接合线32与LED芯片14(图4e-4f)或基板12(图4g-4h)的焊垫34可以具有与上述接合线相同的对准功能。
本领域技术人员意识到，本发明决不限制于上述的优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变形是可能的。例如，即使上述实例涉及彩色转换板，根据本发明的对准装置也可以有利地用于对准其它的光学元件，例如透镜或滤光器。
此外，关于图1a-1b，支柱可以装配在转换板的两个以上的侧面，例如在正方形转换板的每一侧上一个支柱。而且，关于图1a-1b和2a-2b，可以在转换板的每一侧装配一个以上的支柱。此外，关于图1c-1d和2c-2d，可以在转换板的两个以上的拐角上装配角材。此外，关于图1e-1f和2e-2f，可以仅在两侧或三侧装配轮缘，其中可以把轮缘看作“延伸的支柱”。
此外，在所述组合实施例，图3a-3b中公开的实例中，其他组合是可能的，例如角材可以从基板延伸以接合转换板的两个相对拐角，而支柱装配在转换板的两个相对侧上以接合LED芯片的相应侧。
而且，附加权利要求中的方向特征旨在表示相对的器件内方向，而与整个器件的方向无关。

Claims (19)

1.一种发光二极管(LED)模块(10)，包括：
用于发光的LED芯片(14)，其安装在基板(12)上，和
设置在LED芯片顶部上的光学元件(16)，其用于接收从LED芯片发出的光，
该LED模块的特征在于，
用于横向和有角度地将光学元件与LED芯片对准的装置(18，20，22，24，26，28，32，34)。
2.根据权利要求1的LED模块，其中对准装置装配在光学元件和基板中的至少一个上。
3.根据权利要求2的LED模块，其中对准装置包括从光学元件向下延伸的、用于接合LED芯片的至少一个元件。
4.根据权利要求3的LED模块，其中所述至少一个元件是在光学元件的至少两侧上的支柱(18)。
5.根据权利要求3的LED模块，其中所述至少一个元件是在光学元件至少两个拐角上的角材(20)。
6.根据权利要求3的LED模块，其中所述至少一个元件是沿着光学元件的大部分圆周提供的一个或多个的轮缘(22)。
7.根据权利要求2的LED模块，其中对准装置包括从基板向上延伸的、用于接合光学元件的至少一个元件。
8.根据权利要求7的LED模块，其中所述至少一个元件是适合于接合光学元件至少两侧的支柱(24)。
9.根据权利要求7的LED模块，其中所述至少一个元件是适合于接合光学元件至少两个拐角的角材(26)。
10.根据权利要求7的LED模块，其中所述至少一个元件是适合于接合光学元件的大部分圆周的一个或多个轮缘(28)。
11.根据权利要求6或10的LED模块，其中轮缘由与光学元件相同或相似的材料制成。
12.根据权利要求6、10或11的LED模块，其中轮缘具有反射的内或外表面。
13.根据前述权利要求中任一项的LED模块，其中LED芯片是倒装芯片。
14.根据权利要求1的LED模块，其中LED芯片通过接合线(32)而被电连接。
15.根据权利要求14的LED模块，其中所述接合线是对准装置。
16.根据权利要求14的LED模块，进一步包括连接接合线与LED芯片或基板的焊垫(34)，且其中所述焊垫是对准装置。
17.根据前述权利要求中任一项的LED模块，其中光学元件是用于转换从LED芯片发出的至少一部分光的波长的转换板(16)。
18.根据权利要求17的LED模块，其中所述转换板是固态转换板。
19.一种用于制造发光二极管(LED)模块的方法，包括：
在基板上安装LED芯片，该LED芯片适合于发光，和
制备适合于放置在LED芯片顶部上的光学元件，用于接收从LED芯片发出的光，
该方法的特征在于
基板和光学元件中的至少一个装配有用于横向和有角度地将转换板与LED芯片对准的装置，和
该方法进一步包括：
在LED芯片的顶部上设置转换板，由此所述对准装置将转换板与LED芯片对准。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090408