CN104205371A - Led模块和制备led模块的方法、照明装置 - Google Patents
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Abstract
一种LED模块,包括:在其厚度方向上具有一面的基座;利用第一接合部接合到所述基座面上的LED芯片,以及电气连接到所述LED芯片的图案化布线电路。所述第一接合部允许从所述LED芯片发射的光从其中通过。所述基座是具有光漫射特性的透光性构件且所述基座的平面尺寸大于所述LED芯片的平面尺寸。图案化布线电路提供于基座的面上以避免与LED芯片交叠。所述基座由多个透光层构成,所述多个透光层在所述基座的厚度方向上堆叠并具有不同的光学特性,使得所述多个透光层中的距所述LED芯片较远的透光层在从所述LED芯片发射的光的波长范围中的反射率较高。一种照明装置包括光源,即LED模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED模块、一种制造LED模块的方法和一种照明装置。
背景技术
在此以前,已经提出过具有图45所示配置的发光设备100(JP2008-91831A:专利文献1)。发光设备100包括:基座基板120,其具有氮化物系陶瓷基板121、提供于氮化物系陶瓷基板121表面上的Au层124、插置于氮化物系陶瓷基板121和Au层124之间的氧化物层123;以及经由焊料层125安装于基座基板120上的LED发光元件126。氧化物层123包括金属氧化物作为主要成分。基座基板120具有由Ag和Al中的至少一种构成的反射层122,其形成于氮化物系陶瓷基板121的表面上,不与Au层124交叠。
专利文献1公开了,为了从LED发光元件126有效率地提取光,优选使用具有高反射率的氮化铝的氮化物系陶瓷基板121。
而且,在此以前,已经提出了具有图46所示配置的芯片型发光元件(JP11-112025A:专利文献2)。芯片型发光元件包括绝缘基板201、安装于绝缘基板201表面上的LED芯片206和覆盖LED芯片206及其周围的封装207。
专利文献2公开,向LED芯片206基板背面传播的蓝光可能被绝缘基板201反射,该绝缘基板201是由诸如氧化铝和氮化铝的陶瓷构成的白色绝缘基板。
而且,在此以前,如图47中所示,已经提出过将发光设备安装于外部电路基板301上的配置(JP 2006-237557A:专利文献3)。发光设备包括:具有基板304和反射构件302的发光元件收纳封装;以及由安装于基板304的安装部分304a上的LED芯片构成的发光元件306。
专利文献3公开,基板304和反射构件302优选由白色系陶瓷构成。而且,专利文献3公开了一种包括上述发光设备作为光源的照明设备。
在具有图45所示配置的发光设备100中,推测从LED发光元件126的发光层发射的光的一部分通过LED发光元件126向氮化物系陶瓷基板121传播并被焊料层125反射。不过,在发光设备100中,推测由于被LED发光元件126中的焊料层125反射的光的吸收、多次反射等,出光效率会减小。
在具有图46所示配置的芯片型发光元件中,向LED芯片206基板背面传播的蓝光被绝缘基板201反射。预计由于LED芯片206中的光的吸收、多次反射等,出光效率会减小。
在图47中所示的配置中,从发光元件306的发光层发射的光的一部分通过发光元件306向基板304传播,并被基板304反射。推测由于发光元件306中的光的吸收、多次反射等,出光效率会减小。
发明内容
考虑到上述不足做出了本发明,本发明的目的是提供一种具有改进的出光效率的LED模块、一种制造LED模块的方法和一种照明装置。
一种根据本发明的LED模块包括:基座,在所述基座的厚度方向上具有一面;利用第一接合部接合到所述面的LED芯片;以及电气连接到所述LED芯片的图案化布线电路。所述第一接合部允许从所述LED芯片发射的光从其中通过。所述基座是具有光漫射特性的透光性构件且所述基座的平面尺寸大于所述LED芯片的平面尺寸。图案化布线电路提供于基座的面上以避免与LED芯片交叠。所述基座由多个透光层构成,所述多个透光层在所述基座的厚度方向上堆叠并具有不同的光学特性,使得所述多个透光层中距所述LED芯片较远的透光层在从所述LED芯片发射的光波长范围中反射率较高。
所述LED模块优选包括由包含第一荧光材料的透明材料构成的颜色转换部分,所述第一荧光材料受到从所述LED芯片发射的光激励以发射颜色与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光,所述颜色转换部分覆盖LED芯片的侧面和LED芯片的与第一接合部相对的表面。
优选在LED模块中,颜色转换部分包含光漫射材料。
优选LED模块包括不透光基板,利用第二接合部将基座接合到不透光基板的表面。
优选在LED模块中,第一接合部和第二接合部中的至少一个包含第二荧光材料,第二荧光材料受到从LED芯片发射的光激励,发射颜色与LED芯片发射的光不同的光。
优选LED模块包括树脂部分,所述树脂部分位于基座的面上方并充当光最后通过的外盖,且树脂部分由包含光漫射材料的透明树脂构成。
优选LED模块包括基座面上的多个LED芯片。所述图案化布线电路包括在所述基座的所述面上彼此分隔开而布置的第一导体和第二导体。所述多个LED芯片包括一组串联连接并布置于将所述第一导体和所述第二导体彼此连接的虚拟线上的LED芯片。所述一组LED芯片中的在所述虚拟线上距第一导体最近的LED芯片具有由第一导线电气连接到所述第一导体的阳极电极。所述一组LED芯片中的在所述虚拟线上距第二导体最近的LED芯片具有由第二导线电气连接到所述第二导体的阴极电极。所述一组LED芯片中在虚拟线上的相邻LED芯片被彼此电气连接,使得相邻LED芯片中距所述第一导体较近的LED芯片的阴极电极通过第三导线电气连接到相邻LED芯片中的距所述第二导体较近的LED芯片的阳极电极。
优选LED模块包括带形的包封部分,其覆盖第一导线、第二导线、第三导线和布置于虚拟线上的一组LED芯片,并且包封部分在所述虚拟线上的相邻LED芯片之间具有用于抑制从所述相邻LED芯片发射的光的全反射的凹陷部分。
优选LED模块包括在所述厚度方向上提供于所述基座的另一面上的用于反射来自所述LED芯片的光的反射层。
优选在LED模块中,反射层是金属层,LED模块包括提供于基座另一面上的用于保护反射层的保护层。
优选在LED模块中,所述透光层中的每个都是陶瓷层。
一种制造LED模块的方法包括:在陶瓷基片(ceramic green sheet)上丝网印刷银膏,所述银膏被形成为反射层,所述陶瓷基片被形成所述多个透光层中的距所述LED芯片最远的透光层;以及烧结所述银膏以形成所述反射层。
根据本发明的照明装置包括光源,即LED模块。
根据本发明的LED模块能够具有改善的出光效率。
根据本发明的制造LED模块的方法能够提供具有改进出光效率的LED模块。
根据本发明的照明装置能够具有改善的出光效率。
附图说明
图1是实施例1的LED模块的示意截面;
图2是实施例1的LED模块的基座的示意透视图;
图3是实施例1的LED模块中的光的传播路径的说明性示意图;
图4是实施例1的LED模块中的光的传播路径的说明性示意图;
图5是实施例1的LED模块中的光的传播路径的说明性示意图;
图6是实施例1的LED模块中的光的传播路径的说明性示意图;
图7是示出了实施例1的LED模块的不透光基板另一示范性配置的示意截面;
图8是实施例1的LED模块中的光的传播路径的说明性示意图;
图9是氧化铝颗粒的颗粒直径与反射率之间关系的说明图;
图10是比较例的LED模块中的基座厚度与出光效率之间关系模拟结果的说明图;
图11是比较例的LED模块的基座的平面尺寸和光输出量之间关系模拟结果的说明图;
图12是基座的厚度与出光效率之间关系试验结果的说明图;
图13是参考模型4的参考范例1中的基座和氧化铝基板的反射率-波长特性图;
图14是第一陶瓷层中的氧化铝颗粒的颗粒直径与效率以及色差之间关系的试验结果的说明图;
图15是实施例1的LED模块中的基座的说明性示意图;
图16是实施例1的LED模块中的基座的玻璃配比与积分球的积分强度之间关系的说明图;
图17是实施例1的范例1中的基座和氧化铝基板的反射率-波长特性图;
图18是示出实施例1的LED模块第一变形例的示意性截面;
图19是推断的机制图,用于示出实施例1的LED模块的第一变形例中与出光效率的改善相关的原理;
图20A到20C是推断的机制图,用于示出实施例1的LED模块的第一变形例中与出光效率改善相关的原理;
图21是实施例1的LED模块的第二变形例的示意透视图,其部分被切除;
图22是实施例1的LED模块的第三变形例的示意透视图,其被部分分解;
图23是示出实施例1的LED模块的第四变形例的主要部分示意性截面;
图24是示出实施例1的LED模块的第五变形例的主要部分示意性截面;
图25是示出实施例1的LED模块的第六变形例的主要部分示意性截面;
图26是示出实施例1的LED模块的第七变形例的主要部分示意性截面;
图27是示出实施例1的LED模块的第八变形例的主要部分示意性截面;
图28是示出实施例1的LED模块的第九变形例的主要部分示意性截面;
图29是主要部分示意截面,用于示出实施例1的LED模块中的基座的另一示范性配置;
图30是示出实施例1的LED模块的第十变形例的主要部分示意性截面;
图31是示出实施例1的LED模块的第十一变形例的主要部分示意性截面;
图32A是实施例2的LED模块的示意透视图;
图32B是沿图32A中X-X截取的示意性截面;
图32C是沿图32A中Y-Y截取的示意性截面;
图33是实施例2的LED模块的变形例的示意透视图,其被部分分解;
图34是实施例2的LED模块的变形例的示意透视图;
图35A是实施例2的照明装置部分分解的示意透视图;
图35B是图35A中的主要部分放大视图;
图36A是实施例2的直管型LED灯的部分分解示意透视图;
图36B是图36A中的主要部分放大视图;
图37是实施例3的LED模块的示意透视图;
图38是实施例3的LED模块的主要部分示意透视图;
图39是实施例3的LED模块的主要部分示意平面图;
图40是示出实施例3的LED模块的第一变形例的示意透视图;
图41是示出实施例3的LED模块的第二变形例的示意透视图;
图42是示出实施例3的LED模块的第二变形例的主要部分示意透视图;
图43是实施例3的照明装置的示意透视图;
图44是实施例3的照明装置部分分解的示意透视图;
图45是常规范例的发光设备的截面;
图46是另一常规范例的芯片型发光元件的透视说明图;以及
图47是又一常规范例的配置截面。
具体实施方式
实施例1
在下文中,将参考图1到8描述本实施例的LED模块1。
LED模块1包括:基座4,其在基座4厚度方向上具有面4sa;利用第一接合部5接合到基座4的面4sa的LED芯片6;以及电气连接到LED芯片6的图案化布线电路(图案化导体)8。
在LED模块1中,第一接合部5允许从LED芯片6发射的光从其中通过,基座4是具有光漫射特性的透光性构件。透光性构件通过折射或内部漫射(散射)向外部传播入射光。
所述基座4的平面尺寸大于所述LED芯片6的平面尺寸。在基座4的面4sa上提供图案化布线电路8以避免与LED芯片6交叠。基座4由至少两个在基座4厚度方向上堆叠的透光层构成。透光层具有彼此不同的光学特性,透光层中的距LED芯片6较远的透光层在从LED芯片6发射的光的波长范围中的反射率较高。
因此,在LED模块1中,从LED芯片6中发光层(未示出)发射的光的一部分通过LED芯片6和第一接合部5,之后在基座4内部被漫射。因此,已经通过LED芯片6和第一接合部5的光很少会被全反射,更可能通过任一侧面4sc或面4sa从基座4出射。因此,在LED模块1中,出光效率可以得到改善,总光通量可以提高。
LED模块1可以包括不透光基板2。在这种情况下,在LED模块1中,优选利用第二接合部3将基座4接合到不透光基板2的表面2sa。
在下文中,将详细描述LED模块1的每个组成元件。
LED芯片6包括充当阳极电极的第一电极(未示出)和充当阴极电极的第二电极(未示出),两者都在LED芯片6厚度方向上的LED芯片6的面上。
如图3所示,LED芯片6包括基板61和基板61主表面上的LED结构部分60。LED结构部分60包括n型半导体层、发光层和p型半导体层。N型半导体层、发光层和p型半导体层的堆叠次序为从基板61开始,n型半导体层、发光层和p型半导体层。不过,堆叠次序不限于此,堆叠次序可以是从基板61,p型半导体层、发光层和n型半导体层。LED芯片6更优选具有这样的结构:在LED结构部分60和基板61之间提供缓冲层。发光层优选具有单量子阱结构或多量子阱结构,但不限于此。例如,LED芯片6可以具有由n型半导体层、发光层和p型半导体层配置成的双异质结构。注意,LED芯片6的结构不受特别限制。LED模块1可以是包括诸如布拉格反射器的反射器的LED芯片。
LED芯片6可以例如是发射蓝光的GaN基蓝光LED芯片。在这种情况下,LED芯片6包括充当基板61的蓝宝石基板。注意,LED芯片6的基板61不限于蓝宝石基板,基板61可以是对于从发光层发射的光而言的透明基板。
LED芯片6的芯片尺寸不受特别限制。LED芯片6可以具有0.3mm sq.(0.3mm乘0.3mm)、0.45mm sq.、1mm sq.等芯片尺寸。而且,LED芯片6的平面形状不限于正方形形状,例如,可以是矩形形状。在LED芯片6的平面形状是矩形形状时,LED芯片6的芯片尺寸可以是0.5mm乘0.24mm等。
在LED芯片6中,发光层的材料和发射颜色不受特别限制。亦即,LED芯片6不限于蓝光LED芯片,可以是紫光LED芯片、紫外光LED芯片、红光LED芯片、绿光LED芯片等等。
将LED芯片6接合到基座4的第一接合部5可以由透明材料形成,透明材料例如是硅酮树脂、环氧树脂以及硅酮树脂和环氧树脂构成的混合材料。
透光性构件,即基座4是透光性的,以便透过在紫外线波长区域和可见光波长区域中的光。如图4中的箭头示意性所示,透光性构件4透过并漫射从LED芯片6的LED结构部分60的发光层发射的光。透光性构件,即基座4可以由例如透光性陶瓷(例如氧化铝和硫酸钡)形成。可以由粘合剂、添加物等的类型和浓度,调节透光性陶瓷的特性,例如透过率、反射率、折射率和热导率。在LED模块1中,利用第一接合部5将LED芯片6接合到基座4的面4sa的中心。
所述基座4具有光漫射特性。因此,在LED模块1中,如图4中的箭头示意性所示,从LED芯片6的LED结构部分60的发光层在厚度方向上向LED芯片6另一面发射的光在基座4内部被漫射。因此,在LED模块1中,可以防止从LED芯片6向基座4发射的光返回到LED芯片6,因此可以更容易从基座4的面4sa和侧面4sc提取光。由此可以改善LED模块1的出光效率。注意,在图4中,虚线箭头示意性示出了在基座4内部漫射的光线传播方向。而且,在图4中,实线箭头示意性示出了通过侧面4sc从基座4出射的光线传播方向。
基座4在平面图中具有矩形形状,但其形状不限于此,可以是除矩形之外的圆形、多边形等。将基座4的平面尺寸设置成大于LED芯片6的平面尺寸。因此,可以改善LED模块1的出光效率。
基座4优选具有应力减轻功能,减轻由于LED芯片6和不透光基板2线性膨胀系数之间的差异导致的作用于LED芯片6上的应力。通过设计基座4以具有接近LED芯片6的线性膨胀系数而提供应力减轻功能。因此,在LED模块1中,可以减轻由于LED芯片6和不透光基板2线性膨胀系数之间的差异造成的作用于LED芯片6上的应力。
基座4优选具有向不透光基板2传导LED芯片6中产生的热量的导热功能。而且,基座4优选具有向大于LED芯片6芯片尺寸的区域传导LED芯片6中产生的热量的导热功能。因此,在LED模块1中,可以通过光基座4和不透光基板2有效地耗散LED芯片6中产生的热量。
用于将基座4接合到不透光基板2的第二接合部3可以由透明材料构成,透明材料例如是硅酮树脂、环氧树脂以及硅酮树脂和环氧树脂构成的混合材料。或者,第二接合部3可以由导电糊膏(例如银膏和金膏)或包含填料(例如二氧化钛和氧化锌)的树脂等构成。在第二接合部3由银膏构成时,优选由胶粘剂构成的阻气层环绕第二接合部3,胶粘剂具有高的阻气性等。在表面2sa上为不透光基板2提供掩模层时,可以将掩模层用作第二接合部3。
不透光基板2理想地是一种不透过可见光波长区域中的光的不透光介质(非透明体),是不透过可见光波长区域中的光的非透明基板。不透光基板2相对于可见光波长区域中的光的透过率优选为0%到10%,更优选为0到5%,更优选为0到1%。而且,不透光基板2理想地不吸收可见光波长区域中的光,其相对于可见光波长区域中的光吸收率优选为0%到10%,更优选为0到5%,更优选为0到1%。利用积分球测量透过率和吸收率。
不透光基板2可以由铝、铝合金、银、铜、磷青铜、铜合金(例如合金42)、镍合金等构成。
不透光基板2可以由上述材料形成的基础材料和基础材料表面上提供的反射层(未示出)构成,相对于从LED芯片6发射的光,反射层具有比基础材料更高的反射率。亦即,不透光基板2可以包括反射层作为表面处理层。反射层可以由Ag膜、Ni膜、Pd膜和Au膜堆叠、Ni膜和Au膜堆叠、Ag膜、Pd膜和Au-Ag合金膜的堆叠等形成。由金属材料形成的反射层优选包括镀覆层等。简而言之,由金属材料形成的反射层优选由电镀法形成。而且,反射层可以由例如白色掩模层形成。用于掩模层的白色掩模可以是由包含白色颜料,例如硫酸钡(BaSO4)和二氧化钛(TiO2)的树脂(例如硅酮树脂)构成的。白色掩模可以是由Asahi Rubber Inc.获得的“ASA COLOR(注册商标)RESIST INK”等,这是一种由硅酮构成的掩模材料。例如,白色掩模层可以通过涂布形成。
不透光基板2可以是高度反射基板,包括:充当基础材料的铝板;铝板表面上的铝膜;以及铝膜上的反射增强膜。铝膜的纯度比铝板高,反射增强膜由两种具有不同折射率的电介质膜构成。在这里,两种电介质膜优选是例如SiO2膜和TiO2膜。由于使用高反射基板作为不透光基板2,LED模块1可以相对于可见光具有95%或更高的反射率。高反射基板可以是可从例如Alanod获得的MIRO2或MIRO(注册商标)。上述铝板可以是表面受到过阳极氧化处理的铝板。
或者,不透光基板2可以是由包括树脂和填料的材料形成的绝缘基板,以提高反射率。绝缘基板例如可以由不饱和聚酯和二氧化钛分别作为树脂和填料而构成。绝缘基板的树脂不限于不饱和聚酯,可以是乙烯基酯等。而且,填料不限于二氧化钛,例如可以是氧化镁、氮化硼或氢氧化铝。不透光基板2可以是由白树脂构成的树脂基板,或者具有由白树脂形成的反射层的陶瓷基板。
在基座4的面4sa上,提供图案化布线电路8(在下文中也称为“图案化电路”),充当向LED芯片6供电的电路。LED芯片6的电极(第一电极和第二电极)逐个经由导线7电气连接到图案化布线电路8。例如,导线7可以是金线、铝线等。图案化布线电路8可以由例如铜、磷青铜、铜合金(例如合金42)、镍合金、铝、铝合金等构成。图案化布线电路8可以由引线框架、金属箔、金属膜等形成。在基座4具有导电性时,可以在基座4和图案化布线电路8之间提供电绝缘层。注意,在本实施例的LED模块1中,基座4和图案化布线电路8构成安装LED芯片6的安装基板。
优选为图案化布线电路8提供表面处理层(未示出)。表面处理层优选由抗氧化性和抗腐蚀性比图案化布线电路8的材料更高的金属材料构成。例如,在图案化布线电路8由铜构成时,表面处理层优选是镍膜、镍膜和金膜的堆叠、镍膜、钯膜和金膜的堆叠、镍膜和钯膜的堆叠等构成。在这里,从成本降低的角度讲,表面处理层更优选是镍膜和钯膜的堆叠。注意,表面处理层可以通过镀覆形成。
不透光基板2的平面形状是矩形形状,但其形状不限于此,可以是除矩形之外的椭圆形、三角形、多边形等。
布置于基座4的面4sa上的LED芯片6的数量不限于一个,可以是两个或更多。可以配置LED模块1,使得基座4的平面形状是细长形状,例如沿基座4的纵向布置多个LED芯片6。在这种情况下,图案化电路8可以被配置成串联、并联或串并联连接到多个LED芯片6。简而言之,LED模块1可以具有多个LED芯片6串联连接的电路配置,可以具有多个LED芯片6并联连接的电路配置,或者可以具有多个LED芯片6串并联连接的电路配置。
在LED模块1中,不透光基板2的表面2sa优选具有光漫射特性或镜面反射特性。
在不透光基板2的表面2sa具有光漫射特性时,在LED模块1中,可以由不透光基板2的表面2sa漫反射从LED芯片6中的LED结构部分60的发光层发射,并然后通过第一接合部5、基座4和第二接合部3的光,如图5中箭头示意性所示。结果,可以减少返回到LED芯片6的光。注意,在图5中,虚线箭头示意性示出了入射到基座4的面4sa并被不透光基板2的表面2sa漫反射的光线的传播方向。而且,在图5中,实线箭头示意性示出了通过面4sa进入基座4并然后通过侧面4sc从基座4出射的光线传播方向。
在不透光基板2的表面2sa具有镜面反射特性时,在LED模块1中,可以镜面反射从LED芯片6发射,然后通过第一接合部5、基座4和第二接合部3,之后倾斜进入不透光基板2的表面2sa的光,如图6中箭头示意性所示。结果,可以改善基座4侧面4sc的出光效率。注意,在图6中,右边的箭头示意性示出了入射到基座4的面4sa上并被不透光基板2的表面2sa镜面反射的光线的传播方向。而且,在图6中,左边的箭头示意性示出了通过面4sa进入基座4并然后通过侧面4sc从基座4出射的光线传播方向。
在LED模块1包括具有表面2sa的不透光基板2且表面2sa具有光漫射特性或镜面反射特性时,可以进一步改善其出光效率。
在LED模块1中,不透光基板2优选充当热沉。在LED模块1中,在不透光基板2由具有高热导率的金属,例如铝和铜构成时,不透光基板2能够充当热沉。因此,在LED模块1中,可以更有效率地耗散LED芯片6中产生的热量,结果可以增大光输出。在LED模块1具有如下配置时,可以改善LED模块1的散热特性而不增加部件数量:如图7中所示,在不透光基板2的另一表面2sb上一体地提供从另一表面2sb突出的多个鳍22。可以通过铝管芯浇铸等形成其中一体提供多个鳍22的不透光基板2。
LED模块1可以包括由包含第一荧光材料的透明材料构成的颜色转换部分10。第一荧光材料是受到从所述LED芯片6发射的光激励以发射颜色与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光的荧光材料。颜色转换部分10具有半球形状。颜色转换部分10的形状不限于半球,可以是半椭球、半圆柱体等。
用于颜色转换部分10的透明材料例如可以是硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、玻璃或有机/无机混合材料,其中在纳米(nm)水平或分子水平上混合和/或组合有机成分和无机成分。
用于颜色转换部分10的荧光材料充当波长转换材料,将从LED芯片6发射的光转换成波长比从LED芯片6发射的光更长的光。因此,LED模块1能够发射由LED芯片6发射的光和从荧光材料发射的光构成的混合色光。
例如,在LED芯片6是蓝光LED芯片且波长转换材料的荧光材料是黄光荧光材料时,LED模块1能够提供白色光。亦即,从LED芯片6发射的蓝光和从黄光荧光材料发射的光能够通过LED芯片6和基座4,结果,LED模块1能够发射白色光。
充当波长转换材料的荧光材料不限于黄光荧光材料,可以包括,例如一组黄光荧光材料和红光荧光材料,或一组红光荧光材料和绿光荧光材料。而且,充当波长转换材料的荧光材料不限于一种黄光荧光材料,可以包括两种具有不同发射峰波长的黄光荧光材料。可以使用多种荧光材料作为波长转换材料改善LED模块1的颜色呈现特性。
在本实施例的LED模块1中,基座4由两层在厚度方向上堆叠的陶瓷层4a和4b构成。
在基座4中,陶瓷层4a和4b具有彼此不同的光学特性,距LED芯片6较远的陶瓷层4a相对于从LED芯片6发射的光的反射率较高。就此而言,光学特性是指反射率、透过率、吸收率等。基座4由至少两个在厚度方向上堆叠的陶瓷层构成,其特性使得陶瓷层的光学特性彼此不同,陶瓷层距LED芯片6越远,其对于从LED芯片6发射的光反射率越高。
因此,在LED模块1中,从LED芯片6的LED结构部分60的发光层向LED芯片6在厚度方向上的另一面发射的光更可能在陶瓷层4b和陶瓷层4a之间的界面处被反射,如图8中的箭头示意性所示。因此,在LED模块1中,可以防止从LED芯片6向基座4发射的光返回到LED芯片6并防止光进入不透光基板2的表面2sa。结果,可以更容易地从基座4的面4sa和侧面4sc提取光。因此,在LED模块1中,出光效率可以得到改善。此外,在LED模块1还包括不透光基板2时,可以减小不透光基板2反射率的影响,并在不透光基板2的材料方面提高自由度。
对于基座4而言,为了方便描述,可以将最接近LED芯片6的最高陶瓷层4b称为第一陶瓷层4b,可以将距LED芯片6最远的最低陶瓷层4a称为第二陶瓷层4a。
第一陶瓷层4b例如可以由氧化铝(Al2O3)构成。第一陶瓷层4b例如可以是氧化铝基板。在第一陶瓷层4b为氧化铝基板时,氧化铝基板的氧化铝颗粒的颗粒直径优选在1μm到30μm之间的范围内。氧化铝颗粒的颗粒直径越大,第一陶瓷层4b的反射率越小。氧化铝颗粒的颗粒直径越小,第一陶瓷层4b的散射效应越大。简而言之,减小反射率和增大散射效果是一种相互制约的关系。
上述颗粒直径是由数量-尺寸分布曲线确定的。在这里,通过成像方法测量颗粒大小分布获得数量-尺寸分布曲线。具体而言,通过对扫描电子显微镜(SEM)观测获得的SEM图像进行图像处理获得的颗粒尺寸(两轴平均直径)和颗粒数量,确定颗粒直径。在数量-尺寸分布曲线中,将50%积分值处的颗粒直径值称为中数直径(d50),上述颗粒直径是指中数直径。
注意,图9示出了氧化铝基板中球形氧化铝颗粒的颗粒直径和反射率之间的理论关系。颗粒直径越小,反射率越高。第一陶瓷层4b在中数直径(d50)和反射率实测值之间的关系大致与图9中所示的理论值相同。利用分光光度计和积分球测量反射率。
第二陶瓷层4a可以由例如包含SiO2、Al2O3的复合材料,折射率高于Al2O3的材料(例如ZrO2和TiO2)、CaO和BaO作为成分构成。在第二陶瓷层4a中,Al2O3颗粒的颗粒直径优选在0.1μm到1μm的范围中。可以通过调节复合材料的成分、组成、颗粒直径、厚度等来调节第二陶瓷层4a的光学特性(例如反射率、透过率和吸收率)。在基座4中,在第一陶瓷层4b和第二陶瓷层4a由相同种类的材料构成时,第一陶瓷层4b应当由颗粒直径大于第二陶瓷层4a的材料构成。
顺便提及,作为本实施例LED模块1的比较例,发明人选择了包括由单层氧化铝基板配置的基座的LED模块。然后,发明人利用参数,即比较例LED模块基座的尺度,对LED模块比较例的出光效率进行模拟。图10示出了结果的范例。该模拟是由蒙特卡洛射线跟踪进行的几何光学模拟。注意,在模拟中,假设不透光基板2表面2sa的反射率和不透光基板2的吸收率分别为95%和5%。而且,在模拟中,假设LED芯片6的芯片尺寸为0.5mm乘0.24mm。
在图10中,水平轴代表基座的厚度,垂直轴代表出光效率。图中由“B1”表示的曲线示出了基座平面尺寸为1mm sq.(1mm乘1mm)的情况,图中由“B2”表示的曲线示出了基座平面尺寸为2mm sq.(2mm乘2mm)的情况。从图10推断出,在基座厚度为2mm或更小时,由于不透光基板2的光吸收,不论基座平面尺寸如何,出光效率都减小。
而且,图10表明,在基座厚度为2mm或更小时,随着基座平面尺寸减小,出光效率越来越高。
此外,针对均包括仅由氧化铝基板构成的基座的比较例的LED模块,发明人模拟了从LED模块各面发射的光量之间的比值。基座具有同样的0.4mm厚度,平面尺寸分别为1mm sq.(1mm乘1mm)和2mm sq.(2mm乘2mm)。图11示出了结果的范例。该模拟是由蒙特卡洛射线跟踪进行的几何光学模拟。注意,在模拟中,假设不透光基板2表面2sa的反射率和不透光基板2的吸收率分别为95%和5%。而且,在模拟中,假设LED芯片6的芯片尺寸为0.5mm乘0.24mm。而且,在该模拟中,假设在LED芯片6的侧面仅发生菲涅耳损耗。
图11中的附图标记“I1”表示直接从LED芯片6输出的光量比例。图11中的附图标记“I2”表示从基座4在LED芯片6一侧的暴露表面(基座表面的暴露部分)输出的光量比例。图11中的附图标记“I3”表示从基座的侧面输出的光量比例。
从图10和11中的结果,发明人了解到,基座4的平面尺寸越小,从基座4的侧面4sc输出的光量比例越高,结果,可以改善出光效率。
此外,发明人针对各种不透光基板,在基座平面尺寸为2mm sq.(2mm乘2mm)的条件下,研究了基座厚度和LED模块1发射的光通量之间的关系。由积分球测量光通量。结果,发明人获得了图12所示的试验结果。在试验中,作为LED芯片6,采用的是蓝光LED芯片,其中基板为蓝宝石基板,从发光层发射的峰值波长为460nm。LED芯片6的芯片尺寸为0.5mm乘0.24mm。颜色转换部分10由硅酮树脂和黄光荧光材料构成。图12中线C1中的白色圆(○)表示针对参考模型1的LED模块的光通量实测值。在参考模型1的LED模块中,基座为氧化铝基板,不透光基板2是对于波长460nm的光反射率为98%的银基板。图12中线C2中的白色三角形(Δ)表示针对参考模型2的LED模块的光通量实测值。在参考模型2的LED模块中,基座为氧化铝基板,不透光基板2是包括铜基板和铜基板表面上的白色掩模构成的反射层的基板,掩模相对于波长为460nm的光具有92%的反射率。图12中线C3中的白色菱形(◇)表示针对参考模型3的LED模块的光通量实测值。在参考模型3的LED模块中,基座为氧化铝基板,不透光基板2是对于波长460nm的光反射率为95%的铝基板。
从图12中附图标记C1、C2和C3表示的值,推断出可以通过增大基座4的厚度来改善本实施例LED模块1的出光效率。而且,在本实施例的LED模块1具有包括不透光基板2的配置时,推测可以类似于参考模型1,使用银基板作为不透光基板2,改善出光效率。
另一方面,从有效率地向不透光基板2的另一表面发散LED芯片6中产生的热量的角度讲(亦即,从改善散热特性的角度讲),优选基座4更薄。简而言之,出光效率和散热特性是相互制约的关系。
此外,发明人制造了具有参考结构的LED模块,其中未提供基座4,并将高纯度氧化铝基板用作不透光基板2,并进行测量由具有参考结构的LED模块发射的光通量的试验。图12中的黑色正方形(■)表示相对于具有参考结构的LED模块的光通量实测值。发明人获得的试验结果为,要求上述参考模型1的LED模块包括厚度为0.4mm或更大的基座以发射比具有参考结构的LED模块更大的光通量。因此,发明人考虑,鉴于出光效率和散热特性的原因,优选将基座厚度调节到大致0.4mm到0.5mm的范围。注意,对于具有参考结构的LED模块中使用的氧化铝基板,氧化铝基板的厚度为1mm,构成氧化铝基板的颗粒的颗粒直径为1μm,氧化铝基板的反射率为91%。
在将银基板用作不透光基板2的参考模型1的LED模块中,担心反射率可能会因为银基板的硫化作用而降低。在使用白色掩模构成的反射层的参考模型2的LED模块中,担心反射率可能会由于白色掩模热降解而降低。
因此,在本实施例的LED模块1中,不透光基板2包括由铜构成的基础材料(铜基板)和提供于基础材料表面上的白色掩模层构成的反射层,基座4是透光性构件,具有在厚度方向上堆叠第二陶瓷层4a和第一陶瓷层4b的配置。
发明人执行测量由参考范例1发射的光通量的试验。参考范例1依据的是参考模型4的LED模块,具有与本实施例的LED模块1基本相同的配置,但在不透光基板2而不是基座4的表面2sa上包括图案化布线电路8。在参考范例1中,基座4具有0.5mm的厚度Hs(参考图2),第二陶瓷层4a具有0.1mm的厚度Hsa(参考图2)和96%的反射率以发射波长450nm的光,第一陶瓷层4b具有0.4mm的厚度Hsb(参考图2)和80%的反射率,以发射450nm波长的光。图12中的黑色圆(●)表示相对于参考范例1的光通量实测值。图12表明,参考范例1的LED模块1发射的光通量大于具有参考结构的LED模块。而且,从图12推测,范例1的LED模块1发射的光通量大于基座4具有0.5mm厚度的参考模型1,2和3的那些。
注意,参考范例1中的基座3的反射率-波长特性由图13中附图标记A1表示的曲线示出,厚度0.4mm的单层氧化铝基板的反射率-波长特性由图13中附图标记A2表示的曲线示出。注意,氧化铝基板与参考模型1、2和3中的氧化铝基板具有相同规格。图13中所示的反射率-波长特性是利用分光光度计和积分球测量的。
此外,发明人进行试验以测量从LED模块1发射的光的光通量和色度。在试验中,针对第一陶瓷层4b中氧化铝颗粒的不同颗粒直径(中数直径)的每种,进行测量。在试验中,LED芯片6是蓝光LED芯片,其中基板为蓝宝石基板,从发光层发射的峰值波长为460nm。LED芯片6的芯片尺寸为0.5mm乘0.24mm。基座4的厚度和平面尺寸分别为0.49mm和2mm sq.(2mm乘2mm)。
色度是颜色的心理物理学特性,由CIE色系的xy色度图中的色度坐标确定。在从LED模块1发射光的辐射角为0°的方向(光轴方向)上以及辐射角为60°的方向(相对于光轴的角度为60°的方向)上测量色度。在测量色度时,由分光光度计获得每个辐射角中的光谱分布,从每种光谱分布计算CIE色系中的色度。
图14中总结了试验结果。图14中的水平轴表示颗粒直径。图14中的左垂直轴表示由光通量和供应给LED模块1的输入功率计算的效率。图14中的右垂直轴表示色差。在将色度坐标中辐射角为0°的方向中的x值(以下简称“x0”)被设置为参考时,色差被定义为色度坐标中辐射角为60°的方向中的x值(以下简称“x1”)。亦即,图14中右垂直轴中的色差是值(x1-x0)。在值(x1-x0)为正时,表示其绝对值越大,色度向泛黄白色一侧偏移越大。在值(x1-x0)为负时,表示其绝对值越大,色度向蓝白色一侧偏移越大。注意,LED模块1中的色度设计值为(0.33,0.33)。亦即,在色度坐标中x的设计值为0.33。色度的设计值为范例,不限于此。
图14中的黑色菱形(◆)表示LED模块1效率的实测值。图14中的黑色正方形(■)表示LED模块1色差的实测值。图14中的白色菱形(◇)表示具有参考结构的上述LED模块效率的实测值。图14中的白色正方形(□)表示具有参考结构的上述LED模块色差的实测值。注意,由于具有参考结构的LED模块不包括基座4,所以图14中的水平轴中的颗粒直径示出了氧化铝基板中颗粒的颗粒直径。
例如,从抑制颜色不均匀性的角度以及实现类似于或小于具有参考结构的LED模块色差的色差的角度讲,LED模块1中色差的容许范围优选介于-0.0015到0.0015的范围中。
图14表明,LED模块1比具有参考结构的LED模块具有更高效率。而且,从图14推断出,通过将颗粒直径设置在1μm到4μm之间的范围中,同时抑制色差超过容许范围(换言之,变得大于具有参考结构的LED模块的色差),与具有参考结构的LED模块相比,可以提高LED模块1的效率。
第一陶瓷层4b是由在大约1500℃到1600℃范围中的高温下烧结的陶瓷构成的第一致密层4b。第一陶瓷层4b与第二陶瓷层4a相比具有良好的刚度,因为通过高温烧结将陶瓷颗粒彼此强度结合。在这里,良好的刚度表示抗挠强度较高。作为第一陶瓷层4b的材料,优选氧化铝。
第二陶瓷层4a由在小于等于1000℃(例如850℃到1000℃)下烧结的陶瓷构成,这一温度与第一陶瓷层4b的烧结温度相比是较低的温度。构成第二陶瓷层4a的陶瓷可以是,例如包含陶瓷填料(陶瓷微颗粒)和玻璃成分的第二致密层4a或包含陶瓷填料(陶瓷微颗粒)和玻璃成分的多孔层4a。
第二致密层由致密陶瓷构成,其中通过烧结将陶瓷填料彼此结合,并围绕作为基质的陶瓷填料布置玻璃成分。在第二致密层中,陶瓷填料主要执行反射光的功能。第二致密层可以由硼硅玻璃、包含硼硅酸铅玻璃和氧化铝的玻璃陶瓷、将陶瓷填料与包含碱石灰玻璃的玻璃陶瓷和氧化铝混合的材料等构成。优选将玻璃陶瓷的玻璃含量设置在大约35到60wt%的范围中。优选将玻璃陶瓷的陶瓷含量设置在大约40到60wt%的范围中。注意,在第二致密层中,可以由氧化钛或氧化钽替代硼硅酸铅玻璃中的锌成分,以提高玻璃陶瓷的折射率。陶瓷填料优选由折射率高于玻璃陶瓷的材料构成,例如可以是五氧化二钽、五氧化二铌、氧化钛、氧化钡、硫酸钡、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化锌、氧化锆或硅酸盐氧化物(锆石)。
在第二陶瓷层4a由多孔层构成时(在下文中,“第二陶瓷层4a”也称为“多孔层4a”),优选在具有多个孔隙40c的多孔层4a和第一陶瓷层4b之间***第一玻璃层40aa,在多孔层4a的与第一陶瓷层4b相对的一侧上形成第二玻璃层40ab,如图15中的示意图所示。多孔层4a的孔隙度被设置于40%左右,但不限于此。第一玻璃层40aa和第二玻璃层40ab是玻璃成分构成的透明层,透过可见光。可以将第一玻璃层40aa和第二玻璃层40ab的厚度设置为例如10μm左右,但不限于此。第一玻璃层40aa和第二玻璃层40ab的每个的大约一半玻璃成分由SiO2构成,但玻璃成分不限于此。
提供第一玻璃层40aa以便***多孔层4a和第一陶瓷层4b之间,并通过在制造时烧结而紧密附着到多孔层4a的表面和第一陶瓷层4b的表面。
在多孔层4a的与第一陶瓷层4b相对的面上提供第二玻璃层40ab并保护多孔层4a。因此,多孔层4a的与第一陶瓷层4b相对表面上存在的孔隙40c被第二玻璃层40ab包围。
多孔层4a包含陶瓷填料(陶瓷微粒)和玻璃成分。在多孔层4a中,通过烧结组合陶瓷填料以形成群簇,从而形成多孔结构。玻璃成分充当陶瓷填料的粘合剂。在多孔层4a中,陶瓷填料和多个孔隙主要执行反射光的功能。注意,可以根据WO 2012/039442 A1中[0023]-[0026]段和图4中公开的封装的制造工艺形成多孔层4a。
例如,可以通过改变玻璃成分和陶瓷成分(例如氧化铝和氧化锆)之间的重量比,改变多孔层4a的反射率。亦即,可以通过改变玻璃配比改变多孔层4a的反射率。在图16中,水平轴表示玻璃配比,垂直轴表示利用积分球测量的积分强度。在利用积分球测量时,对波长介于380到780nm之间的反射光强度进行积分。图16表明,可以提高玻璃配比来提高反射率。
因此,在范例1中,通过在1600℃下烧结来形成第一陶瓷层4b,通过在850℃下烧结来形成多孔层4a,使材料发生化合,使得玻璃成分与陶瓷成分的重量比为20:80。在范例1中,玻璃成分是中数直径为3μm左右的硼硅玻璃,氧化铝是中数直径为0.5μm左右的氧化铝和中数直径为2μm左右的氧化铝的化合物,氧化锆的中数直径为0.2μm左右。在范例1中,第一陶瓷层4b的厚度为0.38mm,多孔层4a的厚度为0.10mm。范例1中基座4的反射率-波长特性由图17中的“A3”指出的曲线表示,厚度为0.38mm的单层氧化铝基板的反射率-波长特性由图17中的“A4”指出的曲线表示。注意,多孔层4a中玻璃成分与陶瓷成分的重量比和相应材料的颗粒直径(中数直径)不受特别限制。
多孔层4a具有梯度组成,其中玻璃成分的密度在厚度方向上从其两侧向内部逐渐减小,因为第一玻璃层40aa和第二玻璃层40ab的玻璃成分在制造时会渗透。
具体而言,在利用显微镜观察厚度约为100μm的多孔层4a沿厚度方向的截面时,发现,在从多孔层4a的相应面沿厚度方向到大约20μm深度的区域中,存在玻璃致密层,其中玻璃占据每单位面积70%或更多的面积。与此相反,在从多孔层4a相应面沿厚度方向深于20μm的内部区域中,玻璃占据每单位面积大约20%的面积,存在非致密层,其中玻璃和陶瓷填料以一定比例混合。
在本实施例的LED模块1中,基座4由这两个陶瓷层4a和4b构成,这两个陶瓷层4a和4b的光学特性彼此不同,距LED芯片6交远的陶瓷层4a相对于从LED芯片6发射的光相对于距LED芯片6较近的陶瓷层4b具有较高反射率。因此,与包括仅由单层氧化铝基板构成的基座4的LED模块相比,可以改善LED模块1的出光效率。在本实施例的LED模块1中,可以减少从基座4的面4sa反射的光量,结果,可以减少LED芯片6中的吸收损失。此外,在本实施例的LED模块1中,基座4的光吸收率(大约0%)可以小于不透光基板2的光吸收率(例如,大约2到8%),入射在基座4的面4sa上的光的部分可能在陶瓷层4b中被散射,并可能在陶瓷层4b和陶瓷层4a之间的界面处被反射。因此,在LED模块1中,可以减少通过基座4并到达不透光基板2的表面2sa的光量和不透光基板2处的吸收损失。结果,可以改善出光效率。
顺便提及,在本实施例的LED模块1中,在第一陶瓷层4b和第二陶瓷层4a中,第一陶瓷层4b具有相对高的光透过率,第二陶瓷层4a具有较高光散射率。因此,推论出,在LED模块1中,光可能在距LED芯片6较远的第二陶瓷层4a中被漫射,在到达不透光基板2之前被漫射的光量与仅有第一陶瓷层4b的LED模块相比有所增加。而且,推测在LED模块1中,可以增加被基座4正下方的不透光基板2反射的光被漫射而不返回LED芯片6的可能性。相反,推测在LED模块1中,在基座4仅由第二陶瓷层4a构成时,令人遗憾的是,可能增加光在LED芯片6附近被散射并然后返回LED芯片6的可能性,因为可能增加从LED芯片6向基座4发射的光在LED芯片6附近被散射的可能性。因此,推测在LED模块1中,与包括仅由第二陶瓷层4a构成的基座4的LED模块相比,可以减少返回到LED芯片6的光量。此外,在LED模块1中,与仅由第一陶瓷层4b构成的基座4相比,可以减小获得同样反射率所需的基座4厚度。
颜色转换部分10形成于基座4上并具有半球形状,以便覆盖LED芯片6和每条导线7的一部分。因此,LED模块1优选包括包封部分(未示出),其覆盖每条导线7的暴露部分和颜色转换部分10。包封部分优选由透明材料构成。包封部分的透明材料例如可以是硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、玻璃或在纳米水平或分子水平混合和/或组合有机成分和无机成分的有机无机混合材料。包封部分的透明材料优选是线性膨胀系数接近颜色转换部分10透明材料的材料,更优选是线性膨胀系数与颜色转换部分10的透明材料相同的材料。因此,在LED模块1中,可以抑制由于包封部分和颜色转换部分10线性膨胀系数之间的差异,导致的包封部分和颜色转换部分10之间界面附近每根导线7上的应力集中。因此,在LED模块1中,可以已知导线7的断开。此外,在LED模块1中,可以抑制由于包封部分和颜色转换部分10线性膨胀系数之间的差异导致包封部分或颜色转换部分10中裂缝的发生。包封部分优选形成半球形状,但其形状不限于此,可以是半椭球形状或半圆柱形状。颜色转换部分10的形状不限于半球形状,可以是半椭球形状、半圆柱体形状等
类似于图18所示的第一变形例的LED模块1,颜色转换部分10可以形成半球形状,覆盖LED芯片6、导线7和基座4。
对于图18所示的第一变形例,将参考图19、20A、20B和20C中的推断机制图描述LED模块1的出光效率得到改善的原因。注意,即使推断的机制与如下所述的机制不是,第一变形例也在本发明的范围中。
图19、20A、20B和20C中所示的箭头示意性示出了从LED芯片6中的LED结构部分60的发光层发射的光线传播路径。图19、20A和20B中的实线箭头示意性示出了从发光层发射并由基座4的面4sa反射的光线传播路径。图19、20A和20B中的虚线箭头示意性示出了从LED结构部分60的发光层发射并进入基座4的光线传播路径。
如图19、20A和20B中所示,发明人推论出,在陶瓷颗粒和由陶瓷颗粒和晶粒边界相(玻璃成分是其中的主要成分)之间由于陶瓷颗粒和晶粒边界相折射率之间的差异导致的界面处,在第一陶瓷层4b中发生反射和折射。而且,如图19和20C中所示,发明人推断,在陶瓷颗粒和由陶瓷颗粒和孔隙和/或晶粒边界相(玻璃成分是其中的主要成分)之间由于陶瓷颗粒和孔隙和/或晶粒边界相折射率之间的差异导致的界面处,在第二陶瓷层4a中发生反射和折射。而且,如图19和20C中所示,发明人推论出,在孔隙和/或晶粒边界相(玻璃成分是其中的主要成分)之间由于孔隙和/或晶粒边界相折射率之间的差异导致的界面处,在第二陶瓷层4a中发生反射和折射。而且,发明人推断,相对于陶瓷板,在板厚度相同时,板中陶瓷颗粒的颗粒直径越大,反射率越小且透过率越大,因为陶瓷颗粒的颗粒直径越大,界面数量越小,在光穿过单位长度时,光通过陶瓷颗粒和晶粒边界相之间界面的概率降低。
发明人推断,可以通过令LED芯片6发射的光尽可能通过第一陶瓷层4b,并令光尽可能在第二陶瓷层4a中被反射,改善LED模块1的出光效率。因此,优选在基座4中,第一陶瓷层4b包括颗粒直径大于第二陶瓷层4a陶瓷颗粒的陶瓷颗粒,而第二陶瓷层4a包括颗粒直径小于第一陶瓷层4b的陶瓷颗粒的陶瓷颗粒,且还包括孔隙。
在LED模块1中,基座4可以具有细长形状,可以沿基座4的纵向布置多个LED芯片6。在这种情况下,在LED模块1中,导线7可以沿垂直于LED芯片6布置方向的方向延伸,颜色转换部分10可以具有半球形状,以覆盖相应的LED芯片6和基座4上相应导线7的部分,例如,类似于图21中所示第二变形例的LED模块。注意,在图21中,省略了图1中的图案化布线电路8。
或者,在LED模块1中,导线7可以沿LED芯片6的布置方向延伸,颜色转换部分10可以具有凸起形状,以覆盖基座4、相应的LED芯片6和相应导线7的部分,例如,类似于图22中所示第三变形例的LED模块。注意,在图22中,省略了图1中的图案化布线电路8。
在本实施例的LED模块中,基座4的陶瓷层(第一陶瓷层4b和第二陶瓷层4a)是具有不同光学特性的透光层。
基座4由至少两个在厚度方向上堆叠的透光层构成,其特性使得透光层的光学特性彼此不同,多个透光层中距LED芯片6较远的透光层在从LED芯片6发射的光波长范围中反射率较高。在下文中,可以将最接近LED芯片6的最上方透光层称为第一透光层,可以将距LED芯片6最远的最下方透光层称为第二透光层。
第一透光层优选由对于从LED芯片6发射的光具有高透过率的材料构成,且折射率接近LED芯片6的折射率。第一透光层的折射率接近LED芯片6的折射率表示,第一透光层的折射率和LED芯片6中基板61折射率之间的差异为0。1或更小,更优选为0。第一透光层优选由具有高热阻的材料构成。
第一透光层的材料不限于陶瓷,可以是玻璃、SiC、GaN、GaP、蓝宝石、环氧树脂、硅酮树脂、不饱和聚酯等。陶瓷的材料不限于Al2O3,可以是另一种金属氧化物(例如氧化镁、氧化锆和二氧化钛)、金属氮化物(例如氮化铝)等。作为第一透光层的材料,从导致LED芯片6发射的光被前向散射的角度来看,陶瓷比单晶更优选。
透光性陶瓷可以是可从Murata Manufacturing Co.,Ltd.获得的LUMICERA(注册商标)、可从NGK Insulators,Ltd.获得的HICERAM(产品名称)等。LUMICERA(注册商标)具有基于Ba(Mg,Ta)O3的复杂钙钛矿结构作为主要结晶相。HICERAM是透光性氧化铝陶瓷。
由陶瓷构成的第一透光层优选包括颗粒直径约1μm到5μm的颗粒。
第一透光层可以是单晶,其中形成具有不同折射率的孔洞、改性部分等。可以利用来自飞秒激光器的激光束辐照单晶中安排好的孔洞、改性部分等的形成区域来形成孔洞、改性部分等。来自飞秒激光器的激光束的波长和辐照条件可以根据单晶材料、形成目标(孔洞或改性部分)、形成目标的尺寸等适当变化。第一透光层可以由基础树脂(例如环氧树脂、硅酮树脂和不饱和聚酯)(在下文中称为“第一基础树脂”)构成,其包含折射率与基础树脂不同的填料(在下文中称为“第一填料”)。更优选地,第一填料和第一基础树脂折射率之间的差异很小。第一填料优选具有更高热导率。从增大热导率的角度讲,第一透光层优选具有高密度的第一填料。从抑制入射光全反射的角度讲,第一填料的形状优选为球形。第一填料的颗粒直径越大,其反射率和折射率越小。可以配置第一透光层,使得具有较大颗粒直径的第一填料存在于在厚度方向上接近LED芯片6的第一透光层的区域中,具有较小颗粒直径的第一填料存在于其远离LED芯片6的区域中。在这种情况下,第一透光层可以包括多个堆叠的层,其具有有着不同颗粒直径的第一填料。
在第一透光层的、接近LED芯片6的表面(基座4的面4sa)上,优选在LED芯片6的安装区域周围形成精细的粗糙结构部分,以便抑制从LED芯片6向基座4发射并被基座4反射或在其中折射的光的全反射。粗糙结构部分可以通过喷砂处理等使第一透光层的表面***糙而形成。粗糙结构部分的表面粗糙度优选使得JIS B 0601-2001(ISO 4287-1997)中指定的算术平均粗糙度Ra大约为0.05μm。
基座4可以具有这样的配置:在第一透光层接近LED芯片6安装区域周围的LED芯片6的表面上形成折射率比第一透光层低的树脂层。树脂层的材料可以是硅酮树脂、环氧树脂等。树脂层的材料可以是包含荧光材料的树脂。
更优选配置第二透光层,使得从LED芯片6发射的光被漫反射,而不是被配置成对光进行镜面反射那样。
第二透光层的材料不限于陶瓷,可以是玻璃、SiC、GaN、GaP、蓝宝石、环氧树脂、硅酮树脂、不饱和聚酯等。陶瓷的材料不限于Al2O3,可以是另一种金属氧化物(例如氧化镁、氧化锆和二氧化钛)、金属氮化物(例如氮化铝)等。
由陶瓷构成的第二透光层优选包括颗粒直径为1μm或更小的颗粒,更优选包括颗粒直径约0.1μm到0.3μm的颗粒。而且,第二透光层可以是上述多孔层4a。在第一透光层4b是由纯度为99.5%的氧化铝构成的第一陶瓷层4b的情况下,第一透光层4b的体密度为3.8到3.95g/cm3。在第一透光层4b是由纯度为96%的氧化铝构成的第一陶瓷层4b的情况下,第一透光层4b的体密度为3.7到3.8g/cm3。相反,在第二透光层4a是多孔层4a的情况下,第二透光层的体密度是3.7到3.8g/cm3。注意,上述体密度是通过对SEM观测和获得的SEM图像进行图像处理估计的值。
第二透光层可以由单晶构成,其中形成具有不同折射率的孔洞、改性部分等。可以利用来自飞秒激光器的激光束辐照单晶中安排好的孔洞、改性部分等的形成区域来形成孔洞、改性部分等。来自飞秒激光器的激光束的波长和辐照条件可以根据单晶材料、形成目标(孔洞或改性部分)、形成目标的尺寸等适当变化。第二透光层可以由基础树脂(例如环氧树脂、硅酮树脂、不饱和聚酯和氟树脂)(在下文中称为“第二基础树脂”)构成,其包含折射率与基础树脂不同的填料(在下文中称为“第二填料”)。可以配置第二透光层,使得具有较大颗粒直径的第二填料存在于第二透光层中在厚度方向接近LED芯片6的区域中,具有较小颗粒直径的第二填料存在于其远离LED芯片6的区域中。第二填料的材料优选是例如白色无机材料,可以是金属氧化物,例如TiO2和ZnO。第二填料的颗粒直径优选在例如大约0.1μm到0.3μm之间的范围中。第二填料的填充率优选在例如50到75wt%的范围中。用于第二基础树脂的硅酮树脂可以是甲基硅酮、苯基硅酮等。在第二填料是固体颗粒形式的情况下,优选第二填料和第二基础树脂的折射率之间有大的差异。包含第二基础树脂和第二基础树脂中第二填料的材料可以是可从Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.获得的KER-3200-T1等。
第二填料可以是核心-壳体颗粒、中空颗粒等。核心-壳体颗粒的核心的折射率可以任意选择,但优选小于第二基础树脂的折射率。优选中空颗粒具有比第二基础树脂更小的折射率,且中空颗粒内部是气体(例如空气和惰性气体)或真空。
第二透光层可以是光漫射片。光漫射片可以是具有多个气泡的白色聚对苯二甲酸乙二醇酯片等。
在第一透光层和第二透光层都由陶瓷构成的情况下,可以通过堆叠陶瓷基片以逐个成为第一透光层和第二透光层并烧结所堆叠的片来形成基座4。注意,在基座4中,假设第二透光层包括气泡,第一透光层可以包括气泡。在这种情况下,优选第一透光层的气泡数量比第二透光层小,体密度比其高。
第一透光层和第二透光层优选由对从LED芯片6和荧光材料发射的光和热具有高阻抗的材料构成。
LED模块1可以包括基座4的另一面4sb上方的反射层以反射来自LED芯片6等的光。反射层可以由银、铝、银铝合金、除银铝合金之外的银合金、铝合金等构成。反射层可以由薄膜、金属箔、焊料掩模(焊锡)等构成。反射层可以提供于基座4上,或者可以提供于不透光基板2上。
在下文中,将参考图23描述本实施例的LED模块1的第四变形例。
]第四变形例的LED模块1与实施例的LED模块1不同之处在于,第一接合部5和第二接合部3都是由透明材料和第一荧光材料构成的。第二荧光材料是受到从所述LED芯片6发射的光激励以发射颜色与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光的荧光材料。简而言之,第四变形例的LED模块1与实施例1的LED模块1不同之处在于,第一接合部5和第二接合部3包含荧光材料,荧光材料受到从LED芯片6发射的光激励,发射与从LED芯片6发射的光颜色不同的光。注意,与实施例1中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图23中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
荧光材料充当波长转换材料,将从LED芯片6发射的光转换成波长比来自LED芯片6的光更长的光。因此,可以利用LED模块1获得由LED芯片6发射的光和从荧光材料发射的光构成的混合色光。
在包括蓝光LED芯片作为LED芯片6和黄光荧光材料作为波长转换材料的荧光材料时,例如,LED模块1能够发射白色光。亦即,在LED模块1中,从LED芯片6发射的蓝光和从黄光荧光材料发射的光能够通过LED芯片6和基座4,结果能够获得白色光。注意,图23示意性示出了从LED芯片6发射的光和第一接合部5中的荧光材料波长转换产生的光的传播路径范例。
充当波长转换材料的荧光材料不限于黄光荧光材料,可以包括,例如一组黄光荧光材料和红光荧光材料,或一组红光荧光材料和绿光荧光材料。而且,充当波长转换材料的荧光材料不限于一种黄光荧光材料,可以包括两种具有不同发射峰波长的黄光荧光材料。可以使用多种荧光材料作为波长转换材料改善LED模块1的颜色呈现特性。
在LED模块1中,第一接合部5和第二接合部3中的至少一个包含第二荧光材料,其受到从LED芯片6发射的光激励以发射颜色与从LED芯片6发射的光颜色不同的光。因此,LED模块1能够产生由LED芯片6发射的光和从荧光材料发射的光构成的混合色光。
在LED模块1中,在第一接合部5和第二接合部3都包含荧光材料时,第一接合部5中的荧光材料和第二接合部3中的荧光材料可以发射彼此具有不同波长的光线。
在这种情况下,更接近LED芯片6的第一接合部5中的荧光材料可以是两种荧光材料中发射较长波长光的荧光材料(例如,红光荧光材料),更远离LED芯片6的第二接合部3中的荧光材料可以是发射较短波长光的荧光材料(例如,绿光荧光材料)。因此,在LED模块1中,可以抑制由第一接合部5中的荧光材料,由第二接合部3中的荧光材料转换的光的二次吸收。LED模块1包括红光荧光材料和绿光荧光材料的组合作为两种荧光材料的组合。即使当绿光荧光材料是与红光荧光材料相比温度特性差的荧光材料(频繁发生温度猝熄的荧光材料)时,也可以接近充当热沉的不透光基板2布置绿光荧光材料,因此,可以抑制绿光荧光材料的温度升高,结果,可以抑制绿光荧光材料的温度淬熄。
此外,例如,在两种荧光材料当中,LED模块1可以包括:发射较短波长光的荧光材料(绿光荧光材料)作为接近LED芯片6的第二接合部5中的荧光材料、发射较长波长光的荧光材料(红光荧光材料)作为远离LED芯片6的第一接合部3中的荧光材料。因此,在LED模块1中,可以抑制由第一接合部3中的荧光材料,由第二接合部5中的荧光材料转换的光的二次吸收。
注意,在第四变形例的LED模块1中,不透光基板2优选充当热沉,类似于实施例1的LED模块1。
在下文中,将参考图24描述本实施例的LED模块1的第五变形例。
在第五变形例的LED模块1中,颜色转换部分10的形状与实施例1的LED模块1不同。注意,与实施例1中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图24中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
提供颜色转换部分10以覆盖LED芯片6的侧面和LED芯片6的与第一接合部5相对的表面。在本实施例的LED模块中,颜色转换部分10是层的形式。可以通过诸如模制和丝网印刷的方法形成颜色转换部分10。在LED模块1中,颜色转换部分10被形成层的形式以便做薄,因此可以减少要被颜色转换部分10中的荧光材料转换成热的光的量。
可以配置LED模块1,使得颜色转换部分10包含光漫射材料。光漫射材料优选由颗粒构成并散布于颜色转换部分10中。在LED模块1中,由于包含光漫射材料的颜色转换部分10的原因,可以进一步抑制颜色不均匀性。光漫射材料的材料可以是无机材料,例如氧化铝、二氧化硅、氧化钛和Au,有机材料,例如氟基树脂、在纳米水平或分子水平混合和/或组合有机成分和无机成分的有机无机混合材料等等。在LED模块1中,光转换部分10的光漫射材料和透明材料折射率之间的差异越大,获得将颜色不均匀性抑制到相似水平的效果所需的光漫射材料含量越小。
由于LED芯片6是蓝光LED芯片,且颜色转换部分10包含多种荧光材料(绿光荧光材料和红光荧光材料)和光漫射材料,所以能够进一步改善LED模块1的颜色呈现特性。此外,由于LED芯片6是紫外线LED芯片,且颜色转换部分10包含多种荧光材料(蓝光荧光材料、绿光荧光材料和红光荧光材料)和光漫射材料,所以能够进一步改善LED模块1的颜色呈现特性。
可以配置第五变形例的LED模块1,使得第一接合部5和第二接合部3中的至少一个包含除颜色转换部分10之外的第二荧光材料。第二荧光材料是受到从所述LED芯片6发射的光激励以发射颜色与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光的荧光材料。可以配置LED模块1,从而提供颜色转换部分10,以便不仅覆盖LED芯片6,还覆盖基座4的周边(在图25的范例中,为面4sa和侧面4sc的周边),例如,像图25中所示的第六变形例那样。在图25中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
对于第六变形例而言,与第一接合部5中的荧光材料相比,在基座4周围提供的颜色转换部分10中的荧光材料优选是发射较短波长光的荧光材料。因此,在第六变形例的LED模块1中,可以抑制基座4附近提供的颜色转换部分10中的重新吸收。
注意,在第五变形例和第六变形例的LED模块1的每个中,像实施例1的LED模块1那样,不透光基板2优选充当热沉。
在下文中,将参考图26描述本实施例的LED模块1的第七变形例。
第七变形例的LED模块1与第五变形例的LED模块1不同之处在于,包括树脂部分11,树脂部分11覆盖基座4的面4sa上的LED芯片6。树脂部分11优选充当外盖,光最后从其中通过(换言之,用于提取光的外盖)。本实施例的LED模块1的树脂部分11还覆盖颜色转换部分10。注意,与第五变形例中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图26中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
树脂部分11优选由包含光漫射材料的透明树脂形成。透明树脂是硅酮树脂。透明树脂不限于硅酮树脂,可以是环氧树脂、丙烯酸树脂等。光漫射材料的材料可以是无机材料,例如氧化铝、二氧化硅、氧化钛和Au,有机材料,例如氟基树脂、在纳米水平或分子水平混合和/或组合有机成分和无机成分的有机无机混合材料等等。
树脂部分11具有半球形状,但其形状不限于半球形状,可以是半球形状或半圆柱形状。
第七变形例的LED模块1包括树脂部分11,因此可以改善可靠性。而且,如上所述,可以配置LED模块1,使得树脂部分11包含光漫射材料。因此,在LED模块1中,可以进一步抑制颜色不均匀性。而且,在颜色转换部分10包含多种荧光材料且树脂部分11包含光漫射材料时,可以进一步改善LED模块1的颜色呈现特性。
注意,如同实施例1的LED模块1那样,第七变形例的LED模块1的不透光基板2优选充当热沉。
在下文中,将参考图27描述本实施例的LED模块1的第八变形例。
第八变形例的LED模块1与第五变形例的LED模块1不同之处在于,包括树脂部分11,树脂部分11覆盖基座4的面4sa上的LED芯片6。树脂部分11优选充当外盖,通过其提取光。注意,与第五变形例中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图27中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
树脂部分11优选由包含光漫射材料的透明树脂形成。透明树脂是硅酮树脂。不过,透明树脂不限于硅酮树脂,可以是环氧树脂、丙烯酸树脂等。光漫射材料的材料可以是无机材料,例如氧化铝、二氧化硅、氧化钛和Au,有机材料,例如氟基树脂、在纳米水平或分子水平混合和/或组合有机成分和无机成分的有机无机混合材料等等。
树脂部分11具有半球形状,但其形状不限于半球形状,可以是半椭球形状或半圆柱形状。
第八变形例的LED模块1由于树脂部分11而具有改进的可靠性。此外,可以配置LED模块1,使得树脂部分11包含光漫射材料。因此,在LED模块1中,可以抑制颜色不均匀性。而且,在配置LED模块1,使得第一接合部5和第二接合部3中的至少一个包含多种荧光材料(第一荧光材料)且树脂部分11包含光漫射材料时,可以进一步改善颜色呈现特性。
注意,像实施例1的LED模块1那样,第八变形例的LED模块1的不透光基板2优选充当热沉。
在下文中,将参考图28描述本实施例的LED模块1的第九变形例。
第九变形例的LED模块1与实施例1的LED模块1不同之处在于颜色转换部分10的形状。注意,与实施例1中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图28中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
颜色转换部分10具有半球形状并形成于不透光基板2的表面2sa上以覆盖第一接合部5、基座4、第二接合部3和LED芯片6。
在第九变形例的LED模块1中,在LED芯片6中的发光层(未示出)中产生并随后通过LED芯片6和第一接合部5的一些光线在基座4中被漫射。因此,通过LED芯片6和第一接合部5的光很少会被全反射,更可能通过侧面4sc或面4sa的任一个从基座4被提取。因此,在LED模块1中,出光效率可以得到改善,总光通量可以提高。此外,在LED模块1中,通过为不透光基板2的表面2sa提供漫反射特性或镜面反射特性,从颜色转换部分10向不透光基板2发射的光可能被不透光基板2反射,从而可以改善出光效率。在这种情况下,在LED模块1中,被不透光基板2反射并向颜色转换部分10行进的一些光线再次进入颜色转换部分10,因此,可以提高颜色转换部分10处的转换率。
在基座4中,如图29中所示,可以在面4sa和面4sa周边的侧面4sc之间形成倒角41。倒角41是倒角角度为45°的C倒角,但倒角不限于此,可以是R倒角。
颜色转换部分10具有半球形状,但其形状不限于此,可以是半球形状或半圆柱形状。
注意,如同实施例1的LED模块1那样,第九变形例的LED模块1的不透光基板2优选充当热沉。而且,在第九变形例的LED模块1中,替代颜色转换部分10,可以提供与颜色转换部分10具有相同形状,由透明树脂构成的包封部分。
在下文中,将参考图30描述本实施例的LED模块1的第十变形例。
第十变形例的LED模块1与第九变形例的LED模块1不同之处在于颜色转换部分10的形状。注意,与第九变形例中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图30中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
第十变形例的LED模块1中的颜色转换部分10具有炸弹形状。炸弹形状的颜色转换部分10在前端(远离不透光基板2的末端)具有半球部分,后端(接近不透光基板2的末端)具有圆柱部分。
基座4的平面形状不限于矩形形状,可以是除矩形之外的多边形或圆形。
注意,像实施例的LED模块1那样,第十变形例的LED模块1的不透光基板2优选充当热沉。
在下文中,将参考图31描述本实施例的LED模块1的第十一变形例。
第十一变形例的LED模块1的基本配置与实施例1的LED模块1基本相同,但与其不同之处在于,不透光基板2(参考图1)由照明装置(图中未示出)的装置主体构成,且装置主体和基座4利用第二接合部3接合(参考图1)。注意,与实施例1中的LED模块1的那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。而且,在图31中,省略了图1中所示的导线7和图案化布线电路8的例示。
顺便提及,发明人针对基座4的尺度参数值进行模拟,这有效改善了LED模块1的出光效率。结果,发明人了解到,尺度参数优选满足由后述方程(10)、(11)和(12)定义的条件。模拟条件与第九变形例中描述的模拟条件相同。
基座4的平面形状不限于矩形形状,可以是除矩形之外的多边形或圆形。
注意,像实施例1的LED模块1那样,第十一变形例的LED模块1的不透光基板2优选充当热沉。
顺便提及,不仅第十一变形例的LED模块1,而且实施例1的每个LED模块1以及第一变形例到第十变形例都可以用作各种照明设备的光源。
包括LED模块1的照明设备例如可以是包括光源的照明装置,光源是LED模块1且提供于装置主体上。照明装置可以包括装置主体和保持在装置主体上的LED模块1。在包括LED模块1的照明装置中,可以改善出光效率。
对于另一个范例,包括LED模块1的照明设备可以是直管式LED灯,这是一种类型的灯。灯可以包括光源,即LED模块1。在包括LED模块1作为光源的灯中,可以改善出光效率。注意,对于直管型LED灯而言,“具有L型引脚帽的直管型LED灯***GX16t-5(用于一般照明)”(JEL 801:2010)是由例如日本电灯制造商协会规定标准的。
这样的直管型LED灯可以包括:具有直管形状且由透光材料(例如乳白色玻璃和乳白色树脂)构成的管主体;以及分别在纵向上提供于管主体一端和另一端的第一帽和第二帽。LED模块1容纳于管主体中。不透光基板2具有细长形状,可以沿不透光基板2的纵向对准多个LED芯片6。
实施例2
本实施例的LED模块1与实施例1的LED模块1不同之处在于,如图32A、32B和32C所示,基座4具有细长形状,且包括多个LED芯片6。注意,与实施例1中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。
在LED模块1中,沿基座4的面4sa上的规定方向(图32B中的水平方向)对准多个LED芯片6。在LED模块1中,在规定方向对准的LED芯片6和连接到相应LED芯片6的导线7被带形的颜色转换部分10覆盖。颜色转换部分10具有凹陷部分10b,以抑制从每个LED芯片6发射的光在规定方向上彼此相邻的LED芯片6之间全反射。
充当电路的图案化布线电路8包括LED芯片6的第一电极(阳极电极)要连接到的第一导体8a(第一图案化布线电路),以及LED芯片6的第二电极(阴极电极)要连接到的第二导体8b(第二图案化布线电路)。
第一导体8a和第二导体8b均具有梳形平面形状。第一导体8a和第二导体8b呈阵列布置以便在基座4的横向上交错。就此而言,在图案化布线电路8中,第一导体8a的第一轴8aa面对第二导体8b的第二轴8ba。在图案化布线电路8中,在基座4的纵向上交替布置第一导体8a的第一梳齿8ab和第二导体8b的第二梳齿8bb并间隔开。
在LED模块1中,多个(在图中所示的范例中为九个)LED芯片6沿基座4的纵向(上述规定方向)布置,并并联连接。在LED模块1中,可以向多个LED芯片6并联连接的并联电路供电。简而言之,在LED模块1中,可以通过在第一导体8a和第二导体8b之间施加电压向所有LED芯片6供电。在布置多个LED模块时,可以由导线构件、用于馈电线路的导线(未示出)、连接器(未示出)等电气连接相邻的LED模块1。在这种情况下,一个电源单元能够向多个LED模块1供电,使得相应LED模块1的所有LED芯片6都能够发光。
例如,颜色转换部分10由包含第一荧光材料的透明材料构成。颜色转换部分10优选由其中散布第一荧光材料的树脂,即透明材料构成。颜色转换部分10的树脂不受特别限制,只要其透过从LED芯片6发射的光和从第一荧光材料发射的光即可。
颜色转换部分10的树脂可以是硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氧杂环丁烷树脂、聚碳酸酯树酯等。作为树脂,从热阻和耐风化角度讲,硅酮树脂是优选的,从抑制由于温度循环造成的热应力导致的导线7断裂的角度讲,凝胶状硅酮更优选。
第一荧光材料充当波长转换材料,将从LED芯片6发射的光转换成波长比来自LED芯片6的光更长的光。因此,LED模块1能够提供由LED芯片6发射的光和荧光材料发射的光构成的混合色光。简而言之,颜色转换部分10具有充当波长转换部分的功能,以将LED芯片6发射的光转换成波长比LED芯片6发射的光更长的光。此外,颜色转换部分10具有充当包封部分以包封每个LED芯片6和每根导线7的功能。
在包括蓝光LED芯片作为LED芯片6和黄光荧光材料作为波长转换材料的荧光材料时,例如,LED模块1能够发射白色光。亦即,在LED模块1中,可以通过颜色转换部分10的表面向外发射从LED芯片6发射的蓝光和从黄光荧光材料发射的光,结果可以获得白色光。
充当波长转换材料的荧光材料不限于黄光荧光材料,可以包括,例如一组黄光荧光材料和红光荧光材料,或一组红光荧光材料和绿光荧光材料。而且,充当波长转换材料的荧光材料不限于一种黄光荧光材料,可以包括两种具有不同发射峰波长的黄光荧光材料。可以利用多种荧光材料作为波长转换材料来改善LED模块1的颜色呈现特性。
如上所述,颜色转换部分10具有凹陷部分10b,以抑制从每个LED芯片6发射的光在规定方向上彼此相邻的LED芯片6之间全反射。因此,在LED模块1中,能够抑制从LED芯片6发射的光被全反射并然后入射到颜色转换部分10和空气之间的界面。因此,与包括半圆柱形颜色转换部分10的LED模块相比,在LED模块1中,可以减少由于全反射而被约束的光量,因此可以改善出光效率。总之,在LED模块1中,可以减少总的反射损失,并可以改善出光效率。
将颜色转换部分10形成为具有包括台阶的横截面,该台阶对应于LED芯片6的面和基座4的面4sa之间的台阶。因此,颜色转换部分10具有沿与LED芯片6布置方向正交的方向的横截面,以及沿LED芯片6布置方向的横截面,前者是凸形的,而后者具有凹陷和凸起。简言之,在LED模块1中,带形的颜色转换部分10具有凹陷和凸起结构以改善出光效率。
凹陷和凸起结构的周期与LED芯片6的阵列间距相同。凹陷和凸起结构的周期是覆盖相应LED芯片6的凸起部分10a的阵列间距。
可以设计颜色转换部分10的表面形状,使得来自LED芯片6的光线和颜色转换部分10表面上在来自LED芯片6的光线与其表面相交点处的法线之间的角度小于临界角。在这里,在LED模块1中,优选设计颜色转换部分10的凸起部分10a的每个以具有一定表面形状,使得在颜色转换部分10的凸起部分10a的表面的基本所有区域中,来自LED芯片6的光线的入射角(光入射角)都小于临界角。
因此,在颜色转换部分10中,覆盖对应LED芯片6的凸起部分10a的每个都优选形成半球形状。设计每个凸起部分10a,使得凸起部分10a的光轴在基座4的厚度方向上与利用凸起部分10a覆盖的LED芯片6的光轴对准。因此,在LED模块1中,不仅可以抑制颜色转换部分10表面(颜色转换部分10和空气之间的界面)处的总反射,还可以抑制颜色不均匀。颜色不均匀性是色度根据光的辐射方向而变化的状态。在LED模块1中,可以将颜色不均匀性抑制到从视觉上不能觉察到颜色不均匀性的程度。
在LED模块1中,不论来自LED芯片6的发光方向如何,都可以基本使从LED芯片6到凸起部分10a表面的光线光程程度相等。结果,可以进一步抑制颜色不均匀性。颜色转换部分10的每个凸起部分10a的形状不限于半球,例如可以是半椭球形。注意,每个凸起部分10a可以具有形状、长方体形状等。
为了制造LED模块1,首先,制备基座4。之后,利用芯片结合设备等在基座4的面4sa上对LED芯片6进行管芯结合。之后,利用导线结合设备等,分别经由相应导线7,将每个LED芯片6的第一电极和第二电极连接到图案化布线电路8。之后,利用配给器***等形成颜色转换部分10。
在利用配给器***形成颜色转换部分10的情况下,通过在例如LED芯片6的布置方向上移动配给器头的同时从喷嘴释放材料来涂布颜色转换部分10的材料。
在这里,为了利用配给器***涂布颜色转换部分10的材料,以便形成与颜色转换部分10的表面形状对应的涂布形状,例如在移动配给器头的同时释放和涂布材料。具体而言,通过上下移动配给器头改变喷嘴和喷嘴正下方基座4的面4sa之间的距离,同时通过改变配给器头的移动速度,从而改变涂布量。更具体而言,在要形成颜色转换部分10的凸起部分10a的区域中和要形成相邻凸起部分10a之间的颜色转换部分10部分的区域中之间涂布材料时,相对改变配给器头的移动速度和释放速度。在前一区域中,配给器头的移动速度慢,而在后一区域中,其移动速度快。此外,根据颜色转换部分10的表面形状上下移动配给器头。因此,通过利用配给器***形成颜色转换部分10的方法,能够利用材料根据颜色转换部分10的表面形状形成涂布形状。可以考虑到固化材料时的收缩来设置涂布形状。
配给器***优选包括:由用于移动配给器头的机器人构成的移动机构;用于测量基座4的面4sa和喷嘴距台子的高度的传感器单元;以及用于控制移动机构和从喷嘴释放材料的量的控制器。例如,可以通过向微计算机加载适当程序来实现控制器。可以通过适当改变加载到控制器的程序,针对各种产品调整配给器***,这些产品在LED芯片6的阵列间距、LED芯片6数量、颜色转换部分10宽度等方面不同。
例如,可以通过调节材料的粘滞度、搅溶性等,控制颜色转换部分10的表面形状。可以利用材料的粘滞度和表面张力、导线7的高度等,设计每个凸起部分10a中的表面(凸面)的曲率。可以通过增大材料的粘滞度和表面张力,或者通过增大导线7的高度,实现更大的曲率。可以通过增大材料的粘滞度和表面张力,实现带形的颜色转换部分10的更小宽度(带宽)。优选将材料的粘滞度设置在大约100到2000mPa·s的范围中。注意,例如可以利用锥板旋转粘度计在室温下测量粘滞度值。
配给器***可以包括加热器,以加热未固化材料,以便将粘滞度调节到期望值。因此,在配给器***中,可以改善材料涂布形状的可再现性,并可以改善颜色转换部分10表面形状的可再现性。
在下文中,将参考图33和34描述本实施例的LED模块1的变形例。注意,与实施例2中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将适当省略其重复描述。
在变形例的LED模块1中,在规定方向(在下文中,称为“第一方向”)上,以相等间距,在不透光基板2的表面2sa上布置多个LED芯片6。
图案化布线电路8包括均形成梳形并交错的第一导体8a和第二导体8b。第一导体8a经由导线7(在下文中称为“第一导线7a”)电气连接到每个LED芯片6的第一电极。第二导体8b经由导线7(在下文中称为“第二导线7b”)电气连接到每个LED芯片6的第二电极。
第一导体8a包括沿第一方向形成的第一轴8aa以及沿与第一方向正交的第二方向形成的多个第一梳齿8ab。
第二导体8b包括沿第一方向形成的第二轴8ba以及沿第二方向形成的多个第二梳齿8bb。
第一导体8a的多个第一梳齿8ab由齿宽较大的第一梳齿8ab(8ab1)和齿宽较小的第一梳齿8ab(8ab2)构成。在第一导体8a中,在第一方向上交替布置宽的第一梳齿8ab1和窄的第一梳齿8ab2。
第二导体8b的多个第二梳齿8bb由齿宽较大的第二梳齿8bb(8bb1)和齿宽较小的第二梳齿8bb(8bb2)构成。在第二导体8b中,在第一方向上交替布置宽的第二梳齿8bb1和窄的第二梳齿8bb2。
图案化布线电路8包括在第一方向循环布置的宽的第一梳齿8ab1、窄的第二梳齿8bb2、窄的第一梳齿8ab2和梳齿8bb1。
不透光基板2在基础基板2a具有电绝缘特性的表面上具备图案化布线电路8,以及覆盖基础基板2a表面上方的图案化布线电路8的掩模层2b。在基础基板2a的表面上方形成掩模层2b,以便还覆盖未形成图案化布线电路8的部分。掩模层2b的材料可以是由包含白色颜料,例如硫酸钡(BaSO4)和二氧化钛(TiO2)的树脂(例如硅酮树脂)构成的白色掩模。白色掩模可以是由Asahi Rubber Inc.生产的“ASA COLOR(注册商标)RESIST INK”等白色掩模材料。
掩模层2b具有多个开口2ba,用于暴露相应第一导线7a连接到的第一梳齿8ab上的第一焊盘,以及多个第二开口2bb,用于暴露相应第二导线7b要连接到的第二梳齿8bb上的第二焊盘。简而言之,掩模层2b具有在第一方向上交替形成的开口2ba和开口2bb。在掩模层2b中,形成多个开口2ba和多个开口2bb以便在一条线上对准。
用于暴露出宽的第一梳齿8ab1上的第一焊盘的开口2ba在第一方向上相对于宽的第一梳齿8ab1的相应中心线位于相应的相邻窄的第二梳齿8bb2的远侧。在LED模块1中,在宽的第二梳齿8bb1上相对于其相应中心线接近相应窄第一梳齿8ab2的区域垂直上方布置基座4和LED芯片6。
用于暴露出窄的第一梳齿8ab2上的第一焊盘的开口2ba位于窄的第一梳齿8ab2的相应中心线上。
用于暴露宽的第二梳齿8bb1上第二焊盘的开口2bb位于在第一方向上相对于宽的第二梳齿8bb1的相应中心线,相应相邻窄第一梳齿8ab2的远侧。在LED模块1中,在宽的第二梳齿8bb1上相对于其相应中心线接近相应窄第一梳齿8ab2的区域垂直上方布置基座4和LED芯片6。
用于暴露窄的第二梳齿8bb2上第二焊盘的开口2bb位于窄第二梳齿8bb2的相应中心线上。
在平面图中,每个LED芯片6都位于第一电极经由第一导线7a连接到的第一焊盘和第二电极经由第二导线7b连接到的第二焊盘之间。简言之,在LED模块1中,形成多个LED芯片6、多个第一焊盘和多个第二焊盘以便在平面图中在一条线上对准。
颜色转换部分10被形成为带形,以覆盖多个LED芯片6、多个第一导线7a和多个第二导线7b。颜色转换部分10沿与第一方向正交的方向的横截面是半球形的。颜色转换部分10可以具有与实施例2类似的形状。
在变形例的LED模块1中,图案化布线电路8存在于不透光基板2上以与LED芯片6的相应垂直投影区域交叠。在变形例的LED模块1中,点亮LED芯片6和颜色转换部分10时产生的热量由此能够经由图案化布线电路8被传导到宽的区域。亦即,在变形例的LED模块1中,可以改善散热特性,并可以增大光输出。在变形例的LED模块1中,由于可以使LED芯片6的方向相同,所以可以方便在不透光基板2上的相应基座4上接合LED芯片6的过程中对LED芯片6的处置,并可以方便制造。
顺便提及,类似于实施例1和实施例1的第一变形例到第十一变形例的LED模块1,实施例2的LED模块1以及实施例2的变形例的LED模块1可以被用作多种发光设备的光源。包括LED模块1的照明设备的优选范例包括:具有光源的照明装置,光源为LED模块1并提供于装置主体上;以及灯(例如直管型LED灯和灯泡型灯),但照明设备不限于此,可以是其他发光设备。
在下文中,将参考图35A和35B描述包括实施例2的LED模块1作为光源的照明装置50。
照明装置50为LED照明装置,包括装置主体51和LED模块1,LED模块1充当由装置主体51保持的光源。
装置主体51被形成为细长形状(这里为矩形板形状),在平面尺寸上大于LED模块1。在照明装置50中,在厚度方向上在装置主体51的表面51b上提供LED模块1。在照明装置50中,布置LED模块1和装置主体51,使得LED模块1的纵向与装置主体51的纵向对准。照明装置50包括盖体52,用于覆盖装置主体51表面51b上提供的LED模块1。盖体52透过从LED模块1发射的光。
照明装置50包括照明单元53,向LED模块1供应直流电,用于点亮(允许发光)每个LED芯片6。在照明装置50中,照明设备53和LED模块1经由导线54,例如引线而电气连接。
在照明装置50中,在装置主体51在厚度方向上的另一表面51c,形成凹陷51a以容纳照明单元53。沿装置主体51的纵向形成凹陷51a。而且,装置主体51具有通孔(未示出),导线54***其中。通孔穿透表面51b的薄部分和凹陷51a的内部底面。
在LED模块1中,导线54可以连接到图案化布线电路8的暴露部分。图案化布线电路8和导线54之间的连接部分可以是由诸如焊料的导电结合材料构成的连接部分、由公连接器和母连接器构成的连接部分等。
在照明装置50中,可以利用从照明单元53供应的直流电点亮LED模块1。注意,照明单元53可以从诸如商业电源的交流电源接收电力,或从诸如太阳能电池和蓄电池的直流电源接收电力。
发光装置50中的光源不限于实施例2的LED模块1,而可以是实施例1、实施例1第一到第十一变形例、实施例2的变形例的任何LED模块1。
装置主体51优选由具有高热导率的材料构成,更优选由热导率比基座4更高的材料构成。在这里,装置主体51优选由具有高热导率的金属,例如铝和铜构成。
可以通过使用诸如螺钉的固定件的方法;或通过在其间提供环氧树脂层(是一种热固性片接合部)将装置主体51接合到LED模块1,将LED模块1固定到装置主体51。片接合部可以是由塑料膜(PET膜)和B级环氧树脂层(热固性树脂)堆叠体构成的片接合部。B级环氧树脂层包含由诸如二氧化硅和氧化铝的填料构成的填充材料,具有在被加热时粘滞度变小且流动性变大的特性。这样的片接合部可以是可从Toray Industries,,Inc.获得的接合部片TAS等。填料可以是热导率高于环氧树脂(热固性树脂)的电绝缘材料。上述环氧树脂层的厚度被设置为100μm,但这个值是范例,厚度不限于此,可以酌情设置在大约50μm到150μm的范围中。上述环氧树脂层的热导率优选大于4W/m·K。
作为上述片型接合部的环氧树脂层具有高热导率、加热时的高流动性以及与粗糙表面的高粘附性,连同电绝缘特性。因此,在照明装置50中,可以防止上述环氧树脂层绝缘层和LED模块1之间以及绝缘层和装置主体51之间产生缝隙,结果能够改善粘附可靠性并抑制热阻增大和因没有粘附性而发生变化。绝缘层具有电绝缘特性和热导率,具有将LED模块1和装置主体51热连接的功能。
于是,在照明装置50中,与在LED模块1和装置主体51之间***橡胶片型或硅酮凝胶型散热片(导热片),例如Sarcon(注册商标)的照明装置相比,可以降低每个LED芯片6和装置主体51之间的热阻,并减少热阻变化。因此,在照明装置50中,由于改善了散热特性,因此可以抑制每个LED芯片6结区温度的升高。因此,可以增大输入功率并可以增大光输出。上述环氧树脂层的厚度被设置为100μm,但这个值是范例,厚度不限于此,可以酌情设置在大约50μm到150μm的范围中。上述环氧树脂层的热导率优选大于4W/m·K。
盖体52可以由丙烯酸树脂、聚碳酸酯树酯、硅酮树脂、玻璃等构成。
盖体52具有与其一体形成的透镜部分(未示出),其控制从LED模块1发射的光的方向分布。与向盖体52附着与盖体52独立制备的透镜的配置相比,可以减小成本。
上述照明装置50包括充当光源的LED模块1,因此可以减小其成本并可以增大其光输出。
照明装置50包括由金属构成的装置主体51,因此可以改善其散热特性。
在下文中,将参考图36A和36B描述包括光源,即实施例2的LED模块1的直管型LED灯80。
直管型LED灯80包括:由透光材料形成的具有直管形状(圆柱形)的管主体81;以及在纵向上分别提供于管主体81末端部分和另一末端部分的第一帽82和第二帽83。实施例2的LED模块1容纳于管主体81中。LED模块1不限于实施例2的LED模块1,而可以是实施例1、实施例1第一到第十一变形例的任何LED模块1。注意,对于直管型LED灯而言,“具有L型引脚帽的直管型LED灯***GX16t-5(用于一般照明)”(JEL 801:2010)是由例如日本电灯制造商协会规定标准的。
管主体81可以由透明玻璃、乳白色玻璃、透明树脂、乳白色树脂等构成。
第一帽82具有电气连接到LED模块1的两个电源端子84和84(以下简称“第一灯管脚”)。这两个灯管脚84和84被配置成分别电气连接到灯座的带个电源触点,用于照明装置的装置主体(未示出)中保持的电源。
第二帽83具有一个接地端子85(以下简称“第二灯管脚”)用于接地。这一第二灯管脚85被配置成电气连接到灯座用于接地的接地触点,其被保持在装置主体中。
每个第一灯管脚84都形成为L形,并由管脚主体84a和键部分84b构成,管脚主体84a沿管主体81的纵向伸出,键主体84b沿管主体81从管脚主体84a的尖端沿径向延伸。两个键部分84b在彼此远离的方向上延伸。注意,通过弯折长金属板形成每个第一灯管脚84。
第二灯管脚85从第二帽83的端面沿与管主体81相对的方向伸出。第二灯管脚85形成为T形。注意,优选配置直管型LED灯80以便符合“具有L形管脚帽的直管型LED灯GX16t-5(用于一般照明)”(JEL 801:2010)的标准等,这是由日本电灯制造商协议标准化的。
上述直管型LED灯包括管主体81中的上述LED模块1,因此可以减小其成本并可以增大其光输出。
包括LED模块1的灯不限于上述直管型LED灯,可以是包括都在管主体中的LED模块1和打开LED模块1的照明单元的直管型LED灯。注意,电是经由灯管脚从外部电源供应给照明单元的。
实施例2的LED模块1包括具有细长形状的基座4和多个LED芯片6,但根据应用LED模块1的照明装置的类型等,可以酌情改变基座4的形状和LED芯片6的数量以及LED芯片6的布置。
实施例3
在下文中,将参考图37到39描述本实施例的LED模块1。
本实施例的LED模块1与实施例2的LED模块1不同之处在于,基座4具有正方形形状,且多个(在图中的范例中为36个)LED芯片6布置成二维阵列。注意,与实施例2中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。
LED模块1包括基座4的面4sa上的多个LED芯片6。图案化布线电路8包括在基座4的面4sa上彼此独立布置的第一导体8a和第二导体8b。在LED模块1中,多个LED芯片6包括一组串联连接并布置在虚拟线M1上的LED芯片6,该虚拟线M1将第一导体8a和第二导体8b彼此连接。在LED模块1中,该组LED芯片6中的在虚拟线M1上距第一导体8a最近的LED芯片具有由导线7(第一导线7a)电气连接到第一导体8a的阳极电极。此外,该组LED芯片6中的在虚拟线M1上距第二导体8b最近的LED芯片具有由导线7(第二导线7b)电气连接到第二导体8b的阴极电极。此外,该组LED芯片6中在虚拟线M1上的相邻LED芯片被电气连接,使得相邻LED芯片中距第一导体8a较近的LED芯片的阴极电极通过导线7(第三导线7c)电气连接到相邻LED芯片中距第二导体8b较近的LED芯片的阳极电极。
因此,与第一导体8a和第二导体8b存在于LED芯片6附近处的LED模块相比,通过图案化布线电路8,LED模块1能够抑制光的吸收,例如从任何LED芯片6发射且直接到达图案化布线电路8的光,以及从任何LED芯片6发射且到达基座4的表面4sa并通过基座4到达图案化布线电路8的光。结果,可以改善出光效率。
关于LED模块1,设置多条(在图中的范例中为六个)虚拟线M1,LED芯片6的组包括六个LED芯片并逐个布置于虚拟线M1上,但虚拟线M1的数量和虚拟线M1上LED芯片6的数量不限于此。
LED模块1优选包括颜色转换部分10,以覆盖第一导线7a、第二导线7b、第三导线7c,该组LED芯片6布置于虚拟线M1上。颜色转换部分10形成为半圆柱形。因此,可以抑制将相邻LED芯片6彼此连接的第三导线7c发生断开,并可以改善可靠性。此外,在LED模块1中,出光效率可以得到改善,并可以抑制颜色不均匀。在LED模块1中,由于沿基座4的周边提供图案化布线电路8,所以可以进一步抑制图案化布线电路8的光吸收,并可以进一步改善出光效率。
在LED模块1中,颜色转换部分10充当带形的包封部分,覆盖第一导线7a、第二导线7b、第三导线7c,多个LED芯片6布置于虚拟线M1上。不过,可以提供由透明材料形成的带形包封部分替代颜色转换部分10。包封部分的透明材料例如可以是硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、玻璃或在纳米(nm)水平或分子水平混合和/或组合有机成分和无机成分的有机无机混合材料。LED模块1包括带形包封部分,以覆盖第一导线7a、第二导线7b、第三导线7c,以及布置于虚拟线M1上的多个LED芯片6,因此,可以改善出光效率。基座4的平面形状不限于正方形形状,例如,可以是除正方形之外的多边形、圆形等。在LED模块1中,第一导体8a和第二导体8b分别形成带形,并彼此面对布置,但第一导体8a和第二导体8b的形状不受特别限制。虚拟线M1为直线,但不限于此,可以是曲线或直线和曲线的组合。
在下文中,将参考图40描述本实施例的LED模块1的第一变形例。
第一变形例的LED模块1与实施例3的LED模块1不同之处在于,包括反射层43以反射来自LED芯片6的光。在基座4的厚度方向上在另一面4sb上提供反射层43。注意,与实施例3中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。
在第一变形例的LED模块1中,优选反射层43为金属层,且LED模块1包括保护层44以保护基座4另一面4sb上的反射层。
金属层优选由对于从LED芯片6发射的光具有高反射率的材料构成。金属层可以由银、银合金等构成。在LED模块1中,在反射层43的金属层由银或银合金构成时,优选反射层43的平面尺寸小于基座4的平面尺寸,并形成保护层44以覆盖反射层43的表面和侧面。因此,在LED模块1中,可以抑制由于暴露于空气而导致的反射层43的硫化作用,结果,可以抑制出光效率的老化退化。保护层44可以由陶瓷层等构成。
一种制造第一变形例的LED模块1的方法与制造实施例2的LED模块1的方法基本相同,其不同之处在于,在制备基座4的步骤中,制备在另一面4sa处具备反射层43和保护层44两者的基座4。
在制备基座4之后,利用芯片结合设备等进行第一导线7a、第二导线7b和第三导线7c的引线接合,之后可以利用配给器***等形成颜色转换部分10。
顺便提及,例如,可以通过如下方式形成反射层43:在用于形成距LED芯片6最远的第二透光层(第二陶瓷层4a)的陶瓷基片上丝网印刷银膏以形成反射层43,然后烧结银膏以形成反射层43。因此,在制造LED模块1的方法中,可以通过形成反射层43的过程形成第二透光层,结果可以降低成本。在制造LED模块1的方法中,可以通过在用于形成第二透光层的陶瓷基片上丝网印刷银膏,在其上覆盖用于形成保护层的陶瓷基片,之后烧结它们,同时形成第二透光层、反射层43和保护层44。
在下文中,将参考图41和42描述本实施例的LED模块1的第二变形例。
在第一导体8a和第二导体8b之间的距离,第一导体8a和距第一导体8a最近的LED芯片6之间的距离,以及第二导体8b和距第二导体8b最近的LED芯片6之间的距离方面,第二变形例的LED模块1比实施例3的LED模块1更短。注意,与实施例3中那些相似的组成元件具有相同的附图标记,将省略其重复描述。
第二变形例的LED模块1中的颜色转换部分10具有凹陷部分10b。每个凹陷部分10b提供于虚拟线M1上的相邻LED芯片6之间,并抑制从LED芯片6发射的光的全反射。
因此,在第二变形例的LED模块1中,能够抑制从LED芯片6发射的光被全反射并然后入射到颜色转换部分10和空气之间的界面。因此,在第二变形例的LED模块1中,与包括半圆柱形颜色转换部分10的LED模块相比,可以减少由于全反射而被约束的光量。因此,可以改善出光效率。总之,在LED模块1中,可以减少总的反射损失,并可以改善出光效率。
在第二变形例的LED模块1中,颜色转换部分10还充当包封部分。不过,可以提供包封部分替代颜色转换部分10,包封部分由形状与颜色转换部分10相同的透明材料形成。
在下文中,将参考图43和44描述包括第二变形例的LED模块1的照明装置70的范例。
照明装置70是能够用作下照灯的LED照明装置,包括装置主体71和光源,光源为LED模块1并由装置主体71保持。此外,照明装置70包括外壳78,外壳78具有矩形箱形状并容纳照明单元以操作LED模块1。照明单元和LED模块1通过导线(未示出)等电气连接。
在照明装置70中,装置主体71形成为盘形,LED模块1在装置主体71的面上。照明装置70包括多个鳍71ab,其从装置主体71的另一面伸出。装置主体71和鳍71ab是一体形成的。
此外,照明装置70包括反射从LED模块1横向发射的光的第一反射器73、盖体72和控制从盖体72输出的光方向分布的第二反射器74。注意,在照明装置70中,容纳LED模块1的装置外盖、第一反射器73和盖体72由装置主体71和第二反射器74构成。
装置主体71具有两个伸出基础部分71a,它们在其面上彼此面对。在照明装置70中,固定LED模块1的板形固定构件75附着于两个伸出基础部分71a。固定构件75由金属板形成,并由螺钉77固定到每个伸出基础部分71a。第一反射器73固定到装置主体71。LED模块1可以夹在第一反射器73和固定构件75之间。第一反射器73由白色合成树脂形成。
固定构件75具有开口75a,用于暴露LED模块1的基座4的一部分。照明装置70包括***基座4和装置主体71之间的导热部分76。导热部分76具有从基座4向装置主体71传导热量的功能。导热部分76由导热脂膏形成,但不限于此,可以由导热片形成。
导热片可以是具有电绝缘和导热性的硅酮凝胶片。用作导热片的硅酮凝胶片优选是软的。这种硅酮凝胶片可以是Sarcon(注册商标)等。
导热片的材料不限于硅酮凝胶,可以是弹性体,例如,只要材料具有电绝缘和导热性即可。
在照明装置70中,可以经由导热部分76向装置主体71有效率地传导LED模块1中产生的热量。因此,在照明装置70中,可以从装置主体71和鳍71ab有效率地释放LED模块1中产生的热量。
装置主体71和鳍71ab优选由具有高热导率的材料形成,更优选由导热率比基座4更高的材料构成。在这里,装置主体71和鳍71ab优选由具有高热导率的金属,例如铝和铜形成。
盖体72可以由丙烯酸树脂、聚碳酸酯树酯、硅酮树脂、玻璃等构成。
盖体72可以具有透镜部分(未示出),用于控制从LED模块1发射的光的方向分布。盖体72和透镜部分可以一体形成。
第二反射器74可以由铝、不锈钢、树脂、陶瓷等构成。
上述照明装置70包括充当光源的上述LED模块1,因此能够减小成本并能够增大光输出。此外,照明装置70可以具有这样的配置:装置主体71还充当LED模块1的不透光基板2。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种LED模块,包括:
基座,所述基座在其厚度方向上具有一个面;
利用第一接合部接合到所述面的LED芯片;以及
电气连接到所述LED芯片的图案化布线电路,
所述第一接合部允许从所述LED芯片发射的光从其中通过,
所述基座为具有光漫射特性的透光性构件,且所述基座的平面尺寸大于所述LED芯片的平面尺寸,
所述图案化布线电路提供在所述基座的所述面上,以避免与所述LED芯片交叠,并且
所述基座由多个透光层构成,所述多个透光层在所述基座的厚度方向上堆叠并具有不同的光学特性,以使得所述多个透光层中的距所述LED芯片较远的透光层在从所述LED芯片发射的光的波长范围中的反射率较高。
2.根据权利要求1所述的LED模块,还包括:
由包含第一荧光材料的透明材料构成的颜色转换部分,所述第一荧光材料被从所述LED芯片发射的光激励以发射与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光,
所述颜色转换部分覆盖所述LED芯片的侧面和所述LED芯片的与所述第一接合部相对的表面。
3.根据权利要求2所述的LED模块,其中
所述颜色转换部分包含光漫射材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED模块,还包括不透明衬底,
利用第二接合部将所述基座接合到所述不透明衬底表面。
5.根据权利要求2所述的LED模块,其中
所述第一接合部和所述第二接合部中的至少一个包含第二荧光材料,所述第二荧光材料被从所述LED芯片发射的光激励以发射与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的LED模块,还包括树脂部分,所述树脂部分位于所述基座的所述面上方且充当光最后通过的外盖,
所述树脂部分由包含光漫射材料的透明树脂构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的LED模块,还包括所述基座的所述面上的多个LED芯片,
其中:
所述图案化布线电路包括第一导体和第二导体,所述第一导体和第二导体在所述基座的所述面上被布置为彼此分隔开;
所述多个LED芯片包括一组LED芯片,所述一组LED芯片串联连接并被布置在将所述第一导体和所述第二导体彼此连接的虚拟线上;
所述一组LED芯片中的在所述虚拟线上距所述第一导体最近的LED芯片具有由第一导线电气连接到所述第一导体的阳极电极;
所述一组LED芯片中的在所述虚拟线上距第二导体最近的LED芯片具有由第二导线电气连接到所述第二导体的阴极电极;并且
在所述虚拟线上所述一组LED芯片中的相邻LED芯片彼此电气连接为使得所述相邻LED芯片中的距所述第一导体较近的LED芯片的阴极电极通过第三导线电气连接到所述相邻LED芯片中的距所述第二导体较近的LED芯片的阳极电极。
8.根据权利要求7所述的LED模块,包括
带形的包封部分,所述带形的包封部分覆盖所述第一导线、所述第二导线、所述第三导线以及布置在所述虚拟线上的所述一组LED芯片,
所述包封部分在所述虚拟线上的所述相邻LED芯片之间具有用于抑制从所述相邻LED芯片发射的光的全反射的凹陷部分。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的LED模块,还包括
在所述厚度方向上提供于所述基座的另一面上的用于反射来自所述LED芯片的光的反射层。
10.根据权利要求9所述的LED模块,其中:
所述反射层是金属层;并且
所述LED模块还包括提供于所述基座所述另一面上的用于保护所述反射层的保护层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的LED模块,其中
所述多个透光层中的每一个透光层都是陶瓷层。
12.根据权利要求9或10所述的制造所述LED模块的方法,包括:
在陶瓷基片上丝网印刷银膏,所述银膏被形成为反射层,并且所述陶瓷基片被形成为所述多个透光层中的距所述LED芯片最远的透光层;以及
烧结所述银膏以形成所述反射层。
13.一种照明装置,包括:
光源,所述光源是根据权利要求1至11中任一项所述的LED模块。
Claims (13)
1.一种LED模块,包括:
基座,所述基座在其厚度方向上具有一个面;
利用第一接合部接合到所述面的LED芯片;以及
电气连接到所述LED芯片的图案化布线电路,
所述第一接合部允许从所述LED芯片发射的光从其中通过,
所述基座为具有光漫射特性的透光性构件,且所述基座的平面尺寸大于所述LED芯片的平面尺寸,
所述图案化布线电路提供在所述基座的所述面上,以避免与所述LED芯片交叠,并且
所述基座由多个透光层构成,所述多个透光层在所述基座的厚度方向上堆叠并具有不同的光学特性,以使得所述多个透光层中的距所述LED芯片较远的透光层在从所述LED芯片发射的光的波长范围中的反射率较高。
2.根据权利要求1至3中任一项所述的LED模块,还包括:
由包含第一荧光材料的透明材料构成的颜色转换部分,所述第一荧光材料被从所述LED芯片发射的光激励以发射与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光,
所述颜色转换部分覆盖所述LED芯片的侧面和所述LED芯片的与所述第一接合部相对的表面。
3.根据权利要求2所述的LED模块,其中
所述颜色转换部分包含光漫射材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED模块,还包括不透光基板,
利用第二接合部将所述基座接合到所述不透光基板的表面。
5.根据权利要求2所述的LED模块,其中
所述第一接合部和所述第二接合部中的至少一个包含第二荧光材料,所述第二荧光材料被从所述LED芯片发射的光激励以发射与从所述LED芯片发射的光颜色不同的光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的LED模块,还包括树脂部分,所述树脂部分位于所述基座的所述面上方且充当光最后通过的外盖,
所述树脂部分由包含光漫射材料的透明树脂构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的LED模块,还包括所述基座的所述面上的多个LED芯片,
其中:
所述图案化布线电路包括第一导体和第二导体,所述第一导体和第二导体在所述基座的所述面上被布置为彼此分隔开;
所述多个LED芯片包括一组LED芯片,所述一组LED芯片串联连接并被布置在将所述第一导体和所述第二导体彼此连接的虚拟线上;
所述一组LED芯片中的在所述虚拟线上距所述第一导体最近的LED芯片具有由第一导线电气连接到所述第一导体的阳极电极;
所述一组LED芯片中的在所述虚拟线上距第二导体最近的LED芯片具有由第二导线电气连接到所述第二导体的阴极电极;并且
在所述虚拟线上所述一组LED芯片中的相邻LED芯片彼此电气连接为使得所述相邻LED芯片中的距所述第一导体较近的LED芯片的阴极电极通过第三导线电气连接到所述相邻LED芯片中的距所述第二导体较近的LED芯片的阳极电极。
8.根据权利要求7所述的LED模块,包括
带形的包封部分,所述带形的包封部分覆盖所述第一导线、所述第二导线、所述第三导线以及布置在所述虚拟线上的所述一组LED芯片,
所述包封部分在所述虚拟线上的所述相邻LED芯片之间具有用于抑制从所述相邻LED芯片发射的光的全反射的凹陷部分。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的LED模块,还包括
在所述厚度方向上提供于所述基座的另一面上的用于反射来自所述LED芯片的光的反射层。
10.根据权利要求9所述的LED模块,其中:
所述反射层是金属层;并且
所述LED模块还包括提供于所述基座所述另一面上的用于保护所述反射层的保护层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的LED模块,其中
所述多个透光层中的每一个透光层都是陶瓷层。
12.根据权利要求9或10所述的制造所述LED模块的方法,包括:
在陶瓷基片上丝网印刷银膏,所述银膏被形成为反射层,并且所述陶瓷基片被形成为所述多个透光层中的距所述LED芯片最远的透光层;以及
烧结所述银膏以形成所述反射层。
13.一种照明装置,包括:
光源,所述光源是根据权利要求1至11中任一项所述的LED模块。
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