CN105917466A - 具有图案化封装的混合板上芯片led模块 - Google Patents

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Abstract

使用不同波长转换材料或者不同浓度的波长转换材料来封装混合发光模块的不同颜色的发光元件。在本发明的实施例中，特定颜色的第二发光元件（170）利用透明第二封装剂（120;420;520）封装，而不同颜色的第一发光元件（160）利用波长转换第一封装剂（110;410;510）封装。在本发明的另一实施例中，不同颜色的第二和第三发光元件（170,580）的特定第二集合利用与第一发光元件（160）的另一第一集合不同的封装剂来封装。

Description

具有图案化封装的混合板上芯片LED模块
本发明在能源部（DOE）颁发的合同No. DE-EE0005099之下利用美国政府支持而做出。政府具有本发明中的某些权利。
技术领域
本发明涉及发光元件的领域，并且特别地涉及包括提供用于不同颜色的不同波长转换元件的图案化封装的混合（不同颜色的多个发光元件）LED模块。
背景技术
随着对于高输出半导体发光器件（LED）的需求增加，通常使用包括发光元件的阵列的模块。各个发光元件可以是“中等功率”的，消耗少于半瓦特，并且许多个可以包含在阵列中，从而提供相对高的光输出强度。
为了产生期望的颜色，诸如白光，不同波长的光组合。在一些实施例中，发光元件的阵列可以包括不同颜色（诸如红色、蓝色和绿色/黄色）的发光元件的集合。每一个颜色的光输出的强度将限定来自阵列的复合光输出的颜色。
在其它实施例中，发光元件的阵列可以全部发射相同波长的光，并且波长转换材料可以用于将发光元件所发射的光的至少一部分转换成不同波长，使得光输出是原始发射的光和经波长转换的光的组合。该波长转换材料通常包含在覆盖阵列的封装剂中。
“板上芯片”（COB）是由于其灵活性和低成本而经常使用的阵列架构。COB可以包括布置在衬底上并且由围绕发光元件的环或堤坝（dam）内的封装剂覆盖的发光元件的阵列。封装剂可以是倾倒到堤坝中然后固化的硅树脂化合物，或者它可以是预形成的元件，诸如包含在环内的硅树脂片或陶瓷。通常，封装剂包括将发光元件所发射的光转换成一个或多个其它波长的波长转换材料。
发明内容
将有利的是提供一种比常规板上芯片模块更加高效的板上芯片架构中的混合发光模块。
为了更好地解决这些关注点中的一个或多个，在本发明的实施例中，不同波长转换材料或者不同浓度的波长转换材料可以用于封装不同颜色的发光元件。在本发明的实施例中，特定颜色的发光元件利用透明封装剂封装，而不同颜色的发光元件利用波长转换封装剂封装。在本发明的另一实施例中，不同颜色的发光元件的特定集合利用与发光元件的另一集合不同的封装剂来封装。
申请人已经认识到，尽管每一个磷光体可以高效地吸收第一波长范围的光并且发射期望的第二波长范围的光，但是磷光体还可能吸收其它波长的光并且完全不发射光，或者以第三、可能不期望的波长范围发射最少量的光，从而导致所吸收的光的损失，以及光输出效率的对应损失。
因而，在本发明的实施例中，不同颜色的发光元件与以最少效率降低吸收而高效地产生所期望的光输出的封装剂配对。不意图由波长转换材料转换的特定波长的光的发光元件例如可以利用无磷光体的封装剂来封装，而意图被转换的光的发光元件可以利用磷光体或磷光体混合来封装，磷光体或磷光体混合将一些或全部的光高效地转换成期望的波长或波长的集合。
附图说明
参照附图进一步详细地并且通过示例的方式来解释本发明，其中：
图1A-1B图示了包括位于不同颜色的发光元件的集合之上的不同封装剂材料的示例发光模块。
图2图示了用于调节来自发光元件的每一个集合的光输出的相对强度的示例控制器。
图3图示了包括位于不同颜色的发光元件的集合之上的不同封装剂材料的另一发光模块的示例。
图4图示了包括位于不同颜色的发光元件的集合之上的不同成形的封装剂材料的发光模块的示例。
图5图示了包括位于发光元件的不同集合之上的不同封装剂材料的发光模块的示例。
贯穿附图，相同参考标号指示类似或对应的特征或功能。出于说明性目的而包括附图并且其不意图限制本发明的范围。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释而非限制的目的，阐述具体细节，诸如特定架构、界面、技术等，以便提供对本发明的概念的透彻理解。然而，对本领域技术人员将明显的是，本发明可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实践。以类似方式，本描述的文本针对如在图中所图示的示例实施例，并且不意图超出权利要求中所明确包括的限制之外地限制所要求保护的发明。出于简单和清楚的目的，省略公知的器件、电路和方法的详细描述以免以非必要的细节使本发明的描述模糊。
图1A图示了包括位于不同颜色的发光元件的集合之上的不同封装剂材料的示例发光模块100的剖面图并且图1B图示了其顶视图。为了便于理解和引用，术语“封装剂”和“封装”在本文中以通用含义使用以包括覆盖发光元件的发光表面以接收从一个或多个发光表面发射的基本上全部光的材料。
在图1A-1B中，发光元件160发射与发光元件170不同颜色的光。发光元件160,170被图示为位于衬底上，或者包括服务于向发光元件160,170提供外部电力的导电元件（未图示）的板150上。发光元件160,170可以是焊接到导电元件的分立发光器件（“板上芯片”），或者可以是位于耦合到板150上的导电元件的中间衬底上的元件。本领域技术人员将认识到，可以使用衬底上的发光元件的其它配置。
第一封装剂110用于覆盖发光元件160，并且另一封装剂120用于覆盖发光元件170，封装剂110,120中的每一个具有不同的波长转换属性。可选地，板150上的壁155促进模块100的处置，并且可以服务于包含封装剂110,120。
封装剂110,120的带可以通过使薄屏障位于每一个带之间，然后利用适当的封装剂110,120（典型地以半液体形式，诸如硅树脂化合物）填充屏障之间的区，然后硬化封装剂而形成。屏障可以在封装剂固化时移除，或者留在模块100内。如果留在其内，则屏障可以取决于期望的光输出图案而是透明或反射性的。
在可替换实施例中，可以提供包含封装剂110,120的带的预形成的片。预形成的片可以是使用前述屏障图案化有封装剂110,120的部分固化的硅树脂片。部分固化的硅树脂片被放置在发光元件160,170顶上，然后被层压到板150，如在2008年7月3日授予Haryanto Chandra并且通过引用并入本文的美国专利7,344,952“Laminating Encapsulant Film Containing Phosphor Over LEDs”中详述的那样。在可替换方案中，封装剂110的预形成的片被层压在发光元件160之上并且预形成的片或液体120可以用于在第一层压之后覆盖发光元件170。在另一可替换方案中，操作和材料可以颠倒。
在示例实施例中，发光元件160发射蓝光，并且发光元件170发射红光。在这样的实施例中，一些蓝光意图被转换成黄/绿光，而红光意图被直接发射。因而，在该示例实施例中，封装剂110可以包括将蓝光转换成黄/绿光的磷光体，并且封装剂120可以无磷光体。
在其它实施例中，发光元件160提供第一波长的光，发光元件170提供第二波长的光，并且封装剂110,120提供对应的第三和第四波长的光。
尽管在该示例中仅图示了两种不同颜色的发光元件，但是本领域技术人员将认识到，各种不同颜色/波长的发光元件可以包括在具有各种不同封装剂的发光模块中。
同样地，设想到不成带的图案，诸如不同类型的发光元件和对应封装剂的棋盘图案或不等分布，并且这包括在本发明的范围内。在另一可替换方案中，设想到三对或更多对的发光元件/封装剂并且这包括在本发明的范围内。
图2图示了用于调节来自发光元件的每一个集合的光输出的相对强度的示例控制器。控制器250提供有电源，并且将该电力分配到发光元件160,170的集合以便提供两个集合之间的期望光输出比。尽管针对发光元件160,170的每一个集合图示了串联布置，但是本领域技术人员将认识到，可以使用诸如并联和串并联之类的可替换布置来配置每一个集合。在可替换方案中，设想到三种或更多种类型的发光元件并且这包括在本发明的范围内。
在示例实施例中，控制器250可以包括使得用户能够调节总体光输出强度以及由发光元件160和封装剂110的组合和发光元件170和封装剂120的组合所提供的光输出之比的控件。
尽管封装剂110,120在图1A-1B中被图示有均匀剖面和清楚限定的边界/边缘，但是本领域技术人员将认识到，可以使用可替换配置，并且可以使用不同组合来与边缘处的光不同地分配中心中的光。例如，发光元件之间和之中的间隔可以变化以实现期望的光输出分布，容纳具有不同光输出强度的发光元件等。
本领域技术人员还将认识到，不同封装剂110,120可以展现出不同的光输出图案，例如由于封装剂110,120的不同光散射性质或者其它光学效果。如果期望的话，可以向封装剂110,120中的一个或二者添加散射剂或者其它材料以产生期望的效果组合，诸如从封装剂110,120中的每一个提供类似的散射效果。以类似方式，如在下文进一步详述的，封装剂110,120的几何形状可以不同以实现期望的效果。
图3图示了包括位于不同颜色的发光元件的集合之上的不同封装剂材料的另一发光模块的示例。在该实施例中，封装剂内的波长转换元素（例如磷光体）的浓度变化使得较大浓度310的磷光***于发光元件160上方并且大幅更小浓度320的磷光***于发光元件170上方。
可以例如通过在发光元件之上应用半液体材料（诸如硅树脂），然后使用例如丝网印刷或其它图案化技术在所选区中应用磷光体材料来提供变化的磷光体浓度。可替换地，多喷嘴分送器可以以半液体形式在发光元件的行之上分送不同封装剂的行，从而允许以下事实：不同封装剂的某种混合可以发生在每一行之间的界面处。
图4图示了包括位于不同颜色的发光元件的集合之上的不同成形的封装剂材料的发光模块的示例。
在图4的示例实施例中，发光元件170最初封装在半球形状封装剂420中，例如使用模制在发光元件170上的硅树脂。封装剂420的半球形状增加来自封装剂420的光输出图案的范围，特别是如果封装剂420不包含磷光体并且发光元件170在没有波长转换的情况下直接发射的话。
在成形封装剂420的创建之后，可以应用第二封装剂410，诸如含磷光体的硅树脂，以填充圆顶420之间的区。
本领域技术人员将认识到，创建封装剂410,420的特定顺序可以颠倒，并且每一个封装剂的特定剖面形状可以取决于期望的光输出图案而变化。
尽管已经使用双色混合模块的范例呈现了本发明，其中每一个颜色由相同封装剂排他地封装，但是本领域技术人员将认识到，可以将不同封装剂应用到不同混合物或颜色集合。
图5图示了包括位于发光元件的不同集合之上的不同封装剂材料的发光模块的示例。
如上文所指出的，常规地，发射光与经转换光之比通过波长转换材料中的波长转换元素的浓度来控制。在本发明的实施例中，第一颜色的光与经转换颜色的光之比也可以通过提供用于发射第一颜色的发光元件的部分的不同封装剂来控制。
在图5的示例中，一些发光元件580包括在封装于封装剂520中的发光元件170的集合内。这些发光元件580可以以与发光元件160相同的波长发射光，或者发射与发光元件160或发光元件170不同的波长的光。
在其中发光元件580是发光元件160的实施例中，封装剂520内的发光元件580（还称为160）的组合和封装剂510内的发光元件160的组合提供不同的光输出。
具有发光元件170的封装剂520内的发光元件580可以利用发光元件170共同地控制，或者单独地控制。例如，如果发光元件170发射红色且发光元件580是发射蓝色的元件160，并且封装剂510将蓝色向黄色/绿色转换且封装剂520透明，则在透明封装剂520下面的发光元件580（160）的分离控制将提供复合光输出中的蓝色成分的独立控制的手段。可替换地，在透明封装剂下面的发光元件580（160）,170的共同控制将提供红-蓝光与蓝/黄/绿光之比的控制。
虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要被视为是说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。例如，在其中特定颜色的所有发光元件都被共同地控制而与覆盖发光元件的封装剂无关的实施例中操作本发明是可能的。在可替换方案中，每一个发光元件可以单独地控制。
本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种照明模块，包括：
第一颜色的第一多个发光元件，
第二颜色的第二多个发光元件，
第一和第二多个发光元件布置在其上的衬底，以及
包括第一封装剂和第二封装剂的封装层，第一封装剂定位在第一多个发光元件中的每一个上方，并且第二封装剂定位在第二多个发光元件之上，
其中第一封装剂包括大幅大于第二封装剂中的波长转换材料的浓度的波长转换材料的浓度。
2.权利要求1的照明模块，包括第一颜色的第三多个发光元件，其中第二封装剂定位在第三多个发光元件中的每一个上方。
3.权利要求1的照明模块，其中第二封装剂中的波长转换材料的浓度基本上为零。
4.权利要求1的照明模块，其中第二封装剂包括没有包括在第一封装剂中的散射剂。
5.权利要求4的照明模块，其中散射剂的散射性质基本上类似于第一封装剂中的波长转换材料的散射性质。
6.权利要求1的照明模块，其中第二封装剂被成形以增强来自第二封装剂的光提取。
7.权利要求1的照明模块，其中第一封装剂的剖面形状不同于第二封装剂的剖面。
8.权利要求1的照明模块，其中第一颜色的发光元件发射蓝光，并且第二颜色的发光元件发射红光。
9.权利要求1的照明模块，其中第一和第二多个发光元件以交替图案布置在衬底上。
10.权利要求1的照明模块，包括控制器，其向第一多个发光元件提供第一电流并且向第二多个发光元件提供第二电流，使得第一和第二电流的相应水平确定从照明模块发射的光的色点。
11.权利要求1的照明模块，其中第一多个发光元件和第二多个发光元件中的至少一个是中等功率LED。
12.权利要求1的照明模块，其中第一封装剂和第二封装剂包含在位于衬底上的外壳中。
13.权利要求1的照明模块，其中衬底上的第一和第二多个发光元件中的发光元件的间隔非均匀。
14.一种用于产生照明模块的方法，包括：
使第一颜色的第一多个发光元件和第二颜色的第二多个发光元件位于衬底上；以及
提供包括第一封装剂和第二封装剂的封装层，第一封装剂定位在第一多个发光元件中的每一个上方，并且第二封装剂定位在第二多个发光元件之上，
其中第一封装剂包括大幅大于第二封装剂中的波长转换材料的浓度的波长转换材料的浓度。
15.权利要求14的方法，其中第二封装剂中的波长转换材料的浓度基本上为零。
CN201480073819.9A 2014-01-21 2014-08-26 具有图案化封装的混合板上芯片led模块 Active CN105917466B (zh)

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