专利名称：用于照明模块的光盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于照明模块的光盘。更具体而言，本发明涉及用于影响从发光二极管芯片发射的光的光盘。
背景技术：
发光二极管(LED)是在受电量激励时发光的半导体器件。一般而言，LED包括布置在封装内的LED芯片。LED芯片是用杂质注入或掺杂以形成p-n结的半导电材料(或材料组合)。当电流流经正向偏置的LED芯片时，电子“跳过”p-n结且发光。封装通常是具有将LED芯片耦合到电流源的电连接的塑料或陶瓷材料。LED封装的主要缺点在于封装的热阻可能非常大(即，大于100°C /W)，这恶化了 LED芯片的寿命和性能。术语“发光二极管芯片”、“LED芯片”、“芯片”或“LED管芯(die)”用于表示半导电p-n结，且由此区别于术语 LED，所述LED —般包括芯片及其封装二者。LED是比白炽光源更高效的光源。然而，使用LED作为一般照明应用的光源的一大挑战在于从单独的LED芯片获得充足的光。换句话说，与例如钨灯丝的其他光源相比，单独的LED芯片不提供足够的光。然而，当若干LED组合成LED阵列时，阵列中所有LED芯片的组合和累积效应产生具有充足光的光源。LED正经历增多地应用于照明应用。LED在照明器材中的早期使用倾向于采用一般被称为照明模块的分组在一起的高功率LED (典型地，IW芯片)。于是可以在照明器材中采用一个或更多照明模块。为了产生均勻的光源，LED必须布置得足够靠近以通过漫射体 “调和(blend)”光。另外，存在最小化照明器材的厚度的增加的要求，这要求LED布置得更加靠近。当LED移动得更加靠近时，存在外来热管理解决方案(例如，风扇、冷却肋片、热管等)的增加的需要。除了热问题之外，使用LED的照明模块必须被设计为解决诸如颜色均勻性和分档 (binning)的光学问题。例如，取决于使用的半导电材料，LED芯片可以发出不同颜色的光。 为了产生白光，一般采用两种技术。在一种技术中，三个LED芯片(一个红色、一个蓝色以及一个绿色)捆绑在一起，使得累积输出导致白光源。第二种技术采用涂覆或封装有磷光体的 UV/蓝LED芯片。LED芯片发射特定波长(UV或蓝色区域中)的光。发射的光激励磷光体， 这导致白光的发射。然而，当制造LED芯片时，单个半导电晶片可以产生变化波长的LED芯片。LED芯片制造商于是必须采用昂贵的分档过程来通过波长组织(或分档)LED芯片。为了确保均勻性，LED照明模块的制造商将需要来自分档的小范围的LED芯片。这种限制增加了照明模块的制造成本。
发明内容
此处提出一种在将从发光二极管芯片发射的光转换成白光中使用的光盘。一般而言，光盘包括锥形表面，使得盘的中央区域具有比盘的外部区域的宽度更大的宽度。光盘一般由具有至少一个重量百分比磷光体混合物的硅树脂形成。还介绍这些一般描述的光盘的各种实施例。
结合在此且形成本说明书一部分的
本发明的实施例。与提供的说明一起，附图用于解释本发明的原理且由此使得相关领域技术人员能够构成和利用本发明。图1是根据一个实施例的照明模块的示意图。
图2示出根据一个实施例的照明模块200。
图3示出替代照明模块布置的部分侧视图。
图4示出替代照明模块布置的部分侧视图。
图5示出替代照明模块布置的部分侧视图。
图6示出图5的照明模块布置的部分平面图。
图7示出替代照明模块布置的部分侧视图。
图8示出替代照明模块布置的部分侧视图。
图9示出图8的光盘的侧视图。
图10示出光杯(optical cup)的透视图。
图1IA示出替代光杯的透视顶视图。
图IlB示出图IlA的光杯的透视底视图。
图12示出说明制作根据本发明的照明模块的方法的流程图。
图13说明制备照明模块的方法。
图14说明用于使用此处描述的任意照明模块服务于客户的方法。
图15A-15C提供支持此处提出的另一实施例的说明。
具体实施例方式此处提出一般包括基底板(base panel)和直接附接到基底板的多个发光二极管 (LED)芯片的照明模块。介绍该一般概念的各个实施例。另外，介绍制备照明模块的方法以及照明模块的系统组件。参考图描述提供的实施例，其中，相似的参考数字一般表示相同或功能类似的元件。同样，每个参考数字的最左边数字一般对应于首次使用该参考数字的图。 尽管讨论特定配置和布置，应当理解，这样做仅用于说明目的。相关领域技术人员应当意识到，可以在不偏离所附权利要求的精神和范围的情况下使用其他配置和布置。图1是根据此处提出的一个实施例的照明模块100的示意图。照明模块100包括布置在衬底或基底板111上的LED芯片110的阵列。LED芯片110直接附接到基底板111。 如在此使用的，术语“直接附接”意指广义地表示LED芯片到衬底的粘附或其他附接而没有基础的封装。在一个实施例中，LED芯片110使用充满Ag的胶粘合到基底板111。其他技术可用于将LED芯片110直接附接到基底板111。例如，LED芯片110可以使用共晶焊接直接附接到基底板111。在所示实施例中，LED芯片110电耦合到并联电路中的第一和第二导电迹线112和 114。尽管在并联电路中示出LED芯片110，本领域技术人员将容易知道如何在等效串联电路中布置LED芯片110。如图1中所示，LED芯片110直接附接到与第一导电迹线112接触的基底板111，且通过引线接合(wire bond) 120电耦合到第二导电迹线114。第一和第二导电迹线112、114于是耦合到从电源140接收功率的电流调整器130。电源140典型地是 AC电源。来自电源140的AC功率然后在电流调整器130处转换成DC电流。本领域技术人员应当理解，在此使用的术语“功率源”意指广义地表示用于向LED芯片输送必要电流或电压的任意装置。这样，合适的功率源可以是单个DC电源或与AC/DC转换器和/或电流调整器组合的AC电源。电流调整器130、电源140和导电迹线112、114及等效结构用作通过使输送到照明模块100的电流量封顶(capping)向LED芯片110输送降额(de-rated)电流且提供可靠的低噪声电流的装置。在一个实施例中，例如，电流调整器130设计为提供低至0. 050安培的电流，其中噪声变化不大于约0.010安培。可以使用替代等效结构，最终结果是产生具有电耦合到功率源和阴极/阳极连接的多个LED芯片110的电路。LED芯片110—般是小的低功率LED芯片。例如，LED芯片110可以小至约260 μ m 宽X约450 μ m长，且具有约20mA的额定电流，其中正向电压约3. 2V。在替代实施例中， LED芯片110可以大至约500μπι宽X约500 μ m长，且具有约88mA的额定电流和约3. 2V 的正向电压。在一个实施例中，基底板111是具有导电迹线112和114的印刷电路板(PCB)。如本领域技术人员将已知的，各种衬底可以用作用于维持多个LED芯片的装置。衬底材料的选择部分地取决于照明模块的所需属性，且更具体而言取决于将收容照明模块的照明应用和/或照明器材的结构需求。例如，一个照明应用可能需要电绝缘的陶瓷衬底，而替代照明应用可能需要导热金属或陶瓷衬底。另外，衬底的厚度可以针对特定应用被调节。示例衬底包括铝箔、阳极氧化铝、金属铠装印刷电路板、氮化铝和各种其他金属或陶瓷衬底。替代实施例包括衬底上的涂层。例如，在一个实施例中，衬底可以由顶部涂覆有电介质层的阳极氧化铝形成。电介质层可以是Al2O3的阳极化层(anodized layer)。在替代实施中，衬底可以涂覆有聚合物电介质。聚合物电介质可以是填充有诸如A1203、SiO2或T^2的陶瓷颗粒的硅树脂。在另一实施例中，衬底可以涂覆有T^2嵌入式硅树脂。在一个实施例中，根据特定充填密度，基底板111填充有LED芯片110。与倾向于使用小数量高功率封装LED的常用LED照明模块相反，此处提出的照明模块通过采用相对大数量的低功率LED芯片解决热和光问题。LED芯片直接附接到基底板且通过向LED芯片输送“降额”电流而供电。芯片的降额由此维持一般较低总操作温度且增加单独的芯片的输出效率。照明模块100的充填密度(pack-density)考虑仅当对流和辐射被认为是热损耗机制时，对于给定区域(以及温度上升)的热输入具有限制。换句话说，基底板111可以根据最大热通量或每单位面积热输入填充有LED芯片110。在一个实施例中，例如，充填密度依照下面的数学关系 对于例如60°C的最大板温(Tb)和例如20°C的恒定环境温度(T。)，该方程式平衡左手边的每单位面积热输入(Q/A)与右手边的辐射和对流。在方程式的辐射部分，符号是σ (斯台范玻耳兹曼常数(Stefan-Boltzman constant))和ε (发射率，其是恒定的且任意假设为0.5 ；或者对于黑体设置为1)。在方程式的对流部分，符号是对流系数且假设为恒定且任意选择为15 ff/m2K (但可以从10-100 W/tfK变化)。上述分析仅是示例，因为它过于简化且依赖于发射率和对流系统的任意值。然而， 上述分析允许每单位面积最大热输入的估算作为设计指导。例如，每单位面积热输入(Q/A) 可以约为0. 5 W/in2。在替代实施例中，每单位面积热输入(Q/A)可以分布在从约0. Iff/in2 至约0. 7ff/in2的范围内。这种估算于是“固定”每单位面积最大芯片数，如果芯片以其额定电流驱动的话。通过使用较小芯片且减小用于每个芯片的驱动电流，更多的芯片可以放置在给定区域，而无增加的板温。例如，典型的Imm “高功率”芯片在约3. 2V的正向电压(Vf) 情况下以350mA的额定正向电流操作，导致1. 12W的输入功率。典型地，Imm芯片在该正向电流约20%有效，所以约0.9W必须作为热消散。从上面的分析，该芯片要求约1.8 in2来通过对流和辐射消散热，且由此限制板温为约60°C。(作为副作用，从板到LED芯片具有约 10-20°C的附加温度上升，使得芯片的实际温度(称作结温(Ti))上升到约70-80°C)。因而， Imm芯片的充填密度约为每1.8 in2 1个芯片。使用0. 5 mm “低功率”芯片，且降额正向电流到约45mA，导致约0. 14 W的每芯片热输入。使用低功率芯片使可允许的充填密度增加到约每平方英寸4个芯片。净效应是具有更多单独光源的照明模块(每两平方英寸8个芯片对每两平方英寸1个芯片)。另外，这种照明模块不需要辅助散热技术。上述分析例如可以在图13中提供的方法中采用。图13说明制备具有基底板和多个LED芯片的照明模块的方法1300，其中，该照明模块设计为具有低于60°C的操作温度。方法1300开始于步骤1301，其中，根据辐射和对流计算每单位面积热输入。在步骤1303，基于LED芯片的额定正向电流，计算LED芯片的热输入。在步骤1305，LED芯片直接附接到基底板。在步骤1307，向多个芯片输送降额电流。在替代实施例中，根据特定流明密度度量，基底板111填充有LED芯片。如在此使用的，“流明密度度量”缩写为LD且定义为
权利要求
1.一种在将从发光二极管芯片发射的光转换成白光中使用的光盘，包括 锥形表面，使得盘的中央区域具有比盘的外部区域的宽度更大的宽度； 其中盘由具有至少一个重量百分比磷光体混合物的硅树脂形成。
2.根据权利要求1所述的光盘，其中硅树脂是LSR-70。
3.根据权利要求1所述的光盘，其中盘具有在1-10个重量百分比之间的磷光体混合物。
4.一种在将从发光二极管芯片发射的光转换成白光中使用的光盘，包括 上表面、下表面和周围表面；其中周围表面限定光盘的直径以及盘的端部厚度； 其中端部厚度约为1.0mm; 其中盘的直径约为3. Omm;并且其中上表面具有约9. Omm的曲率半径。
5.根据权利要求4所述的光盘，其中硅树脂是LSR-70。
6.根据权利要求4所述的光盘，其中盘具有在1-10个重量百分比之间的磷光体混合物。
7.一种在将从发光二极管芯片发射的光转换成白光中使用的光盘，包括 上表面、下表面和周围表面；其中周围表面限定光盘的直径以及盘的端部厚度； 其中端部厚度约为0. 5mm； 其中盘的直径约为3. Omm;并且其中上表面具有约13mm的曲率半径。
8.根据权利要求7所述的光盘，其中硅树脂是LSR-70。
9.根据权利要求7所述的光盘，其中盘具有在1-10个重量百分比之间的磷光体混合物。
10.一种在将从LED芯片发射的光转换成白光中使用的光盘，包括 上表面、下表面和周围表面；其中周围表面限定光盘的直径以及盘的端部厚度； 其中端部厚度约为2. 0mm； 其中盘的直径约为3. Omm;并且其中上表面具有约8. 5mm的曲率半径。
11.根据权利要求10所述的光盘，其中硅树脂是LSR-70。
12.根据权利要求10所述的光盘，其中盘具有在1-10个重量百分比之间的磷光体混合
全文摘要
一种在将从发光二极管芯片发射的光转换成白光中使用的光盘。该光盘包括锥形表面，使得盘的中央区域具有比盘的外部区域的宽度更大的宽度。该光盘由具有至少一个重量百分比磷光体混合物的硅树脂形成。还介绍了该一般描述的光盘的各个实施例。
文档编号H01L33/50GK102160202SQ200980136252
公开日2011年8月17日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年9月16日
发明者A·M·斯科奇, D·汉比, J·塞尔夫里安, W·P·拉帕托维奇 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司