固态发射器封装及多像素发射封装的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种固态发射器封装和多像素发射封装。一种固态发射器封装包括：多个像素，每个像素均具有至少一个固态发射器和反射器；以及共用基台，传送用于控制所述像素中的第一像素的发光以及控制所述像素中的第二像素的发光的电信号。本实用新型的封装提供这样的优点，例如，降低封装和显示器的成本和互连复杂性。
【专利说明】固态发射器封装及多像素发射封装
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及固态发射器封装及多像素发射封装，特别地，涉及发光二极管封装和利用发光二极管封装作为其光源的显示器。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)是将电能转换成光的固态装置，通常包括一个或多个夹置在相反掺杂的层之间的半导体材料的有源层。当在掺杂层上施加偏压时，空穴和电子注入到有源层中，空穴和电子在有源层重新组合以产生光。光从有源层发出、并且从LED的所有表面发出。
[0003]近十年或更长时间以来的技术发展已经产生了具有更小占地面积、增加的发射效率和降低的成本的LED。与其他发射器相比，LED还具有增加的工作寿命。例如，LED的工作寿命可超过50，000小时，而白炽灯泡的工作寿命大约是2，000小时。LED还可比其他光源更坚固且消耗更少的功率。由于这些原因以及其他原因，LED变得更流行，并且，现在正在越来越多的应用场合中使用，而传统地，这些应用场合是白炽灯、荧光灯、卤素灯和其他发射器的领域。
[0004]为了在传统的应用场合中使用LED芯片，已知将LED芯片包封在封装中，以提供环境和/或机械保护、颜色选择、光线会聚等。LED封装还包括电导线、触点或迹线，以用于将LED封装与外部电路电连接。在图1所示的典型的二管脚LED封装/元件10中，通过焊接接合或导电环氧树脂将单个LED芯片12安装在反射杯13上。一个或多个导线结合部11将LED芯片12的欧姆触点与引线15A和/或15B连接，引线15A和/或15B可附接至反射杯13或与反射杯形成整体。可用密封材料16填充反射杯13，并且，在LED芯片上或在密封件中，可包括波长转换材料，例如磷光体。LED在第一波长下发出的光可由磷光体吸收，磷光体可响应地发出第二波长的光。然后，可将整个组件封装在透明的保护树脂14中，可能将该保护树脂模制成透镜的形状，以引导从LED芯片12发出的光或使该光成形。
[0005]图2所示的传统的LED封装20可更适合于高功率操作，其可产生更多热量。在LED封装20中，将一个或多个LED芯片22安装在载体上，所述载体诸如印刷电路板(PCB)载体、衬底或基台(submount) 23。安装于基台23上的金属反射器24包围LED芯片22，并将由LED芯片22发出的光远离封装20反射。反射器24还对LED芯片22提供机械保护。在LED芯片22上的欧姆触点与基台23上的电迹线25A、25B之间形成一个或多个导线结合连接部21。然后，用密封剂26覆盖所安装的LED芯片22，密封剂可对芯片提供环境和机械保护，同时还用作透镜。典型地，通过焊接或环氧树脂结合，将金属反射器24附接至载体。
[0006]图3示出了另一种LED封装30，其包括壳体32、以及至少部分地嵌在壳体32中的引线框34。引线框34布置为用于封装30的表面安装。通过壳体32中的腔体暴露引线框34的部分，其中三个LED36a-c安装在引线框34的部分上并且通过导线结合部38连接于引线框的其他部分。可使用不同类型的LED36a-c，其中一些封装具有发红光、发绿光和发蓝光的LED。封装30包括具有六个管脚40的管脚输出部结构，并且引线框布置为使得可通过相应的一对管脚40来独立地控制每个LED36a-c的发光。这允许该封装从LED36a_c发出各种颜色的组合。
[0007]可用不同的LED封装(例如图1至图3所示的那些)作为标志和显示器(大的和小的)的光源。包含大屏幕LED的显示器(通常叫做巨型屏幕)在多种户内和户外场所正变得更普遍，例如，在体育场、跑道、音乐会，以及在大型共用区域中，例如，在纽约市的时代广场。通过目前的技术，部分这些显示器或屏幕可大到60英尺高60英尺宽。随着技术发展，预计将开发更大的屏幕。
[0008]这些屏幕可包括数百万或数十万的“像素”或“像素模块”，每个可包含一个或多个LED芯片或封装。像素|旲块可使用闻效率和闻売度的LED芯片，其允许可从相对远的地方看到显示器，甚至是在白天当受到阳光时。在一些标志中，每个像素可具有一个LED芯片，像素模块可具有少至三个或四个LED (例如,一个红色,一个绿色,一个蓝色),其允许像素从红光、绿光和/或蓝光的组合中发出多种不同颜色的光。可将像素模块布置在矩形格栅中，其可包括数十万的LED或LED封装。在一种类型的显示器中，格栅可以是640个模块宽480个模块高，屏幕的尺寸取决于像素模块的实际尺寸。当像素的数量增加时，显示器的互连复杂性也增加。此互连复杂性会是这些显示器的主要开支中的一个，并且，会是制造过程中和显示器的工作寿命过程中的主要故障来源中的一个。
实用新型内容
[0009]本实用新型涉及固态发射器封装、多像素发射封装和使用所述封装的LED显示器，将该封装布置为降低显示器的成本和互连复杂性。将一些封装实施方式布置为在一个封装中提供多个显示像素，使得每个像素的成本降低，并简化使用该封装的显示器的设计和制造。
[0010]根据本实用新型的一个实施方式，提供一种固态发射器封装，其包括:多个像素，每个像素均具有至少一个固态发射器和反射器；以及共用基台，传送用于控制像素中的第一像素的发光以及控制像素中的第二像素的发光的电信号。
[0011]进一步地，基台布置为独立地控制第一像素和第二像素的发光。
[0012]进一步地，第一像素或第二像素发射白光。
[0013]进一步地，固态发射器包括LED。
[0014]进一步地，像素中的至少一个包括具有磷光体的发蓝光的LED。
[0015]进一步地，像素中的至少一个包括发白光的LED和发红光的LED。
[0016]进一步地，第一像素和第二像素中的每一个均包括红色、绿色和蓝色LED。
[0017]进一步地，基台包括壳体，管脚和引线框结构与壳体形成整体。
[0018]进一步地，封装进一步包括位于壳体中的多个腔体，每个腔体限定一像素。
[0019]进一步地，每个腔体具有至少一个固态光发射器。
[0020]进一步地，封装进一步包括位于壳体的顶面上的对比区域。
[0021]进一步地，基台至少部分地包括陶瓷、印刷电路板、金属芯印刷电路板、或FR-4板。
[0022]进一步地，基台包括管脚和引线框结构。
[0023]进一步地，像素处于矩阵布局。[0024]进一步地，像素处于正方形矩阵布局。
[0025]进一步地，像素处于线性阵列布局。
[0026]进一步地，至少两个像素共享一发射器功率信号，并且至少两个像素共享一发射器控制信号。
[0027]进一步地，像素以矩阵布局布置，其中一行像素共享一发射器功率信号，并且一列像素共享一发射器控制信号。
[0028]根据本实用新型的另一实施方式，提供一种多像素发射封装，包括:壳体，具有多个腔体，每个腔体具有至少一个LED，并且每个腔体形成反射杯；以及引线框结构，与壳体形成整体，每个腔体的至少一个LED安装至引线框结构，封装能够接收用于控制来自于腔体中的第一腔体和第二腔体的发光的电信号，其中，每个所述腔体及其相应的所述至少一个LED包括像素，每个像素均具有至少一个固态发射器和反射器。
[0029]进一步地，封装被布置为接收独立地控制来自于腔体中的第一腔体和第二腔体的发光的电信号。
[0030]进一步地，每一个所述腔体均包括红色、绿色和蓝色LED。
[0031]进一步地，封装进一步包括位于壳体的顶面上的对比区域。
[0032]进一步地，像素处于矩阵布局或线性布局。
[0033]进一步地，像素处于正方形矩阵布局。
[0034]进一步地，像素处于线性阵列布局。
[0035]进一步地，封装进一步包括被布置为允许封装的表面安装的管脚输出部。
[0036]进一步地，两个腔体中的至少两个LED共享一 LED功率信号，并且两个腔体中的至少两个LED共享一发射器控制信号。
[0037]进一步地，腔体以矩阵布局布置，其中，一行像素中的LED共享一发射器功率信号，并且一列腔体中的LED共享一 LED控制信号。
[0038]根据本实用新型的固态发射器封装的一个实施方式包括多个像素，每个像素具有至少一个固态发射器。包括用于传送电信号的共用基台，以控制第一像素的发光以及控制第二像素的发光。
[0039]根据本实用新型的多像素发光封装的一个实施方式包括具有多个腔体的壳体，每个腔体具有至少一个LED。包括与壳体形成整体的引线框结构，每个腔体的所述至少一个LED安装至弓I线框结构。该封装能够接收用于控制来自于第一和第二腔体的发光的电信号。
[0040]根据本实用新型的LED显示器的一个实施方式包括多个LED封装，该多个LED封装相对于彼此安装，以产生消息或图像。所述LED封装中的至少一些LED封装包括多个像素，每个像素具有至少一个LED。每个封装能够接收用于控制所述像素中的至少第一和第二像素的发光的电信号。
[0041]本实用新型提供这样的优点，例如，降低封装和显示器的成本和互连复杂性。
[0042]从以下详细描述和附图中，本实用新型的这些和其他方面及优点将变得显而易见，附图通过实例示出了本实用新型的特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是一种传统的发光二极管封装的侧视图；[0044]图2是另一传统的发光二极管封装的侧视图；
[0045]图3是另一传统的发光二极管封装的平面图；
[0046]图4是根据本实用新型的LED封装的一个实施方式的平面图；
[0047]图5是图4所示的LED封装的侧视图；
[0048]图6是图4所示的LED封装的另一侧视图；
[0049]图7是根据本实用新型的LED显示器的一个实施方式的平面图；
[0050]图8是示出了根据本实用新型的一个LED封装中的LED之间的互连的示意图；
[0051]图9是根据本实用新型的LED封装的另一实施方式的平面图；
[0052]图10是示出了根据本实用新型的另一 LED封装中的LED之间的互连的示意图；
[0053]图11是根据本实用新型的LED封装的另一实施方式的平面图；
[0054]图12是根据本实用新型的LED封装的另一实施方式的平面图；
[0055]图13是根据本实用新型的LED封装的另一实施方式的平面图；
[0056]图14是根据本实用新型的LED封装的又一实施方式的平面图；
[0057]图15是根据本实用新型的LED显示器的一个实施方式的平面图；
[0058]图16是根据本实用新型的LED显示器的另一实施方式的平面图；
[0059]图17是根据本实用新型的LED封装的另一实施方式的透视图；
[0060]图18是图17所示的没有在像素中示出的LED的LED封装的平面图；
[0061]图19是图17和图18的LED封装中的一个像素的平面图；
[0062]图20是图17和图18所示的沿着剖面线20_20剖开的LED封装的侧视图；
[0063]图21是图17和图18所示的LED封装的底视图；
[0064]图22是图17和图18所示的LED封装的底透视图；
[0065]图23是图17和图18所示的具有一个管脚编号布置的LED封装的另一底视图；
[0066]图24是根据本实用新型的LED封装的一个实施方式中的管脚标记的一个实施方式的示意图；
[0067]图25是示出了根据本实用新型的LED封装中的LED之间的互连的示意图，该LED封装利用图24所示的管脚标记；
[0068]图26是根据本实用新型的LED显示器的另一实施方式的平面图；
[0069]图27是根据本实用新型的LED显示器的另一实施方式的平面图。
【具体实施方式】
[0070]本实用新型涉及改进的LED封装和使用该LED封装的LED显示器，根据本实用新型的LED封装包括“多像素”封装。也就是说，该封装包括一个以上的像素，每个像素包括一个或多个发光二极管。不同的实施方式包括用于对像素中的LED施加电信号的不同特征。在一些实施方式中，可对每个像素施加相应的电信号，以控制其发光颜色和/或强度，而在其他实施方式中，可用相同的电信号控制两个或更多个像素。在像素具有多个LED的实施方式中，可用相应的信号控制每个像素中的一个或多个LED，而在其他实施方式中，可用相同的信号控制不同像素中的LED。在这些实施方式中的一些实施方式中，可用相同的信号来控制两个或更多个像素的发光，而在其他实施方式中，可用相应的信号来控制每个像素。
[0071]在一些实施方式中，将术语像素在其普通含义中理解为可在显示系统中单独处理或控制的图像的元件。在这些实施方式中的一些实施方式中，一些或所有像素可包括发红光、发绿光和发蓝光的LED，像素中的至少一些被布置为允许像素中的每个LED的强度是能够控制的。这允许每个像素发出一种颜色的光，其是红光、绿光或蓝光的组合，并允许驱动每个像素时的灵活性，使得其可发出不同的颜色，所述不同的颜色是来自LED的光的组合。
[0072]在其他实施方式中，该封装可包括能发出单种颜色的光的像素，这些封装在不同的应用场合中使用，例如，照明或背光。在这些实施方式中的一些实施方式中，像素可发出白光，并可包括至少一个具有一个或多个磷光体的蓝色LED，该LED发出蓝光和磷光的白光组合。这些实施方式中的不同实施方式可允许控制每个像素中的各个LED，而在其他实施方式中，可用相同的驱动信号驱动LED。在一些实施方式中，像素可包括一个或多个发白光的LED，其与发红光的LED组合，以实现所期望的像素发光，例如，所需的色温。在其他实施方式中，可这样控制像素中的LED的发光，使得像素在冷温至热温的范围中发出不同的色温。
[0073]根据本实用新型的封装可具有多种不同的形状和尺寸，并可被布置为具有多种不同数量的像素。在一些实施方式中，该封装可以是正方形的，并可具有2X2、4X4、8X8等的形式的像素。在其他实施方式中，该封装可以是矩形形状，并且像素可具有一个方向上的像素比另一方向上的像素少的形式。例如，该封装可具有2X3、2X4、2X5、2X6等、3X4、3父5、3\6、3\7等、或4\5、4\6、4\7、4父8等的像素形式。在又一些实施方式中，像素可以形成为像素线性阵列，该线性阵列的长度为2、3、4、5等。这些仅是封装形状的一部分，其他的是三角形、圆形或不规则形状。
[0074]根据本实用新型的LED封装提供了优于现有技术单个像素封装的特别优点。该LED封装可通过减少材料成本(例如，引线框材料)，来使每像素的成本更低。在保持朗伯光束轮廓的同时，还可减小相邻像素之间的间距。通过减小像素之间的间距，可制造更高分辨率的显示器。还可通过降低处理成本以及拾取和放置组件的成本，来降低显示器制造成本。还可减小像素互连的复杂性，从而降低材料成本和显示器制造水平。这还可减少随着显示器的使用寿命而会出现故障的可能的互连。
[0075]本实用新型可涉及多种不同的封装类型，下面的一些实施方式是表面安装器件。应理解，本实用新型还可用于其他封装类型，例如，具有用于通孔安装工艺的管脚的封装。
[0076]在LED标志和显示器中，可使用根据本实用新型的LED封装，但是应理解，其可用于多种不同的应用场合中。该LED封装可遵从不同的行业标准，以使得其适合用于基于LED的标志、信道字母照明、或普通背光和照明应用中。一些实施方式还可包括使得其兼容以与光管匹配的平顶发射面。这些仅是根据本实用新型的LED封装的多种不同应用场合中的几个应用而己。
[0077]根据本实用新型的一些LED封装实施方式可包括单LED芯片或多LED芯片，并可包括包围该单LED芯片或多LED芯片的反射杯。每个反射杯周围的壳体的上表面可包括与由LED芯片发出的光的材料相反的材料。暴露在杯内的壳体的部分、和/或杯内的反射面还可包括反射来自于LED芯片的光的材料。在这些实施方式中的一些实施方式中，从LED芯片发出的光可以是白光、或其他波长转换的光，并且，反射杯内的基台的表面和杯的反射面可以是白色的，或以其它方式反射白光或波长转换的光。反射杯的对比的(contrasting,相对的)上表面可以是多种不同的颜色，但是，在一些实施方式中，其可以是黑的。
[0078]本文参考某些实施方式描述本实用新型，但是，应理解，本实用新型可以多种不同的形式实施，并且，不应将其解释为限制于这里阐述的实施方式。特别地，除了上述的那些实施例以外，可提供多种不同的LED芯片、反射杯和引线框布置，并且，密封剂可提供进一步的特征来改进LED封装和使用该LED封装的LED显示器的可靠性和发光特性。尽管这里讨论的LED封装的不同实施方式用于LED显示器中，但是，可在多种不同的照明应用中使用LED封装。
[0079]还应理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为位于另一元件之上时，其可直接位于该另一元件之上，或者也可能存在插入元件。此外，这里可能使用诸如“在…上方”和“在…下方”的关系术语、以及类似的术语来描述一个层或另一区域的关系。应理解，这些术语旨在包括装置的除了图中所示的方向之外的不同方向。
[0080]虽然这里可用术语第一、第二等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部分不应限于这些术语。这些术语仅用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。因此，在不背离本实用新型的教导的前提下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分也可叫做第二元件、部件、区域、层或部分。
[0081]在这里，参考横截面图示描述了本实用新型的实施方式，该图示是本实用新型的实施方式的示意图。同样地，这些层的实际厚度可以是不同的，并且预计例如由于制造技术和/或公差的结果而与图示的形状不同。不应将本实用新型的实施方式解释为限制于这里示出的区域的特殊形状，而是应包括例如由制造产生的形状偏差。由于正常的制造公差的原因，示出或描述为正方形或矩形的区域将典型地具有圆角或弯曲特征。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，其形状不旨在示出装置的区域的精确形状，而且也不旨在限制本实用新型的范围。
[0082]图4至图7示出了根据本实用新型的多像素发射器封装50的一个实施方式，其中图7更详细地示出了可在根据本实用新型的一些实施方式中使用的像素发射器。该封装包括四个布置为2X2形式或布局的像素52a-d，封装50具有通常正方形的占地面积。封装50可包括用于不同安装方法的特征，其中所示实施方式具有允许表面安装的特征。也就是说，封装50包括表面安装器件(SMD)，其具有管脚和引线框结构，其中管脚输出部被布置为使得可利用表面安装技术将封装安装至结构(例如，印刷电路板(PCB))的。如上所述，应理解，除了 SMD以外，本实用新型还可应用于其他发射器封装类型，例如，管脚安装发射器封装。封装50包括壳体或基台54，该壳体或基台承载整体的引线框56。引线框56包括多个导电连接部，该多个导电连接部用来将电信号传导至封装的光发射器，并用来帮助驱散由发射器产生的热量。
[0083]壳体或基台(壳体)54可由多种不同的材料或材料的组合形成，并且，在不同的部分中可具有不同的材料。一种可接受的壳体材料是电绝缘的，例如，介电材料。壳体54可至少部分地包括陶瓷，例如氧化铝、氮化铝、碳化硅、或聚合物材料(例如聚酰亚胺和聚酯)。在一些实施方式中，壳体54可包括具有相对高的导热率的介电材料，例如，氮化铝和氧化铝。在其他实施方式中，基台54可包括印刷电路板(PCB)、蓝宝石或硅或任何其他适当的材料，例如，镀T的热绝缘衬底材料,可从明尼苏达州Chanhassen的Bergquist公司获得。对于PCB实施方式，可使用不同的PCB类型，例如，标准的FR-4PCB、金属芯PCB、或任何其他类型的印刷电路板。[0084]可以多种不同的方式布置引线框56，并且在不同的封装实施方式中，可使用不同数量的零件。像素可具有相同的一个或多个发射器，例如LED，并且，在一些实施方式中，不同的像素可具有不同数量的LED。如图7中最佳地示出的，封装50中的每个像素均可包括三个LED58a-c，在所示实施方式中，引线框56布置为对LED58a_c施加电信号。引线框56包括导电零件，以用于将来自封装安装面(例如PCB)的电信号传导至LED58a-c。引线框还可包括这样的特征，即，这种特征可包括进来以对LED提供安装稳定性、以及提供用于驱散来自发射器的热量的额外的热路径。引线框还可包括物理特征，例如，孔、切口等，以增加封装的稳定性和可靠性，并且，在一些实施方式中，帮助保持部件之间的防水密封。在授予Chan 等人的名为“Water Resistant Surface Mount Device Package (防水表面安装器件封装)”的美国专利申请第13/192，293号中描述了这些不同的特征，该美国专利申请的全部内容通过引用结合于此。
[0085]可通过冲压、注射成型、切割、蚀刻、弯曲、或通过其他已知的方法和/或这些方法的组合来实现所需结构，从而实现引线框56的制造。例如，导电零件可以被部分地金属冲压(例如，同时从单块相关材料冲压)、适当地弯曲、以及完全分离、或在形成壳体的一部分或所有之后完全分离。
[0086]引线框56可由导电金属或金属合金(例如，铜、铜合金)、和/或其他适当的低电阻、耐腐蚀材料、或这些材料的组合制成。如上所述，引线的导热率可能在一定程度上帮助从LED58a-c传导走热量。
[0087]壳体54可具有多种不同的形状和尺寸，并且在所示的实施方式中，通常是正方形或矩形的，具有上表面60和下表面62 (在图5和图6中最佳地不出)、以及第一和第二侧表面64和66。壳体的上部进一步包括凹槽或腔体72，所述凹槽或腔体从上表面60伸入壳体54的本体中、到达引线框56。每个像素的LED58a-c布置在相应的一个腔体72中的引线框56上，使得来自LED的光通过腔体72从封装50发出。每个腔体72可具有成角度的侧表面，所述成角度的侧表面在LED58a-c周围形成反射杯，以帮助将发射器的光反射到封装50之外。在一些实施方式中，可沿着腔体72的侧表面74的至少一部分定位并固定反射插入物或环(未示出)。可通过使腔体72逐渐变细来增加环的反射效率和封装的发射角，并且，在腔体中朝着壳体的内部向内承载环。通过实例，大约50度的反射角提供适当的反射率和视角。
[0088]在一些实施方式中，可用填充材料(或密封剂)至少部分地填充腔体72，该填充材料可保护引线框56和LED58a-c，并使引线框和LED在位置上稳定。在一些实施方式中，填充材料可能覆盖发射器和引线框56的通过腔体72暴露的部分。可将填充材料选择为具有预定的光学特性，以增强从LED投射的光，并且，在一些实施方式中，填充材料对于由封装的发射器发射的光来说基本上是透明的。填充材料还可以是平的，使得其与上表面60在大约相同的平面，或者，可使其以透镜的形式成形，例如，半球形或子弹形。可替换地，填充材料在一个或多个腔体72中可以是完全或部分地凹入的。填充材料可能由树脂、环氧树脂、热塑性缩聚物、玻璃，和/或其他适当的材料或这些材料的组合形成。在一些实施方式中，可对填充材料增加材料，以增强朝向LED和/或来自于LED的光的发射、吸收和/或扩散。
[0089]壳体54可由优选地电绝缘且导热的材料制成。这种材料在本领域中是众所周知的，可包括但不限于某些陶瓷、树脂、环氧树脂、热塑性塑料、缩聚物(例如，聚邻苯二甲酰胺(PPA))和玻璃。封装50及其壳体54可能通过本领域中已知的多种方法中的任何一种来形成和/或装配。例如，可在引线框周围形成或模制壳体54，例如，通过注射成型。可替换地，可在一些部分(例如顶部和底部)中形成壳体，其中导电零件形成在底部上。然后，可利用已知的方法和材料(例如，通过环氧树脂、粘合剂或其他适当的接合材料)将顶部和底部
结合在一起。
[0090]根据本实用新型的封装可使用多种不同的发射器，其中封装50使用LED58a_c。不同的实施方式可具有发出不同颜色的光的不同LED芯片，并且，在所示实施方式中，封装50中的每个像素包括发红光、发绿光和发蓝光的LED芯片，这些LED芯片可产生多种不同波长的组合颜色的发光(包括白光)。
[0091]LED芯片结构、特征、以及其制造和操作在本领域中是通常已知的，这里仅简要地讨论。LED芯片可具有以不同方式布置的多种不同的半导体层，并可发出不同的颜色。可用已知的方法制造LED芯片的这些层，一种适当的方法是使用金属有机化学蒸汽沉积(MOCVD)制造。LED芯片的这些层通常包括夹置在第一和第二相反掺杂的外延层之间的有源层/区域，所有这些有源层/区域连续地形成于生长衬底或晶片上。形成于晶片上的LED芯片可被单个化(singulated,分离),并可用于不同的应用场合,例如,安装在封装中。应理解，所生长的衬底/晶片可保持作为最终单个化的LED芯片的一部分，或者所生长的衬底可被完全或部分地去除。
[0092]还应理解，在LED芯片中还可包括额外的层和元件，所述额外的层和元件包括但不限于缓冲层、成核层、接触层和电流分布层、以及光提取层和元件。有源区域可包括单量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、双异质结构或超点阵结构。
[0093]有源区域和掺杂层可能由不同的材料系统制成，一个这种系统是基于III族氮化物的材料系统。III族氮化物指的是那些在氮和周期表的III族元素(通常是铝(Al)、镓(Ga)和铟(In))之间形成的半导体化合物。该术语还指三元和四元化合物，例如，氮化铝镓(AlGaN)和氮化铝铟镓(AlInGaN)。在一个优选实施方式中，掺杂层是氮化镓(GaN)，且有源区域是InGaN。在替代实施方式中，掺杂层可以是AlGaN、砷化铝镓(AlGaAs)或磷化砷化铝镓铟(AlGaInAsP)或磷化铝铟镓(AlInGaP)或氧化锌(ZnO)。
[0094]所生长的衬底/晶片可由多种材料制成，例如，硅、玻璃、蓝宝石、碳化硅、氮化铝(A1N)、氮化镓(GaN)，其中适当的衬底是碳化硅的4H多型体，尽管也可使用其他碳化硅多型体，包括3C、6H和15R多型体。碳化硅具有一些优点，例如，与蓝宝石相比，与III族氮化物更匹配的晶格，并产生具有更高质量的III族氮化物薄膜。碳化硅还具有非常高的导热率，使得碳化硅上的III族氮化物器件的总输出功率不由衬底的热耗散限制(正如形成于蓝宝石上的一些器件的情况相同)。SiC衬底可从北卡罗来纳州达拉谟的Cree ResearchInc.获得，并且，在科学文献中以及在美国专利第Re34, 861 ;4，946，547和5，200，022号中阐述了其制造方法。LED还可包括额外的特征，例如，导电电流分布结构和电流分布层，所有这些都可由用已知方法沉积的已知材料制成。
[0095]可将LED58a_c安装至引线框56，并通过导电导热的结合材料(例如，焊料、粘合齐U、涂层、薄膜、密封剂、浆料、润滑油和/或其他适当的材料)电耦接于引线框56。在一个优选实施方式中，可以用LED底部上的焊垫将LED电耦接并固定至其相应的衬垫，使得从顶部看不见焊料。可包括在LED58a-c和引线框56之间延伸的导线结合部74 (图7所示)。[0096]本实用新型的不同实施方式可具有不同的管脚输出部布置，该布置可取决于不同的因素，例如，LED的数量、LED的互连、以及每个像素和/或像素中的每个LED上的分离和独立控制的水平。图7示出了在其管脚输出部结构中具有8个管脚76的封装50，且图8示出了根据本实用新型的互连结构80的一个实施方式，其可利用8个管脚的管脚输出部。互连结构80示出了四个像素52a-d，每个像素都包括三个LED58a-c，并且LED58a_c之间的电连接可通过引线框56和/或图7中所示的导线结合部74来提供。管脚上的电信号Vl和V2提供驱动LED的功率，其中Vl驱动第一和第三像素52a、52c，并且V2驱动另两个像素52b、52d。管脚上的电信号R1、G1和BI控制前两个像素52a、52b中的LED58a_c的发光，且信号R2、G2和B2控制后两个像素52c、52d中的LED58a_c的发光。此布置允许动态地控制像素52a-d，每个像素均由驱动和控制信号的相应组合控制。在所示实施方式中，V1、R1、G1和BI控制第一像素52a的发光，V1、R2、G2和B2控制第三像素52c的发光。类似地，V2、RUGl和BI控制第二像素52b的发光，且V2、R2、G2和B2控制第四像素52d的发光。
[0097]应理解的是，不同的封装在其管脚输出部结构中可具有不同数量的管脚，并且，像素和LED可以多种不同的方式互连，该不同的方式是不同的引线框结构和导线结合部。图9示出了根据本实用新型的LED封装100的另一实施方式，其也具有2X 2布局的四个像素102a_d。该封装进一步包括壳体104和引线框106,壳体和引线框中的每一个都可用与上述相同的方法和材料制造。每个像素102a-d还可包括一个或多个LED，所述实施方式包括三个与上述相似的LED108a-c。封装100还可包括导线结合部110，以在引线框106和像素102a-d中的LED108a-c之间提供电连接。
[0098]封装100还包括具有16个管脚112的管脚输出部结构，且图10示出了根据本实用新型的互连结构120的一个实施方式，该实施方式可使用具有16个管脚112和四个像素的结构，正如图9的实施方式中的一样。互连结构120由引线框106和导线结合部110提供，并允许像素102a_d的单独控制。也就是说，每个像素102a_d具有其自己的管脚，以提供相应的功率信号，并具有一组管脚，以对其像素中的LEDlOSa-c的发光提供控制。对于像素102a，可在管脚Vll上提供功率信号，该信号控制设置于管脚R11、Gll和Bll上的LED108a-c的发光。对于像素102b，在V12上提供功率，并在管脚R12、G12和B12上提供LED控制。类似地，由V22、R22、G22和B22对像素102c提供功率和控制，并由V2UR2UG21和B21对像素102d提供功率和控制。与上述封装50相比，此布置需要更多的管脚112，但是允许相应地控制每个像素102a-d的发光。这些仅是可由根据本实用新型的封装提供的多种不同管脚输出部和互连结构中的两种。
[0099]如上面讨论的，除了封装50和100中示出的2X2布局以外，根据本实用新型的封装可设置有多种不同的矩阵布局。图11示出了另一实施方式的封装130，其具有以2X3矩阵布局布置的六个像素132a-f。图12示出了另一实施方式的封装140，其具有以2X4矩阵布局布置的八个像素142a-h。每个封装130、140都包括壳体，其引线框、管脚和导线结合部与上面描述的那些相似，但是被布置为适应更大数量的像素。每个像素还可包括不同数量的LED,如上所述,所示像素具有三个LED。
[0100]还可以阵列或线性布局提供根据本实用新型的LED封装。图13示出了根据本实用新型的另一实施方式的LED封装150，其具有布置成2X1线性形式的两个像素152a_b。图14示出了根据本实用新型的又一实施方式的LED封装160，其具有布置成4X I线性形式的四个像素162a-d。每个封装也包括如上所述的壳体、引线框、管脚和导线结合部，且每个像素可包括如上所述的LED。
[0101]可将上述LED封装中的多个安装在一起，以形成显示器，不同尺寸的显示器具有不同数量的封装。图15示出了显示器170的一部分，其具有被表面安装至显示板172的16个上述2X2的LED封装50。封装50具有八个管脚76，且面板172可包括互连，以允许动态地驱动每个封装50中的像素52a-d，如上所述。面板可包括以多种不同方式布置的多种不同的结构，其中一个实施方式至少部分地包括具有导电迹线的印刷电路板(PCB)，且封装被表面安装为与迹线电接触。应理解，典型的显示器将具有更多种封装，以形成显示器，其中一些显示器具有足够的封装来提供数十万个像素。
[0102]类似地，可在显示器中提供其他上述封装。图16示出了显示器180的另一部分，其具有被表面安装至显示板182的16个上述2X2的LED封装100。这些封装具有16个管脚，且面板182可包括互连，以允许单独地驱动像素102a-d，如上所述。面板182可至少部分地包括具有导电迹线的PCB，且全屏显示器(full display)还可具有更多的封装100。
[0103]通过在单个封装上布置多个像素，可将像素布置为更靠近彼此(B卩，更近的间距)，这可产生更高分辨率的LED显示器。同时，与使用单像素LED封装相比，多像素封装允许减小LED显示器的复杂性。在一些实施方式中，LED封装可具有范围在0.5至3.0mm的间距，而在其他实施方式中，间距可以在1.0至2.0mm的范围内。在又一些实施方式中，像素之间的间距大约是1.5_。
[0104]该封装还可根据封装中的像素的数量而具有不同尺寸的占地面积。对于上述2 X 2的LED封装50、100，占地面积可以是正方形或矩形，其中一些实施方式的占地面积的侧边在2至6mm的范围内。在其他实施方式中，侧边可以在3至5mm的范围内。在一些大体正方形的实施方式中，侧边可以在3至4_的范围内，而在一些大体矩形的实施方式中，一个侧边可以在3至4mm的范围内，而另一个侧边可以在4至5mm的范围内。应理解，这些仅是根据本实用新型的LED封装的尺寸的一些实例，并且这些尺寸可与封装中的像素的数量的增加成比例地增加。
[0105]根据本实用新型的LED封装的不同实施方式还可包括比上述2X2的矩阵布局大的正方形矩阵布局，包括4X4、5X5、6X6等。图17至图22示出了根据本实用新型的另一实施方式的LED封装200，其包括16个以4X4矩阵布局布置的像素202。封装200可包括壳体204、引线框206和导线结合部208 (图19所示)，壳体、引线框和导线结合部通过与上述方法相同的方法由与上述材料相同的材料制成。每个像素还可包括一个或多个LED，与上述那些像素相似，所示实施方式具有包括三个LED208a-c的像素。
[0106]封装200的不同实施方式可具有带有不同数量的管脚的引线框，引线框和导线结合部以不同的方式将LED互连。在所示实施方式中，引线框206包括具有20个管脚210的管脚输出部结构，如在图21和图22中最佳地示出的。管脚210从封装的侧表面延伸，并在壳体204的下方弯曲，以提供方便的表面安装，例如，表面安装于显示板。封装200的底面还可包括极性指示器，可由拾取和放置机器使用所述极性指示器以便将封装安装在适当的方位中。现在参考图21，在封装200的转角中设置“ + ”形的极性指示器212，但是，应理解，极性指示器可采用多种不同的形状，并且可处于多种不同的位置中。例如，图22在封装200的不同转角中设置三角形的极性指示器214。[0107]现在参考图23，20个管脚210围绕封装的周边被标记有数字1_20。图24示出了由在不同管脚210上提供的电信号执行的功能。用R1P、R2P、R3P和R4P表示管脚1_4，每个管脚对四个像素中的红色LED提供功率。用GB1P、GB2P、GB3P和GB4P表示管脚12-15，每个管脚对四个像素中的绿色和蓝色LED提供功率。用Rl、R2、R3和R4表示管脚5_8，每个管脚控制四个像素中的红色LED的发光。类似地，用G1、G2、G3和G4表示管脚9-11和16，每个管脚控制四个像素中的绿色LED的发光。最后，用B1、B2、B3和B4表示管脚17-20，每个管脚控制四个像素中的蓝色LED的发光。
[0108]图25示出了当使用图24中所示的管脚输出部标记时的不同像素中的LED之间的互连240的一个实施方式。每个施加至管脚1-4 (R1P-R4P)的电信号对相应的一行像素202中的红色LED208a施加功率，同时，施加至管脚5_8的信号控制一列像素202中的红色LED208a的发光。此行和列的布置允许控制各个红色LED的发光。例如，第二行和第二列中的红色LED R8的发光可由施加于管脚2 (R2P)和管脚6 (R2)的电信号控制。
[0109]可用类似的方法来控制绿色和蓝色LED208b、208c的照明。每个施加至管脚12_15(GB1P-GB4P)的电信号对相应的一行像素202中的绿色和蓝色LED208b、208c施加功率。施加至管脚9-11和16 (G1-G4)的信号控制相应的一列像素202中的绿色LED208b的发光，并且，施加至管脚17-20 (B1-B4)的信号控制相应的一列像素202中的蓝色LED208c的发光。此行和列的布置允许控制各个绿色和蓝色的发光。例如，可通过施加至管脚14(GB2P)和管脚10 (G2)的电信号控制第二行和第二列中的像素中的绿色LED G8的发光。可通过也施加至管脚14 (GB2P)和管脚18 (B2)的电信号控制第二行和第二列中的像素中的蓝色LED B8的发光。此互连布置仅是可在根据本实用新型的实施方式中使用的多种布置中的一种。
[0110]与上述封装相同，可将多个4 X 4的LED封装安装在一起以形成显示器，不同尺寸的显示器具有不同数量的封装。图26示出了显示器或显示器300的一部分的一个实施方式，其具有60个4X4的封装200，这些封装以6X10的布局安装于显示板302。面板302可包括与封装200的20个管脚的管脚输出部结构的互连，以允许驱动像素202。面板302可包括以多种不同方式布置的多种不同的结构，其中一个实施方式至少部分地包括具有导电迹线的印刷电路板(PCB)，且封装被表面安装为与迹线电接触。
[0111]图27示出了显示器350的另一实施方式，其具有70个4X4的LED封装，这些封装以6X 12布局安装在显示板352上。面板352可包括与封装200的20个管脚的管脚输出部结构的互连，以允许驱动像素202。应理解，典型的显示器将具有更多的封装，以形成显示器，其中一些显示器具有足够的封装以提供数十万个像素。
[0112]再次参考图17，封装200可布置成使得壳体204的上表面的颜色与从封装200通过凹槽/腔体211发出的光的颜色相对比。在大多数实施方式中，从腔体211发出的光可包括由LED208a-c发出的光的组合。在一些实施方式中，LED可发出白光，且壳体的上表面可包括与白光相对比的颜色。可使用多种不同的颜色，例如，蓝色、棕色、灰色、红色、绿色、紫色等，所示实施方式在其上表面上具有黑色。可用多种不同的已知方法施加黑色着色。其可在壳体204的模制过程中施加，或者可在制造封装的过程中在后一个步骤用不同的方法施加，例如，丝网印刷、喷墨印刷、涂漆等。在授予Chan等人的名为“LED Packagae WithContrasting Face (具有对比面的LED封装)”的美国专利申请第12/875，873号中描述了具有对比面的LED封装，该美国专利申请的全部内容通过引用结合于此。
[0113]虽然已经参考本实用新型的某些优选结构详细描述了本实用新型，但是，也可进行其他变型。该封装可具有多种不同的形状和尺寸，可以多种不同的方式布置，并可由多种不同的材料制成。可以多种不同的方式布置像素腔体，并可将其布置成多种不同的图案。可使用多种不同的特征、以及通过多种互连结构使像素互连。因此，本实用新型的精神和范围不应限于上述变型。
【权利要求】
1.一种固态发射器封装，其特征在于，包括: 多个像素，每个像素均具有至少一个固态发射器和反射器；以及 共用基台，传送用于控制所述像素中的第一像素的发光以及控制所述像素中的第二像素的发光的电信号。
2.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述基台布置为独立地控制所述第一像素和所述第二像素的发光。
3.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述第一像素或所述第二像素发射白光。
4.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述固态发射器包括LED。
5.根据权利要求4所述的封装，其特征在于，所述像素中的至少一个包括具有磷光体的发蓝光的LED。
6.根据权利要求4所述的封装，其特征在于，所述像素中的至少一个包括发白光的LED和发红光的LED。
7.根据权利要求2所述的封装，其特征在于，所述第一像素和所述第二像素中的每一个均包括红色、绿色和蓝色LED。
8.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述基台包括壳体，管脚和引线框结构与所述壳体形成整体。
9.根据权利要求8所述的封装，其特征在于，进一步包括位于所述壳体中的多个腔体，每个腔体限定一像素。
10.根据权利要求9所述的封装，其特征在于，每个腔体具有至少一个固态光发射器。
11.根据权利要求8所述的封装，进一步包括位于所述壳体的顶面上的对比区域。
12.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述基台至少部分地包括陶瓷、印刷电路板、金属芯印刷电路板、或FR-4板。
13.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述基台包括管脚和引线框结构。
14.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述像素处于矩阵布局。
15.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述像素处于正方形矩阵布局。
16.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述像素处于线性阵列布局。
17.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，至少两个像素共享一发射器功率信号，并且至少两个像素共享一发射器控制信号。
18.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述像素以矩阵布局布置，其中一行像素共享一发射器功率信号，并且一列所述像素共享一发射器控制信号。
19.一种多像素发射封装,包括: 壳体，具有多个腔体，每个腔体具有至少一个LED，并且每个腔体形成反射杯；以及 引线框结构，与所述壳体形成整体，每个所述腔体的所述至少一个LED安装至所述引线框结构，所述封装能够接收用于控制来自于所述腔体中的第一腔体和第二腔体的发光的电信号， 其中，每个所述腔体及其相应的所述至少一个LED包括像素，每个像素均具有至少一个固态发射器和反射器。
20.根据权利要求19所述的封装，所述封装被布置为接收独立地控制来自于所述腔体中的所述第一腔体和所述第二腔体的发光的电信号。
21.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，每一个所述腔体均包括红色、绿色和蓝色 LED。
22.根据权利要求19所述的封装，进一步包括位于所述壳体的顶面上的对比区域。
23.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，所述像素处于矩阵布局或线性布局。
24.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，所述像素处于正方形矩阵布局。
25.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，所述像素处于线性阵列布局。
26.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，进一步包括被布置为允许所述封装的表面安装的管脚输出部。
27.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，两个腔体中的至少两个LED共享一LED功率信号，并且两个腔体中的至少两个LED共享一发射器控制信号。
28.根据权利要求19所述的封装，其特征在于，所述腔体以矩阵布局布置，其中，一行像素中的LED共享一发射 器功率信号，并且一列所述腔体中的LED共享一 LED控制信号。
【文档编号】H01L25/075GK203707120SQ201320304753
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】彭泽厚, 陈志强, D·埃默森, Y·K·V·刘, 钟振宇 申请人:惠州科锐半导体照明有限公司