照明设备组件的制作方法

专利名称：照明设备组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明，尤其涉及照明设备组件的设计。
背景技术：
若将发光二极管(LED)组件适当地设计成有效地出射工作条件下 LED内产生的光，则LED可更加有效。从设备设计人员的观点来看， 有效出光可谓对来自LED芯片(die)的光进行有效引导以提高这种光 可以所希望的方向离开LED组件的可能性。多种设计特征(如反射界 面的定向和位置以及反射类型是镜面反射性质还是漫反射性质)可以 影响光学路径。此外，LED组件的折射特性可以影响出光效率。多种 公开文献描述了如何设计包括诸如结构和构成等因素的LED组件。
PCT申请公开号WO2005/067063描述了 一种布置，这种布置包括 带有多个导电迹线的衬底；和安装在衬底上并与第一和第二电极一起 连接到导电迹线的至少一个发光设备表面。将一种环置于该衬底上并 围绕该发光设备，这种环包括附接于该衬底的下表面；和设计用于 以所希望的方向反射由该发光设备发出的光的上表面。这种环使光的 收集和变向得以进行，并能够允许对封装或对可作为这种封装的一部 分的透镜进行精确定位，这种环还吸收来自这种封装的已从该发光设 备的顶部和侧壁传递的热能。
美国专利号6,940,704描述了一种发光二级管，这种发光二极管包 括表面安装组件，该表面安装组件具有金属引线框、至少一个阳极触 盘和至少一个阴极触盘，这种金属引线框具有足以提供低热阻的质量。 该LED还包括位于该组件内的反射镜、半导体芯片以及可选的聚焦圓 顶。该半导体芯片包括透明衬底和半导体元器件，并且该半导体芯片 位于该组件内，以使该半导体元器件和衬底在该反射镜上方并列布置， 或者该芯片位于该组件内，以使该衬底在该半导体元器件的顶部上。
美国专利号6,982,522描述了一种LED设备，这种LED设备包括 具有凹槽的基板，这种凹槽的上表面打开，该凹槽的内壁表面构成反射表面；置于该凹槽的内底部上的LED芯片(LEDchip);填充在该 凹槽中的树脂，这种树脂包括吸收从该LED芯片发射的一部分光的磷 光体，以转换并发射光；以及形成于该反射表面上的磷光体层，该磷 光体层包括这些磷光体。
美国专利号6,949,771描述了光源，该光源包括带有中心定位的孔 径的平面衬底。发光二极管安装在覆盖该孔径底部的金属层上并且由 透明封装材料封装。该金属层提供用于由该发光二极管产生的热的导 热路径。
美国专利号6,590,235和6,204,523描述了一种LED元器件，这种 LED元器件带有在绿色至近紫外波长范围的光发射。该发光半导体芯 片由一种或多种硅树脂化合物封装，包括坚硬的外壳、内凝胶层或弹 性层，或两者都有。该硅树脂材料在温度和湿度范围内以及暴露于周 围的紫外线辐射时稳定。
美国专利号6，995，402描述了 一种用于包括集成反射杯的半导体发 光设备的安装件。该反射杯包括形成于该安装件上的壁，形成这种壁 的形状并将其定位以沿着该设备/安装件组合的纵轴来反射从该发光设 备发射的侧光。
美国专利号6,897,486描述了 一种发光芯片组件以及制造这种发光 芯片组件的方法。该芯片组件包括具有多个沟槽的芯柱村底、附接到 这些沟槽的引线以及安装在该芯柱衬底上的LED。衬套、反射镜以及 透镜耦合到该衬底。为了制造该发光芯片组件，形成长衬底并将多条 引线被附接到该衬底。将包括这些附接的引线的衬底切割成预定的长 度以形成单个的芯柱衬底。LED、反光镜以及透镜耦合到每个芯柱衬 底。
美国专利号6,610,563描述了一种制造表面安装光电元器件的方 法，这种方法包括以下步骤准备基板，光电发射器和/或接收器布置 在该基板的凹槽内；用透明的可固化浇铸化合物填充该基板体的凹槽； 以及，将光学设备置于该基板体之上，这样，该光学设备就与该浇铸 化合物接触。
美国专利申请公开号2005/0221519描述了包装半导体发光设备的 方法，这些方法包括将第 一用量的封装材料分配在包括该发光设备的 腔体内。对在该腔体内的该第一用量的封装材料进行处理以形成具有已选形状的硬化的上表面。将发光转换元件设在已经处理的第一用量 的封装材料的上表面上。这种发光转换元件包括波长转换材料并且具 有约大于该腔体的侧壁的、在该腔体的中间区域的厚度。
美国专利申请公开号2005/0269587描述了 一种发光芯片组件以及 一种制造方法。该芯片组件包括引线框、至少一个LED、成型体以及 透镜。该引线框包括多条引线并且具有顶側和底侧。该引线框的一部 分限定安装垫。该LED设备安装在该安装垫上。该成型体与该引线框 的多个部分成整体并且限定在该引线框顶侧上的开口 ，该开口围绕该 安装垫。该成型体还包括在该引线框底侧上的多个闩。该透镜耦合到 该成型体。复合透镜用作反射镜和成像工具，以收集并且引导由一个 或多个LED发射的光，以获得所希望的光谱和发光性能。
美国专利申请公开号2005/0199884描述了一种高功率LED组件， 其中，将用高反射率金属制成的基本上呈平面形的第一和第二引线框 相互隔开以达到预定的间隙。LED芯片被位于这些引线框中的至少一 个上并且具有电气连接到这些引线框的多个终端。在将该引线框固定 在用树脂制成的组件本体的底部中时，该组件本体将该LED芯片密封。 封装材料填充该第一和第二引线框之间的间隙。
美国专利申请公开号2005/0045904描述了一种高散热发光二极 管，这种发光二极管包括印刷电路板、导电材料、LED芯片和复合树 脂。该印刷电路板具有上表面和与该上表面相对的下表面。通路孔从 该印刷电路板的上表面穿透到下表面。该印刷电路板的上表面由电极 形成。这种导电材料填充进该印刷电路板的通路孔中。该LED芯片安 装在该印刷电路板的上表面上并且与该导电材料接触。该复合树脂封 装该LED芯片。
美国专利申请公开号2004/0041222描述了一种发光芯片组件，这 种发光芯片组件包括衬底、反射镜板和镜片。该衬底用导热但电气绝 缘的材料制成。该衬底具有用于将外部电源连接到安装垫上的LED的 多条迹线。该反射镜板耦合到该衬底并基本上围绕该安装垫。该透镜 可以相对于该反射镜板自由移动并且能够由浸润并粘附于该透镜的封 装材料提升或降低，且将该透镜置于距一个或多个LED芯片的最佳距 离处。该透镜可以由影响这种设备的性能的用化学品制成的任何光学 系统涂覆。欧洲专利号1,453,107描述了一种LED灯，这种LED灯包括发 光设备，将这种发光设备提供给供电装置；封装装置，这种封装装置 用于用透光材料封装该发光设备；反射表面，这种反射表面用于将该 发光设备发出的光反射到一种方向，这种方向垂直于该发光设备的中 心轴或与该中心轴成大角度，并与该发光设备的发光表面相对；发光 二极管，该发光二极管具有侧面引导表面，用于将反射自该反射表面 的光侧向引导至垂直于该发光设备的中心轴或与该中心轴成大角度的 方向；以及，围绕该发光二极管设置的反射镜。
为了实现精确实施的光学设置，目前的典型的LED组件要求具有 复杂的机械设置或难以制造的许多元器件。此外，在包围LED的光学 透镜的安装之前，典型地用封装材料封装组件中的这些LED。这种构 造可能造成所使用的封装材料的并不希望的量，比如太多或太少，并 且可能损及这种LED组件的光学效率。因此，需要一种新的照明设备 组件。
提供这些背景信息以揭示申请人认为与本发明可能相关的信息。 并不旨在承认或将上述任何信息解释为构成不利于本发明的现有技术。

发明内容
本发明的目的在于提供一种照明设备组件。根据本发明的一个方 面，提供一种照明设备组件，这种照明设备组件包括衬底；设置在 该衬底上并且限定腔体的框架，该框架包括限定在其中的一个或多个 通道，所述一个或多个通道中的每一个流体性地将该腔体与相关联的 外部端口相耦合；操作性地设置在该腔体内的一个或多个发光元件； 以及，光学透射系统，这种光学透射系统设置在该框架上并光学耦合 到该一个或多个发光元件；其中，该腔体至少部分地充有透光封装材 料，且所述一个或多个通道使该封装材料能够进行流体运动。
根据本发明的另 一个方面，提供一种制造照明设备组件的方法， 这种方法包括以下步骤提供衬底；将框架耦合到该衬底，从而限定 腔体，且该框架限定了将该腔体流体耦合到相关联的外部端口的两个 或更多通道；操作性地将一个或多个发光元件耦合到该衬底，其中， 所述的一个或更多发光元件设置在该腔体内；将光学透射系统耦合到该框架；以及，通过该外部端口并且经由所迷两个或更多的通道中的 一个或多个将所希望的量的封装材料插入该腔体内，其中，所迷一个 或多个通道中的一个为气体从该腔体的泄漏做准备。


图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的照明设备组件的 截面图。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的照明设备组件的 框架的截面图。
图3示意性地示出根据本发明的一个实施例的用于照明设备组件 的集成框架和光学透射系统的截面图。
具体实施方式
定义
术语"发光元件"用于指一种设备，这种设备包括元件，当通过施 加跨接过这种元件的电势差或使电流流经这种元件来激活该元件时， 该元件在电磁光谱的一种波长区域内或多种波长区域的组合内发出辐 射，如可见光区域，红外光或紫外光区域。例如，发光元件可具有单 色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。发光元件的实例包括无机或 有机固态发光二极管、有机或聚合体/聚合物发光二极管、光泵浦 (optically pumped )磷光体涂覆的发光二极管、光泵浦纳米晶体发光 二极管或本领域中熟练技术人员易于理解的其他类似设备。此外，术 语发光元件还用于定义发出辐射的特定设备，如LED芯片或其他设备。
用在本发明中的术语"大约"指偏离标称值+/-10%的变化。还应理 解，无论是否特指，这种变化总是包括在本发明中所提供的任何给定 值中。
除非另有定义，用在本发明中的所有技术以及科学术语具有与在 本发明所属领域内通常理解的相同的意义。
本发明提供一种照明设备组件，该照明设备组件带有 一个或多个 发光元件以及安置至少部分地设置在所述一个或多个发光元件周围的 框架，这些发光元件操作性地耦合到衬底。该框架和衬底限定一种腔 体，所述一个或多个发光元件位于该腔体内，其中，该腔体基本上由一种光学透射系统包围。该腔体的至少一部分可由一种封装材料填充。 该框架限定一个或多个通道，其中，每通道通过外部端口使该腔体与 外部互连。例如，当该照明设备组件处于已组装状态时，可以从外界 接近该外部端口 ，从而提供用于将该封装材料插入该腔体中的途径。 所述一个或多个发光元件可以通过如该衬底上的多个粘合点、球栅或 迹线操作性地附接到电源，以在工作条件下向所述一个或多个发光元 件供电。
在一个实施例中，在衬底、框架以及光学透射系统的装配期间， 可将该封装材料以不同的方式淀积，以实现具有充有所希望的量的封 装材料的腔体的照明设备组件。例如，可将一个或多个发光元件淀积 在衬底上，然后将该框架淀积在该衬底上，其中，该框架可基本上侧 向包围所述一个或多个发光元件的外周。然后，可将预定量的封装材 料(处于所希望的改变状态，如以液态)淀积在所述一个或多个发光 元件上或邻近于所述一个或多个发光元件，接着，可将光学透射系统 淀积在该框架上。这种组件可以完全包围所述一个或多个发光元件， 且可将所述一个或多个发光元件密封在如该封装材料于衬底之间。在 这种制造顺序中，若有要求，过量的封装材料可进入限定在该框架中 的一个或多个通道内，从而使在由该衬底和该框架限定的腔体中能够 提供所希望的数量的封装材料。
在一个实施例中，可将所述一个或多个发光元件设置在该衬底上， 接着可将限定两个或更多通道的该框架设置在该衬底上以基本上侧向 围绕所述一个或多个发光元件，且可将该光学透射系统淀积在该框架 上，从而产生邻近于所述一个或多个发光元件的空腔体。之后，为了 用所希望的量的封装材料填充该腔体，可将封装材料通过该框架中的 一个或多个通道从外部端口引入，其中，在封装材料插入腔体期间， 由该框架限定的通道可使包含在与该腔体连通的基本上封闭的体积内 的空气或其他气体能够泄漏。
在一个实施例中，可通过如焊接或其他易于理解的热导连接技术 将该照明设备组件热连接到散热装置或热管。
图l示意性地示出了根据本发明的一个实施例的照明设备组件IOO 的截面图。该照明设备组件包括衬底110、透镜12(K才匡架130和多个 发光元件140。这些发光元件140设置在由衬底110和才医架130所限定
9的腔体160内，其中，这些发光元件操作性地耦合到芯片附接垫150。 该衬底110具有为这些发光元件140提供电连接的迹线112。该框架包 括在腔体160与外部端口 136之间的通道134，其中，这些通道134将 腔体160流体性地耦合到外部，且在该照明设备组件的制造期间，这 些通道134可使淀积在腔体160内的封装材料能够移动。 框架
该框架操作性地耦合到该衬底，其中，该衬底与该框架一起限定 腔体， 一个或多个发光元件设置在该腔体中。该框架进一步限定一个 或多个通道，所述一个或多个通道在该腔体和位于该照明设备组件之 外的外部端口之间提供流体性地耦合。
在本发明的一个实施例中，将该腔体进一步限定为一种基本上封 闭的体积，该体积由该衬底、框架和光学透射系统限定，该衬底、框 架和光学透射系统一起基本上封闭设置在该腔体中的所述一个或多个 发光元件。限定在该框架的所述一个或多个通道使封装材料能够插入 到该腔体中，从而使所希望的量的封装材料能够被置于在该腔体内。
在本发明的一个实施例中，在将该光学透射系统定位之前，将希 望的量的封装材料置于该腔体内，其中，若有要求，在该光学透射系 统的置放期间，由该框架限定的所述一个或多个通道使封装材料能够 穿过通道移动。
可用多种方式构造所述一个或多个通道，例如，通道可以是线性 的、曲线的或一种分段线性的或分段曲线的或本领域中技术人员易于 理解的其他构造。在本发明的一个实施例中，通道的截面形状可以是 圆形、椭圆形、正方形、矩形或易于理解的其他形状。
在本发明的一个实施例中，可将所述一个或多个通道构造成具有 所希望的截面形状，可对这种形状进行以易于制造、流体移动或易于 理解的其他目的。例如，所述一个或多个通道中的每一个可具有相同 的截面形状或独立的截面形状，其中，截面形状可包括圆形、正方形、 矩形、椭圆形、卵形、八边形或易于理解的其他形状。
在本发明的一个实施例中，通道的截面形状可以一致或沿其长度 变化。例如，通道在进入由该框架和该衬底所限定的该腔体时可具有 减小的截面积。在通道的这种构造中，在封装材料通过该通道插入该 腔体期间，由于该通道截面积的限制，与封装材料关联的压力在进入该腔体内之前会增加。
在本发明的一个实施例中，朝向所述一个或多个发光元件的框架 的内表面主要旨在反射从所述一个或多个发光元件中侧向发出的光。 例如，适当设计的框架的反射内表面可有助于从该照明设备组件的有 效出光。
在一个实施例中，该框架的内表面朝向这些发光元件而且可以是 漫射或镜面反射。例如，该框架的内表面可以是白色的并以混合的漫 射和镜面反射特性为特征。可用各种不同的方式实现白色表面，例如， 可将这种表面涂覆或涂漆。在一个实施例中，该框架的一部分或者该 整个固体框架可用白色材料制成，例如白色陶瓷或白色塑料，如
AmodelTM塑料等，以在该框架的内表面上提供所希望的光学特性。在 一个实施例中，可用金属对该框架的内表面进行处理，例如，以实现 具有所希望的镜面或漫反射特性混合的镜子。
在一个实施例中，可将该框架的内表面或其他表面涂覆或用如镜面 反射A1、 Ag层等进行构造。可用各种方式淀积这些形式的金属层，这 些方式包括例如溅射、烧蚀、蒸发等。
在一个实施例中，例如，可将该框架注射成型并且在内表面上涂 覆金属层。在本发明的一个实施例中，可将用于该框架或该框架的内 表面的材料构造成具有比位于该腔体内的密封材料的折射指数低的折 射指数，以密封所述一个或多个发光元件。例如，若将该框架的内表 面适当成形并选择适当的折射指数，则可在该内表面有效地全内反射 来自该密封材料内部的光并将这种光朝向该光学透射系统引导，从而 产生来自该照明设备组件的所希望水平的出光。
在本发明的一个实施例中，可对该框架的内表面与该衬底之间的交 叉角进行构造以产生所希望的光发射模式。例如，这个交叉角可介于 约卯与约170度之间，并且在一个实施例中，该交叉角可为约135度。 可在多种构造的一个或多个中对该框架的内表面进行构造。例如， 该内表面可以是平面、分段平面、曲面、椭球面、抛物面、多面体或 者其他形式的成形表面。另外，该框架可具有规则或不规则的多边形 或环形形状的截面积，并且具有平行于该截面的开放或闭合平面。在 本发明的一个实施例中，将该框架构造成完全或部分地环绕所述一个 或多个发光元件。在本发明的一个实施例中，该框架可以是分立元件或该框架可与 该光学透射系统一个或多个元件整体成形。在一个实施例中，可使用 二次注模成型工艺来制造整体成形的或整体连接的框架和透镜。
在本发明的 一个实施例中，可通过在模制期间将该衬底作为该模 的一部分(如通过插入模制来进行)以将该框架模制到该衬底上来将 该框架直接操作性地设置在该衬底上。
在本发明的一个实施例中，该框架包括支撑结构，这种支撑结构 可提供用于该照明设备组件的光学透射系统的定位和支撑的位置。例 如，可将该支撑构造成一种能够向透镜或其他光学透射系统提供支撑 凹槽的凹槽肩台。在将该支撑结构构造成一种凹槽时，这种支撑结构 还使该光学透射系统相对于该框架的运动能够受到限制。
在本发明的一个实施例中，该框架包括构造成与该衬底的配合附 着区域机械互连的两个或更多的附着设备。例如，该框架可包括两个 或更多支柱或支脚，这些支柱或支脚用于相对于该衬底机械定位该框 架和或允许这些支柱或支脚与该村底之间的机械连接。在一个实施例 中，可使用粘合剂、热铆接或摩擦或按压或过盈配合连接将所述两个 或更多的附着设备耦合到该衬底。
图2示出了根据本发明的一个实施例的框架。该框架330和内表 面332具有节段，该节段具有凹面弯曲垂直形状。可形成该内表面的 形状以向由邻近的多个发光元件发出的光提供高定向反射率，且这种 光撞击在该内表面上。适当形状的多个内表面可有助于所希望的光发 射分布的产生。该框架330具有用于定位光学透射系统如透镜的凹槽 338。
在本发明的一个实施例中，用金属形成该框架，这种金属如铝或 本领域中技术人员公知的其他金属或合金。只要表面腐蚀如氧化以受 控方式发生，则许多金属能非常好地反射可见光。可将金属框架涂覆 以密封该表面而防止腐蚀或氧化。例如，表面氧化的控制对于铝制框 架尤为重要。金属框架的使用可要求电气绝缘层(这些电气绝缘层如 该^)"底顶部上的聚酰亚胺)的沉积，以电气隔离与该4十底相关联的一 个或多个导电层。
在本发明的 一个实施例中，该照明设备组件包括可直接模制在该 衬底上的塑料框架。例如，利用一种插入模制工艺，首先将该衬底插入该模，接着用所希望的模制化合物填充该模以制造这种框架，可以 选择性地用溅射或适当的蒸发工艺用如铝或银涂覆该框架的内表面。 可以在淀积能够使该照明设备组件的电子元器件短路的、任何光学反 射并导电的材料之前，将电气绝缘层淀积在该衬底上。在一个实施例 中，可使用一种材料制造这种框架，这种框架具有适当的折射指数， 以与具有适当的折射指数的封装材料结合而产生全内反射。
在本发明的一个实施例中，该框架用多种耐高温材料制成。高温 会在与该照明设备组件相关联的一个或多个发光元件的运行期间发 生。另外，高温也可能发生在该照明设备组件的组装期间，例如在焊 接、环氧树脂固化期间或在超声波热焊工艺期间。具有高热阻以及耐
久性的材料的示例包括LCP塑料以及AmodeFM塑料等。
在本发明的一个实施例中，用一种材料形成这种框架，以使这种 框架具有比这种封装材料的折射指数低的折射指数。在此实施例中， 该框架可能不需要涂层，如框架的内表面上的反射金属镀层。对于来 自该封装材料的光而言，若适当地成形，则该框架材料的低折射指数 会引起的该框架的内表面的高度全内反射。可被反射以有效增强来自 该照明设备组件出光的光的相对量取决于该封装材料以及该框架的材 料的折射指数之比。适当成形的内表面可提供高度全内反射，其中， 可朝向该透镜引导光的这种全内反射。 衬底
这种衬底提供了一种结构，在该结构上可操作性地安装所述一个或 多个发光元件。可用多种方式构造该衬底且可用多种方法形成这种衬 底，例如，该衬底可以是用于多层电路板的印刷电路板(PCB)，这 种印刷电路板如金属芯印刷电路板(MCPCB)或者本领域中技术人员 通常会容易地理解的其他村底。
在一个实施例中，这种衬底具有高度热导性。例如，该衬底可包括 一个或多个A1N陶资层，在A1N陶瓷层的顶部和底部带有金属镀层， 或者，该衬底可以是在Cu/Mo/Cu金属基板PC板上的LTCC陶瓷，
或者用另外一种方式构造这种衬底，这种方式通常提供本领域中熟练 的工作人员往往会容易地理解的热导衬底。在一个实施例中，该衬底
还可包括一种模制塑料，如LCP塑料或AmodelTM塑料等。
在本发明的一个实施例中，朝向该腔体的衬底的表面或该衬底的多个预定区域可漫射或镜面反射。这些反射特性可由金属导致，例如， 铝或银涂层，其中，该衬底的这种光学特性可有助于朝向该光学透射 系统改变由一个或多个发光元件发出的光的方向。
在本发明的一个实施例中，该衬底包括带有多个迹线或通路的一 个或多个层，这些迹线或通路用于操作地连接所述一个或多个发光元 件、芯片附着盘或其他电气设备。这些层或迹线可包括各种材料，如 包括铜、银、金、铝、锡等的任何组合的金属合金。
例如，包括必须不被短路(如导电迹线的某些组合)的导电元器 件(如发光元件)的衬底层需要与光学反射但也导电的层电气绝缘。 因此，在本发明的一个实施例中，本领域中公知的适当的电气绝缘材 料可用于适当地将如这些导电迹线或层电气隔离。在本发明的一个实 施例中，可将衬底的顶部表面上的金属迹线埋在用电介质材料制成的 薄的电气绝缘层下面或者由这些电气绝缘层覆盖，这种电介质材料如
0.5到2 mil厚的聚酰亚胺或本领域中技术人员公知的其他电气绝缘 材料。在一个实施例中，还可将电气绝缘层非选择性地或选择性地沉 积在该衬底的区域上，这些区域可由该框架覆盖，以电气隔离这种可 导电的框架。电气绝缘层的沉积可具有已实现的益处，因为这种淀积 可允许为如该衬底与框架之间的连接提供更加光滑而平整的界面。
在本发明的一个实施例中，将该衬底焊接到印刷电路板、柔性电 路或者连接到电气驱动电路的多条线。该衬底可具有包括Au、 Au/Sn 或本领域中技术人员公知的其他焊料合金的一个或多个导电层。在一 个实施例中，该村底足够大以使所希望的或所要求的量的电气电路淀 积在该衬底上。
在本发明的一个实施例中，整体形成该框架和衬底，其中，该衬底 包括在其中形成的一个或多个缺口，所述一个或多个缺口可作反射腔 体。可根据衬底材料用多种方法在该衬底中形成这些缺口。例如，可 在该衬底的制造期间形成共烧(co-fired)陶瓷衬底内的多个缺口。为 了在共烧陶瓷衬底内可再生地实现缺口，必须小心，因为陶瓷材料的 预成形体可在共烧期间显著地改变这些缺口的形状。
在一个实施例中，在陶瓷衬底的共烧期间使用成形工具有利于该衬 底内的缺口的可再生性。成形工具可提供具有预定形状的模，这种形 状可在共烧期间应用于预成形陶瓷体上，以有助于多个缺口的成形。现已注意到，必须在整个公烧过程中对可应用成形工具的压力进行小 心控制，以避免该陶瓷体的破裂或破碎。该成形工具的形状可有助于 限定该缺口的形状，如该缺口的肩台的倾斜度。可用某些复合材料制 成成形工具，这些复合材料在暴露于高温时保持足够准确的形状和伸 展。成形工具必须理想地粘到该陶瓷材料，或者不能永久地将任何并 不希望的材料沉积或释放到该陶瓷材料的表面上或表面内。用于共烧 陶瓷村底的多种方法和技术在本领域中是公知的。
在一个实施例中，在共烧(考虑了共烧期间的差异收缩和伸展)进 行之前，可将陶瓷衬底预成形为具有缺口的预定形状。因此，这些预 成形的村底的形状和伸展可不同于该共烧衬底的形状和伸展。
封装材料
封装材料填充由该框架和衬底所限定的该腔体的至少一部分，可 在将这种腔体连接到光学透射系统时，将这种腔体进一步限定一种体 积。该封装材料可包围安装在该衬底上的所述一个或多个发光元件， 其中，可对这种封装材料进行选择以具有比该光学透射系统的折射指 数大的折射指数。
例如，当所述一个或多个发光元件(如LED芯片)基本上与光学 分量如封装材料直接接触时，可降低该照明设备组件内的全内反射。 在本发明的一个实施例中，可对这种封装材料进行选择以具有更接近 于这些发光元件的折射指数的折射指数。带有略低于发光元件的折射 指数的折射指数的封装材料可降低受到该发光元件与封装材料的之间 的光学界面的全内反射影响的光线百分比。
在一个实施例中，用如柔软的或流体材料制成这种封装材料，这 些柔软的或流体材料有助于在光学界面的或在光学界面附近的由不同 的热膨胀系数和波动的热运行条件所引起的热感生压力的控制。
在本发明的一个实施例中，可在如邻近的光学传输系统如透镜与 其他元件如衬底之间将柔软的或流体封装材料或光学硅树脂密封。另 外，封装材料可与一个或多个发光元件直接热接触。
典型的封装材料包括某些硅树脂和弹性体或带有低离子杂质如 Cl、 K、 Na等的透明凝胶。带有适当的折射指数的其他封装材料包括 如PMMA、聚碳酸酯、尼龙以及硅树脂，这些材料吸收少量的可见光 和通常仅某种紫外(UV)光。这些类型的材料中的一些在延长暴露给UV光和适当范围的折射指数时能够提供抗变色性(discoloration)。 本领域中已知多种封装材料，且可以如Dow CorningTM、 NyeTM或者 NusiFM品牌获得这些封装材料。
在本发明的一个实施例中，适合于嵌入或封装发光元件的封装材 料可具有约1.55或更小的折射指数。
光学传输系统
这种光学传输系统实质上为耦合到该衬底的一个或多个发光元件 提供光学上透明的覆盖物，并且与该衬底和框架一起限定基本上包围 所述一个或多个发光元件的腔体的体积，其中，用一种封装材料部分 地或全部填充该腔体。
该光学传输系统有助于来自该照明设备组件的电磁辐射的操作与 出射，这种电磁辐射由所述一个或多个发光元件产生。在本发明的一 个实施例中，将这种光学传输系统构造成一种透镜，如圓顶透镜或本 领域中技术人员所熟知的其他透镜。
朝向所述一个或多个发光元件的该光学传输系统的表面可以是弯 曲的或平坦的。在本发明的一个实施例中，该表面的形状呈凸形，从 而降低气体陷于该光学传输系统与该封装材料之间的表面的可能性。 在本发明的一个实施例中，该光学传输系统包括光学元件的组合， 其中，这些光学元件的大小可以变化。例如，可将从次微米到毫米或 更大尺寸的透镜状或其他折射光学元件集成到该光学传输系统内。
可用透明的PMMA玻璃、COC玻璃、BK7玻璃、聚碳酸酯、尼 龙、硅橡胶或本领域中技术人员熟知的其他材料制成该光学传输系统。 还可将该光学传输系统可选地构造成有色分量，而保持所要求的该照 明设备组件的光学透射率水平。
在本发明的一个实施例中，对用于该光学传输系统的具有适当的 折射指数的多种材料以及该封装材料进行选择以实现来自该照明设备 组件的高效出光。这些材料的折射指数的适当选择可降低如穿过该封 装材料在该照明设备组件内传播并接着进入该光学传输系统的光经历 全内反射的几率。当光从带有较高折射指数的光学透明介质行进并撞 击在带有较低折射指数的光学透明介质的界面时，可在这些光学界面 发生全内反射。
在本发明的一个实施例中，该光学传输系统可与该框架整体形成，例如，可在多注射模制工艺中将该框架和棱镜模制在一起或者模制成 序列。例如，二次注射模制可提供用与该框架的折射指数不同的折射 指数的材料制造透镜的能力。根据该框架以及该透镜的形状，制模顺 序可以不同。
本领域中技术人员容易理解的整体形成这些元器件的其他工艺。
例如，图3示出了用于根据本发明的一个实施例的照明设备组件的框 架和透镜。该照明设备组件的该框架230和棱镜220具有可以牢固地 互锁的互锁元件232。现已注意到该框架和棱镜的材料应具有适当类似 的热膨胀系数，以有助于控制可由热循环所引起的机械应力。这些透 镜和框架材料还应理想地具有好的粘附力，以在环境方面适当地密封 该腔体以及该封装材料，以免暴露于如环境湿气。而且，还要求该棱 镜和该封装材料之间以及该框架和该封装材料之间好的粘附力以避免 这些元器件之间的分层。分层可引起在该照明设备组件的元器件之间 的光学界面的不希望的空隙和缺口 ，这些空隙和缺口可并不希望改变 反射特性，并因此而改变来自该照明设备组件的出光效率。 发光元件附着 ^
所述一个或多个发光元件如LED芯片操作性地耦合到该衬底，以 使所希望的电流提供给所述一个或多个发光元件。在本发明的一个实 施例中，该衬底包括一个或多个芯片附着垫，其中，发光元件附到(例 如焊接到)芯片附装垫。芯片附装垫可具有带有焊料合金的芯片附着 垫触点，这些焊料合金包括金，如金锡合金、金银合金等。该发光元 件可具有芯片触点，这些芯片触点包括如金、金锡或其他合金。在一 个实施例中，根据发光元件的触点的成分以及该芯片附着垫的成分， 可以升高的温度将焊料合金重熔(液化)，以将发光元件附装到该芯 片附装垫。在一个实施例中，可在设置该发光元件之前将焊膏淀积在 该芯片附着垫上。焊膏可包括如Au/Sn，可以升高的温度将这种焊膏 重熔，以在该发光元件与该芯片附着垫之间产生粘合。
在本发明的一个实施例中，可将导电导热粘合剂用于将发光元件 附接到芯片附着垫上。如，这种粘合剂可包括含有Ag的环氧树脂等。 根据粘合剂的种类，在该衬底上可不需要焊料合金金属芯片附着垫， 以建立与该发光元件的牢固的机械及电气接触。
在本发明的一个实施例中，该衬底上的这些芯片附着垫可提供高度光学反射的顶部表面，并可热连接到共用的下金属化层，其中，这种 金属化层广泛用于本领域中技术人员熟知的某些陶瓷衬底。
在一个实施例中，可将这些发光元件的不同触点单独连接到这些 触点相应的触点垫或迹线，这些触点垫或迹线可位于芯片附着垫上或 该衬底上的其他位置上。芯片附着垫上的单独触点操作性地连接到该 4于底上的迹线。
现参考特定示例对本发明进行描述。将会理解，以下实例旨在描 述本发明的实施方案且并不旨在以任何方式对本发明进行限制。 实例
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的照明设备组件100。该 照明设备组件包括衬底110、透镜120、框架130、发光元件140以及 芯片附着垫150。可将该框架的内表面132与该衬底的表面之间所投影 的交叉角限定为所希望的角度，如135度。不同的角度通常便于不同 的发光模式的产生，而这些不同的发光模式反过来改变该照明设备组 件从该照明设备组件出射光并改变这种光的方向的能力。该衬底110 具有提供电气连接的迹线112。可选地，该衬底具有电气绝缘层114和 反射层116的组合。内表面132可具有直的、直分段的或者任何简单 或者复杂的弯曲的垂直截面。垂直指与该衬底的侧表面成法线角度的 任何方向。可替代地，该内表面可具有多面形(未示出)。该框架可
面。该框架具有在腔体160和外部端口 136之间的通道134。
如图1所示的那样，该框架可选地可具有两个或更多的如圆柱形 或锥形的多个支柱170，这些支柱可安装在该衬底内相应的孔中。这些 支柱和孔可用于在该衬底上将该框架侧向定位。这些支柱可选地热铆 接于这些孔内，以耐久地将该框架附在该衬底上。可替代地，可用粘 合剂层附着该框架。
该框架具有用于定位透镜的凹入的肩台138。若适当地成形，则该 肩台和该透镜可耐久地相互附着。正如所i兌明的那样，该照明设备组 件提供两个外部端口，这些端口可用于注入封装材料，如硅胶。在注 入过程中， 一个外部端口可用于注入封装材料而另 一个外部端口为溢 出过多封装材料提供泄漏路径。过多封装材料的溢出可有助于控制封 装材料的流动以及该腔体内的压力。可将许多种封装材料除气以去除不不希望的内含物，如空气、气 体或蒸汽泡。可在分配之前或可选地在注入该腔体之后，在这种组装 的某些阶段进行这种去除。正如所公知的那样，将周围环境减压与适 当的热循环结合，可有助于去除气泡及内含物。
可通过热铆接透镜凸缘122和该框架将该透镜附到该框架。正如 所公知的那样，可将能量淀积，以用良好定位的方式将这些元器件加 热，如在该肩台和这些透镜凸缘内和附近进行加热。
显然，本发明的上述实施例是实例且可以用多种方式进行变化。 目前的或将来的这些变化不应视为背离本发明的精神和范围，且对于 本领域中技术人员显而易见的所有的这些修改旨在包括在下述的权利 要求书中。
权利要求
1. 一种照明设备组件，所述照明设备组件包括a)衬底；b)框架，所述框架置于所述衬底上并限定腔体，所述框架包括限定在所述腔体内的一个或多个通道，所述一个或多个通道中的每一个流体性地将所述腔体耦合到相关联的外部端口；c)一个或多个发光元件，所述一个或多个发光元件操作性地设置在所述腔体内；以及d)光学透射系统，所述光学透射系统设置在所述框架上并光学耦合到所述一个或多个发光元件；其中，所述腔体至少部分地充有透光封装材料，且所述一个或多个通道允许所述封装材料的流体性移动。
2. 如权利要求1所述的照明设备组件，其中所述框架包括朝向所 述腔体的内表面，且所述内表面是光反射的内表面。
3. 如权利要求2所述的照明设备组件，其中所述内表面具有混合 漫射和镜面反射特征。
4. 如权利要求2所述的照明设备组件，其中所述内表面涂有镜面 反射材料。
5. 如权利要求2所述的照明设备组件，其中所述封装材料具有第 一折射指数且所述内表面具有比所述第一折射指数小的笫二折射指数。
6. 如权利要求2所述的照明设备组件，其中所述内表面具有选自 包括平面、分段平面、曲面、椭球面、抛物面和多面体的组的表面形状。
7. 如权利要求1所述的照明设备组件，其中所述框架包括支撑结 构，构造所述支撑结构以将所述光学透射系统支撑并机械保持在所希望的 位置。
8. 如权利要求1所述的照明设备组件，其中所述框架和所述光学 透射系统整体形成。
9. 如权利要求8所述的照明设备组件，其中所述框架用第一材料 形成且所述光学透射系统用第二材料形成。
10. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中所述框架包括两个或 更多附着设备，将所述附着设备构造成和与所述衬底相关联的相应配合附 着区域机械互连。
11. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中所述框架与所述衬底 电气隔离。
12. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中所述框架与所述衬底 整体形成。
13. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中将所述一个或多个通 道构造成具有选自包括直线、曲线、分段直线以及分段曲线的组的形状。
14. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中所述一个或多个通道 具有选自包括圆形、正方形、矩形、椭圓形、卯形和八边形的组的截面。
15. 如权利要求l所述的照明设备组件，包括具有相同截面形状的两 个或更多通道。
16. 如权利要求1所述的照明设备组件，包括两个或更多通道，其中， 每个通道具有独立的形状。
17. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中所述一个或多个通道 具有截面和长度，且所述截面沿着所述长度变化。
18. 如权利要求l所述的照明设备组件，其中所述框架限定了两个 或更多通道，所述两个或更多通道将所述腔体流体性地耦合到相关联的多 个外部端口 ，且将所述两个或更多通道中的一个或多个构造成使气体能够 从所述腔体泄漏。
19. 一种用于制造照明设备组件的方法，所述方法包括以下步骤a) 提供衬底；b) 将框架耦合到所述衬底，从而限定腔体，且所述腔体限定了两个或更多通道，所述两个或更多通道将所述腔体流体性地耦合到相关联 的外部端口 ；c) 将一个或多个发光元件操作性地耦合到所述衬底，其中，所述一 个或多个发光元件设置在所述腔体内；d) 将光学透射系统耦合到所述框架；以及e) 通过所述外部端口 ，并经由所述两个或更多个通道中的一个或多 个而将所希望的量的封装材料插入到所述腔体内，其中，所述一个或 多个通道中的一个为气体从所述腔体泄漏做准备。
全文摘要
本发明提供一种照明设备组件，该照明设备组件带有一个或多个发光元件和至少部分地设置在一个或多个发光元件周围的框架，这些发光元件操作性地耦合到衬底。这种框架和衬底限定腔体，一个或多个发光元件设置在该腔体内，其中，这种腔体基本上可由光学透射系统包围。该腔体的至少一部分可充有封装材料。这种框架限定一个或多个通道，其中，每个通道通过外部端口将该腔体与外界互连。例如，当这种照明设备组件处于已组装状态时，可从外界接近该外部端口，从而允许这种封装材料能够流体性地移动进该腔体或从该腔体流体性地移动出来。
文档编号H01L33/56GK101485002SQ200780025534
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年7月5日
发明者I·斯佩尔, P·施克, S·哈拉 申请人:Tir科技公司