专利名称：带有球冠状颜色转换层的发光二极管模块的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及LED模块(即其中LED芯片(LED芯)安置在载体(一般是平板) 上的模块)领域。此外，为了机械保护例如接合引线并且也为了影响由LED芯片发出的光 的光学性能而作了这样的公开在这种LED模块中通过已知技术(例如模板技术)在LED 芯片上施加(分配)一个透光层。
背景技术：
关于LED芯片在平板上的安置，存在各种不同技术。在所谓的板上芯片封装(COB) 技术中，通常将发光LED芯片直接安放到印刷电路板上并随后用透明的分配材料封装。在 表面贴装技术(SMT)中，通常用反光材料包围芯片，用于减少会因散射作用而损失掉的光量。以下，包围LED芯片的材料整体(反光壁、平板等)被称为封装件。封装件的任务 是，除了通过借助反光面(陶瓷、金属等)预先校准光线发出方向来提高效率外，尤其保证 LED芯片的供电(例如通过经过封装件的通孔金属化结构“通孔”或接合引线)和保证LED 芯片有效对环境散热。作为透明的分配材料，例如公知有硅树脂和环氧树脂。透明的分配材料可包含波 长转换物质(也称为荧光材料)、用于更好地混勻转换光谱和原由LED芯片发出的光谱的散 射颗粒以及用于调整流变参数如粘度、储能模量和损耗模量的添加剂。未固化的分配材料与选择加入的荧光材料(磷光材料)、稠度添加剂等的混合物 以下也被称为膏料。在COB领域中通常采用很粘稠的膏料用于分配，即膏料具有高于50I^*S的粘度并 具有超过100且优选是500-1000的储能模量，以保证分配层的几乎半球形的表面形状以及 机械稳固性和形状稳定性。对于结构很紧凑的且其中或许并排有多个孔穴来密密麻麻容纳LED芯片于硅晶 片上的封装件，这样很粘稠的膏料的分配因可能有的空气夹杂而带来问题。空气夹杂的危 险可以通过降低粘度以及还通过提高分配过程中的剪切力来降低。可是在此情况下，硅树 脂融汇到两个或更多个并列孔穴之间的危险提高。EP1786045A2公开了通过分配工艺将一个分配层施加在安置于平板凹面中的LED 芯片上。US2006/0199293A1 中公开了在 LED 芯片上分配具有 2000_3000cPQ_3Pa*s)粘度 的环氧树脂。
发明内容
根据本发明，该任务将通过独立权利要求的特征来完成。从属权利要求非常有利 地改进了本发明的中心构想。根据第一方面，本发明提出一种LED模块，它具有
-至少一个LED芯片，其发出第一光谱的单色光，-平板，该LED芯片被安装在该平板上，-一个单独地或与平板一体地构成的且完全包围LED芯片的反光壁，以及-施加在LED芯片上的分配层。在此，分配层呈球冠状如此延伸超过反光壁，即满足以下公式0. IXbl ^ hi ^ 0. 5Xbl其中，hi是球冠状分配层的高出值，是从反光壁的最顶点到球冠顶点测定的，bl 是由反光壁构成的凹面的直径，是作为反光壁中心轴线的间距测定的。高出很多的球冠有以下优点-改善光耦合输出效果，-改善通过不同角度射出的光的颜色均勻性，-提高在晶片、模块或印刷电路板上的封装密度，-降低分配体积。分配层例如是含有荧光材料颗粒的颜色转换层，荧光材料颗粒将LED芯片的第一 光谱部分地转换为第二光谱的光，其中，该LED模块发出第一和第二光谱的混合光。该分配层可以具有散射颗粒。该分配层可以具有增稠物质如硅酸。优选满足公式0. 15Xbl ^ hi ^ 0. 3Xbl 或者 0. 2Xbl 彡 hi 彡 0. 25Xbl。优选hi大于200 μ m,优选大于250 μ m,尤其优选大于300 μ m。该平板例如可以基于硅制成。例如正方形或长方形的LED模块的外边缘可具有2mm至3mm的范围内的长度。球冠最大直径1^2例如可以比该壁的中心轴线的间距bl小最多10%，优选是小5%。优选LED芯片离反光壁的间距最大为0. 5mm。该间距最佳地位于0. Imm至0. 2mm 的范围内。反光壁可以竖直定向。此外，反光壁可构成一个框架，该框架围绕该至少一个LED芯片。根据另一个方面，本发明提出一种LED模块，它具有-至少一个LED芯片，它发出第一光谱的单色光，-平板，该LED芯片安装在该平板上，-单独地或与该平板一体地构成的且完全包围LED芯片的反光壁，以及-安置在LED芯片上的分配层。在这里，从LED芯片至反光壁的间距最大为0. 5mm，优选在0. Imm至0. 2mm的范围内。该分配层是含有荧光材料颗粒的颜色转换层，该荧光材料颗粒将LED芯片的第一 光谱部分地转换为第二光谱的光，其中，该LED模块发出第一和第二光谱的混合光。该分配层具有散射颗粒。该分配层具有增稠物质如硅酸。优选地，该分配层在远离平板的一侧具有平面的、凹形或凸形的表面。
此外，由LED芯片、分配层和反光壁构成的组件被由透镜构成的光学镜组包围。反光壁优选竖直取向。此外，反光壁构成一个框架，该框架包围该至少一个LED芯片。本发明还涉及一种LED模块组件，它具有多个与同一平板相连接的上述类型的 LED模块。在这里，分配层与反光壁重叠，其中，彼此相邻的分配层未延伸会合并且在一个共 同的反光壁上被相互分隔开。分配层例如能以大于50I^S的粘度且优选是60至80PaS的粘度施加。分配层能够以大于10巴、优选小于15巴至20巴的压力来施加。较高的压力是有 利的，因为高压暂时改善了分配时的流动性能。分配层的储能模量可以在施加时介于500-1000，优选是500-1000。
现在，将参照附图来详细说明本发明的其它优点、特征和性能，其中图1示出了本发明LED模块的第一实施例的侧向剖开构造，图2示出了本发明LED模块的第二实施例，图3a至图3c是说明根据三个不同实施方式的要用于颜色转换的颜色转换材料的 几何尺寸的示意图，图4示出了本发明LED模块的第三实施例，图fe和图恥示出了本发明LED模块的第四实施例，图6表示LED模块按照本发明的布置形式的俯视图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的LED模块1具有例如晶片状的平板2，它例如可以基于硅制 成。在平板2的顶侧3上设有一个LED芯片4。但是，也可以使用更多的LED芯片到LED模 块中。也可以想到采用0LED。在平板2的顶侧上可以施加SiC2层。在所示的例子中，存在所谓的面朝上配置形式，即，在LED芯片4顶侧上的电极5、 5'借助接合引线6、6'与在平板2顶侧上的金属化焊盘7、7'电连接。从金属化焊盘7、 7'起，例如由金、铝或银构成的通孔金属化结构(通孔)8、8'延伸到平板2的背面，用于借 此使LED芯片4的电极5、5'与平板2的背面相连。设有反光壁9，它沿侧向以规定间距围绕LED芯片4，该反光壁同样可以由硅制造。 该反光壁9可以与平板2 —体地构成(例如通过蚀刻)，或者作为独立构件被安置到平板2 上。通过这种方式，反光壁9可以构成一个框架，该框架包围该至少一个LED芯片4。优选地，至少该反光壁9的内壁10以角度α倾斜。优选地，该内壁10也是反光 构成的，例如通过抛光该表面或者通过施加例如金属层。反光壁例如可以具有由聚四氟乙 烯构成的反光器件。每个反光壁9的顶侧13优选是平的。在LED芯片4上施加有分配层11。该分配层11填充由反光壁9限定的空间，就是 说，该分配层部分地在LED芯片4的侧旁且部分地在芯片4的上方。但此外，分配层11以 高出值Ii1呈球冠状延伸超过反光壁9的最高点。反光壁9的该最高点在图1中如此布置，即，它位于在平板2顶侧上方的高度Iv确切地说，高度Ii1表示球冠状分配层的顶点12高 出反光壁9的最高点的高出值。球冠底边的宽度(即在反光壁9顶侧上的球冠直径)在图1中用Id2表示。b3表示反光壁9的倾斜内侧10的最高点的宽度(即圆形时的直径)。用Id2表示优选为圆形的反光壁9的直径，确切地说，是在中心线上在内侧测量的 直径，该中心线将反光壁9的顶侧13—分为二。在图1所示的反光壁9的对称设计中，就 是说，此时反光壁具有总以角度α倾斜的壁10或14，宽度Id1对应于圆形反光壁9的、在反 光壁的竖直对称轴线上测定的直径。优选地，如此选择直径Id2即球冠11底边的直径，即它最多比直径ID1小10%，优选 小5%或更小。这意味着球冠在图2的视图所示的多个根据图1的LED模块的布置形式中 近似邻接，但没有延伸会合。球冠状分配层与优选是平面的反光壁的顶侧13重叠。根据本发明，现在已查明，在分配层的高出值增大时，就是说当球冠状分配层非 常隆凸地形成时，可加强光的耦合输出效果，在这里，根据本发明，该效果在以下情况下越 尚-光波长越高，即例如对于红色LED，在表面形状相同且分配层组成相同时，光发 出效率增益大于例如针对蓝色或绿色LED的光发出效率增益，-比例hl/bl 越大，-分配基材所含的荧光材料越少，即在芯片相同且芯片功率相同时，对于透明的单 色LED (即没有转换用荧光材料)，效率增益高于经过相应颜色转换的LED。当例如如此选择比例hl/bl时，即满足以下公式0. 15Xbl ^ hi ^ 0. 25Xbl根据本发明测定，关于光发出的效率增益如下红色LED :30-40%蓝色LED :20-30%白色 LED :6. 500k) 12-17%通过凸形分配层的透镜作用(曲率越大，该作用越大)，还将改变辐射特性，即其 随着高出值增大而缩窄，这种改变对于单色LED来说比经过颜色转换的LED更显著。这种 差异源于荧光材料的散射效果。根据本发明，将如此获得具有高隆凸性的分配层，即一方面混合了增稠物质例如 硅树脂基材。该增稠物质例如可以是涂覆或未涂覆的硅酸。另一方面，在分配过程中，在使 用分配针并在高分配压力的情况下产生很高的剪切力，由此可以实现高度粘稠的膏料的暂 时流动。现在，本发明已经查明，高凸度也对白光LED的颜色均勻性产生积极效果。在这 里，均勻性是指当在极图中看时色温在很大程度上经过不同的辐射角度改变。在本发明中， 光经过在分配层边缘上的极其凸起的层的行程基本上等于在分配层中央的行程。要指出的是，反光壁9在俯视图中看不一定是圆形或椭圆形的，而是也可以设计 成正方形或长方形。在下表中，用于制造或设计LED模块的标准值与根据本发明的示例值进行比较
权利要求
1.一种LED模块，所述LED模块具有-至少一个LED芯片G)，其发出第一光谱的单色光，-平板O)，所述LED芯片安装在所述平板上，-单独地或与所述平板一体地构成的且完全包围所述LED芯片的反光壁(9)，以及-施加在所述LED芯片上的分配层(11)，其特征在于，所述分配层呈球冠状地如此地延伸超过所述反光壁，即，满足以下公式0. IXbl 彡 hi 彡 0. 5Xbl其中，hi是球冠状分配层的高出值，是测出的从所述反光壁的最顶点到球冠顶点距离， bl是由所述反光壁构成的凹面的直径，是测出的所述反光壁的中心轴线的间距。
2.根据权利要求1的LED模块，其中所述分配层是含有荧光材料颗粒的颜色转换层，所 述荧光材料颗粒将所述LED芯片的第一光谱部分地转换为第二光谱的光，其中所述LED模 块发出第一光谱和第二光谱的混合光。
3.根据权利要求1或2的LED模块，其中所述分配层具有散射颗粒。
4.根据在前权利要求之一的LED模块，其中所述分配层具有增稠物质如硅酸。
5.根据权利要求1至4之一的LED模块，其中满足以下公式0. 15Xbl 彡 hi 彡 0. 3Xbl。
6.根据在前权利要求之一的LED模块，其中hi大于200μ m,优选大于250 μ m,尤其优 选大于300 μ m,并且该孔穴的边长为2-3mm。
7.根据在前权利要求之一的LED模块，其中所述平板基于硅制成。
8.根据在前权利要求之一的LED模块，所述LED模块外边缘具有在2mm-3mm的范围内 的长度。
9.根据在前权利要求之一的LED模块，其中从所述LED芯片(4)到所述反光壁(9)的 间距(χ)最大为0. 5mm,优选在0. Imm至0. 2mm的范围内。
10.根据在前权利要求之一的LED模块，其中所述反光壁竖直取向。
11.根据在前权利要求之一的LED模块，其中所述反光壁构成一个围绕所述至少一个 LED芯片的框架。
12.—种LED模块，所述LED模块具有-至少一个LED芯片G)，发出第一光谱的单色光，-平板O)，所述LED芯片安装在所述平板上，-单独或与所述平板一体地构成且完全包围所述LED芯片的反光壁(9)，以及-安置在所述LED芯片上的分配层(11)，其特征在于，从所述LED芯片(4)至所述反光壁(9)的间距(χ)最大为0.5mm，优选在 0. Imm至0. 2mm的范围内。
13.根据权利要求12的LED模块，其中所述分配层是含有荧光材料颗粒的颜色转换层， 所述荧光材料颗粒将所述LED芯片的第一光谱部分地转换为第二光谱的光，其中所述LED 模块发出第一光谱和第二光谱的混合光。
14.根据权利要求12或13的LED模块，其中所述分配层具有散射颗粒。
15.根据权利要求12至14之一的LED模块，其中所述分配层具有增稠物质例如硅酸。
16.根据权利要求12至15之一的LED模块，其中所述分配层在远离所述平板的一侧具有平的、凹形或凸形的表面。
17.根据权利要求12至16之一的LED模块，其中由所述LED芯片、所述分配层(11) 和所述反光壁(9)构成的组件被由透镜00)构成的光学镜组包围。
18.根据权利要求12至17之一的LED模块，其中所述反光壁竖直取向。
19.根据权利要求12至18之一的LED模块，其中所述反光壁构成一个包围所述至少一 个LED芯片的框架。
20.一种LED模块组件，具有多个与同一平板连接的根据权利要求1至19之一的LED 模块，其中彼此相邻的分配层未延伸汇合，而被一个共同的反光壁相互分隔开。
21.根据权利要求20的LED模块组件，其中所述分配层与反光壁交叠并且在一个共同 的反光壁上相互分隔开。
全文摘要
LED模块具有至少一个发出第一光谱的单色光的LED芯片(4)、其上安装该LED芯片的平板(2)、单独或与该平板一体地构成且完全包围该LED芯片的反光壁(9)和施加在LED芯片上的分配层(11)。分配层呈球冠状如此延伸超过反光壁，即满足以下公式0.1*b≤h≤0.5*b，其中，h是球冠状分配层的高出值，是从反光壁的最顶点到球冠顶点测定的，b是由反光壁构成的凹面的直径，是作为该壁的中心轴线的间距测定的。
文档编号H01L33/60GK102057508SQ200980121307
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月29日 优先权日2008年4月30日
发明者克里斯蒂安·萨斯蒂, 欧文·鲍姆加特纳, 沃尔夫冈·奥博雷特内尔 申请人:卢米泰克生产开发公司, 莱登照明詹纳斯多夫股份公司