具有综合热管理的紧凑光学有效固态光源制造技术

一种紧凑且有效的LED阵列照明部件，包括：具有安装于其上且相互电连接的LED芯片的阵列电路板。包括多个第一透镜，每个第一透镜直接形成在每个LED芯片上和/或LED芯片的子组上。包括散热器，电路板安装至散热器，使得来自LED芯片的热量散布到散热器中。在一些实施方式中，电路板可以是导热的且电绝缘的。还公开了形成LED部件的方法，其利用板上芯片安装技术来将LED芯片安装在电路板上，并直接在LED芯片上模制第一透镜，所述LED芯片是单独的LED芯片或LED芯片的子组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固态照明，特别是涉及包括一紧凑阵列的发光二极管(LED)的固态光源或灯。
技术介绍
发光二极管(LED)是将电能转换成光的固态装置，通常包括由夹在相反掺杂的层之间的半导体材料的一个或多个有源层。当在掺杂层上施加偏压时，将空穴和电子注入有源层，所述空穴和电子在所述有源层处重新组合以产生光。光从有源层并从LED的所有表面发出。LED具有某些使得其可理想地用于许多照明应用的特性，这些照明应用之前是白炽灯或荧光灯的领域。白炽灯是能量效率非常低的光源，其消耗的电的大约90%作为热量而不是光释放。荧光灯灯泡比白炽灯灯泡的能量效率高大约10倍，但仍然是相对效率低的。相反，LED可用该能量的一小部分发出与白炽灯和荧光灯相同的光通量。另外，LED可具有明显更长的使用寿命。白炽灯灯泡具有相对短的使用寿命,一些白炽灯灯泡具有范围在大约750至1000小时的使用寿命。荧光灯灯泡也可具有比白炽灯灯泡更长的使用寿命，例如，在大约10，000至20，000小时的范围内，但是提供不理想的颜色再现性。相比较而言，LED可具有50，000和70，000小时之间的使用寿命。LED的增加的效率和延长的使用寿命对许多照明供应商是有吸引力的，并已导致其LED灯在许多不同的应用场合中代替传统的照明设备使用。据预测，进一步改进将导致LED灯在越来越多的照明应用场合中被普遍接受。采用LED代替白炽灯或荧光灯照明的增加将会导致增加的照明效率和明显的节能。为了在电路或其他类似装置中使用LED芯片，已知将LED芯片封入在封装件中，以提供环境和/或机械保护、颜色选择、光聚焦等。LED封装还包括用于将LED封装与外部电路电连接的电线、触点或迹线。在图1所示的典型的LED封装/部件10中，通过焊料结合或导电环氧树脂将一个LED芯片12安装在反射杯13上。一个或多个键合引线(wire bond)11将LED芯片12的欧姆触点与引脚15A和/或15B连接，所述引脚可以附接至反射杯13或与其制成一体。可以用密封材料16填充反射杯13，密封材料16可以包含波长转换材料，例如磷光体。可以用磷光体吸收LED发出的第一波长的光,磷光体可以响应地发出第二波长的光。然后，将整个组件封装在透明保护树脂14中，可以将该树脂模制成透镜的形状，以使从LED芯片12发出的光准直。虽然反射杯13可以在向上的方向上引导光，但是，当反射光时可以出现光学损失(即，由于实际反射体表面的小于100%的反射率,一部分光可以反射杯吸收)。另外，贮热能力可能是例如图1所示的封装10的封装的一个问题，因为可能难以通过引脚15A、15B提取热量。图2所示的LED部件20可以更适合于可以产生更多热量的高功率操作。在LED部件20中，将一个或多个LED芯片22安装在载体上，例如印刷电路板(PCB)载体、基板或安装基座(submount)23。将金属反射体24安装在安装基座23上，所述金属反射体包围LED芯片22，并将LED芯片22发出的光从封装20反射走。反射体24还对LED芯片22提供机械保护。在LED芯片22上的欧姆触点和安装基座23上的电迹线25A、25B之间形成一个或多个焊丝连接11。然后，用密封剂26覆盖安装的LED芯片22，所述密封剂可以对芯片提供环境和机械保护，同时还用作透镜。典型地，通过焊料或环氧树脂粘结剂将金属反射体24附接至载体。已经开发了其他LED部件或灯，其包括安装至PCB、基板或安装基座的多个LED封装的阵列。这个LED封装阵列可以包括多组发出不同颜色的LED封装，以及用以反射LED芯片发出的光的镜面反射体系统。将这些LED部件中的一部散布置为，产生由不同LED芯片发出的光的白光组合。已经开发了用于从多个离散光源产生白光的技术，其利用来自不同离散光源的不同色调，例如，在名为“照明装置和照明方法(Lighting Device and Lighting Method)”的美国专利号7，213，940中描述的那些。这些技术将来自离散源的光混合，以提供白光。在一些应用中，将在远场中出现光混合，以使得当直接观察时可分别识别不同色调的光源，但是，在远场中，光组合以产生感觉上是白色的光。在远场中混合的一个困难是，当直接观察灯或光源时会感觉到单个离散源。因此，仅使用远场混合可能对于这些在用户看起来机械地模糊的光源的照明应用来说是最合适的。然而，光源机械地模糊可能导致更低的效率，因为光通常会由于机械屏蔽而损失。目前的LED封装(例如，Cree公司提供的XLamp_ LED)在输入功率的等级方面有所限制，对于一部分来说范围是0.5至4瓦特。许多这些传统的LED封装包含一个LED芯片，通过将几个这些LED封装安装在一个电路板上而在装配级别实现更高的光输出。图3示出了一个这样散布的集成LED阵列30的截面图，其包括安装至基板或安装基座34以实现更高的光通量的多个LED封装32。典型的阵列包括许多LED封装，为了便于理解，图3仅示出了两个LED封装。替换地，通过利用多个腔体的阵列，已经提供了更高通量的部件，在每个腔体中安装一个LED芯片。(例如，Lamina公司提供的TitanTurbo LED光引擎)。这些LED阵列解决方案没有期望地那样紧凑，因为他们在相邻的LED封装和腔体之间提供延展的不发光“死空间”。此死空间提供更大的装置，会限制从LED封装漫射光的能力，并会限制通过一个紧凑光学元件(例如准直透镜或反射体)使输出光束成形为特定角度散布的能力。这形成这样的固态照明光源的结构，其在现有的灯难以提供的波形因数(form factor)内提供定向的或准直的光输出。这些对提供一种包含LED部件的紧凑的LED灯结构提出了挑战，该LED部件从小型光源传递1000流明内和更高范围的光通量等级。在其他阵列技术中，可将单个蓝色LED装配在电路基板上(S卩，板上芯片)。然后，利用平板翼型(flat profile)将LED封装在一起，其中，密封剂包含磷光体以使得能够实现降频转换(down conversion)。然而，由于平板密封剂和周围材料的折射率的差异的原因，从光提取的观点来看此方法并不有效。一部分光可以在密封剂的表面处反射回，在该表面处，可通过还达不到理想反射体的部件来吸收一部分光。额外的光会损失于总内反射(TIR)0为了更有效，这些技术在产生光的区域内会需要最佳反射率。
技术实现思路
本专利技术涉及紧凑、有效且可与大规模制造过程兼容的固态光源。本专利技术涉及LED芯片和透镜/光学器件在基板上的改进布置，该布置提供效率改进，例如，在保持有效的部件热管理的同时，首先使从透镜/光学器件LED提取的光经过。根据本专利技术的LED部件的一个实施方式包括电路板，该电路板具有多个裸片附接焊盘。包括多个LED芯片，将每个芯片安装在相应的一个裸片附接焊盘上。包括第一透镜，所述第一透镜中的每一个直接在一个LED芯片或一个分组LED芯片上形成。根据本专利技术的LED部件的另一实施方式包括电路板，所述电路板具有安装于其上并互相电连接的LED芯片的阵列。包括多个第一透镜，每个第一透镜直接在一个LED芯片或一个LED芯片分组上形成。包括散热器，将电路板安装至散热器，以使得来自LED芯片的热量分散到散热器中。根据本专利技术的固态照明部件的一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.06 US 61/399,0841.一种LED部件，包括: 电路板，具有多个裸片附接焊盘； 多个LED芯片，所述多个LED芯片中的每个安装在所述裸片附接焊盘中的相应一个上；以及 第一透镜，所述第一透镜中的每个直接形成在单个LED芯片或所述LED芯片的子组上。2.根据权利要求1所述的LED部件，进一步包括第一和第二引线键合焊盘，所述LED芯片串联连接在所述弓I线键合焊盘之间。3.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述电路板是电绝缘的。4.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述电路板对高达2000伏特电绝缘。5.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述电路板是导热的。6.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述电路板包括具有一种或多种导热材料的电介质。7.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述电路板进一步包括导电基部板。8.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片布置在多个子组中。9.根据权利要求8所述的LED部件，在每个子组上包括所述第一透镜中的相应一个。10.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述透镜是基本上半球形的。11.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片在所述电路板上布置成圆。12.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片布置在同心圆中。13.根据权利要求12所述的LED部件，其中，所述LED芯片以之字形布置相互连接。14.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片从所述电路板的边缘缩进。15.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片利用板上芯片技术安装在所述裸片附接焊盘上。16.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述第一光学器件模制在所述LED芯片上。17.根据权利要求1所述的LED部件，进一步包括散布来自所述部件的热量的散热器。18.根据权利要求1所述的LED部件，进一步包括第二光学器件。19.根据权利要求1所述的LED部件，进一步包括在所述电路板的顶表面上的反射层。20.根据权利要求19所述的LED部件，其中，所述反射层覆盖所述裸片附接焊盘的至少一部分。21.根据权利要求20所述的LED部件，其中，所述反射层在所述第一透镜的一个或多个的下方延伸。22.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述第一透镜的每个从该第一透镜的一个LED芯片或所述LED芯片的子组覆盖所有的所述裸片附接焊盘。23.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述第一透镜的每个从该第一透镜的一个LED芯片或LED芯片的子组覆盖并非所有的所述裸片附接焊盘。24.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片处于线性阵列中。25.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述电路板是细长的，且所述LED芯片处于线性阵列中。26.根据权利要求1所述的LED部件，进一步包括在所述裸片附接焊盘之间延伸的导电迹线。27.根据权利要求1所述的LED部件，其中，所述LED芯片发出多于一种颜色的光。28.—种LED部件，包括:电路板，具有安装于所述电路板上并互相电连接的LED芯片的阵列；多个第一透镜，所述第一透镜的每个直接形成在单个LED芯片或所述LED芯片的子组上；散热器，所述电路板安装至所述散热器，以使得来自所述LED芯片的热量散布到所述散热器中。29.根据权利要求28所述的LED部件，其中，所述电路板是导热的。30.根据权利要求28所述的LE...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱达恩·巴特，西奥多·道格拉斯·洛韦斯，胡利奥·加瑟兰，贝恩德·凯勒，
申请(专利权)人：克利公司，
类型：
国别省市：