帶高折射率透鏡的led模塊的製作方法

2023-05-28 14:54:51

專利名稱：帶高折射率透鏡的led模塊的製作方法
技術領域：
本公開涉及發光二極體(LED)模塊。
背景技術：
在某些發光二極體(LED)模塊中，透鏡被粘結或包覆模製於LED上。LED模塊釺焊到基板(諸如印刷電路板)上。在使用期間，透鏡可能會脫離LED管芯，這取決於在透鏡與 LED之間的接觸區域。LED可包括安裝於底座上的多個LED管芯，諸如薄膜倒裝晶片(thin film flip chip)。對於從LED裝置提取最多光的圓頂狀透鏡而言，其應大於LED管芯。這將需要更大底座來提供用於接納透鏡的區域，因此增加了模塊成本，因為基板可為昂貴的。

發明內容
在本公開的一個或多個實施例中，模製帶外殼主體和透鏡的外殼陣列，或者模製外殼主體陣列且與透鏡粘結以形成帶外殼主體和透鏡的外殼陣列。發光二極體(LED)附連到陣列中的外殼上。金屬襯墊陣列可粘結到陣列背部或者與外殼陣列插入模製在一起以在外殼背部上形成結合襯墊。分割(singulate)該陣列以形成個別LED模塊。


在附圖中
圖1、圖2和圖3示出了在本公開的一個或多個實施例中的LED模塊的分解、組裝和截面圖。圖4示出在本公開的一個或多個實施例中的圖1的外殼陣列的透視圖。圖5示出在本公開的一個或多個實施例中的將LED放置到圖1的外殼內的透視圖。圖6示出在本公開的一個或多個實施例中的帶LED的外殼的透視圖。圖7示出在本公開的一個或多個實施例中的各帶有外殼主體和透鏡的實例性外殼陣列的透視圖。圖8A和圖8B分別示出了在本公開的一個或多個實施例中的圖7的陣列中的一個實例性外殼的底部透視圖和平面圖。圖9A和圖9B分別示出了在本公開的一個或多個實施例中的圖7的陣列中的另一實例性外殼的底部透視圖和平面圖。圖10和圖11示出了在本公開的一個或多個實施例中的將發光二極體(LED)放置到圖7的陣列的外殼內的透視圖。圖12示出在本公開的一個或多個實施中的在圖11的裝配陣列的背部上粘結金屬條帶陣列的透視圖。圖13和圖14分別示出在本公開的一個或多個實施例中的從圖12的陣列分割的一個實例性LED模塊的截面圖和底視平面圖。圖15示出在本公開的一個或多個實施例中的透鏡的實例性陣列的透視圖。圖16示出在本公開的一個或多個實施例中的圖15的陣列中的一個實例性透鏡的截面圖。圖17和圖18示出在本公開的一個或多個實施例中的外殼主體陣列的透視的頂視圖和底視圖。圖19示出在本公開的一個或多個實施例中的、通過粘結圖15和圖17的透鏡和外殼陣列所得到的組合陣列和將LED放置該組合陣列的外殼內的透視底視圖。圖20和圖21分別示出在本公開的一個或多個實施例中的從圖19的陣列分割的一個實例性LED模塊的透視頂視圖和透視底視圖。圖22示出在本公開的一個或多個實施例中的待粘結到圖21的LED模塊的背部的金屬襯墊陣列的透視圖。圖23示出在本公開的一個或多個實施例中的金屬襯墊陣列的透視頂視圖。以及圖24示出在本公開的一個或多個實施例中的來自粘結到外殼的圖23的陣列的一個實
例性金屬襯墊的透視底視圖。在不同附圖中使用相同附圖標記來指示相似或相同元件。
具體實施例方式圖1、圖2和圖3分別示出在本公開的一個或多個實施例中的發光二極體(LED)模塊100的分解圖、透視組裝圖和截面組裝圖。模塊100包括透鏡102、波長轉換元件104、帶耦接到底部開口 110的頂部開口 108的外殼主體106，帶模製舌片114的金屬墊片112和帶一個或多個LED管芯117的LED 116。透鏡102可為常規模製的玻璃透鏡。常見可模製的玻璃材料包括B270、Pyrex, Tempax, Borofloat 33和F2玻璃。或者，透鏡102可為折射率(RI)為1. 5或更大(例如 1.7或更大)的另一材料，諸如高RI的玻璃(例如，S-LAH51)、藍寶石、立方形氧化鋯(cubic zirconia)或鑽石。如果並無波長轉換元件附連到透鏡上，則透鏡102也可由RI為1. 4或更大的硬矽樹脂或軟矽樹脂製成。透鏡102具有一定形狀，如圓頂狀或其它形狀，其幫助從波長轉換元件104和LED管芯116提取光。波長轉換元件104固定到透鏡102的底表面上。波長轉換元件104修改LED管芯 117的發射光譜以提供所需顏色。波長轉換元件可為一個或多個陶瓷磷光體板，如在美國專利No. 7，361，938中所述的那樣，該美國專利被共同轉讓且以引用的方式結合到本文中。 波長轉換元件104可通過高折射率粘結而固定到透鏡102的底表面上，如在名稱為「Molded Lens Incorporating a Window Element」的美國專利申請序列號XX/XXX, XXX(律師案號為 PH012893US1)中所述的那樣，將其一併提交，共同轉讓且以引用的方式合併到本文中。外殼主體106包括凹口 118和頂部開口 108以接納帶波長轉換元件104的透鏡102。透鏡102與外殼主體106對準使得波長轉換元件104完全覆蓋頂部開口 108。透鏡 102可粘結到凹口 118以維持該對準。可將膠塗覆到透鏡102底部、凹口 118或二者上。膠可為矽樹脂粘合劑、環氧化物粘合劑或另一粘合劑。夾鉗120定位於凹口 118周圍。夾鉗 120可由於熱而塑性變形以在被稱作「熱定樁」(heat staking)的過程中夾持到透鏡102 的邊沿或凸緣122上。當透鏡102被粘結且夾持到外殼主體106上時，透鏡不應脫離外殼主體。當透鏡102固定到外殼主體106上時，其大小並不受到LED 116的底座大小限制。 舉例而言，透鏡102可具有大於LED 116的頂表面的底表面。外殼主體106可為常規模製的白塑料。舉例而言，外殼主體106可為聚鄰苯二醯胺(p0lyphthalamide，PPA)，諸如來自 DuPont 的 Zytel ；來自 Solvay Advanced Polymers 的 Amodel 或者液晶聚合物(LCP)。由於在外殼主體106中頂部開口 108小於底部開口 110，底部開口的頂部形成繞頂部開口周邊的擋止件302(圖3和圖5)。擋止件302限定LED 116以多大深度安放於底部開口 110中和LED從底部開口突伸多遠。LED 116放置於底部開口 110內且粘結波長轉換元件104和擋止件302。在放置LED之前，膠可塗覆到波長轉換元件104的底部，LED 116 的頂部或者塗覆到二者之上。膠可為矽樹脂粘合劑、環氧化物粘合劑或另一粘合劑。一個或多個膠的溢流通道502 (圖5)限定於擋止件302中以允許膠602 (圖6)膨脹或收縮，而無損LED管芯117。在LED 116上的LED管芯117可略微突伸到頂部開口 108內或波長轉換元件104 可略微突伸到底部開口 110內。在任何情況下，填充有膠的小間隙可存在于波長轉換元件 104的底部與LED管芯117的頂部之間。頂部開口 108和底部開口 110的側壁為反射性或散射性的以便從LED管芯117提取光到波長轉換元件104且防止從LED管芯和波長轉換元件進行任何邊緣發射。LED管芯117安裝於底座或內插件(總體上以附圖標記116來指示)上。每個 LED管芯包括η型層、在η型層上的發光層(通常稱作「有源區域」)和在發光層上的ρ型層。底座包括基板，基板帶有通孔或者LED管芯117的金屬圖案在底座上的再分布。底座可以以串聯或並聯方式耦接LED管芯117，對金屬結合襯墊圖案進行再分布，或者為這兩種情況。底座包括在LED 116背部上的兩個或兩個以上的結合襯墊304(圖3和圖5)。金屬墊片112與外殼主體106插入模製在一起。金屬墊片112具有模製舌片114， 模製舌片114具有孔，孔允許外殼材料流過以形成一體結構。金屬墊片112在外殼主體106 底部上形成金屬結合襯墊。外殼主體106的結合襯墊(總體上由附圖標記112指示)幫助 LED 116的粘結襯墊304(圖3和圖5)將模塊100固定到諸如印刷電路板的基板上。模塊100可如下來製造。透鏡102個別地或以陣列方式模製，且然後分成個別透鏡。帶外殼主體106 (僅一個被標註)的陣列400可與墊片112 (僅一個被標註)的陣列插入模製在一起，如在圖4中所示的那樣。陣列400可具有任何大小，且大陣列可分成(例如， 鋸成)更小陣列以易於處理和加工。個別透鏡102可粘結並熱定樁於陣列40中的外殼主體106上。陣列400可顛倒且個別LED 116可放置於底部開口 110中且與外殼106粘結， 如在圖5中所圖示的那樣。圖7示出在本公開的一個或多個實施例中的外殼702(僅一個被標註)的實例性陣列700，每個外殼702具有外殼主體和透鏡。陣列700可為常規模製的玻璃。常見可模製的玻璃材料包括B270、Pyrex ,Tempax, Borofloat 33和F2玻璃。或者，陣列700可為RI為1. 5或更大(例如，1. 7或更大)的另一高折射率材料，諸如藍寶石、鑽石、氧化鋁或立方形氧化鋯。陣列700也可由RI為1.4或更大的硬矽樹脂或軟矽樹脂製成。陣列700可具有任何大小，且大陣列可分成(例如，鋸成)更小陣列以易於處理和加工。圖8A和圖8B分別示出在本公開的一個或多個實施例中的陣列700中的一個實例性外殼702的底部透視圖和平面圖。外殼702包括外殼主體802，其限定底部開口 804以接納LED ；以及在外殼主體上方的透鏡806。外殼主體802包括在底部開口 804中的四個著陸襯墊/拐角擋止件808 (圖8B)。拐角擋止件808提供在LED的頂表面與透鏡806的底表面之間的空氣間隙1304(圖13)。拐角擋止件808還限定了 LED以多大深度安放於底部開口 204中和LED從底部開口突伸多遠。透鏡806具有一定形狀，如圓頂狀或其它形狀，其幫助從LED提取光。當透鏡806為外殼主體802的一部分時，其大小並不受到LED 116底座大小的限制。舉例而言，透鏡806可具有大於LED頂表面的底表面。圖9A和圖9B分別示出在本公開的一或多個實施例中的替代性實施例的外殼 702 (在下文中為外殼902)的底視透視圖和底視平面圖。外殼902包括外殼主體802，其限定底部開口 904以接納LED ；以及在外殼主體上方的透鏡806。與外殼702不同，外殼902 並不具有在底部開口 904中的任何拐角擋止件且LED抵靠該開口的頂部安放，因此，在LED 的頂表面與透鏡806的底表面之間並無空氣間隙。圖10示出LED 1000 (僅一個被標註)放置於底部開口 804中(圖8A和圖8B)且粘結到外殼702的拐角擋止件808上(圖8B)。在放置LED之前，膠可塗覆到拐角擋止件 808上、LED 1000的拐角上或者塗覆到二者之上。膠可為矽樹脂粘合劑、環氧化物粘合劑或另一粘合劑。LED 100也可放置於底部開口 904中且粘結到開口的頂部。LED 1000包括安裝於底座或內插件上的一個或多個LED管芯。每個LED裝置包括 η型層、在η型層上的發光層(通常稱作「有源區域」)和在發光層上的P型層。每個LED裝置可包括在η型層上的波長轉換元件。波長轉換元件修改LED裝置的發射光譜以提供所需顏色。波長轉換元件可為一個或多個磷光體層或一個或多個陶瓷磷光體板。陶瓷磷光體板在美國專利No. 7，361，938中描述，其被共同轉讓且以引用的方式結合到本文中。LED裝置的邊緣可由側部塗層覆蓋以減少邊緣發射。底座包括基板，基板帶有通孔或者LED管芯的金屬圖案在底座上的再分布。底座也可以以串聯或並聯方式耦接LED管芯。底座包括在LED 1000背部上的兩個或兩個以上的結合襯墊1002。圖11示出陣列700，其具有完全裝配有LED 1000的外殼702。圖12示出粘結到陣列700的背部的金屬條帶的陣列1200。金屬條帶可形成柵格圖案。膠可塗覆到陣列700、 1200或二者均塗覆以粘結兩個陣列。膠可為矽樹脂粘合劑、環氧化物粘合劑或另一粘合劑。 然後分割該組合陣列以形成個別LED模塊。圖13和圖14分別示出在本公開的一個或多個實施例中的來自組合陣列的一個實例性分割模塊1300的截面側視圖和底視平面圖。在分割之後，陣列1200的金屬條帶形成沿著每個外殼702周邊的一個或多個結合襯墊1302。外殼702的結合襯墊1302幫助LED 1000的結合襯墊1002將模塊1300固定到諸如印刷電路板的基板上。作為帶有集成的外殼主體和透鏡的外殼的替代，在本公開的一個或多個實施例中，外殼主體和透鏡可以以單獨陣列方式製造且然後粘結在一起。圖15示出在本公開的一個或多個實施例中的透鏡1502 (僅一個被標註)的實例性陣列1500。陣列1500可為常規模製的玻璃。常見可模製的玻璃材料包括B270、Pyrex、Tempax、Borofloat 33和F2玻璃。 或者，陣列1500可為RI為1. 5或更大(例如，1. 7或更大)的另一高折射率材料，諸如藍寶石、鑽石、氧化鋁或立方形氧化鋯。陣列1500也可由RI為1. 4或更大的硬矽樹脂或軟矽樹脂製成。陣列1500可具有任何大小，且大陣列可分成(例如，鋸成)更小陣列以易於處理和加工。圖16示出在本公開的一個或多個實施例中的在陣列1500中的一個實例性透鏡 1502的截面側視圖。透鏡1502包括透鏡部分1602和帶平坦底部1606的安裝部分1604。 透鏡部分1602具有一定形狀，如圓頂狀或其它形狀，其幫助從LED管芯提取光。圖17示出在本公開的一個或多個實施例中的外殼主體1702 (僅一個被標註)的陣列1700的頂視圖。外殼主體1702具有用於接納透鏡1502的平坦頂表面1704。圖18示出外殼主體1702 (僅一個被標註)的陣列1700的底視圖。每個外殼主體1702限定底部開口 1802，底部開口 1802具有四個著陸襯墊/拐角擋止件1804。拐角擋止件1804在LED的頂表面與透鏡1502 (圖15和圖16)的底表面1606 (圖16)之間提供空氣間隙。拐角擋止件1804也限定LED以多大深度安放於底部開口 1802 (圖18)中和LED從底部開口突伸多遠。陣列1700可為常規模製的白塑料。舉例而言，陣列1700可為PPA，諸如可購自DuPont 的Zytel，購自Solvay Advanced Polymers的Amodel或者LCP。陣列1700可具有任何大小，且大陣列可分成(例如，鋸成)更小陣列以易於處理和加工。圖19示出將陣列1500和1700粘結以形成外殼1902 (僅一個被標註)的組合陣列1900，且LED 1000放置於底部開口 1802中(圖18)且粘結到外殼主體1702 (圖17和圖18)的拐角擋止件1804(圖18)上。在放置LED之前，膠可塗覆到拐角擋止件1804上， LED 1000的拐角上或者塗覆到二者上。膠可為矽樹脂粘合劑、環氧化物粘合劑或另一粘合齊U。然後，分割該組合陣列1900以形成個別LED模塊。圖20和圖21分別示出在本公開的一個或多個實施例中的來自組合陣列1900的一個實例性被分割的LED模塊2000的截面側視圖和底視平面圖。當透鏡1502粘結到外殼主體1702上時，透鏡不應脫離外殼主體。當透鏡1502固定到外殼主體1702上時，其大小並不受到LED 1000的底座大小的限制。舉例而言，圓頂狀透鏡102可具有大於LED 116 的頂表面的底表面。圖22示出粘結到LED模塊2000的底部的金屬結合襯墊2202。膠可塗覆到模塊2000、結合襯墊2202或塗覆到二者之上以將它們粘結在一起。膠可為矽樹脂粘合齊U、環氧化物粘合劑或另一粘合劑。或者，在分割組合陣列以形成個別模塊之前，將金屬襯墊2202的陣列2200粘結到組合陣列1900的背部。在本公開的一個或多個實施例中，在上述模塊背部上的金屬結合襯墊可包括舌片，舌片保持LED。圖23示出在本公開的一個或多個實施例中的金屬結合襯墊2302(僅一個被標註)的陣列2300。陣列2300可具有任何大小，且大陣列可分成(例如，鋸成)更小陣列以易於處理和加工。圖24示出粘結到外殼902或者與外殼902插入模製在一起的一個實例性結合襯墊2302的放大視圖。結合襯墊2302包括一個直的豎直舌片2402和兩個 L形豎直舌片2404，兩個L形豎直舌片2404限定了引導件以用於接納並定位LED。通過為引導舌片2402和2404提供結合襯墊2302，LED可在LED模塊與LED模塊之間一致地進行定位，只要陣列2300與外殼陣列被一致地對準。結合襯墊2302也可結合外殼702和1902使用。 在本發明的範圍內公開了各實施例的特徵的各種其它改變和組合。以下權利要求涵蓋許多實施例。
權利要求
1.一種發光二極體(LED)模塊，包括 外殼主體，包括頂部開口 ；以及底部開口，其耦接到所述頂部開口 ； 透鏡；波長轉換元件，其固定到所述透鏡的底部，其中所述透鏡附連到所述外殼主體的頂部， 因此所述波長轉換元件位於所述頂部開口中；以及LED,其包括η型層、發光層以及ρ型層，其中所述LED在所述底部開口中附連到所述外殼主體。
2.根據權利要求1所述的LED模塊，其中，所述頂部開口和所述底部開口中的一個或多個包括反射性或散射性側壁。
3.根據權利要求1所述的LED封裝，其還包括在所述外殼底部上的結合襯墊。
4.根據權利要求3所述的LED封裝，其中，所述結合襯墊為與所述外殼主體插入模製在一起的金屬墊片的部分。
5.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED包括底座和在所述底座上的一個或多個LED管芯，且所述透鏡具有大於所述LED的頂表面的底表面。
6.一種並行製造發光二極體(LED)模塊的方法，包括 模製透鏡的透鏡陣列；模製外殼主體的外殼陣列；將所述透鏡陣列和所述外殼陣列粘結以形成組合陣列； 將LED附連到所述組合陣列中的所述外殼；以及分割所述組合陣列以形成個別LED模塊。
7.根據權利要求6所述的方法，其還包括將金屬襯墊陣列粘結到所述外殼陣列或者將所述金屬墊片陣列與所述外殼陣列插入模製在一起以在所述外殼背部上形成金屬襯墊。
8.根據權利要求7所述的方法，其還包括形成帶舌片的金屬柵格以定位所述LED管芯。
9.根據權利要求6所述的方法，其中，每個LED包括底座和在所述底座上的一個或多個LED管芯，且每個透鏡具有大於每個LED頂表面的底表面。
10.根據權利要求6所述的方法，其還包括將波長轉換元件固定到所述透鏡陣列中的透鏡的底部，其中每個外殼主體包括頂部開口和耦接到頂部開口的底部開口，所述頂部開口和底部開口包括反射性或散射性側壁；粘結所述透鏡陣列和所述外殼陣列包括將所述波長轉換元件定位於所述外殼的頂部開口中；以及將所述LED附連到所述組合陣列中的所述外殼包括將所述LED定位於所述外殼主體的底部開口中。
11.根據權利要求6所述的方法，其還包括將透鏡的透鏡陣列和所述外殼陣列中的一個或多個分成更小陣列以進行加工。
12.—種並行製造發光二極體(LED)模塊的方法，包括 模製帶外殼主體和透鏡的外殼的外殼陣列；將LED附連到所述外殼；以及分割所述外殼陣列以形成個別LED模塊。
13.根據權利要求12所述的方法，其還包括將金屬襯墊陣列粘結到所述外殼陣列或者將所述金屬襯墊陣列與所述外殼陣列插入模製在一起以在所述外殼的背部上形成金屬襯墊。
14.根據權利要求13所述的方法，其還包括形成帶舌片的金屬柵格以定位所述LED。
15.根據權利要求12所述的方法，其中，將所述LED附連到所述外殼包括將每個LED 粘結到底部開口的拐角擋止件，所述拐角擋止件在所述LED的發射表面與透鏡的底表面之間提供空氣間隙。
16.根據權利要求12所述的方法，其中，每個LED包括底座和在所述底座上的一個或多個LED管芯，且每個透鏡具有大於每個LED頂表面的底表面。
17.根據權利要求12所述的方法，其還包括將所述外殼陣列分成更小陣列以進行加工。
全文摘要
模製帶外殼主體(106)和透鏡(102)的外殼陣列，或者模製外殼主體陣列且與透鏡粘結以形成帶外殼主體和透鏡的外殼陣列。發光二極體(LED)(116)附連到陣列中的外殼。金屬襯墊(112)的陣列可粘結到陣列背部或者可與外殼陣列插入模製在一起來在外殼背部上形成結合襯墊。分割該陣列以形成個別LED模塊。
文檔編號H01L33/48GK102484191SQ201080041382
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月20日 優先權日2009年9月17日
發明者孫 D., W. 恩格 G., P. 王 N., 比爾休曾 S., 韋 Y. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司