热卖商品
新闻详情
具有适形箔结构的led照明组件的制作方法
来自 : www.xjishu.com/zhuanli/22/2007
发布时间：2021-03-25
专利名称：具有适形箔结构的led照明组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)装置、液晶显示屏(LCD)装置、这两 种装置的组件以及相关的制品和方法。
背景技术：
LED是良好的光源选择，这在一定程度上是因为它们具有相对较小的 尺寸、较低的功率/电流需求、快速的响应时间、较长的使用寿命、牢固的 封装、各种可用的输出波长以及与现代电路结构的兼容性。这些特性可以 解释过去数十年中它们得以广泛应用于多种不同的最终应用场合的原因。 一直在效率、亮度和输出波长方面对LED进行改进，这进一步扩大了 LED 潜在的最终应用范围。
最近，LED开始用于为液晶电视装置提供背光照明\'，还用于其他类型 的照明及显示系统。对于大多数照明应用而言，需要多个LED来提供所需 的光强度。由于它们的尺寸相对较小，因此可采用阵列的形式组装多个 LED,所构成的阵列尺寸小，并且具有高亮度或高辐照度。
通过增加阵列中各个LED的组装密度，可以提高LED阵列的光强 度。可通过以下方式提高组装密度在不增加阵列所占空间的情况下，增 加阵列中LED的数目；或者保持阵列中LED的数目并减小阵列的尺寸。 然而，即使具有全局有效的热传导机制，局部升温也会縮短LED的使用寿 命，因而，将大量的LED密集地组装成阵列关系到长期可靠性的问题。因 此，随着LED组装密度的增加，如何散发LED阵列产生的热量变得越来 越重要。在其他应用中，即使对于那些没有采用高组装密度的应用，驱动 电压/电流以及LED晶粒的亮度也会不断增加，导致LED晶粒周围的局部 温度升高。因此，每个LED晶粒的所在位置以及整个阵列都需要更好地散 扭。
传统的LED安装技术使用如美国专利申请公开2001/0001207A1 (Shimizu等人)所述的封装，这种封装无法将在LED中产生的热量从 LED中快速地传递出来。因此，使装置的性能受到限制。近来，已经可以 使用散热增强型封装，在这种封装中LED安装并连接在电绝缘且导热的基 底(例如陶瓷)上，或者具有导热导通塞阵列(如在美国专利申请公开 2003/0001488A1 (Sundahl)中所述)，或者这种封装使用引线框与晶粒进 行电连接，该晶粒与导热导电的热传递介质(如在美国专利申请公开 2002/0113244A1 (Barnett等人)中所述)连接。在美国专利申请公开 2005/0116235A1 (Schultz等人)中公开了一种具有改进的热学特性的照 明组件，其中照明组件包括设置在基底上的多个LED晶粒，该基底在基底 的第一侧面具有电绝缘层并且在基底的第二侧面具有导电层。各个LED晶 粒均设置在导通塞中，该导通塞穿过基底第一侧面上的电绝缘层延伸到基 底第二侧面上的导电层，而且每个LED晶粒通过导通塞与导电层进行热连 接和电连接。对导电层图案化以限定多个电绝缘的热扩散元件，这些元件 进而设置成与散热组件邻近。
本发明的申请人已发现，尽管近来有些方法改善了 LED阵列的热学特 性，但这些方法仍有缺点。具体地讲，设置有LED阵列的基底具有有限的 形成局部特征的能力，这些特征的尺寸对完全使用、控制以及操纵从LED 发出的光是有用的。
发明内容
本发明公开了照明组件，特别是包括适形基底的照明组件，该基底具 有由电绝缘层间隔幵的第一导电箔和第二导电箔。所述绝缘层包括载有能 够提高绝缘层热导率的颗粒的聚合物材料。多个LED晶粒优选地设置在所 述第一导电箔上。
在示例性实施例中，所述适形基底具有至少一个变形部，并且至少一 个LED晶粒设置在所述变形部之上或所述变形部之中。在一些实施例中， 改变第一导电箔和第二导电箔及电绝缘层以控制基底的光学特性。
根据下面的详细描述，本发明的这些方面及其他方面将是显而易见 的。然而，在任何情况下以上内容都不应理解为对受权利要求书保护之主
题的限制，受权利要求书保护的主题仅受所附权利要求书限定，在审查期 间可以对其进行修正。
图1为照明组件的一部分的透视图2为图1的照明组件的一部分的俯视图，该附图示出照明组件的 更大的表面区域；
图3为沿图2的线3-3截取的放大剖视图； 图4为示出另一个照明组件的放大剖视图5A为照明组件的透视图，该照明组件具有多个向内突出的变形 部，LED设置在该变形部之中；
图5B为照明组件的透视图，该照明组件具有向外突出的变形部，LED 设置在该变形部之上；
图6A为具有适形基底的照明组件的剖视图，该适形基底具有向内突 出的变形部，LED设置在该变形部之中，其中所述基底适形地附着在另外 的基底上；
图6B为具有适形基底的照明组件的另一个剖视图，该适形基底具有 向内突出的变形部，LED设置在该变形部之中，其中热界面材料与变形的 基底相一致；
图6C为具有与图6A相似的适形基底的照明组件的剖视图，示出封 壳和光学薄膜的可选使用；
图7为具有适形基底的照明组件的剖视图，该基底具有向外突出的变 形部，LED设置在该变形部之上，其中热界面材料与变形的基底相一致； 以及
图8为一种制备照明组件的方法的示意图。
在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件。这些附图是理想化 的，并非按比例绘制，并且仅用于示例性目的。
具体实施例方式
在本文中我们将描述包括LED晶粒的照明组件。就此而言，\"发光二 极管\"或\"LED\"是指发出光(无论是发射可见光、紫外光或者红外光)的 二极管。发光二极管包括作为LED (不论是常规型还是超辐射型)销售的 不相干的封闭或封装的半导体器件。在LED发射诸如紫外光等不可见光的 情况下，以及在LED发射可见光的一些情况下，可以将该LED封装成包 括有机或无机荧光体(或者该LED可以照亮设置在远处的荧光体)，以将 短波长的光转换为波长较长的可见光，从而在某些情况下生成发射白光的 装置。\"LED晶粒\"是处于其最基本形态的LED,即经半导体加工方法制 成的单个元件或芯片的形态。例如，LED晶粒通常是由一种或多种III族 元素的组合和一种或多种V族元素的组合而形成的(III-V半导体)。合 适的III-V半导体材料的实例包括氮化物(如氮化镓)和磷化物(如磷化 铟镓)。还可以使用其他类型的I工I-V材料，同样，还可以使用元素周期 表其他族的无机材料。元件或芯片可包括适用于施加能量以便使装置通电 的电触点。该电触点的实例包括引线结合、巻带自动结合(TAB)或倒装结 合。通常以晶片级形成该元件或芯片的各层和其他功能部件，然后将制成 的晶片切割成单个元件，以生产多个LED晶粒。可以用表面贴装、芯片直 接贴装或其他已知的贴装构造来构造LED晶粒。 一些封装的LED是通过 在LED晶粒和相关的反射杯的上方形成聚合物封壳而制成的。
如下面所进一步描述的，LED晶粒可设置在适形基底上。就这一点而 言，如果可使用局部力或局部压力让制品产生永久变形，而不会产生实质 性的破裂或功能性的损失，则这种箔、基底或其他薄制品可被称为\"适 形\"。变形部可以是凸起或凹陷，可以仅是隔离出的制品的一部分，从而 在平放制品时由制品的平坦部分界定变形部的所有侧面。换句话说，变形 部可具有复合曲率，即可以在两个相互垂直的参考平面的每一个内都是弯 曲的(无论是平滑变化的，例如半球的情况；还是分段不连续的，例如带 平坦小面的棱锥形的情况)，所述参考平面垂直于制品平面。优选的是， 可以用适度的压力产生永久性变形部，例如通过手持小型钝物挤压制品而 得到的那种变形部。
现在参见图1，其示出照明组件10的一部分的透视图。照明组件10 包括以阵列形式设置在适形基底30上的多个LED晶粒20。可以选择
LED晶粒20以发射优选的波长，例如在红光、绿光、蓝光、紫外光或红 外光光谱区域中的波长。LED晶粒20可以发出相同光谱区域中的光或者 分别发出不同光谱区域中的光。在一些情况下，LED晶粒20的标称高度 为250,
适形基底30包括对基底的上表面34进行限定的第一导电层32，以 及对基底30的底面38进行限定的第二导电层36。电绝缘层40将第一 导电层32和第二导电层36间隔开。如图所示，对第一导电层32图案 化以形成电路迹线41，并且LED晶粒20设置在第一导电层36上并与 第一导电层36电连接。所示电路迹线41仅仅是示例性的。
基底30的第二导电层36设置为邻近散热器或散热组件50，并且通 过热界面材料层52与散热组件热耦合。散热组件50可以是(例如)通 常被称为散热器的散热装置，该散热装置由例如铝或铜等导热金属或者例 如碳填充的聚合物等导热聚合物制成。热界面材料层52可包括任何适用 的材料，适用材料包括粘接剂、油脂和焊料。层52的热界面材料可以是 (例如)导热粘接剂材料，例如载有氮化硼的聚合物(如3M公司出售的 3M 导热带8810)，或者是导热非粘性材料，例如填充有银的化合物(如 由 Arctic Silver Incorporated of Visalia， Calif. ， U.S.A.出售的 Arctic Silver 5高密度多合银散热化合物)。优选的是，散热组件50 具有尽可能小的热阻抗，优选地热阻抗小于1.0°C/W。在一些情况下，散 热组件50的热阻抗优选地在0. 5°C/W到4.CTC/W的范围内。层52的 材料的热导率理想地在0. lW/m-K到lOW/m-K的范围内，优选地为至少 lW/m-K。
在图1的照明组件10中，LED晶粒20是一类在LED晶粒的相对 两侧具有电触点的晶粒，所述相对两侧指的是晶粒的底部和上表面。位于 每个LED晶粒20底部的触点与LED晶粒20紧下方的电路迹线41进 行电连接和热连接。位于每个LED晶粒20顶部的触点通过从LED晶粒 20延伸的结合引线39与另一个电路迹线41进行电连接。为了利于形成 良好的引线结合，第一导电层32可包括镍和金的金属化表面。
在图2中可以最佳地看到图1中的第一导电层32的图案。对第一 导电层32图案化以限定多个电路迹线41。每个电路迹线41设置为与关
联的LED晶粒20和关联的结合引线39电耦接并且热耦合，从而根据具 体应用的要求，将至少一些LED晶粒20以串联方式电连接。如图2中所 最佳地示出，不是将第一导电层32图案化为仅仅提供使LED晶粒20电 连接的狭窄的导电引线迹线，而是使第一导电层32图案化为仅移除使电 路迹线41电绝缘所必需的导电材料，并尽可能多地保留第一导电层32 以用作LED晶粒20所发射的光的反射器。保留尽可能多的第一导电层 32还可使得电路迹线更宽，这对需要短时高电流脉冲的应用是有用的。较 宽的迹线允许传输更高的电流密度，即使在很短的时间内也是如此。
在一些实施例中，选择第一导电层32的材料以提供具体应用所需的 光学特性(如反射、颜色、散射、衍射或这些特性的组合)。在另一些实 施例中，通过镀覆和/或涂覆法改善第一导电层32的上表面34的光学特 性，从而提供所需的光学特性。在一些实施例中，对上表面34进行镀 覆，然后对露出的镀层表面进行涂覆，以改善光学性能。适用的涂覆和镀 覆材料包括银、钝化银、金、铑、铝、增强反射的铝、铜、铟、镍(如浸 镍、无电镀镍或电镀镍)、铬、锡、以及它们的合金。在一些实施例中， 涂层可包括白色涂层，例如高反射率的白色聚合物(如由Spraylat Corporation, Pelham， NY出售的Starbrite EF反射涂层)。也可在层 32的表面34上沉积多层介电堆，以提高反射率。适用的涂层还可包括金 属和半导体氧化物、碳化物、氮化物以及它们的混合物和化合物。根据预 期应用，这些涂层可以是导电的或绝缘的。适用的涂覆方法包括溅镀、物 理气相沉积和化学气相沉积。涂覆方法可选地可以采用离子辅助的方式。 还可以通过控制上述表面34和/或镀层和涂层的表面纹理，改善导电层 32以及导电层32上的镀层或涂层的光学特性。例如在一些情况下光学光 滑的表面光洁度是优选的，而在其他情况下不光滑或有些粗糙的表面光洁 度是优选的。在另一些实施例中，也可以在第一导电层32的一个或两个 主表面上施加光学薄膜(例如由3M公司出售的Vikuiti 增强型镜面反 射(ESR)薄膜)，以增强所需的光学特性，例如镜面反射率或漫反射率。
如图3所示，基底30的电绝缘层40包括载有颗粒42的聚合物材 料43，其中的颗粒可提高绝缘层40的热导率。也可以选择聚合物材料 43禾卩/或颗粒42来改变绝缘层40的电学特性、热学特性、光学特性和/
或机械特性。当电气设计包括在LED附近露出电绝缘层40的大面积区域 时，还可以提高电绝缘层40的光学性能(如反射率、扩散率和透明 度)。
如上所述，也可以选择聚合物材料43和/或颗粒42以提高绝缘层 40的反射率。例如，绝缘层40可以载有白色漫反射材料(如BaS04、 Ti02)，或载有高折射率材料(如金刚石、SiC、 Al20:i)，或载有反射型材 料(如薄银片或纳米颗粒材料)，或载有使用电/磁手段取向来实现所需光 学特性的材料，例如铁电材料(如锆钛酸铅镧(PLZT))。作为另外一种 选择，可选择聚合物材料43和/或颗粒42以使得绝缘层40大致透明。 在这种情况下，可以选择或改变第二导电层36的涂层侧的光学特性以提 供所需的特性(如反射率、扩散率)。在其他实施例中，选择聚合物材料 43禾口/或颗粒42以使得绝缘层40具有所需的外观颜色。
在这些实施例中，可以在每个LED晶粒20上设置封壳以帮助将光线 耦合至晶粒外，并且/或者优先地将所发出的光引向绝缘层40，通过绝缘 层40使光反射(镜面反射或漫反射)、偏振或传播。通过预先形成金属 箔的内部主表面(即电绝缘层40与第一导电层32以及电绝缘层40与 第二导电层36的界面)，可以对绝缘层40的宏观结构、微观结构以及 纳米级结构进行设计以实现特定的光学特性。例如，可以通过化学(纹理 蚀刻)、机械(压花)或光学(激光烧蚀)方法使铜箔的内表面结构化。 露出的绝缘层40界面将是金属薄膜预成型件的反像或镜像。也可通过在 绝缘层40中添加一种或多种荧光体或荧光材料来改变绝缘层40的光学 特性，从而使得入射辐射的波长发生偏移。在这些波长变换的情况下，可 以得到有效地去除斯托克斯频移能量的额外有益效果。
在一些情况下，电绝缘层40由树脂和颗粒的共混物制备而成。适用 的树脂包括环氧树脂及其共混物。可商购获得的环氧树脂包括由 Resolution Performance Products出售的Epon 1001F环氧树月旨，以及 由Vantico公司出售的XP71756环氧树脂。树脂可以承受在典型的回流 焊操作中会遇到的温度，例如，在约180°C到约290°C的范围内的温 度。优选的是，树脂可以承受短时间暴露在超过300°C的温度下，在使常
用于LED晶粒连接的80/20金/锡焊料回流时需要达到该300°C的温 度。可使这些树脂干燥或固化以形成电绝缘层。
优选地选择颗粒42以提高绝缘层40的热导率。可为此选择任何适 用的材料。在示例性实施例中，颗粒包括碳化硅、氧化铝、氮化硼、金 刚石，或者更复杂的工程材料(例如具有电绝缘涂层的金属颗粒，或者纳 米颗粒)。如果针对预期应用，树脂和颗粒的共混物的总体效果是电绝缘 的并且具有足够的热导率，那么颗粒可以是电介质(电绝缘)或导电物质 或它们的混合物。
示例性电介质颗粒或电绝缘颗粒包括钛酸钡、钛酸锶钡、氧化钛、锆 钛酸铅、硼、氮化硼、金刚石、氧化铝、铍、硅和以上材料的其他碳化 物、氧化物和氮化物，以及它们的化合物或混合物。可以从Nippon Chemical Industrial Co. ， Tokyo, Japan购得商品名为\"BESPA AKBT\" 的钛酸钡。
示例性导电颗粒可包括导电材料或半导体材料，例如金属或合金颗 粒，其中金属可以是银、镍或金；涂覆镍的聚合物球体；涂覆金的聚合物 球体(可以以产品标号\"20 GNR4. 6-EH\"从JCI USA Inc., New York, N.Y.商购获得)或它们的混合物。
颗粒可以为任何形状，并且可以是规则的或不规则的形状。示例性形 状包括球形、小板形、立方体形、针状、扁圆形、扁球体形、棱锥形、棱 柱形、片状、杆状、板状、纤维状、薄片形、须状以及这些形状的混合。 粒度(即颗粒的最小尺寸)通常在约0.05jim到约11pm的范围内，优选 地在0.05pm至!J 3pm的范围内，更优选地在0. 05pm至U 2|im的范围内。 颗粒可以大致具有相同的尺寸，或者可以使用颗粒尺寸不同的混合物。为 了形成能提高与第一导电层32和第二导电层36之间附着力的、足够光滑 的绝缘层40，颗粒的平均尺寸理想地为电绝缘层40厚度的一小部分。在 一些实施例中，颗粒的平均尺寸小于电绝缘层40厚度的约K，优选地小 于电绝缘层40厚度的约％，更优选地小于电绝缘层40厚度的约 1/10。
根据电绝缘层的总体积，聚合物中的颗粒的含量按体积计通常占20% 到60%。颗粒分布可以是随机的或有序的。如果对与绝缘层40邻接的第
一导电层32和第二导电层36的表面进行处理来提高与绝缘层40的附 着力，则聚合物中的颗粒的含量按体积计可大于60%。可用于提高附着力 的示例性表面处理方法包括5-氨基苯并三唑和3-縮水甘油醚氧基丙基三 甲氧基硅烷、电晕放电、等离子灰化/蚀刻、自组装单层和反应层，以将树 脂基体材料与第一导电层32和第二导电层36粘结在一起。
也可使用防腐处理法来处理金属箔以提高附着力(如，对铜箔使用锌/ 铬处理)。
通常，电绝缘层40的厚度在约0.5pm到约4(^m的范围内，优选 地小于约2(Vm。
在一些实施例中，第一导电层32和第二导电层36包括导电箔。导 电箔包括金属或导电塑料。适用的金属箔包括铜、铝、镍、金、银、钯、 锡、铅以及它们的组合，例如镀铝铜箔。如果第一导电层和第二导电层为 金属箔，那么金属优选地具有等于或低于固化电绝缘层的温度的退火温 度，或者在涂覆电绝缘层之前使金属退火。
通常，第一导电箔层和第二导电箔层的厚度范围为0.5密耳到8密 耳(大约10pm到200|im)，更优选地为0.5密耳到1.5密耳(大约 l(Vm到38pm)。此外，通常期望第一导电箔层和第二导电箔层均比绝缘 层厚。在一些情况下，第一导电箔层32的厚度与第二导电箔层36的厚 度大致相等。在其他情况下，第一导电箔层32的厚度与第二导电箔层36 的厚度不等。在一些情况下，第二导电箔层36的厚度大于第一导电箔层 32的厚度，从而使得第二导电箔层36能够更有效地从LED晶粒20的 位置横向散热。
图3是沿着图2的线3-3截取的放大剖视图。LED晶粒20设置在 第一导电层32的上表面34上，并且可通过各向同性导电粘接剂层60 (例如Metech 6144S，可得自Metech Incorporated of Elverson, Pa.， U.S.A.)，或者通过各向异性导电粘接剂层或焊料层与第一导电层32的 电路迹线进行电连接。焊料的热阻通常比粘接剂的热阻低，但是并非所有 LED晶粒都具有可焊接的金属化基极。由于处理过程中熔化焊料的表面张 力，焊料连接还具有自动对齐LED晶粒20的优点。 一些LED可以采用 高温80/20金/锡焊料，可以使该焊料回流以形成非常稳定的低热阻界
面，这种界面能够承受温度高达300°C的后续焊接处理。然而， 一些LED 晶粒20对回流焊的温度敏感，因此层60优选地采用粘接剂。
现在参见图4，另一个照明组件的剖视图示出LED晶粒20\'，该 LED晶粒20\'的两个电接触片位于LED晶粒的同一侧，而不是像图1-3 的引线结合实施例那样位于二极管的相对两侧。根据LED晶粒20\'的设 计，光从二极管20\'的与接触片相对的一侧射出，或者从二极管20\'的 与接触片相同的一侧射出。如同图1-3所示的引线结合LED晶粒20，导 电粘接剂、各向异性导电粘接剂或回流焊均是用于将LED晶粒20\'与第 一导电层32连接的方法。
如上所述，基底30是一种适形材料，可在适度的压力下发生永久变 形而具有仅与基底30的一部分分离的凸起或凹陷，因而如果将基底30 平放，变形部的所有侧面就由基底30的平坦部分界定。当基底发生变形 后，绝缘层40仍保持完好并且是附着的(即，绝缘层40不会破裂、断 裂或从第一导电层32和第二导电层36上剥离)。图5A和5B提供了 在基底30中具有变形部的照明组件的一部分的透视图，其中LED晶粒 20设置在变形部之中或变形部之上。在图5A和5B中，为了清楚起见和 便于说明，没有示出电路迹线和结合引线。
在图5A中，多个大致半球形的凹陷70 (即小凹坑)在基底30的上 表面34下方延伸，并且在每个凹陷70中都设置LED晶粒20。示出的 LED晶粒20大致设置在凹陷70的底部中心，使得LED晶粒20沿着与 基底30的上表面34大致垂直的方向发光。在其他实施例中，可以将一 个、 一些或所有LED晶粒20设置在它们各自的凹陷70的斜面上，从而 使得至少一些LED晶粒20相对于基底30的上表面34倾斜地发光。
在图5B中，细长的凸起80 (即隆起)在基底30的上表面34的上 方延伸，并且多个LED晶粒20设置在凸起80之上。示出的LED晶粒 20设置在凸起的两个倾斜表面上，使得LED晶粒沿着相对于基底30的 上表面34倾斜的方向发光。在其他实施例中，LED晶粒可安装在凸起80 的最上部，并且LED晶粒20可以安装在凸起80的仅一个倾斜表面上或 少于倾斜表面总数的多个倾斜表面上。
可配置基底30的各个变形部以接纳单个LED晶粒、晶粒簇或者成堆 或成行的LED晶粒。在一些实施例中，将不止一个LED (如，分别具有红 色、绿色和蓝色输出的LED)密集地设置在局部区域(例如单个变形部之 上或单个变形部之中)中，以产生外观上呈白色的光。可单独对变形部的 形状进行配置，或将变形部形状与可选的封壳和/或光学薄膜结合进行配 置，以增强颜色的混合。
应当理解到，图5A禾n 5B中的凹陷70和凸起80的形状和布置方 式仅仅是示例性的，并非旨在限制。基底30中的变形部可以是对照明组 件10的预期应用有用的任何形状或布置方式，并且包括具有平滑变化表 面的变形部(例如半球状的情况)，或分段不连续的表面(例如具有平坦 小面的棱锥形的情况)。变形部可以是非对称的或对称的，如椭圆凹陷而 不是半球形凹陷。在一些实施例中，变形部具有复合曲率。在一些实施例 中，变形部具有与LED晶粒20的横向尺寸的数量级相同的横向尺寸。
现在参见图6A到7，图中提供了适形基底30的示例性剖视图，其 中适形基底30具有变形部，并且至少一个LED晶粒20设置在变形部之 上或变形部之中。
在图6A中，图案化的适形基底30经过变形而形成尺寸足够大的凹 陷(例如图5A的凹陷70)，以接纳凹陷底部表面上的LED晶粒20。如 上所述，导电粘接剂、各向异性导电粘接剂或回流焊均为可用于将LED晶 粒20与第一导电层32连接的连接方法。在所示的实施例中，散热组件 50经过预成形具有所需的凹陷，并且基底30通过在基底30和散热组件 50之间的具有相对一致厚度的热界面材料层52而适形地附着在散热组件 50上。所示的可选封壳90遮盖LED晶粒20。
图6B示出了与图6A相似的照明组件的一部分，但在图6B中散热 组件50的与基底30连接的表面基本上是平坦的。热界面材料层52被 凹陷70取代并与基底30的形状一致。厚度减薄的层52降低了热界面 材料层的热阻抗。
图6C也示出了与图6A相似的照明组件的一部分，但在图6C中凹 陷70的深度大于LED晶粒20的高度。在图6C的实施例中，示出了一 种将凹陷70填充成与基底30的上表面基本平齐的可选封壳90，并且可
将一种或多种可选光学薄膜92 (例如扩散膜、偏振膜(例如可得自3M公 司的任何Vikuiti DBEF膜)或结构化表面膜(例如可得自3M公司的任 何Vikuiti BEF膜))与该组件组合使用。在其他实施例中，凹陷70 可能没有封壳90，或者未完全采用封壳90。
现在参见图7，使图案化的适形基底30经过变形而形成凸起80。如 上所述，导电粘接剂、各向异性导电粘接剂或回流焊均为可用于将LED晶 粒20与第一导电层32连接的连接方法。散热组件50的与基底30连 接的表面基本上是平坦的，并且热界面材料层52与基底30的变形形状 一致。在其他实施例中，散热组件可经过预成形而具有凸起80的所需形 状，并且基底30可通过热界面材料层52而适形地附着在散热组件50 上。
本文所述的示例性实施例尤其适用于与已知封壳和/或已知光学薄膜组 合使用。例如，具有荧光体层(用于颜色转换)或以其它方式含有荧光体 的封壳可用在LED晶粒20的上方或周围，而不会减少LED晶粒的光输 出。封壳可与基底30中具有任何形状或构造的变形部结合使用，所述变 形部包括在基底30的上表面34的下方延伸的变形部以及突出到基底30 的上表面34上方的变形部。
现在参见图8，在制造照明组件10的过程中，例如通过退绕适形基 底的送料辊100来提供上述适形基底30，并且在图案化工位102使第一 导电层32图案化，从而形成所需的电路迹线41。可使用任何传统的电路 构造技术实现层32的图案化。使用上述已知的以及传统的晶粒连接及引 线结合方法，在晶粒连接工位104将LED晶粒20连接在图案化的第一 导电层32上。然后在成形工位106使具有LED晶粒20的适形基底30 进行变形以便为基底30提供所需的表面特征(即凹陷、凸起或它们的组 合)，并且表面特征的位置对应于LED晶粒20的位置。接着，在封装工 位108处可选地施加封壳90，然后在将具有LED晶粒20的基底30缠 绕到接收辊110上之前使封壳90固化。在另一些情况下，可在连接LED 晶粒20之前进行适形基底30的变形，如成形工位106\'所示。在一些 情况下，不是将具有LED晶粒20的适形基底30缠绕到接收辊110 上，而是以一定的间隔切割该基底，从而提供多个照明组件带、板或其他
适合安装在背光源(例如用于背光照明显示器、标志或图形)中的形状。 在另一些情况下，接收辊110可以成为后续工序的送料辊。
可使用众多不同的技术来实现具有LED晶粒20的基底30的变形。 在一种技术中，可以在适形基底上用手按压具有所需形状的一个或多个钝 物，以形成所需的凹陷或凸起。在另一种技术中，通过使用工具来压花或 压印具有LED晶粒20的基底30，该工具构造为能够防止对LED晶粒 20及其电互连造成损坏。优选的是，可提供具有一种或多种所需变形部的 成形工具。以一个或多个位置为顺序，相对于工具布置适形基底，然后将 工具按压到适形基底上，由此使基底变形并具有所需的图案。可使用空气 压力、机械装置、液体压力或其他压印、压花方法或在本领域中已知的模 压物体进行压印操作。
如果需要的话，具有LED晶粒20的基底30可适形地附着在具有所 需特征的支撑表面(例如散热组件50)上。在将基底30与支撑表面结合 之前，可将支撑表面部分地或完全地形成为基底30的所需最终形式，或 者可在形成支撑表面的同时使基底30变形以制成所需的表面特征。可使 用包括真空模制/挤压或者层压(使用或不使用热和/或压力)的技术，使 基底30成形或变形为具有支撑表面的特征。
本发明所公开的适形基底不仅可用于上述LED晶粒，也可以用于其他 电路元件，尤其是产生大量热量的元件。因此，我们可以想到与以上所公 开的照明组件相似的组件，但是其中一些或所有LED晶粒被以下一个或多 个元件替代有机发光二极管(0LED)、固态激光器、功率晶体管、集成 电路(IC)和有机电子器件。
除非另有说明，本说明书和权利要求中的用来表示数量、特性测量值 等的所有数字应当理解为在所有情况下均由术语\"约\"来修饰。因此，除 非有相反的指示，否则说明书和权利要求中列出的数值参数均为近似值， 并且所述近似值根据本领域内的技术人员利用本发明的说明获得的所需特 性而有所不同。在最低程度上，每个数字参数并不旨在将等同原则的应用 限制在权利要求书保护的范围内，至少应该根据所报告数字的有效数位和 通过惯常的四舍五入法来解释每一个数字参数。虽然阐述本发明广义范围 的数值范围和参数是近似值，但是本说明依然尽可能精确地报告在具体实
施例中所列出的数值。然而，任何数值固有地包含必然会由各自试验测量 中所存在的标准偏差引起的某些误差。
上述具体实施方式
为示例性的，并非旨在限制本发明的范围。本文所 公开的实施例可能存在变型及修改形式，本领域的普通技术人员在研究本 专利文献后可以理解到实施例中多种元件的实际替代物和等同物。在不脱 离本发明范围和精神的前提下，可以对本文所公开的实施例应用这些以及 其他的变型及修改形式。
权利要求
1. 一种照明组件，包括适形基底，其包括由电绝缘层间隔开的第一导电箔和第二导电箔，所述绝缘层包含载有颗粒的聚合物材料，所述颗粒增强所述绝缘层的热导率；以及设置在所述第一导电箔上的多个LED晶粒。
2. 根据权利要求1所述的组件，其中所述适形基底具有至少一个变形 部，并且至少一个所述LED晶粒设置在所述变形部之上或所述变形 部之中。
3. 根据权利要求2所述的组件，其中所述变形部选自于凸起、凹陷以 及它们的组合。
4. 根据权利要求2所述的组件，其中至少一个所述LED晶粒设置在 所述变形部的倾斜表面上，使得所述LED晶粒相对于所述适形基底 倾斜地发光。
5. 根据权利要求1所述的组件，其中所述第一导电箔被图案化以形成 一条或多条迹线。
6. 根据权利要求1所述的组件，其中所述颗粒提高所述绝缘层的反射 率。
7. 根据权利要求1所述的组件，其中所述绝缘层是大致透明的。
8. 根据权利要求1所述的组件，其中所述导电箔包括金属或导电塑 料。
9. 根据权利要求1所述的组件，其中所述适形基底还包括所述第一导 电箔上的涂层，所述涂层将所述LED晶粒和所述第一导电箔连接。
10. 根据权利要求1所述的组件，其中所述第一导电箔和第二导电箔均 比所述绝缘层厚。
11. 根据权利要求1所述的组件，其与下列特征相组合 散热器；以及热界面材料层，其设置在所述散热器和所述第二导电箔之间。
12. —种显示器背光源，包括根据权利要求1所述的组件。
13. —种制备照明组件的方法，所述方法包括-提供适形基底，所述适形基底包括由电绝缘层间隔开的第一导电箔 和第二导电箔；对所述第一导电箔图案化；将多个LED晶粒连接到所述图案化的第一导电层上；以及 使所述基底永久变形，以限定多个表面特征，其中所述表面特征的 位置对应于所述LED晶粒的位置。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述表面特征具有复合曲率。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述表面特征具有与所述LED 晶粒的横向尺寸的数量级相同的横向尺寸。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中所述永久变形步骤包括将所述 基底适形地连接在支撑表面上，所述支撑表面包括具有复合曲率的 特征。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中所述永久变形步骤包括将所述 基底进行压花、压印以及真空成形中的一种。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中所述永久变形步骤是在所述连 接步骤之前实施的。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中所述提供步骤包括使成巻的所 述适形基底退绕。
20. 根据权利要求19所述的方法，还包括以一定间隔切割所述适形基 底，以提供多个照明组件带、板或其他适合安装到背光源中的形
全文摘要
本发明公开一种照明组件(10)，包括适形基底(30)，所述适形基底包括由电绝缘层(40)间隔开的第一导电箔(32)和第二导电箔(36)。所述绝缘层包括聚合物材料(43)，在所述材料上载有可提高所述绝缘层热导率的颗粒。多个LED晶粒(20)设置在所述第一导电箔(32)上。
文档编号F21V29/00GK101379344SQ200780004037
公开日2009年3月4日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年1月31日
发明者乔尔·S·派弗, 卡梅伦·T·默里, 安德鲁·J·欧德科克, 约翰·A·惠特利, 约翰·C·舒尔茨, 纳尔逊·B·小奥布赖恩 申请人:3M创新有限公司
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)装置、液晶显示屏(LCD)装置、这两 种装置的组件以及相关的制品和方法。
背景技术：
LED是良好的光源选择，这在一定程度上是因为它们具有相对较小的 尺寸、较低的功率/电流需求、快速的响应时间、较长的使用寿命、牢固的 封装、各种可用的输出波长以及与现代电路结构的兼容性。这些特性可以 解释过去数十年中它们得以广泛应用于多种不同的最终应用场合的原因。 一直在效率、亮度和输出波长方面对LED进行改进，这进一步扩大了 LED 潜在的最终应用范围。
最近，LED开始用于为液晶电视装置提供背光照明\'，还用于其他类型 的照明及显示系统。对于大多数照明应用而言，需要多个LED来提供所需 的光强度。由于它们的尺寸相对较小，因此可采用阵列的形式组装多个 LED,所构成的阵列尺寸小，并且具有高亮度或高辐照度。
通过增加阵列中各个LED的组装密度，可以提高LED阵列的光强 度。可通过以下方式提高组装密度在不增加阵列所占空间的情况下，增 加阵列中LED的数目；或者保持阵列中LED的数目并减小阵列的尺寸。 然而，即使具有全局有效的热传导机制，局部升温也会縮短LED的使用寿 命，因而，将大量的LED密集地组装成阵列关系到长期可靠性的问题。因 此，随着LED组装密度的增加，如何散发LED阵列产生的热量变得越来 越重要。在其他应用中，即使对于那些没有采用高组装密度的应用，驱动 电压/电流以及LED晶粒的亮度也会不断增加，导致LED晶粒周围的局部 温度升高。因此，每个LED晶粒的所在位置以及整个阵列都需要更好地散 扭。
传统的LED安装技术使用如美国专利申请公开2001/0001207A1 (Shimizu等人)所述的封装，这种封装无法将在LED中产生的热量从 LED中快速地传递出来。因此，使装置的性能受到限制。近来，已经可以 使用散热增强型封装，在这种封装中LED安装并连接在电绝缘且导热的基 底(例如陶瓷)上，或者具有导热导通塞阵列(如在美国专利申请公开 2003/0001488A1 (Sundahl)中所述)，或者这种封装使用引线框与晶粒进 行电连接，该晶粒与导热导电的热传递介质(如在美国专利申请公开 2002/0113244A1 (Barnett等人)中所述)连接。在美国专利申请公开 2005/0116235A1 (Schultz等人)中公开了一种具有改进的热学特性的照 明组件，其中照明组件包括设置在基底上的多个LED晶粒，该基底在基底 的第一侧面具有电绝缘层并且在基底的第二侧面具有导电层。各个LED晶 粒均设置在导通塞中，该导通塞穿过基底第一侧面上的电绝缘层延伸到基 底第二侧面上的导电层，而且每个LED晶粒通过导通塞与导电层进行热连 接和电连接。对导电层图案化以限定多个电绝缘的热扩散元件，这些元件 进而设置成与散热组件邻近。
本发明的申请人已发现，尽管近来有些方法改善了 LED阵列的热学特 性，但这些方法仍有缺点。具体地讲，设置有LED阵列的基底具有有限的 形成局部特征的能力，这些特征的尺寸对完全使用、控制以及操纵从LED 发出的光是有用的。
发明内容
本发明公开了照明组件，特别是包括适形基底的照明组件，该基底具 有由电绝缘层间隔幵的第一导电箔和第二导电箔。所述绝缘层包括载有能 够提高绝缘层热导率的颗粒的聚合物材料。多个LED晶粒优选地设置在所 述第一导电箔上。
在示例性实施例中，所述适形基底具有至少一个变形部，并且至少一 个LED晶粒设置在所述变形部之上或所述变形部之中。在一些实施例中， 改变第一导电箔和第二导电箔及电绝缘层以控制基底的光学特性。
根据下面的详细描述，本发明的这些方面及其他方面将是显而易见 的。然而，在任何情况下以上内容都不应理解为对受权利要求书保护之主
题的限制，受权利要求书保护的主题仅受所附权利要求书限定，在审查期 间可以对其进行修正。
图1为照明组件的一部分的透视图2为图1的照明组件的一部分的俯视图，该附图示出照明组件的 更大的表面区域；
图3为沿图2的线3-3截取的放大剖视图； 图4为示出另一个照明组件的放大剖视图5A为照明组件的透视图，该照明组件具有多个向内突出的变形 部，LED设置在该变形部之中；
图5B为照明组件的透视图，该照明组件具有向外突出的变形部，LED 设置在该变形部之上；
图6A为具有适形基底的照明组件的剖视图，该适形基底具有向内突 出的变形部，LED设置在该变形部之中，其中所述基底适形地附着在另外 的基底上；
图6B为具有适形基底的照明组件的另一个剖视图，该适形基底具有 向内突出的变形部，LED设置在该变形部之中，其中热界面材料与变形的 基底相一致；
图6C为具有与图6A相似的适形基底的照明组件的剖视图，示出封 壳和光学薄膜的可选使用；
图7为具有适形基底的照明组件的剖视图，该基底具有向外突出的变 形部，LED设置在该变形部之上，其中热界面材料与变形的基底相一致； 以及
图8为一种制备照明组件的方法的示意图。
在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件。这些附图是理想化 的，并非按比例绘制，并且仅用于示例性目的。
具体实施例方式
在本文中我们将描述包括LED晶粒的照明组件。就此而言，\"发光二 极管\"或\"LED\"是指发出光(无论是发射可见光、紫外光或者红外光)的 二极管。发光二极管包括作为LED (不论是常规型还是超辐射型)销售的 不相干的封闭或封装的半导体器件。在LED发射诸如紫外光等不可见光的 情况下，以及在LED发射可见光的一些情况下，可以将该LED封装成包 括有机或无机荧光体(或者该LED可以照亮设置在远处的荧光体)，以将 短波长的光转换为波长较长的可见光，从而在某些情况下生成发射白光的 装置。\"LED晶粒\"是处于其最基本形态的LED,即经半导体加工方法制 成的单个元件或芯片的形态。例如，LED晶粒通常是由一种或多种III族 元素的组合和一种或多种V族元素的组合而形成的(III-V半导体)。合 适的III-V半导体材料的实例包括氮化物(如氮化镓)和磷化物(如磷化 铟镓)。还可以使用其他类型的I工I-V材料，同样，还可以使用元素周期 表其他族的无机材料。元件或芯片可包括适用于施加能量以便使装置通电 的电触点。该电触点的实例包括引线结合、巻带自动结合(TAB)或倒装结 合。通常以晶片级形成该元件或芯片的各层和其他功能部件，然后将制成 的晶片切割成单个元件，以生产多个LED晶粒。可以用表面贴装、芯片直 接贴装或其他已知的贴装构造来构造LED晶粒。 一些封装的LED是通过 在LED晶粒和相关的反射杯的上方形成聚合物封壳而制成的。
如下面所进一步描述的，LED晶粒可设置在适形基底上。就这一点而 言，如果可使用局部力或局部压力让制品产生永久变形，而不会产生实质 性的破裂或功能性的损失，则这种箔、基底或其他薄制品可被称为\"适 形\"。变形部可以是凸起或凹陷，可以仅是隔离出的制品的一部分，从而 在平放制品时由制品的平坦部分界定变形部的所有侧面。换句话说，变形 部可具有复合曲率，即可以在两个相互垂直的参考平面的每一个内都是弯 曲的(无论是平滑变化的，例如半球的情况；还是分段不连续的，例如带 平坦小面的棱锥形的情况)，所述参考平面垂直于制品平面。优选的是， 可以用适度的压力产生永久性变形部，例如通过手持小型钝物挤压制品而 得到的那种变形部。
现在参见图1，其示出照明组件10的一部分的透视图。照明组件10 包括以阵列形式设置在适形基底30上的多个LED晶粒20。可以选择
LED晶粒20以发射优选的波长，例如在红光、绿光、蓝光、紫外光或红 外光光谱区域中的波长。LED晶粒20可以发出相同光谱区域中的光或者 分别发出不同光谱区域中的光。在一些情况下，LED晶粒20的标称高度 为250,
适形基底30包括对基底的上表面34进行限定的第一导电层32，以 及对基底30的底面38进行限定的第二导电层36。电绝缘层40将第一 导电层32和第二导电层36间隔开。如图所示，对第一导电层32图案 化以形成电路迹线41，并且LED晶粒20设置在第一导电层36上并与 第一导电层36电连接。所示电路迹线41仅仅是示例性的。
基底30的第二导电层36设置为邻近散热器或散热组件50，并且通 过热界面材料层52与散热组件热耦合。散热组件50可以是(例如)通 常被称为散热器的散热装置，该散热装置由例如铝或铜等导热金属或者例 如碳填充的聚合物等导热聚合物制成。热界面材料层52可包括任何适用 的材料，适用材料包括粘接剂、油脂和焊料。层52的热界面材料可以是 (例如)导热粘接剂材料，例如载有氮化硼的聚合物(如3M公司出售的 3M 导热带8810)，或者是导热非粘性材料，例如填充有银的化合物(如 由 Arctic Silver Incorporated of Visalia， Calif. ， U.S.A.出售的 Arctic Silver 5高密度多合银散热化合物)。优选的是，散热组件50 具有尽可能小的热阻抗，优选地热阻抗小于1.0°C/W。在一些情况下，散 热组件50的热阻抗优选地在0. 5°C/W到4.CTC/W的范围内。层52的 材料的热导率理想地在0. lW/m-K到lOW/m-K的范围内，优选地为至少 lW/m-K。
在图1的照明组件10中，LED晶粒20是一类在LED晶粒的相对 两侧具有电触点的晶粒，所述相对两侧指的是晶粒的底部和上表面。位于 每个LED晶粒20底部的触点与LED晶粒20紧下方的电路迹线41进 行电连接和热连接。位于每个LED晶粒20顶部的触点通过从LED晶粒 20延伸的结合引线39与另一个电路迹线41进行电连接。为了利于形成 良好的引线结合，第一导电层32可包括镍和金的金属化表面。
在图2中可以最佳地看到图1中的第一导电层32的图案。对第一 导电层32图案化以限定多个电路迹线41。每个电路迹线41设置为与关
联的LED晶粒20和关联的结合引线39电耦接并且热耦合，从而根据具 体应用的要求，将至少一些LED晶粒20以串联方式电连接。如图2中所 最佳地示出，不是将第一导电层32图案化为仅仅提供使LED晶粒20电 连接的狭窄的导电引线迹线，而是使第一导电层32图案化为仅移除使电 路迹线41电绝缘所必需的导电材料，并尽可能多地保留第一导电层32 以用作LED晶粒20所发射的光的反射器。保留尽可能多的第一导电层 32还可使得电路迹线更宽，这对需要短时高电流脉冲的应用是有用的。较 宽的迹线允许传输更高的电流密度，即使在很短的时间内也是如此。
在一些实施例中，选择第一导电层32的材料以提供具体应用所需的 光学特性(如反射、颜色、散射、衍射或这些特性的组合)。在另一些实 施例中，通过镀覆和/或涂覆法改善第一导电层32的上表面34的光学特 性，从而提供所需的光学特性。在一些实施例中，对上表面34进行镀 覆，然后对露出的镀层表面进行涂覆，以改善光学性能。适用的涂覆和镀 覆材料包括银、钝化银、金、铑、铝、增强反射的铝、铜、铟、镍(如浸 镍、无电镀镍或电镀镍)、铬、锡、以及它们的合金。在一些实施例中， 涂层可包括白色涂层，例如高反射率的白色聚合物(如由Spraylat Corporation, Pelham， NY出售的Starbrite EF反射涂层)。也可在层 32的表面34上沉积多层介电堆，以提高反射率。适用的涂层还可包括金 属和半导体氧化物、碳化物、氮化物以及它们的混合物和化合物。根据预 期应用，这些涂层可以是导电的或绝缘的。适用的涂覆方法包括溅镀、物 理气相沉积和化学气相沉积。涂覆方法可选地可以采用离子辅助的方式。 还可以通过控制上述表面34和/或镀层和涂层的表面纹理，改善导电层 32以及导电层32上的镀层或涂层的光学特性。例如在一些情况下光学光 滑的表面光洁度是优选的，而在其他情况下不光滑或有些粗糙的表面光洁 度是优选的。在另一些实施例中，也可以在第一导电层32的一个或两个 主表面上施加光学薄膜(例如由3M公司出售的Vikuiti 增强型镜面反 射(ESR)薄膜)，以增强所需的光学特性，例如镜面反射率或漫反射率。
如图3所示，基底30的电绝缘层40包括载有颗粒42的聚合物材 料43，其中的颗粒可提高绝缘层40的热导率。也可以选择聚合物材料 43禾卩/或颗粒42来改变绝缘层40的电学特性、热学特性、光学特性和/
或机械特性。当电气设计包括在LED附近露出电绝缘层40的大面积区域 时，还可以提高电绝缘层40的光学性能(如反射率、扩散率和透明 度)。
如上所述，也可以选择聚合物材料43和/或颗粒42以提高绝缘层 40的反射率。例如，绝缘层40可以载有白色漫反射材料(如BaS04、 Ti02)，或载有高折射率材料(如金刚石、SiC、 Al20:i)，或载有反射型材 料(如薄银片或纳米颗粒材料)，或载有使用电/磁手段取向来实现所需光 学特性的材料，例如铁电材料(如锆钛酸铅镧(PLZT))。作为另外一种 选择，可选择聚合物材料43和/或颗粒42以使得绝缘层40大致透明。 在这种情况下，可以选择或改变第二导电层36的涂层侧的光学特性以提 供所需的特性(如反射率、扩散率)。在其他实施例中，选择聚合物材料 43禾口/或颗粒42以使得绝缘层40具有所需的外观颜色。
在这些实施例中，可以在每个LED晶粒20上设置封壳以帮助将光线 耦合至晶粒外，并且/或者优先地将所发出的光引向绝缘层40，通过绝缘 层40使光反射(镜面反射或漫反射)、偏振或传播。通过预先形成金属 箔的内部主表面(即电绝缘层40与第一导电层32以及电绝缘层40与 第二导电层36的界面)，可以对绝缘层40的宏观结构、微观结构以及 纳米级结构进行设计以实现特定的光学特性。例如，可以通过化学(纹理 蚀刻)、机械(压花)或光学(激光烧蚀)方法使铜箔的内表面结构化。 露出的绝缘层40界面将是金属薄膜预成型件的反像或镜像。也可通过在 绝缘层40中添加一种或多种荧光体或荧光材料来改变绝缘层40的光学 特性，从而使得入射辐射的波长发生偏移。在这些波长变换的情况下，可 以得到有效地去除斯托克斯频移能量的额外有益效果。
在一些情况下，电绝缘层40由树脂和颗粒的共混物制备而成。适用 的树脂包括环氧树脂及其共混物。可商购获得的环氧树脂包括由 Resolution Performance Products出售的Epon 1001F环氧树月旨，以及 由Vantico公司出售的XP71756环氧树脂。树脂可以承受在典型的回流 焊操作中会遇到的温度，例如，在约180°C到约290°C的范围内的温 度。优选的是，树脂可以承受短时间暴露在超过300°C的温度下，在使常
用于LED晶粒连接的80/20金/锡焊料回流时需要达到该300°C的温 度。可使这些树脂干燥或固化以形成电绝缘层。
优选地选择颗粒42以提高绝缘层40的热导率。可为此选择任何适 用的材料。在示例性实施例中，颗粒包括碳化硅、氧化铝、氮化硼、金 刚石，或者更复杂的工程材料(例如具有电绝缘涂层的金属颗粒，或者纳 米颗粒)。如果针对预期应用，树脂和颗粒的共混物的总体效果是电绝缘 的并且具有足够的热导率，那么颗粒可以是电介质(电绝缘)或导电物质 或它们的混合物。
示例性电介质颗粒或电绝缘颗粒包括钛酸钡、钛酸锶钡、氧化钛、锆 钛酸铅、硼、氮化硼、金刚石、氧化铝、铍、硅和以上材料的其他碳化 物、氧化物和氮化物，以及它们的化合物或混合物。可以从Nippon Chemical Industrial Co. ， Tokyo, Japan购得商品名为\"BESPA AKBT\" 的钛酸钡。
示例性导电颗粒可包括导电材料或半导体材料，例如金属或合金颗 粒，其中金属可以是银、镍或金；涂覆镍的聚合物球体；涂覆金的聚合物 球体(可以以产品标号\"20 GNR4. 6-EH\"从JCI USA Inc., New York, N.Y.商购获得)或它们的混合物。
颗粒可以为任何形状，并且可以是规则的或不规则的形状。示例性形 状包括球形、小板形、立方体形、针状、扁圆形、扁球体形、棱锥形、棱 柱形、片状、杆状、板状、纤维状、薄片形、须状以及这些形状的混合。 粒度(即颗粒的最小尺寸)通常在约0.05jim到约11pm的范围内，优选 地在0.05pm至!J 3pm的范围内，更优选地在0. 05pm至U 2|im的范围内。 颗粒可以大致具有相同的尺寸，或者可以使用颗粒尺寸不同的混合物。为 了形成能提高与第一导电层32和第二导电层36之间附着力的、足够光滑 的绝缘层40，颗粒的平均尺寸理想地为电绝缘层40厚度的一小部分。在 一些实施例中，颗粒的平均尺寸小于电绝缘层40厚度的约K，优选地小 于电绝缘层40厚度的约％，更优选地小于电绝缘层40厚度的约 1/10。
根据电绝缘层的总体积，聚合物中的颗粒的含量按体积计通常占20% 到60%。颗粒分布可以是随机的或有序的。如果对与绝缘层40邻接的第
一导电层32和第二导电层36的表面进行处理来提高与绝缘层40的附 着力，则聚合物中的颗粒的含量按体积计可大于60%。可用于提高附着力 的示例性表面处理方法包括5-氨基苯并三唑和3-縮水甘油醚氧基丙基三 甲氧基硅烷、电晕放电、等离子灰化/蚀刻、自组装单层和反应层，以将树 脂基体材料与第一导电层32和第二导电层36粘结在一起。
也可使用防腐处理法来处理金属箔以提高附着力(如，对铜箔使用锌/ 铬处理)。
通常，电绝缘层40的厚度在约0.5pm到约4(^m的范围内，优选 地小于约2(Vm。
在一些实施例中，第一导电层32和第二导电层36包括导电箔。导 电箔包括金属或导电塑料。适用的金属箔包括铜、铝、镍、金、银、钯、 锡、铅以及它们的组合，例如镀铝铜箔。如果第一导电层和第二导电层为 金属箔，那么金属优选地具有等于或低于固化电绝缘层的温度的退火温 度，或者在涂覆电绝缘层之前使金属退火。
通常，第一导电箔层和第二导电箔层的厚度范围为0.5密耳到8密 耳(大约10pm到200|im)，更优选地为0.5密耳到1.5密耳(大约 l(Vm到38pm)。此外，通常期望第一导电箔层和第二导电箔层均比绝缘 层厚。在一些情况下，第一导电箔层32的厚度与第二导电箔层36的厚 度大致相等。在其他情况下，第一导电箔层32的厚度与第二导电箔层36 的厚度不等。在一些情况下，第二导电箔层36的厚度大于第一导电箔层 32的厚度，从而使得第二导电箔层36能够更有效地从LED晶粒20的 位置横向散热。
图3是沿着图2的线3-3截取的放大剖视图。LED晶粒20设置在 第一导电层32的上表面34上，并且可通过各向同性导电粘接剂层60 (例如Metech 6144S，可得自Metech Incorporated of Elverson, Pa.， U.S.A.)，或者通过各向异性导电粘接剂层或焊料层与第一导电层32的 电路迹线进行电连接。焊料的热阻通常比粘接剂的热阻低，但是并非所有 LED晶粒都具有可焊接的金属化基极。由于处理过程中熔化焊料的表面张 力，焊料连接还具有自动对齐LED晶粒20的优点。 一些LED可以采用 高温80/20金/锡焊料，可以使该焊料回流以形成非常稳定的低热阻界
面，这种界面能够承受温度高达300°C的后续焊接处理。然而， 一些LED 晶粒20对回流焊的温度敏感，因此层60优选地采用粘接剂。
现在参见图4，另一个照明组件的剖视图示出LED晶粒20\'，该 LED晶粒20\'的两个电接触片位于LED晶粒的同一侧，而不是像图1-3 的引线结合实施例那样位于二极管的相对两侧。根据LED晶粒20\'的设 计，光从二极管20\'的与接触片相对的一侧射出，或者从二极管20\'的 与接触片相同的一侧射出。如同图1-3所示的引线结合LED晶粒20，导 电粘接剂、各向异性导电粘接剂或回流焊均是用于将LED晶粒20\'与第 一导电层32连接的方法。
如上所述，基底30是一种适形材料，可在适度的压力下发生永久变 形而具有仅与基底30的一部分分离的凸起或凹陷，因而如果将基底30 平放，变形部的所有侧面就由基底30的平坦部分界定。当基底发生变形 后，绝缘层40仍保持完好并且是附着的(即，绝缘层40不会破裂、断 裂或从第一导电层32和第二导电层36上剥离)。图5A和5B提供了 在基底30中具有变形部的照明组件的一部分的透视图，其中LED晶粒 20设置在变形部之中或变形部之上。在图5A和5B中，为了清楚起见和 便于说明，没有示出电路迹线和结合引线。
在图5A中，多个大致半球形的凹陷70 (即小凹坑)在基底30的上 表面34下方延伸，并且在每个凹陷70中都设置LED晶粒20。示出的 LED晶粒20大致设置在凹陷70的底部中心，使得LED晶粒20沿着与 基底30的上表面34大致垂直的方向发光。在其他实施例中，可以将一 个、 一些或所有LED晶粒20设置在它们各自的凹陷70的斜面上，从而 使得至少一些LED晶粒20相对于基底30的上表面34倾斜地发光。
在图5B中，细长的凸起80 (即隆起)在基底30的上表面34的上 方延伸，并且多个LED晶粒20设置在凸起80之上。示出的LED晶粒 20设置在凸起的两个倾斜表面上，使得LED晶粒沿着相对于基底30的 上表面34倾斜的方向发光。在其他实施例中，LED晶粒可安装在凸起80 的最上部，并且LED晶粒20可以安装在凸起80的仅一个倾斜表面上或 少于倾斜表面总数的多个倾斜表面上。
可配置基底30的各个变形部以接纳单个LED晶粒、晶粒簇或者成堆 或成行的LED晶粒。在一些实施例中，将不止一个LED (如，分别具有红 色、绿色和蓝色输出的LED)密集地设置在局部区域(例如单个变形部之 上或单个变形部之中)中，以产生外观上呈白色的光。可单独对变形部的 形状进行配置，或将变形部形状与可选的封壳和/或光学薄膜结合进行配 置，以增强颜色的混合。
应当理解到，图5A禾n 5B中的凹陷70和凸起80的形状和布置方 式仅仅是示例性的，并非旨在限制。基底30中的变形部可以是对照明组 件10的预期应用有用的任何形状或布置方式，并且包括具有平滑变化表 面的变形部(例如半球状的情况)，或分段不连续的表面(例如具有平坦 小面的棱锥形的情况)。变形部可以是非对称的或对称的，如椭圆凹陷而 不是半球形凹陷。在一些实施例中，变形部具有复合曲率。在一些实施例 中，变形部具有与LED晶粒20的横向尺寸的数量级相同的横向尺寸。
现在参见图6A到7，图中提供了适形基底30的示例性剖视图，其 中适形基底30具有变形部，并且至少一个LED晶粒20设置在变形部之 上或变形部之中。
在图6A中，图案化的适形基底30经过变形而形成尺寸足够大的凹 陷(例如图5A的凹陷70)，以接纳凹陷底部表面上的LED晶粒20。如 上所述，导电粘接剂、各向异性导电粘接剂或回流焊均为可用于将LED晶 粒20与第一导电层32连接的连接方法。在所示的实施例中，散热组件 50经过预成形具有所需的凹陷，并且基底30通过在基底30和散热组件 50之间的具有相对一致厚度的热界面材料层52而适形地附着在散热组件 50上。所示的可选封壳90遮盖LED晶粒20。
图6B示出了与图6A相似的照明组件的一部分，但在图6B中散热 组件50的与基底30连接的表面基本上是平坦的。热界面材料层52被 凹陷70取代并与基底30的形状一致。厚度减薄的层52降低了热界面 材料层的热阻抗。
图6C也示出了与图6A相似的照明组件的一部分，但在图6C中凹 陷70的深度大于LED晶粒20的高度。在图6C的实施例中，示出了一 种将凹陷70填充成与基底30的上表面基本平齐的可选封壳90，并且可
将一种或多种可选光学薄膜92 (例如扩散膜、偏振膜(例如可得自3M公 司的任何Vikuiti DBEF膜)或结构化表面膜(例如可得自3M公司的任 何Vikuiti BEF膜))与该组件组合使用。在其他实施例中，凹陷70 可能没有封壳90，或者未完全采用封壳90。
现在参见图7，使图案化的适形基底30经过变形而形成凸起80。如 上所述，导电粘接剂、各向异性导电粘接剂或回流焊均为可用于将LED晶 粒20与第一导电层32连接的连接方法。散热组件50的与基底30连 接的表面基本上是平坦的，并且热界面材料层52与基底30的变形形状 一致。在其他实施例中，散热组件可经过预成形而具有凸起80的所需形 状，并且基底30可通过热界面材料层52而适形地附着在散热组件50 上。
本文所述的示例性实施例尤其适用于与已知封壳和/或已知光学薄膜组 合使用。例如，具有荧光体层(用于颜色转换)或以其它方式含有荧光体 的封壳可用在LED晶粒20的上方或周围，而不会减少LED晶粒的光输 出。封壳可与基底30中具有任何形状或构造的变形部结合使用，所述变 形部包括在基底30的上表面34的下方延伸的变形部以及突出到基底30 的上表面34上方的变形部。
现在参见图8，在制造照明组件10的过程中，例如通过退绕适形基 底的送料辊100来提供上述适形基底30，并且在图案化工位102使第一 导电层32图案化，从而形成所需的电路迹线41。可使用任何传统的电路 构造技术实现层32的图案化。使用上述已知的以及传统的晶粒连接及引 线结合方法，在晶粒连接工位104将LED晶粒20连接在图案化的第一 导电层32上。然后在成形工位106使具有LED晶粒20的适形基底30 进行变形以便为基底30提供所需的表面特征(即凹陷、凸起或它们的组 合)，并且表面特征的位置对应于LED晶粒20的位置。接着，在封装工 位108处可选地施加封壳90，然后在将具有LED晶粒20的基底30缠 绕到接收辊110上之前使封壳90固化。在另一些情况下，可在连接LED 晶粒20之前进行适形基底30的变形，如成形工位106\'所示。在一些 情况下，不是将具有LED晶粒20的适形基底30缠绕到接收辊110 上，而是以一定的间隔切割该基底，从而提供多个照明组件带、板或其他
适合安装在背光源(例如用于背光照明显示器、标志或图形)中的形状。 在另一些情况下，接收辊110可以成为后续工序的送料辊。
可使用众多不同的技术来实现具有LED晶粒20的基底30的变形。 在一种技术中，可以在适形基底上用手按压具有所需形状的一个或多个钝 物，以形成所需的凹陷或凸起。在另一种技术中，通过使用工具来压花或 压印具有LED晶粒20的基底30，该工具构造为能够防止对LED晶粒 20及其电互连造成损坏。优选的是，可提供具有一种或多种所需变形部的 成形工具。以一个或多个位置为顺序，相对于工具布置适形基底，然后将 工具按压到适形基底上，由此使基底变形并具有所需的图案。可使用空气 压力、机械装置、液体压力或其他压印、压花方法或在本领域中已知的模 压物体进行压印操作。
如果需要的话，具有LED晶粒20的基底30可适形地附着在具有所 需特征的支撑表面(例如散热组件50)上。在将基底30与支撑表面结合 之前，可将支撑表面部分地或完全地形成为基底30的所需最终形式，或 者可在形成支撑表面的同时使基底30变形以制成所需的表面特征。可使 用包括真空模制/挤压或者层压(使用或不使用热和/或压力)的技术，使 基底30成形或变形为具有支撑表面的特征。
本发明所公开的适形基底不仅可用于上述LED晶粒，也可以用于其他 电路元件，尤其是产生大量热量的元件。因此，我们可以想到与以上所公 开的照明组件相似的组件，但是其中一些或所有LED晶粒被以下一个或多 个元件替代有机发光二极管(0LED)、固态激光器、功率晶体管、集成 电路(IC)和有机电子器件。
除非另有说明，本说明书和权利要求中的用来表示数量、特性测量值 等的所有数字应当理解为在所有情况下均由术语\"约\"来修饰。因此，除 非有相反的指示，否则说明书和权利要求中列出的数值参数均为近似值， 并且所述近似值根据本领域内的技术人员利用本发明的说明获得的所需特 性而有所不同。在最低程度上，每个数字参数并不旨在将等同原则的应用 限制在权利要求书保护的范围内，至少应该根据所报告数字的有效数位和 通过惯常的四舍五入法来解释每一个数字参数。虽然阐述本发明广义范围 的数值范围和参数是近似值，但是本说明依然尽可能精确地报告在具体实
施例中所列出的数值。然而，任何数值固有地包含必然会由各自试验测量 中所存在的标准偏差引起的某些误差。
上述具体实施方式
为示例性的，并非旨在限制本发明的范围。本文所 公开的实施例可能存在变型及修改形式，本领域的普通技术人员在研究本 专利文献后可以理解到实施例中多种元件的实际替代物和等同物。在不脱 离本发明范围和精神的前提下，可以对本文所公开的实施例应用这些以及 其他的变型及修改形式。
权利要求
1. 一种照明组件，包括适形基底，其包括由电绝缘层间隔开的第一导电箔和第二导电箔，所述绝缘层包含载有颗粒的聚合物材料，所述颗粒增强所述绝缘层的热导率；以及设置在所述第一导电箔上的多个LED晶粒。
2. 根据权利要求1所述的组件，其中所述适形基底具有至少一个变形 部，并且至少一个所述LED晶粒设置在所述变形部之上或所述变形 部之中。
3. 根据权利要求2所述的组件，其中所述变形部选自于凸起、凹陷以 及它们的组合。
4. 根据权利要求2所述的组件，其中至少一个所述LED晶粒设置在 所述变形部的倾斜表面上，使得所述LED晶粒相对于所述适形基底 倾斜地发光。
5. 根据权利要求1所述的组件，其中所述第一导电箔被图案化以形成 一条或多条迹线。
6. 根据权利要求1所述的组件，其中所述颗粒提高所述绝缘层的反射 率。
7. 根据权利要求1所述的组件，其中所述绝缘层是大致透明的。
8. 根据权利要求1所述的组件，其中所述导电箔包括金属或导电塑 料。
9. 根据权利要求1所述的组件，其中所述适形基底还包括所述第一导 电箔上的涂层，所述涂层将所述LED晶粒和所述第一导电箔连接。
10. 根据权利要求1所述的组件，其中所述第一导电箔和第二导电箔均 比所述绝缘层厚。
11. 根据权利要求1所述的组件，其与下列特征相组合 散热器；以及热界面材料层，其设置在所述散热器和所述第二导电箔之间。
12. —种显示器背光源，包括根据权利要求1所述的组件。
13. —种制备照明组件的方法，所述方法包括-提供适形基底，所述适形基底包括由电绝缘层间隔开的第一导电箔 和第二导电箔；对所述第一导电箔图案化；将多个LED晶粒连接到所述图案化的第一导电层上；以及 使所述基底永久变形，以限定多个表面特征，其中所述表面特征的 位置对应于所述LED晶粒的位置。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述表面特征具有复合曲率。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述表面特征具有与所述LED 晶粒的横向尺寸的数量级相同的横向尺寸。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中所述永久变形步骤包括将所述 基底适形地连接在支撑表面上，所述支撑表面包括具有复合曲率的 特征。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中所述永久变形步骤包括将所述 基底进行压花、压印以及真空成形中的一种。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中所述永久变形步骤是在所述连 接步骤之前实施的。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中所述提供步骤包括使成巻的所 述适形基底退绕。
20. 根据权利要求19所述的方法，还包括以一定间隔切割所述适形基 底，以提供多个照明组件带、板或其他适合安装到背光源中的形
全文摘要
本发明公开一种照明组件(10)，包括适形基底(30)，所述适形基底包括由电绝缘层(40)间隔开的第一导电箔(32)和第二导电箔(36)。所述绝缘层包括聚合物材料(43)，在所述材料上载有可提高所述绝缘层热导率的颗粒。多个LED晶粒(20)设置在所述第一导电箔(32)上。
文档编号F21V29/00GK101379344SQ200780004037
公开日2009年3月4日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年1月31日
发明者乔尔·S·派弗, 卡梅伦·T·默里, 安德鲁·J·欧德科克, 约翰·A·惠特利, 约翰·C·舒尔茨, 纳尔逊·B·小奥布赖恩 申请人:3M创新有限公司
本文链接： http://jciusainc.immuno-online.com/view-733324.html
发布于 ： 2021-03-25
阅读（0）
最新动态
2021-03-25
2021-03-25
2021-03-25
