專利名稱：具有適形箔結(jié)構(gòu)的led照明組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)裝置、液晶顯示屏(LCD)裝置、這兩 種裝置的組件以及相關(guān)的制品和方法。
背景技術(shù)：
LED是良好的光源選擇，這在一定程度上是因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬?duì)較小的 尺寸、較低的功率/電流需求、快速的響應(yīng)時(shí)間、較長(zhǎng)的使用壽命、牢固的 封裝、各種可用的輸出波長(zhǎng)以及與現(xiàn)代電路結(jié)構(gòu)的兼容性。這些特性可以 解釋過(guò)去數(shù)十年中它們得以廣泛應(yīng)用于多種不同的最終應(yīng)用場(chǎng)合的原因。 一直在效率、亮度和輸出波長(zhǎng)方面對(duì)LED進(jìn)行改進(jìn)，這進(jìn)一步擴(kuò)大了 LED 潛在的最終應(yīng)用范圍。
最近，LED開始用于為液晶電視裝置提供背光照明'，還用于其他類型 的照明及顯示系統(tǒng)。對(duì)于大多數(shù)照明應(yīng)用而言，需要多個(gè)LED來(lái)提供所需 的光強(qiáng)度。由于它們的尺寸相對(duì)較小，因此可采用陣列的形式組裝多個(gè) LED,所構(gòu)成的陣列尺寸小，并且具有高亮度或高輻照度。
通過(guò)增加陣列中各個(gè)LED的組裝密度，可以提高LED陣列的光強(qiáng) 度?？赏ㄟ^(guò)以下方式提高組裝密度在不增加陣列所占空間的情況下，增 加陣列中LED的數(shù)目；或者保持陣列中LED的數(shù)目并減小陣列的尺寸。 然而，即使具有全局有效的熱傳導(dǎo)機(jī)制，局部升溫也會(huì)縮短LED的使用壽 命，因而，將大量的LED密集地組裝成陣列關(guān)系到長(zhǎng)期可靠性的問(wèn)題。因 此，隨著LED組裝密度的增加，如何散發(fā)LED陣列產(chǎn)生的熱量變得越來(lái) 越重要。在其他應(yīng)用中，即使對(duì)于那些沒有采用高組裝密度的應(yīng)用，驅(qū)動(dòng) 電壓/電流以及LED晶粒的亮度也會(huì)不斷增加，導(dǎo)致LED晶粒周圍的局部 溫度升高。因此，每個(gè)LED晶粒的所在位置以及整個(gè)陣列都需要更好地散 扭。
傳統(tǒng)的LED安裝技術(shù)使用如美國(guó)專利申請(qǐng)公開2001/0001207A1 (Shimizu等人)所述的封裝，這種封裝無(wú)法將在LED中產(chǎn)生的熱量從 LED中快速地傳遞出來(lái)。因此，使裝置的性能受到限制。近來(lái)，已經(jīng)可以 使用散熱增強(qiáng)型封裝，在這種封裝中LED安裝并連接在電絕緣且導(dǎo)熱的基 底(例如陶瓷)上，或者具有導(dǎo)熱導(dǎo)通塞陣列(如在美國(guó)專利申請(qǐng)公開 2003/0001488A1 (Sundahl)中所述)，或者這種封裝使用引線框與晶粒進(jìn) 行電連接，該晶粒與導(dǎo)熱導(dǎo)電的熱傳遞介質(zhì)(如在美國(guó)專利申請(qǐng)公開 2002/0113244A1 (Barnett等人)中所述)連接。在美國(guó)專利申請(qǐng)公開 2005/0116235A1 (Schultz等人)中公開了一種具有改進(jìn)的熱學(xué)特性的照 明組件，其中照明組件包括設(shè)置在基底上的多個(gè)LED晶粒，該基底在基底 的第一側(cè)面具有電絕緣層并且在基底的第二側(cè)面具有導(dǎo)電層。各個(gè)LED晶 粒均設(shè)置在導(dǎo)通塞中，該導(dǎo)通塞穿過(guò)基底第一側(cè)面上的電絕緣層延伸到基 底第二側(cè)面上的導(dǎo)電層，而且每個(gè)LED晶粒通過(guò)導(dǎo)通塞與導(dǎo)電層進(jìn)行熱連 接和電連接。對(duì)導(dǎo)電層圖案化以限定多個(gè)電絕緣的熱擴(kuò)散元件，這些元件 進(jìn)而設(shè)置成與散熱組件鄰近。
本發(fā)明的申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，盡管近來(lái)有些方法改善了 LED陣列的熱學(xué)特 性，但這些方法仍有缺點(diǎn)。具體地講，設(shè)置有LED陣列的基底具有有限的 形成局部特征的能力，這些特征的尺寸對(duì)完全使用、控制以及操縱從LED 發(fā)出的光是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了照明組件，特別是包括適形基底的照明組件，該基底具 有由電絕緣層間隔幵的第一導(dǎo)電箔和第二導(dǎo)電箔。所述絕緣層包括載有能 夠提高絕緣層熱導(dǎo)率的顆粒的聚合物材料。多個(gè)LED晶粒優(yōu)選地設(shè)置在所 述第一導(dǎo)電箔上。
在示例性實(shí)施例中，所述適形基底具有至少一個(gè)變形部，并且至少一 個(gè)LED晶粒設(shè)置在所述變形部之上或所述變形部之中。在一些實(shí)施例中， 改變第一導(dǎo)電箔和第二導(dǎo)電箔及電絕緣層以控制基底的光學(xué)特性。
根據(jù)下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些方面及其他方面將是顯而易見 的。然而，在任何情況下以上內(nèi)容都不應(yīng)理解為對(duì)受權(quán)利要求書保護(hù)之主
題的限制，受權(quán)利要求書保護(hù)的主題僅受所附權(quán)利要求書限定，在審查期 間可以對(duì)其進(jìn)行修正。


圖1為照明組件的一部分的透視圖2為圖1的照明組件的一部分的俯視圖，該附圖示出照明組件的 更大的表面區(qū)域；
圖3為沿圖2的線3-3截取的放大剖視圖； 圖4為示出另一個(gè)照明組件的放大剖視圖5A為照明組件的透視圖，該照明組件具有多個(gè)向內(nèi)突出的變形 部，LED設(shè)置在該變形部之中；
圖5B為照明組件的透視圖，該照明組件具有向外突出的變形部，LED 設(shè)置在該變形部之上；
圖6A為具有適形基底的照明組件的剖視圖，該適形基底具有向內(nèi)突 出的變形部，LED設(shè)置在該變形部之中，其中所述基底適形地附著在另外 的基底上；
圖6B為具有適形基底的照明組件的另一個(gè)剖視圖，該適形基底具有 向內(nèi)突出的變形部，LED設(shè)置在該變形部之中，其中熱界面材料與變形的 基底相一致；
圖6C為具有與圖6A相似的適形基底的照明組件的剖視圖，示出封 殼和光學(xué)薄膜的可選使用；
圖7為具有適形基底的照明組件的剖視圖，該基底具有向外突出的變 形部，LED設(shè)置在該變形部之上，其中熱界面材料與變形的基底相一致； 以及
圖8為一種制備照明組件的方法的示意圖。
在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。這些附圖是理想化 的，并非按比例繪制，并且僅用于示例性目的。
具體實(shí)施例方式
在本文中我們將描述包括LED晶粒的照明組件。就此而言，"發(fā)光二 極管"或"LED"是指發(fā)出光(無(wú)論是發(fā)射可見光、紫外光或者紅外光)的 二極管。發(fā)光二極管包括作為L(zhǎng)ED (不論是常規(guī)型還是超輻射型)銷售的 不相干的封閉或封裝的半導(dǎo)體器件。在LED發(fā)射諸如紫外光等不可見光的 情況下，以及在LED發(fā)射可見光的一些情況下，可以將該LED封裝成包 括有機(jī)或無(wú)機(jī)熒光體(或者該LED可以照亮設(shè)置在遠(yuǎn)處的熒光體)，以將 短波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見光，從而在某些情況下生成發(fā)射白光的 裝置。"LED晶粒"是處于其最基本形態(tài)的LED,即經(jīng)半導(dǎo)體加工方法制 成的單個(gè)元件或芯片的形態(tài)。例如，LED晶粒通常是由一種或多種III族 元素的組合和一種或多種V族元素的組合而形成的(III-V半導(dǎo)體)。合 適的III-V半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括氮化物(如氮化鎵)和磷化物(如磷化 銦鎵)。還可以使用其他類型的I工I-V材料，同樣，還可以使用元素周期 表其他族的無(wú)機(jī)材料。元件或芯片可包括適用于施加能量以便使裝置通電 的電觸點(diǎn)。該電觸點(diǎn)的實(shí)例包括引線結(jié)合、巻帶自動(dòng)結(jié)合(TAB)或倒裝結(jié) 合。通常以晶片級(jí)形成該元件或芯片的各層和其他功能部件，然后將制成 的晶片切割成單個(gè)元件，以生產(chǎn)多個(gè)LED晶粒?？梢杂帽砻尜N裝、芯片直 接貼裝或其他已知的貼裝構(gòu)造來(lái)構(gòu)造LED晶粒。 一些封裝的LED是通過(guò) 在LED晶粒和相關(guān)的反射杯的上方形成聚合物封殼而制成的。
如下面所進(jìn)一步描述的，LED晶?？稍O(shè)置在適形基底上。就這一點(diǎn)而 言，如果可使用局部力或局部壓力讓制品產(chǎn)生永久變形，而不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì) 性的破裂或功能性的損失，則這種箔、基底或其他薄制品可被稱為"適 形"。變形部可以是凸起或凹陷，可以僅是隔離出的制品的一部分，從而 在平放制品時(shí)由制品的平坦部分界定變形部的所有側(cè)面。換句話說(shuō)，變形 部可具有復(fù)合曲率，即可以在兩個(gè)相互垂直的參考平面的每一個(gè)內(nèi)都是彎 曲的(無(wú)論是平滑變化的，例如半球的情況；還是分段不連續(xù)的，例如帶 平坦小面的棱錐形的情況)，所述參考平面垂直于制品平面。優(yōu)選的是， 可以用適度的壓力產(chǎn)生永久性變形部，例如通過(guò)手持小型鈍物擠壓制品而 得到的那種變形部。
現(xiàn)在參見圖1，其示出照明組件10的一部分的透視圖。照明組件10 包括以陣列形式設(shè)置在適形基底30上的多個(gè)LED晶粒20。可以選擇
LED晶粒20以發(fā)射優(yōu)選的波長(zhǎng)，例如在紅光、綠光、藍(lán)光、紫外光或紅 外光光譜區(qū)域中的波長(zhǎng)。LED晶粒20可以發(fā)出相同光譜區(qū)域中的光或者 分別發(fā)出不同光譜區(qū)域中的光。在一些情況下，LED晶粒20的標(biāo)稱高度 為250,
適形基底30包括對(duì)基底的上表面34進(jìn)行限定的第一導(dǎo)電層32，以 及對(duì)基底30的底面38進(jìn)行限定的第二導(dǎo)電層36。電絕緣層40將第一 導(dǎo)電層32和第二導(dǎo)電層36間隔開。如圖所示，對(duì)第一導(dǎo)電層32圖案 化以形成電路跡線41，并且LED晶粒20設(shè)置在第一導(dǎo)電層36上并與 第一導(dǎo)電層36電連接。所示電路跡線41僅僅是示例性的。
基底30的第二導(dǎo)電層36設(shè)置為鄰近散熱器或散熱組件50，并且通 過(guò)熱界面材料層52與散熱組件熱耦合。散熱組件50可以是(例如)通 常被稱為散熱器的散熱裝置，該散熱裝置由例如鋁或銅等導(dǎo)熱金屬或者例 如碳填充的聚合物等導(dǎo)熱聚合物制成。熱界面材料層52可包括任何適用 的材料，適用材料包括粘接劑、油脂和焊料。層52的熱界面材料可以是 (例如)導(dǎo)熱粘接劑材料，例如載有氮化硼的聚合物(如3M公司出售的 3M 導(dǎo)熱帶8810)，或者是導(dǎo)熱非粘性材料，例如填充有銀的化合物(如 由 Arctic Silver Incorporated of Visalia， Calif. ， U.S.A.出售的 Arctic Silver 5高密度多合銀散熱化合物)。優(yōu)選的是，散熱組件50 具有盡可能小的熱阻抗，優(yōu)選地?zé)嶙杩剐∮?.0°C/W。在一些情況下，散 熱組件50的熱阻抗優(yōu)選地在0. 5°C/W到4.CTC/W的范圍內(nèi)。層52的 材料的熱導(dǎo)率理想地在0. lW/m-K到lOW/m-K的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為至少 lW/m-K。
在圖1的照明組件10中，LED晶粒20是一類在LED晶粒的相對(duì) 兩側(cè)具有電觸點(diǎn)的晶粒，所述相對(duì)兩側(cè)指的是晶粒的底部和上表面。位于 每個(gè)LED晶粒20底部的觸點(diǎn)與LED晶粒20緊下方的電路跡線41進(jìn) 行電連接和熱連接。位于每個(gè)LED晶粒20頂部的觸點(diǎn)通過(guò)從LED晶粒 20延伸的結(jié)合引線39與另一個(gè)電路跡線41進(jìn)行電連接。為了利于形成 良好的引線結(jié)合，第一導(dǎo)電層32可包括鎳和金的金屬化表面。
在圖2中可以最佳地看到圖1中的第一導(dǎo)電層32的圖案。對(duì)第一 導(dǎo)電層32圖案化以限定多個(gè)電路跡線41。每個(gè)電路跡線41設(shè)置為與關(guān)
聯(lián)的LED晶粒20和關(guān)聯(lián)的結(jié)合引線39電耦接并且熱耦合，從而根據(jù)具 體應(yīng)用的要求，將至少一些LED晶粒20以串聯(lián)方式電連接。如圖2中所 最佳地示出，不是將第一導(dǎo)電層32圖案化為僅僅提供使LED晶粒20電 連接的狹窄的導(dǎo)電引線跡線，而是使第一導(dǎo)電層32圖案化為僅移除使電 路跡線41電絕緣所必需的導(dǎo)電材料，并盡可能多地保留第一導(dǎo)電層32 以用作LED晶粒20所發(fā)射的光的反射器。保留盡可能多的第一導(dǎo)電層 32還可使得電路跡線更寬，這對(duì)需要短時(shí)高電流脈沖的應(yīng)用是有用的。較 寬的跡線允許傳輸更高的電流密度，即使在很短的時(shí)間內(nèi)也是如此。
在一些實(shí)施例中，選擇第一導(dǎo)電層32的材料以提供具體應(yīng)用所需的 光學(xué)特性(如反射、顏色、散射、衍射或這些特性的組合)。在另一些實(shí) 施例中，通過(guò)鍍覆和/或涂覆法改善第一導(dǎo)電層32的上表面34的光學(xué)特 性，從而提供所需的光學(xué)特性。在一些實(shí)施例中，對(duì)上表面34進(jìn)行鍍 覆，然后對(duì)露出的鍍層表面進(jìn)行涂覆，以改善光學(xué)性能。適用的涂覆和鍍 覆材料包括銀、鈍化銀、金、銠、鋁、增強(qiáng)反射的鋁、銅、銦、鎳(如浸 鎳、無(wú)電鍍鎳或電鍍鎳)、鉻、錫、以及它們的合金。在一些實(shí)施例中， 涂層可包括白色涂層，例如高反射率的白色聚合物(如由Spraylat Corporation, Pelham， NY出售的Starbrite EF反射涂層)。也可在層 32的表面34上沉積多層介電堆，以提高反射率。適用的涂層還可包括金 屬和半導(dǎo)體氧化物、碳化物、氮化物以及它們的混合物和化合物。根據(jù)預(yù) 期應(yīng)用，這些涂層可以是導(dǎo)電的或絕緣的。適用的涂覆方法包括濺鍍、物 理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積。涂覆方法可選地可以采用離子輔助的方式。 還可以通過(guò)控制上述表面34和/或鍍層和涂層的表面紋理，改善導(dǎo)電層 32以及導(dǎo)電層32上的鍍層或涂層的光學(xué)特性。例如在一些情況下光學(xué)光 滑的表面光潔度是優(yōu)選的，而在其他情況下不光滑或有些粗糙的表面光潔 度是優(yōu)選的。在另一些實(shí)施例中，也可以在第一導(dǎo)電層32的一個(gè)或兩個(gè) 主表面上施加光學(xué)薄膜(例如由3M公司出售的Vikuiti 增強(qiáng)型鏡面反 射(ESR)薄膜)，以增強(qiáng)所需的光學(xué)特性，例如鏡面反射率或漫反射率。
如圖3所示，基底30的電絕緣層40包括載有顆粒42的聚合物材 料43，其中的顆粒可提高絕緣層40的熱導(dǎo)率。也可以選擇聚合物材料 43禾卩/或顆粒42來(lái)改變絕緣層40的電學(xué)特性、熱學(xué)特性、光學(xué)特性和/
或機(jī)械特性。當(dāng)電氣設(shè)計(jì)包括在LED附近露出電絕緣層40的大面積區(qū)域 時(shí)，還可以提高電絕緣層40的光學(xué)性能(如反射率、擴(kuò)散率和透明 度)。
如上所述，也可以選擇聚合物材料43和/或顆粒42以提高絕緣層 40的反射率。例如，絕緣層40可以載有白色漫反射材料(如BaS04、 Ti02)，或載有高折射率材料(如金剛石、SiC、 Al20:i)，或載有反射型材 料(如薄銀片或納米顆粒材料)，或載有使用電/磁手段取向來(lái)實(shí)現(xiàn)所需光 學(xué)特性的材料，例如鐵電材料(如鋯鈦酸鉛鑭(PLZT))。作為另外一種 選擇，可選擇聚合物材料43和/或顆粒42以使得絕緣層40大致透明。 在這種情況下，可以選擇或改變第二導(dǎo)電層36的涂層側(cè)的光學(xué)特性以提 供所需的特性(如反射率、擴(kuò)散率)。在其他實(shí)施例中，選擇聚合物材料 43禾口/或顆粒42以使得絕緣層40具有所需的外觀顏色。
在這些實(shí)施例中，可以在每個(gè)LED晶粒20上設(shè)置封殼以幫助將光線 耦合至晶粒外，并且/或者優(yōu)先地將所發(fā)出的光引向絕緣層40，通過(guò)絕緣 層40使光反射(鏡面反射或漫反射)、偏振或傳播。通過(guò)預(yù)先形成金屬 箔的內(nèi)部主表面(即電絕緣層40與第一導(dǎo)電層32以及電絕緣層40與 第二導(dǎo)電層36的界面)，可以對(duì)絕緣層40的宏觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)以及 納米級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)特性。例如，可以通過(guò)化學(xué)(紋理 蝕刻)、機(jī)械(壓花)或光學(xué)(激光燒蝕)方法使銅箔的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)化。 露出的絕緣層40界面將是金屬薄膜預(yù)成型件的反像或鏡像。也可通過(guò)在 絕緣層40中添加一種或多種熒光體或熒光材料來(lái)改變絕緣層40的光學(xué) 特性，從而使得入射輻射的波長(zhǎng)發(fā)生偏移。在這些波長(zhǎng)變換的情況下，可 以得到有效地去除斯托克斯頻移能量的額外有益效果。
在一些情況下，電絕緣層40由樹脂和顆粒的共混物制備而成。適用 的樹脂包括環(huán)氧樹脂及其共混物?？缮藤?gòu)獲得的環(huán)氧樹脂包括由 Resolution Performance Products出售的Epon 1001F環(huán)氧樹月旨，以及 由Vantico公司出售的XP71756環(huán)氧樹脂。樹脂可以承受在典型的回流 焊操作中會(huì)遇到的溫度，例如，在約180°C到約290°C的范圍內(nèi)的溫 度。優(yōu)選的是，樹脂可以承受短時(shí)間暴露在超過(guò)300°C的溫度下，在使常
用于LED晶粒連接的80/20金/錫焊料回流時(shí)需要達(dá)到該300°C的溫 度?？墒惯@些樹脂干燥或固化以形成電絕緣層。
優(yōu)選地選擇顆粒42以提高絕緣層40的熱導(dǎo)率?？蔀榇诉x擇任何適 用的材料。在示例性實(shí)施例中，顆粒包括碳化硅、氧化鋁、氮化硼、金 剛石，或者更復(fù)雜的工程材料(例如具有電絕緣涂層的金屬顆粒，或者納 米顆粒)。如果針對(duì)預(yù)期應(yīng)用，樹脂和顆粒的共混物的總體效果是電絕緣 的并且具有足夠的熱導(dǎo)率，那么顆?？梢允请娊橘|(zhì)(電絕緣)或?qū)щ娢镔|(zhì) 或它們的混合物。
示例性電介質(zhì)顆?；螂娊^緣顆粒包括鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、氧化鈦、鋯 鈦酸鉛、硼、氮化硼、金剛石、氧化鋁、鈹、硅和以上材料的其他碳化 物、氧化物和氮化物，以及它們的化合物或混合物?？梢詮腘ippon Chemical Industrial Co. ， Tokyo, Japan購(gòu)得商品名為"BESPA AKBT" 的鈦酸鋇。
示例性導(dǎo)電顆?？砂▽?dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料，例如金屬或合金顆 粒，其中金屬可以是銀、鎳或金；涂覆鎳的聚合物球體；涂覆金的聚合物 球體(可以以產(chǎn)品標(biāo)號(hào)"20 GNR4. 6-EH"從JCI USA Inc., New York, N.Y.商購(gòu)獲得)或它們的混合物。
顆粒可以為任何形狀，并且可以是規(guī)則的或不規(guī)則的形狀。示例性形 狀包括球形、小板形、立方體形、針狀、扁圓形、扁球體形、棱錐形、棱 柱形、片狀、桿狀、板狀、纖維狀、薄片形、須狀以及這些形狀的混合。 粒度(即顆粒的最小尺寸)通常在約0.05jim到約11pm的范圍內(nèi)，優(yōu)選 地在0.05pm至!J 3pm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在0. 05pm至U 2|im的范圍內(nèi)。 顆粒可以大致具有相同的尺寸，或者可以使用顆粒尺寸不同的混合物。為 了形成能提高與第一導(dǎo)電層32和第二導(dǎo)電層36之間附著力的、足夠光滑 的絕緣層40，顆粒的平均尺寸理想地為電絕緣層40厚度的一小部分。在 一些實(shí)施例中，顆粒的平均尺寸小于電絕緣層40厚度的約K，優(yōu)選地小 于電絕緣層40厚度的約％，更優(yōu)選地小于電絕緣層40厚度的約 1/10。
根據(jù)電絕緣層的總體積，聚合物中的顆粒的含量按體積計(jì)通常占20% 到60%。顆粒分布可以是隨機(jī)的或有序的。如果對(duì)與絕緣層40鄰接的第
一導(dǎo)電層32和第二導(dǎo)電層36的表面進(jìn)行處理來(lái)提高與絕緣層40的附 著力，則聚合物中的顆粒的含量按體積計(jì)可大于60%?？捎糜谔岣吒街?的示例性表面處理方法包括5-氨基苯并三唑和3-縮水甘油醚氧基丙基三 甲氧基硅烷、電暈放電、等離子灰化/蝕刻、自組裝單層和反應(yīng)層，以將樹 脂基體材料與第一導(dǎo)電層32和第二導(dǎo)電層36粘結(jié)在一起。
也可使用防腐處理法來(lái)處理金屬箔以提高附著力(如，對(duì)銅箔使用鋅/ 鉻處理)。
通常，電絕緣層40的厚度在約0.5pm到約4(^m的范圍內(nèi)，優(yōu)選 地小于約2(Vm。
在一些實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層32和第二導(dǎo)電層36包括導(dǎo)電箔。導(dǎo) 電箔包括金屬或?qū)щ娝芰?。適用的金屬箔包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈀、 錫、鉛以及它們的組合，例如鍍鋁銅箔。如果第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層為 金屬箔，那么金屬優(yōu)選地具有等于或低于固化電絕緣層的溫度的退火溫 度，或者在涂覆電絕緣層之前使金屬退火。
通常，第一導(dǎo)電箔層和第二導(dǎo)電箔層的厚度范圍為0.5密耳到8密 耳(大約10pm到200|im)，更優(yōu)選地為0.5密耳到1.5密耳(大約 l(Vm到38pm)。此外，通常期望第一導(dǎo)電箔層和第二導(dǎo)電箔層均比絕緣 層厚。在一些情況下，第一導(dǎo)電箔層32的厚度與第二導(dǎo)電箔層36的厚 度大致相等。在其他情況下，第一導(dǎo)電箔層32的厚度與第二導(dǎo)電箔層36 的厚度不等。在一些情況下，第二導(dǎo)電箔層36的厚度大于第一導(dǎo)電箔層 32的厚度，從而使得第二導(dǎo)電箔層36能夠更有效地從LED晶粒20的 位置橫向散熱。
圖3是沿著圖2的線3-3截取的放大剖視圖。LED晶粒20設(shè)置在 第一導(dǎo)電層32的上表面34上，并且可通過(guò)各向同性導(dǎo)電粘接劑層60 (例如Metech 6144S，可得自Metech Incorporated of Elverson, Pa.， U.S.A.)，或者通過(guò)各向異性導(dǎo)電粘接劑層或焊料層與第一導(dǎo)電層32的 電路跡線進(jìn)行電連接。焊料的熱阻通常比粘接劑的熱阻低，但是并非所有 LED晶粒都具有可焊接的金屬化基極。由于處理過(guò)程中熔化焊料的表面張 力，焊料連接還具有自動(dòng)對(duì)齊LED晶粒20的優(yōu)點(diǎn)。 一些LED可以采用 高溫80/20金/錫焊料，可以使該焊料回流以形成非常穩(wěn)定的低熱阻界
面，這種界面能夠承受溫度高達(dá)300°C的后續(xù)焊接處理。然而， 一些LED 晶粒20對(duì)回流焊的溫度敏感，因此層60優(yōu)選地采用粘接劑。
現(xiàn)在參見圖4，另一個(gè)照明組件的剖視圖示出LED晶粒20'，該 LED晶粒20'的兩個(gè)電接觸片位于LED晶粒的同一側(cè)，而不是像圖1-3 的引線結(jié)合實(shí)施例那樣位于二極管的相對(duì)兩側(cè)。根據(jù)LED晶粒20'的設(shè) 計(jì)，光從二極管20'的與接觸片相對(duì)的一側(cè)射出，或者從二極管20'的 與接觸片相同的一側(cè)射出。如同圖1-3所示的引線結(jié)合LED晶粒20，導(dǎo) 電粘接劑、各向異性導(dǎo)電粘接劑或回流焊均是用于將LED晶粒20'與第 一導(dǎo)電層32連接的方法。
如上所述，基底30是一種適形材料，可在適度的壓力下發(fā)生永久變 形而具有僅與基底30的一部分分離的凸起或凹陷，因而如果將基底30 平放，變形部的所有側(cè)面就由基底30的平坦部分界定。當(dāng)基底發(fā)生變形 后，絕緣層40仍保持完好并且是附著的(即，絕緣層40不會(huì)破裂、斷 裂或從第一導(dǎo)電層32和第二導(dǎo)電層36上剝離)。圖5A和5B提供了 在基底30中具有變形部的照明組件的一部分的透視圖，其中LED晶粒 20設(shè)置在變形部之中或變形部之上。在圖5A和5B中，為了清楚起見和 便于說(shuō)明，沒有示出電路跡線和結(jié)合引線。
在圖5A中，多個(gè)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，并且在每個(gè)凹陷70中都設(shè)置LED晶粒20。示出的 LED晶粒20大致設(shè)置在凹陷70的底部中心，使得LED晶粒20沿著與 基底30的上表面34大致垂直的方向發(fā)光。在其他實(shí)施例中，可以將一 個(gè)、 一些或所有LED晶粒20設(shè)置在它們各自的凹陷70的斜面上，從而 使得至少一些LED晶粒20相對(duì)于基底30的上表面34傾斜地發(fā)光。
在圖5B中，細(xì)長(zhǎng)的凸起80 (即隆起)在基底30的上表面34的上 方延伸，并且多個(gè)LED晶粒20設(shè)置在凸起80之上。示出的LED晶粒 20設(shè)置在凸起的兩個(gè)傾斜表面上，使得LED晶粒沿著相對(duì)于基底30的 上表面34傾斜的方向發(fā)光。在其他實(shí)施例中，LED晶?？砂惭b在凸起80 的最上部，并且LED晶粒20可以安裝在凸起80的僅一個(gè)傾斜表面上或 少于傾斜表面總數(shù)的多個(gè)傾斜表面上。
可配置基底30的各個(gè)變形部以接納單個(gè)LED晶粒、晶粒簇或者成堆 或成行的LED晶粒。在一些實(shí)施例中，將不止一個(gè)LED (如，分別具有紅 色、綠色和藍(lán)色輸出的LED)密集地設(shè)置在局部區(qū)域(例如單個(gè)變形部之 上或單個(gè)變形部之中)中，以產(chǎn)生外觀上呈白色的光?？蓡为?dú)對(duì)變形部的 形狀進(jìn)行配置，或?qū)⒆冃尾啃螤钆c可選的封殼和/或光學(xué)薄膜結(jié)合進(jìn)行配 置，以增強(qiáng)顏色的混合。
應(yīng)當(dāng)理解到，圖5A禾n 5B中的凹陷70和凸起80的形狀和布置方 式僅僅是示例性的，并非旨在限制?；?0中的變形部可以是對(duì)照明組 件10的預(yù)期應(yīng)用有用的任何形狀或布置方式，并且包括具有平滑變化表 面的變形部(例如半球狀的情況)，或分段不連續(xù)的表面(例如具有平坦 小面的棱錐形的情況)。變形部可以是非對(duì)稱的或?qū)ΨQ的，如橢圓凹陷而 不是半球形凹陷。在一些實(shí)施例中，變形部具有復(fù)合曲率。在一些實(shí)施例 中，變形部具有與LED晶粒20的橫向尺寸的數(shù)量級(jí)相同的橫向尺寸。
現(xiàn)在參見圖6A到7，圖中提供了適形基底30的示例性剖視圖，其 中適形基底30具有變形部，并且至少一個(gè)LED晶粒20設(shè)置在變形部之 上或變形部之中。
在圖6A中，圖案化的適形基底30經(jīng)過(guò)變形而形成尺寸足夠大的凹 陷(例如圖5A的凹陷70)，以接納凹陷底部表面上的LED晶粒20。如 上所述，導(dǎo)電粘接劑、各向異性導(dǎo)電粘接劑或回流焊均為可用于將LED晶 粒20與第一導(dǎo)電層32連接的連接方法。在所示的實(shí)施例中，散熱組件 50經(jīng)過(guò)預(yù)成形具有所需的凹陷，并且基底30通過(guò)在基底30和散熱組件 50之間的具有相對(duì)一致厚度的熱界面材料層52而適形地附著在散熱組件 50上。所示的可選封殼90遮蓋LED晶粒20。
圖6B示出了與圖6A相似的照明組件的一部分，但在圖6B中散熱 組件50的與基底30連接的表面基本上是平坦的。熱界面材料層52被 凹陷70取代并與基底30的形狀一致。厚度減薄的層52降低了熱界面 材料層的熱阻抗。
圖6C也示出了與圖6A相似的照明組件的一部分，但在圖6C中凹 陷70的深度大于LED晶粒20的高度。在圖6C的實(shí)施例中，示出了一 種將凹陷70填充成與基底30的上表面基本平齊的可選封殼90，并且可
將一種或多種可選光學(xué)薄膜92 (例如擴(kuò)散膜、偏振膜(例如可得自3M公 司的任何Vikuiti DBEF膜)或結(jié)構(gòu)化表面膜(例如可得自3M公司的任 何Vikuiti BEF膜))與該組件組合使用。在其他實(shí)施例中，凹陷70 可能沒有封殼90，或者未完全采用封殼90。
現(xiàn)在參見圖7，使圖案化的適形基底30經(jīng)過(guò)變形而形成凸起80。如 上所述，導(dǎo)電粘接劑、各向異性導(dǎo)電粘接劑或回流焊均為可用于將LED晶 粒20與第一導(dǎo)電層32連接的連接方法。散熱組件50的與基底30連 接的表面基本上是平坦的，并且熱界面材料層52與基底30的變形形狀 一致。在其他實(shí)施例中，散熱組件可經(jīng)過(guò)預(yù)成形而具有凸起80的所需形 狀，并且基底30可通過(guò)熱界面材料層52而適形地附著在散熱組件50 上。
本文所述的示例性實(shí)施例尤其適用于與已知封殼和/或已知光學(xué)薄膜組 合使用。例如，具有熒光體層(用于顏色轉(zhuǎn)換)或以其它方式含有熒光體 的封殼可用在LED晶粒20的上方或周圍，而不會(huì)減少LED晶粒的光輸 出。封殼可與基底30中具有任何形狀或構(gòu)造的變形部結(jié)合使用，所述變 形部包括在基底30的上表面34的下方延伸的變形部以及突出到基底30 的上表面34上方的變形部。
現(xiàn)在參見圖8，在制造照明組件10的過(guò)程中，例如通過(guò)退繞適形基 底的送料輥100來(lái)提供上述適形基底30，并且在圖案化工位102使第一 導(dǎo)電層32圖案化，從而形成所需的電路跡線41。可使用任何傳統(tǒng)的電路 構(gòu)造技術(shù)實(shí)現(xiàn)層32的圖案化。使用上述已知的以及傳統(tǒng)的晶粒連接及引 線結(jié)合方法，在晶粒連接工位104將LED晶粒20連接在圖案化的第一 導(dǎo)電層32上。然后在成形工位106使具有LED晶粒20的適形基底30 進(jìn)行變形以便為基底30提供所需的表面特征(即凹陷、凸起或它們的組 合)，并且表面特征的位置對(duì)應(yīng)于LED晶粒20的位置。接著，在封裝工 位108處可選地施加封殼90，然后在將具有LED晶粒20的基底30纏 繞到接收輥110上之前使封殼90固化。在另一些情況下，可在連接LED 晶粒20之前進(jìn)行適形基底30的變形，如成形工位106'所示。在一些 情況下，不是將具有LED晶粒20的適形基底30纏繞到接收輥110 上，而是以一定的間隔切割該基底，從而提供多個(gè)照明組件帶、板或其他
適合安裝在背光源(例如用于背光照明顯示器、標(biāo)志或圖形)中的形狀。 在另一些情況下，接收輥110可以成為后續(xù)工序的送料輥。
可使用眾多不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)具有LED晶粒20的基底30的變形。 在一種技術(shù)中，可以在適形基底上用手按壓具有所需形狀的一個(gè)或多個(gè)鈍 物，以形成所需的凹陷或凸起。在另一種技術(shù)中，通過(guò)使用工具來(lái)壓花或 壓印具有LED晶粒20的基底30，該工具構(gòu)造為能夠防止對(duì)LED晶粒 20及其電互連造成損壞。優(yōu)選的是，可提供具有一種或多種所需變形部的 成形工具。以一個(gè)或多個(gè)位置為順序，相對(duì)于工具布置適形基底，然后將 工具按壓到適形基底上，由此使基底變形并具有所需的圖案?？墒褂每諝?壓力、機(jī)械裝置、液體壓力或其他壓印、壓花方法或在本領(lǐng)域中已知的模 壓物體進(jìn)行壓印操作。
如果需要的話，具有LED晶粒20的基底30可適形地附著在具有所 需特征的支撐表面(例如散熱組件50)上。在將基底30與支撐表面結(jié)合 之前，可將支撐表面部分地或完全地形成為基底30的所需最終形式，或 者可在形成支撐表面的同時(shí)使基底30變形以制成所需的表面特征?？墒?用包括真空模制/擠壓或者層壓(使用或不使用熱和/或壓力)的技術(shù)，使 基底30成形或變形為具有支撐表面的特征。
本發(fā)明所公開的適形基底不僅可用于上述LED晶粒，也可以用于其他 電路元件，尤其是產(chǎn)生大量熱量的元件。因此，我們可以想到與以上所公 開的照明組件相似的組件，但是其中一些或所有LED晶粒被以下一個(gè)或多 個(gè)元件替代有機(jī)發(fā)光二極管(0LED)、固態(tài)激光器、功率晶體管、集成 電路(IC)和有機(jī)電子器件。
除非另有說(shuō)明，本說(shuō)明書和權(quán)利要求中的用來(lái)表示數(shù)量、特性測(cè)量值 等的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)理解為在所有情況下均由術(shù)語(yǔ)"約"來(lái)修飾。因此，除 非有相反的指示，否則說(shuō)明書和權(quán)利要求中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值， 并且所述近似值根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本發(fā)明的說(shuō)明獲得的所需特 性而有所不同。在最低程度上，每個(gè)數(shù)字參數(shù)并不旨在將等同原則的應(yīng)用 限制在權(quán)利要求書保護(hù)的范圍內(nèi)，至少應(yīng)該根據(jù)所報(bào)告數(shù)字的有效數(shù)位和 通過(guò)慣常的四舍五入法來(lái)解釋每一個(gè)數(shù)字參數(shù)。雖然闡述本發(fā)明廣義范圍 的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是本說(shuō)明依然盡可能精確地報(bào)告在具體實(shí)
施例中所列出的數(shù)值。然而，任何數(shù)值固有地包含必然會(huì)由各自試驗(yàn)測(cè)量 中所存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差引起的某些誤差。
上述具體實(shí)施方式
為示例性的，并非旨在限制本發(fā)明的范圍。本文所 公開的實(shí)施例可能存在變型及修改形式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在研究本 專利文獻(xiàn)后可以理解到實(shí)施例中多種元件的實(shí)際替代物和等同物。在不脫 離本發(fā)明范圍和精神的前提下，可以對(duì)本文所公開的實(shí)施例應(yīng)用這些以及 其他的變型及修改形式。
權(quán)利要求
1. 一種照明組件，包括適形基底，其包括由電絕緣層間隔開的第一導(dǎo)電箔和第二導(dǎo)電箔，所述絕緣層包含載有顆粒的聚合物材料，所述顆粒增強(qiáng)所述絕緣層的熱導(dǎo)率；以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電箔上的多個(gè)LED晶粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述適形基底具有至少一個(gè)變形 部，并且至少一個(gè)所述LED晶粒設(shè)置在所述變形部之上或所述變形 部之中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中所述變形部選自于凸起、凹陷以 及它們的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中至少一個(gè)所述LED晶粒設(shè)置在 所述變形部的傾斜表面上，使得所述LED晶粒相對(duì)于所述適形基底 傾斜地發(fā)光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第一導(dǎo)電箔被圖案化以形成 一條或多條跡線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述顆粒提高所述絕緣層的反射 率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述絕緣層是大致透明的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述導(dǎo)電箔包括金屬或?qū)щ娝?料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述適形基底還包括所述第一導(dǎo) 電箔上的涂層，所述涂層將所述LED晶粒和所述第一導(dǎo)電箔連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第一導(dǎo)電箔和第二導(dǎo)電箔均 比所述絕緣層厚。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其與下列特征相組合 散熱器；以及熱界面材料層，其設(shè)置在所述散熱器和所述第二導(dǎo)電箔之間。
12. —種顯示器背光源，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件。
13. —種制備照明組件的方法，所述方法包括-提供適形基底，所述適形基底包括由電絕緣層間隔開的第一導(dǎo)電箔 和第二導(dǎo)電箔；對(duì)所述第一導(dǎo)電箔圖案化；將多個(gè)LED晶粒連接到所述圖案化的第一導(dǎo)電層上；以及 使所述基底永久變形，以限定多個(gè)表面特征，其中所述表面特征的 位置對(duì)應(yīng)于所述LED晶粒的位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述表面特征具有復(fù)合曲率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述表面特征具有與所述LED 晶粒的橫向尺寸的數(shù)量級(jí)相同的橫向尺寸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述永久變形步驟包括將所述 基底適形地連接在支撐表面上，所述支撐表面包括具有復(fù)合曲率的 特征。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述永久變形步驟包括將所述 基底進(jìn)行壓花、壓印以及真空成形中的一種。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述永久變形步驟是在所述連 接步驟之前實(shí)施的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述提供步驟包括使成巻的所 述適形基底退繞。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括以一定間隔切割所述適形基 底，以提供多個(gè)照明組件帶、板或其他適合安裝到背光源中的形
全文摘要
本發(fā)明公開一種照明組件(10)，包括適形基底(30)，所述適形基底包括由電絕緣層(40)間隔開的第一導(dǎo)電箔(32)和第二導(dǎo)電箔(36)。所述絕緣層包括聚合物材料(43)，在所述材料上載有可提高所述絕緣層熱導(dǎo)率的顆粒。多個(gè)LED晶粒(20)設(shè)置在所述第一導(dǎo)電箔(32)上。
文檔編號(hào)F21V29/00GK101379344SQ200780004037
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
發(fā)明者喬爾·S·派弗, 卡梅倫·T·默里, 安德魯·J·歐德科克, 約翰·A·惠特利, 約翰·C·舒爾茨, 納爾遜·B·小奧布賴恩 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司