CN100530717C - 照明组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种照明组件(200),该照明组件包括:导热基板(212),位于所述导热基板的第一主表面(214)附近的反射层(240),设置在所述反射层与所述导热基板的第一主表面之间、并与所述导热基板电绝缘的图案化导电层(250),以及具有连接在所述导热基板上的柱(230)的至少一个LED(220)。所述至少一个LED可以通过所述柱与所述导热基板热连接,并与所述图案化导电层电连接。

Description

照明组件及其制造方法
技术领域
本发明总体涉及发光组件或者照明组件。更具体地说,本发明
涉及使用发光二极管(LED)阵列的发光组件或者照明组件。 背景技术
照明组件用于各种各样的应用中。例如,传统的照明组件使用 光源,例如,白炽光源或者荧光光源。近来,其它类型的发光元件, 特别是发光二极管(LED),已经用于照明组件中。LED具有小尺寸、 长寿命和低功耗的优点。LED的这些优点使它们可用于很多不同的应 用中。
对于很多发光应用,希望具有一个或者多个LED,以提供所需的 光强度和/或分布。例如,几个LED可以组装在小尺寸的阵列中,以 在小的区域上提供高的照度,或者,LED可以分布在较大的区域上, 以提供更广的、更均匀的照度。
通常,通过将LED安装在印刷电路板基底上,来使阵列中的LED 相互连接,并且与其它电力系统连接。可以使用与其它电子制造领域 公用的技术将LED组装在基底上,例如,将各部件定位在电路板迹线 上,然后,使用已知的大量技术中的一种技术,将这些部件结合在该 基底上,所述已知的技术包括波峰焊接、回流焊接以及使用导电粘合 剂的连接技术。
用于保持LED管芯的常用的LED封装包括安装在陶瓷或者塑料 封装内的一个或者多个LED,其中,通过引线或者焊接结合提供电连 接,例如表面安装式封装或者T-l 3/4型"豆形软糖(jeiiybean)"封装 等。然而,这些技术和设计提供的从LED封装至吸热器的导热率有时 很差,所用的电路化基底可能是昂贵的,并且提供很差的光反光率。
对于提高LED的光输出和延长其工作寿命,高的导热率是重要的。此外,在LED照亮光腔并且由LED发出的大部分光被从电路基底 反射在光腔内的应用中,基底的反射率也是重要的。
发明内容
本文所述的实施例尤其可用于制造和使用用于照明目的或者用 于信息显示的LED阵列。
在一个方面,本发明提供一种照明组件,该照明组件包括:具 有第一主表面的导热基板,以及位于所述导热基板的第一主表面附近 的反射层。该组件还包括:图案化导电层,其设置在所述反射层与所 述导热基板的第一主表面之间,并与所述导热基板电绝缘;以及至少 —个LED,其具有连接在所述导热基板上的柱。所述至少一个LED 通过所述柱与所述导热基板热连接,并与所述图案化导电层电连接。
在另一个方面,本发明提供一种制造照明组件的方法,该方法 包括:提供具有第一主表面的导热基板;以及将图案化导电层设置在 所述导热基板的第一主表面附近,使得所述图案化导电层与所述导热 基板电绝缘。该方法还包括:设置反射层,使得所述图案化导电层位 于所述反射层与所述第一主表面之间;提供至少一个具有柱的LED; 以及将所述至少一个LED连接在所述导热基板上,使得所述至少一 个LED与所述反射层相邻。所述至少一个LED通过所述柱与所述导 热基板热连接,并与所述图案化导电层电连接。
在另一个方面,本发明提供一种包括照明组件的显示器。该照 明组件包括:具有第一主表面的导热基板,以及位于所述导热基板的 第一主表面附近的反射层。该组件还包括t图案化导电层,其设置在 所述反射层与所述导热基板的第一主表面之间,并与所述导热基板龟 绝缘;以及至少一个LED,其具有连接在所述导热基板上的柱。所述 至少一个LED通过所述柱与所述导热基板热连接,并与所述图案化导 电层电连接。该显示器还包括与该照明组件光学耦合的空间光调制 器,其中,所述空间光调制器包括多个可控制的元件,这些元件可操 作以调制至少一部分来自所述照明组件的光。
本发明的以上概述并不意味着描述了本发明的每一个所披露的实施例或者每个实施方式。下面的附图和详细描述更具体地举例说明 示例性实施例。
附图说明
图1是LED的一个实施例的示意性横截面视图。 图2是LED的另一个实施例的示意性横截面视图。 图3是照明组件的一个实施例的示意性横截面视图。 图4是照明组件的另一个实施例的示意性横截面视图。 图5是照明组件的另一个实施例的示意性横截面视图。 图6示意性示出了显示器的一个实施例。
具体实施方式
本发明适用于照明组件,更具体地说,适用于使用LED提供照 明的照明组件。本文所披露的照明组件可以用于普通的照明目的(例 如,照亮区域),或者与信息显示器中一样,通过选择照明组件的不 同区域来向观看者提供信息。这种组件适用于背光显示器、标志和需 要大量光的其它照明应用中。
本发明的照明组件包括LED,该LED设计成可使用很多合适的技 术(例如超声波焊接、压入配合、刺穿、螺纹连接等)连接在基底(基 板)上。该基底是导热的,从而可以将热从LED导出。在一些实施例 中,该基底还是导电的,从而为LED提供电路通路。此外,在一些实 施例中,该组件可以包括位于基底的主表面附近的反射层,以反射至 少一部分由LED发出的光。此外, 一些实施例包括具有柱的LED,该 柱可以提供与基底的直接热连接。在示例性实施例中,该直接热连接 可以允许由LED产生的一部分热从LED导出,并沿与基底的主表面基 本上正交的方向导入基底中,从而减少从LED横向扩散的发热量。
图1是LED20的一个实施例的示意性剖视图。LED20包括安装 在LED主体24中的管芯22,该LED主体24具有反射表面25。 LED 20 还包括第一电极26和第二电极28以及柱30,其中这两个电极都与 管芯22电连接。本文所用的术语"LED"和"发光二极管"通常是指具有向二极 管供电的接触区域的发光半导体元件。不同形式的无机半导体发光二 极管可以例如由一种或多种III族元素和一种或者多种V族元素的组 合(ni-v半导体)形成。可用于LED的III-V半导体材料的例子包 括:氮化物,例如,氮化镓或者氮化铟镓;以及磷化物,例如,磷化 铟镓。也可以使用其它类型的III-V材料,也可以使用周期表的其它 族的无机材料。
LED可以呈封装或者非封装的形式,包括,例如,LED管芯、表 面安装式LED、板上芯片式LED和其它结构的LED。板上芯片(COB) 是指直接安装在电路基底上的LED管芯(即,未封装的LED)。术语 LED还包括用荧光粉封装或者与荧光粉相关的LED,其中,荧光粉将 由LED发出的光转变为不同波长的光。与LED的电连接可以通过引线 接合、巻带式自动接合(TAB)或者芯片倒装接合来形成。LED示意 性地示于图中,并且如本文所述,可以是非封装的LED管芯或者封装 的LED。
LED可以是顶部发光的,例如,如美国专利No. 5,998,935(Shimizu 等人)中所述的那些。或者,LED可以是侧面发光的,例如,如美国 专利公开No. 2004/0,233,665 Al (West等人)中所述的那些。
LED可以选择为以任何所需波长发射,例如,在红色、绿色、蓝 色、紫外或者远红外光谱区中发射。在LED阵列中,各LED可以都在 同一光谱区中发射,或者可以在不同的光谱区中发射。不同的LED可 以用来产生不同的颜色,其中,由发光元件发射的光的颜色是可选择 的。对不同LED的单独控制导致能够控制发射的光的颜色。另外,如 果需要白色光,则可以提供大量发射不同颜色光的LED,其组合的效 果是发射观看者感觉成是白色的光。产生白色光的另一方法是使用一 个或者多个发射相对较短波长的光的LED,并且使用荧光粉波长转换 器将发射的光转换为白色光。白色光是刺激人眼的光感受器以产生普 通观看者认为是"白色"的外观的光。这种白色光可以偏向红色(通 常称为暖白色光)或者偏向蓝色(通常称为冷白色光)。这种光的彩 色再现指数可以高达100。
8图1是LED 20可以包括任何合适的LED管芯22。例如,LED管 芯22可包括不同的p掺杂和n掺杂的半导体层、基底层、缓冲层和覆 盖层。LED管芯22的主发光表面、底表面和侧表面以简单的矩形布置 的形式示出,但是,也可使用其它已知的构造,例如,形成例如截顶 棱锥形状的倾斜侧表面,所述截顶棱锥形状可以是竖直的或者倒置的。 为了简单起见,与LED管芯的电触点也没有示出,但是,如己知的那 样,可以在管芯的任何表面上设置电触点。
虽然LED 20示出为具有一个管芯22,但是LED 20可以包括两个 或者更多个管芯22,例如,发红色光的管芯、发绿色光的管芯和发蓝 色光的管芯。在一些实施例中,LED管芯22可以是芯片倒装式设计, 从而两个电触点都在管芯22的底表面上。在这种实施例中,可以使用 任何合适的技术,将管芯22电连接到LED 20的第一电极26和第二电 极28上。
在另一可选的实施例中,LED 20可以包括接合引线的LED管芯 22。例如,图2是包括一个接合引线的LED管芯122的LED 120的示 意图剖视图。管芯122通过连接在管芯122的顶表面上的引线127电 连接到第一电极126上。管芯122的底表面电连接到LED120的第二 电极128上。在一些实施例中,LED管芯122也可以在管芯122的任 何合适的表面或者多个表面上具有两个或者更多个接合引线,所述接 合引线将管芯122与第一电极126和/或第二电极128和/或柱130电连 接。可以使用任何合适的引线(一条或者多条)连接管芯122和第一 电极126。此外,可以使用任何合适的技术将引线127连接在管芯122 和第一电极126上。LED 120还包括LED主体124和柱130,该主体 包括反射体125。在本文中关于图1所示实施例的LED管芯22、主体 24、第一电极26、第二电极28和柱30所述的所有设计事项和可能性 都同等地适用于图2所示实施例的LED管芯122、主体124、第一电 极126、第二电极128和柱130。
返回到图1, LED主体24具有反射表面25,该反射表面从LED 管芯22捕获边缘发射光,并且使该光向前偏转。可以用任何合适的材 料(一种或者多种)形成LED主体24,例如,金属、聚合物等。反射表面25可以是镜面及射或者漫反射的。在一些实施例中,反射表面25 可以包括多层聚合物反射膜,例如,可得自美国明尼苏达州St. Paul市 3M公司的Vikuiti™ ESR膜。
LED 20还包括与LED管芯22热连接的柱30。柱30可以起到将 热从管芯22引导出并离开LED 20的低热阻通路的作用。柱30可以与 管芯22接触。或者,柱30可以通过导热粘合剂或者其它材料与管芯 22热连接。
可以用任何合适的材料(一种或者多种)形成柱30。在一些实施 例中,柱30包括导热材料,例如,铜、镍、金、铝、锡、铅、银、铟、 氧化锌、氧化铍、氧化铝、蓝宝石、金刚石、氮化铝、碳化硅、石墨、 镁、钩、钼、硅、聚合物粘结剂、无机粘结剂、玻璃粘结剂及其组合。 柱30还可以包含具有较高的传热速率的工作流体。由此,柱30可以 被认为是热管,其中,通过毛细流动或者两相液体/沸腾传热系统来输 送流体。此外,在一些实施例中,柱30可以是导电的。可以用任何合 适的导电材料(一种或者多种)形成导电柱30,例如,铜、镍、金、 铝、锡、铅、银、铟及其组合。在示例性实施例中,柱30可以既是导 热的又是导电的。
此外,导电柱30可以是分段的,以提供对柱30的各部分的电隔 离。优选的是,以纵向的方式进行分段,使得每段具有良好的导热性。 例如,圆柱形柱可以由两个半圆柱形的导热导电材料例如铝构成,这 两段材料用置于其间的介电层或介电区层压在一起,以形成沿着长度 方向高度导热的柱,但是在柱的径向方向具有相对有限的导热性,并 且在柱的径向方向上没有导电性。柱也可具有两个以上的段。
柱30可以采用任何合适的尺寸或者形状。在一些实施例中,柱 30可以采用圆柱形的形状。或者,柱30可以采用锥形的形状。此外, 在一些实施例中,柱30可以包括一个或多个螺纹,如本文进一步所述。 虽然柱30被示出为包括单个柱或者单一主体,但是柱30可以包括两 个或者更多个柱,每一个柱与导热基底12接触。在一些实施例中,柱 30可以包括一个或者多个突起,所述突起可以帮助将LED 20安装在 基底上。可以使用任何合适的技术,例如,粘附、结合、焊接等,将LED 主体24永久性地连接在柱30上。在一些实施例中,柱30可以与LED 主体24成一体。或者,LED主体24可以可拆卸地连接在柱30上。可 以使用任何合适的技术将LED主体24可拆卸地连接在柱30上。例如, 柱30可以包括一个或者多个螺纹,并且,LED主体24也可以包括一 个或者多个螺纹,使得主体24可以通过螺纹拧在柱30上。或者,LED 主体24可以通过摩擦装配在柱30上。
一般来说,LED可以使用常规电路板和膜连接到电源和基底上。 虽然LED与大多数的其它电子部件共享很多相同的要求,但是存在不 同之处。第一,LED可能是昂贵的,在使用LED构建照明系统的最成 本高效的设计中,与吸热器的连接处的热阻可能很高,这会加速LED 的热老化。第二, LED通常照明光腔,其中,光可能会经历电路板基 底的几次反射。
为了帮助防止组件中的光吸收,可以通过用髙度反射涂层(例如 填充有二氧化钛的涂层或者反射膜)涂布电路板,来制造电路基底。 然而,对于LED,这两种类型的涂层都必须被图案化,以通过涂层与 电路板电接触和热接触。对反射涂层或膜的这种图案化可能是昂贵的, 并且可能不会提供从LED到电路板基底的良好的导热性。
另一可选的电路板基底是这样一种基底,其中,将LED安装在电 路上也能够实现与电路板的良好热接触,并且使反射体图案化。
一般来说,本发明的LED可以使用很多合适的技术(例如超声波 焊接、RF焊接、热超声波焊接、压入配合、刺穿、螺纹连接等)连接 在基底上。这种LED设计成快速容易地连接在各种基底上。
例如,图3是照明组件200的一个实施例的示意性剖视图。该组 件200包括导热基底212、包括至少一个孔248的反射层240。所述反 射层240位于导热基底212的第一主表面214附近。组件200还包括 位于反射层240和第一主表面214之间的图案化导电层250、以及至少 一个LED 220。组件200还包括具有至少一个孔249的支撑层242。
导热基底212具有第一主表面214和第二主表面215。基底212 可以包含任何合适的导热材料(一种或者多种),例如,铜、镍、金、铝、锡、铅、银、铟、镓、氧化锌、氧化铍、氧化铝、蓝宝石、金刚 石、氮化铝、碳化硅、石墨、镁、钨、钼、硅、聚合物粘结剂、无机 粘结剂、玻璃粘结剂、装填有可导电或者不可导电的导热颗粒的聚合 物、毛细流动热管、两相传热装置及其组合。在一些实施例中,基底 212可以是与另一种材料(一种或者多种材料)可焊接的(例如,可超 声焊接的),例如,与铝、铜、涂有金属的陶瓷或者聚合物、或者导
热填充的聚合物可焊接。基底212可以具有任何合适的尺寸和形状。
在一些实施例中,导热基底212还可以是导电的。这种导电基底 可以包含任何合适的导电材料(一种或者多种),例如,铜、镍、金、 铝、锡、铅、银、铟、镓及其组合。
导热基底212可以起到任何组合的目的,包括,例如,与LED 220 电连接、提供从LED 220的直接导热通路、提供从LED220的横向散 热、以及提供与其它系统的电连接。
在一些实施例中,导热基底212可以是柔性的。在这种实施例中, 优选的是,反射层240和图案化导电层250也是柔性的。具有其上带 有铜导电层的聚酰亚胺绝缘基底的合适的柔性材料是3M™ Flexible Circuity,其可得自3M公司。
导热基板212可以是单一材料,或者作为选择,可以是作为整 体提供导热基板的一层或多层材料。在一些实施例中,导热基板212 可以包括通过基板212形成的突起物或鳍状物,从而通过增加表面面 积而提供了增强的散热。在其他实施例中,导热基板212的第一主表 面214和/或第二主表面215可以被蚀刻或者设置凹槽,同样也提供 冷却用的更大的表面面积。突起物可以形成在基板212内,使得它们 从导热基板212的第二主表面216延伸出来。这种突起物可以增加导 热基板212的对流冷却效率,并且还可以减少LED之间的热传递。
反射层240位于导热基板212的第一主表面214附近。在图示 的实施例中,反射层240位于支撑层242的第一主表面244上。 一般 来说,至少一部分由至少一个LED 220发射的光可以从反射层240 反射,并且朝向离开基板212的方向。优选的是,反射层240反射至 少80%的入射光。更优选的是,反射层240反射至少95%的入射光。甚至更优选的是,反射层240反射至少99%的入射光。反射层240 可以是镜面反射,或者也可以是漫反射。
反射层240包括至少一个贯穿反射层240的孔248。如本文进一 步所述,反射层240的至少一个孔248与支撑层242的至少一个孔 249基本上对准,使得LED 220可以与导热基板212热连接,并且在 一些实施例中与导热基板212电连接。
反射层240可以包括任何适当的一种或多种反射材料,例如金 属、聚合物等。例如,反射层240可以包括铝、铜、银或者其组合。
在一些实施例中,反射层240可以包括包含金属和介电材料的组 合,使得该组合是非导电的,例如,银或铝和聚合物或者无机氧化物 的组合。其它这种合适的金属和介电材料的组合包含涂布在介电材料 的层或者连续基体内的、由银、铜、铝、锡、铟和金制成一种或者多 种导电颗粒、纤维、或其它主体,所述介电材料的层或者连续基体由 玻璃、无机氧化物、縮合聚合物(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘 二甲酸乙二醇酯)、饱和聚合物(例如,聚烯烃和含氟聚合物)和其 它聚合物(包括环氧树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚硅氧烷、聚乙烯 基苯乙烯、聚丙烯酸酯等)制成。
此外,在一些实施例中,反射层240包括具有交替折射率的多层 聚合物的膜,例如,美国专利No. 5,882,774 Uonza等人)、美国专 利No. 6,080,467 (Weber等人)和美国专利No. 6,531,230 Bl (Weber 等人)中所述的那些膜。
对于漫反射来说,反射层240可以是白色漫反射器,例如,包含 漫反射颗粒(例如二氧化钛颗粒)的基体。在一些实施例中,漫反射 介电层240可以包含填充的聚合物。 一般来说,填充的聚合物和涂料 包含有机树脂或粘结剂,并且通常通过装填合适的无机颗粒(例如硫 酸钛或者硫酸钡)而不透明。此外,漫反射层240可以包含涂料、釉、 无机粉末、高度散射的白色粉末(例如二氧化钛)或者聚四氟乙烯 (PTFE)。例如,釉可以作为浆或者粉末(例如,电泳)沉积涂布在 支撑层242上。可得到与导热材料(例如铜或铝)相容的这种釉组合 物。此外,例如,PTFE可以作为白色粉末沉积,或者形成为薄片并且层压在金属基底上。反射层240还可以包括在其上形成或者连接有漫
反射涂层或者膜的镜面反射基底。
反射层240可以例如使用压敏粘合剂连接在支撑层242的第一主 表面244上。或者,反射层240可以使用任何合适的技术,例如,化 学气相沉积、等离子体气相沉积、溅射和气相涂布,形成在第一主表 面244上。对于包含铝的反射层,可以使用物理气相涂布技术、箔层 合技术或者电镀技术,将铝沉积在支撑层242上。可以用保护材料或 者反射增强层或者二者(例如氟化镁)来涂布铝,或者,通过阳极氧 化,并随后通过热处理和/或化学处理以密封在氧化铝层中的任何导电 孔来涂布铝。
如本文所述,反射层240包括至少一个孔248,该孔穿过层240。 在一些实施例中,反射层240的孔248和支撑层242的孔249与LED 220基本上对准,使得LED 220可以与导热基底212热连接和/或电连 接。根据在反射层240中包含的材料(一种或者多种)的类型,可以 使用任何合适的技术形成孔248。例如,可以使用光刻技术在包含光敏 粘结剂的介电层中形成孔248。无机粉末可以悬浮在光致抗蚀剂溶液 (例如,包含聚乙烯醇和重铬酸铵或者重铬酸盐明胶)中。悬浮液涂 布在支撑层242上,干燥,然后通过掩模曝光。用水冲洗,除去未曝 光的区域,保留下图案化的涂层。可以用光刻法图案化粉末涂层,艮P, 用可光增粘的涂料涂布支撑层242,通过掩模曝光涂料,然后涂布或者 撒粉末。在粘结剂中溅涂一种或者多种粉末也是可行的。可以使用与 待涂布的特征物对准的掩模来图案化粉末涂层。
对于包含膜或者层压涂层(例如可得自3M公司的Vikuiti™ESR 膜)的反射层240,在连接到支撑层242上之前,可以通过冲压、模切、 激光钻孔或者火焰穿孔来形成孔。也可以在该膜连接在支撑层242上 之后,通过穿过图案化抗蚀剂层进行蚀刻,来在这种膜中形成孔。在 一些实施例中,如本文进一步所述,可以在连接过程期间通过LED220 形成孔248。在一些实施例中,反射层240的孔248和支撑层242的 孔249可以同时形成。
尽管图3所示的照明组件200包括反射层240,但在一些实施例中,希望反射层240表现出低的反射性。例如,对于包含用于例如有 源标志应用的可单独寻址的LED阵列的组件,低反射性层可以提供更 大的对比度。对于用于强环境光条件中的这种有源标志,在特定波长 的低反射性可以调整到LED光源的特定发射波长,使得反射层在这种 波长是高度反射的,而在更广的光谱上是吸收的,从而在仍减少由该 层反射的环境光的量的同时增加光输出。
用于这种低反射性层的合适材料包括填充有碳的聚合物,尤其是 低折射率聚合物,包括填充有染料或者颜料或者二者的聚烯烃和含氟
碳化物及聚合物。聚合物表面可以是抗反射的,以降低反射性。合适 的抗反射方法包括本领域已知的降低反射性的干涉涂层,包括适当设 计的高低折射率材料层、单层低折射率材料、通过水解薄铝涂层而制 成的勃姆石、溶胶-凝胶涂层、蛾眼式微结构化涂层和渐变折射率涂层。 此外,合适的是吸收材料的烧结涂层。
位于反射层240与导热基板212的第一主表面214之间的是图 案化导电层250。图案化导电层250与导热基板212电绝缘。在图3 所示的实施例中,图案化导电层250位于支撑层242的第二主表面 246上。图案化导电层250包含导体252。可以在图案化导电层250 内或者由该图案化导电层形成任何适当数量的导体252。图案化导电 层250可以包括任何适当的一种或多种导电材料。这种适当的材料包 括纯净物或者合金形式的金、铜、铝和银。图案化导电层250的导体 252也可以是暴露的,或者是绝缘的电线或条状体。
电线或条状体可以布置成一维阵列,或者可以排列成正交阵列 或3-引线控制系统。正交阵列或3-引线控制系统用于向单个LED提 供逻辑信号。例如,LED可以与集成电路电连接,该集成电路从两 或三个超前电路(lead circuit)中获得信号和电力,其中LED具有响 应于控制信号的预定光输出。
可以利用任何适当的现有技术,例如化学蚀刻、光刻、化学气 相沉积、喷墨印刷等,使图案化导电层250图案化。在组件200包含 LED阵列的实施例中,可以使图案化导电层250图案化,以使阵列 中的每一个LED都可单独寻址。图3的照明组件200还包括至少一个连接在导热基板212上的 LED 220。组件200可以具有任何适当数量的LED。在一些实施例中, 组件200可以包括LED 220阵列。这种阵列可以以矩形图案或正方 形图案布置在基板212上。这就使得在信息显示应用中易于显示垂直 或水平线条。然而,矩形或正方形图案并非必要,LED 220可以以一 些其他图案(例如,六角形图案)布置在导热基板212。作为选择的 是,LED 220可以随机排列在导热基板212上。
该至少一个LED 220包括与第一电极226和第二电极228电连 接的至少一个LED晶粒222。LED 220还包括具有反射面225的LED 主体224。 LED晶粒222与柱230热连接。在此描述的与图1所示实 施例的LED晶粒22、 LED主体24、第一电极26和第二电极28以 及柱30有关的所有设计考虑和可能因素都同等地适用于图3所示实 施例的LED晶粒222、 LED主体224、第一电极226和第二电极228 以及柱230。
该至少一个LED 220通过柱230与导热基板212热连接,柱230 位于反射层240的孔248与支撑层242的孔249中。柱230可以与导 热基板212直接接触。作为选择的是,柱230可以通过导热接合材料, 例如可固化的聚合物前体,与基板212热连接,所述聚合物前体例如 是丙烯酸酯,苯乙烯,乙烯基苯乙烯,硅烷和填充有氧化锌、蓝宝石、 金刚石、碳化硅或者氮化铝的环氧树脂。
该至少一个LED 220通过其第一电极226和第二电极228与图 案化导电层250电连接。可以使用任何适当技术将LED 220与图案 化导电层250电连接。例如,在图示实施例中,LED220的第一电极 226和第二电极228通过接触件254与图案化导电层250电连接。这 种接触件254可以是弹簧加压的,使得当LED 220连接在基板212 上时,第一电极226和第二电极228与接触件254保持非结合的电连 接。
该至少一个LED 220可以通过柱230与导热基板212热连接。 可以使用任何适当技术,例如超声波焊接、RF焊接、热超声焊接、 结合、钎焊、激光焊接等,将LED 220连接在导热基板212上。例如,LED 220可以超声波焊接到导热基板212上。超声波焊接通常利
用转换为热量的振动将多个部件连接在一起。常用的超声波焊接是插
入焊接和连续焊接,例如,扫描焊接和旋转焊接。在插入焊接中,超
声变幅杆插入(朝部件方向移动)并将振动传递到顶部部件中。在连
续焊接中,超声变幅杆通常静止或旋转,并且使部件移动到其下方。
每种超声波焊接都包括变幅杆。
所有变幅杆都以所选波长、频率和振幅向将要焊接的部件传递
能量。旋转变幅杆包括具有输入端和输出端的杆,和安装在输出端上
并与输出端同轴的焊接部分。焊接部分的直径通常大于杆的直径。焊 接部分具有圆柱形焊接面,该焊接面的直径随着施加的振动能量而膨
胀和收縮。通常,旋转变幅杆呈圆柱形,并且围绕纵轴旋转。输入振 动是沿轴向的,输出振动是沿径向的。变幅杆和砧座相互靠近,并且 砧座可以沿与变幅杆的旋转方向相反的方向旋转。将要焊接的部件 (或多个部件)以线速度经过圆柱形表面之间,该线速度等于圆柱形 表面的切向速度。使变幅杆和砧座的切向速度与材料的线速度的匹配 趋于使变幅杆与材料之间的阻力降至最小。
可以使用任何适当的超声波焊接设备和技术将LED 220连接在 导热基板212上。一般来说,LED 220的柱230位于导热基板212 附近。在LED 220上施加超声波能量,使得由超声波能量产生的热 量将柱230连接在导热基板212上。
在照明组件设置在光腔内或者光腔附近的典型背光显示器中,由 LED或者其它光源发射的光会经历电路板基底的若干次反射。这种电 路板基底可以制造成在电路板上带有髙度反射的涂层,例如,填充有 二氧化钛的涂层或者反射膜。对于LED来说,这些类型的任意一种反 射器都需要图案化,以与电路板电接触和热接触。该图案化通常是昂 贵的,并且,由于电路板的性质,从LED结到该电路板的导热性仍可 能很差。在本发明的组件中,介电层不必预先用孔图案化。
相反,例如将LED 220超声波焊接到基板212上的工序会使一 部分反射层240被去掉,使得柱230与基板212接触并连接在基板上。 这可以极大地降低因对另一种反射层进行图案化而产生的成本。可以
17在柱230和导热基板212之一上或者同时在二者上使用非氧化材料 (例如金)的薄涂层,以增强电气接口的环境稳定性。
在可用于将LED 220连接在导热基板212上的技术中,优选的 是导热导电粘合剂、焊料回流和金/锡共晶结合。通常焊料的热阻比 粘合剂低,但是不是所有的LED都具有可焊接的基极金属化 (solderable base metallization)。由于在处理过程中熔化焊料的表面 张力使LED对准,所以焊料连接还具有LED自对准的优点。然而, 一些LED可能对焊料回流温度敏感,从而更适合使用粘合剂进行连 接。现有技术中已知的低温焊料适合用于需要良好导热率而又不能容 许大于200'C的常规回流温度的组件。
在一些实施例中,该至少一个LED 220可以通过柱230与导热基 底212既热连接又电连接。换句话说,LED管芯222的一个电极或者 两个电极可以电连接到柱230。在这种实施例中,导热基底212变成连 接在基底212上的一个或者多个LED 220的公用连接。因此,除了从 LED 220导出热之外,导热基底212还是照明组件200的电路的有源 元件。例如,导热基底212可以给组件200中的每个LED 220提供公 用的电接地。此外,当导热基底212由具有良好的导电率的一种材料 或者多种材料构成时,可以实现额外的益处,包括具有低电压降和EMI 屏蔽的均匀的电流分布。可以使用任何合适的技术将LED管芯222的 —个电极或者多个电极电连接到柱230,例如题目为"ILLUMINATION ASSEMNLY AND METHOD OF MAKING SAME"的共有且共同未决 的美国专利申请(美国专利申请序列号No.11/018,605)中所述的那 些技术。
如本文所述,可以使用任何合适的技术将本发明的LED连接在导 热基底上。在一些实施例中,LED的柱可以在LED主体连接在柱上之 前连接或者结合在该基底上。例如,柱230可以具有一条或多条用于 将LED主体224拧到柱230上的螺纹。为了易于连接到柱230上, LED主体224还可以具有与柱230的螺纹相匹配的螺纹。
一般来说,可以通过利用比如超声波焊接等任何适当技术首先 将柱230连接在导热基板212上,来将至少一个LED 220连接在导热基板212上。如果反射层240具有孔248并且支撑层242具有孔 249,那么柱230穿过孔248和249与基板212热连接。在其它实施 例中,可以在连接过程中穿过反射层240和支撑层242形成孔248 和249。在柱230连接在基板212上之后,可以利用任何适当技术将 LED主体224连接在柱230上。在一个实施例中,将LED主体224 拧到柱230上,直到第一电极226和第二电极228通过接触件254 与图案化导电层250电连接为止。作为选择的是,如果柱230没有螺 纹,那么LED主体224可以摩擦配合到柱230上,或者LED主体 224可具有保持突起或现有技术中已知的用于连接柱230的其他装 置。
照明组件200的支撑层242可以包括为反射层240和图案化导 电层250提供支撑结构的任何适当的一种或多种材料,例如金属、聚 合物等材料。在一些实施例中,支撑层242可以包括介电材料,使得 图案化导电层250不与导电的反射层240电连接。此外,在一些实施 例中,支撑层242和导电层250可以包括印刷电路板(PCB),该印 刷电路板具有位于与图案化导电层250相反的表面244上的反射层 240。
支撑层242通过绝缘体252与导热基板212的第一主表面214 分开。这种绝缘体252可以是任何适当的一种或多种材料,所述材料 能够对支撑层242进行支撑,并且可以使图案化导电层250与导热基 板212电绝缘。在一些实施例中,绝缘体216可以形成在导热基板 212上并且从基板212的第一主表面214延伸出来。可以利用任何适 当技术形成绝缘体252,例如,滚花、压花、蚀刻、抛光等。
一般来说,可以利用任何适当技术制造图3的照明组件200。例 如,在将支撑层242安装在导热基板212的绝缘体216上之前,可以 在支撑层242的第二主表面246上形成图案化导电层250,并且可以 在支撑层242的第一主表面244上形成反射层240。此外,在安装支 撑层242之前,还可以将至少一个LED 220与图案化导电层250电 连接。支撑层242可以与绝缘体216非结合接触,或者可以利用比如 粘合、焊接、钎焊等任何适当技术将支撑层242连接在绝缘体216
19上。在一些实施例中,支撑层242可以具有与绝缘体216对准的开口, 使得一些或所有绝缘体216的一部分位于这种开口中。
作为选择的是,支撑层242和图案化导电层250可以设置在绝 缘体252上,然后反射层240可以形成在支撑层242的第一主表面 244上。此外,在支撑层242、图案化导电层250和反射层240已经 设置在导热基板212的第一主表面214附近之后,至少一个LED 220 可以连接在导热基板212上。
如本文所述,可以利用任何适当的技术将本发明的LED连接在 导热基板上。例如,LED可以包括具有嵌入导热基板部分的柱。例 如,图4是照明组件300的示意性横截面视图。组件300包括导热基 板312、在导热基板312的第一主表面314附近的反射层340、位于 反射层340与第一主表面314之间的图案化导电层350以及至少一个 LED 320。组件300还包括具有第一主表面344和第二主表面346的 支撑层342,其中该第二主表面通过绝缘体316与导热基板312的第 一主表面314分开。反射层340设置在支撑层342的第一主表面344 上。此外,图案化导电层350设置在支撑层342的第二主表面346 上。在此描述的与图3所示实施例的导热基板212、反射层240、图 案化导电层250、支撑层242以及至少一个LED 220有关的所有设计 考虑和可能因素都同等地适用于图4所示实施例的导热基板312、反 射层340、图案化导电层350、支撑层342以及至少一个LED 320。
该至少一个LED 320包括柱330、 LED晶粒322、 LED主体324 以及反射面325。 LED 320还包括第一电极326和第二电极328。至 少一部分柱330嵌入导热基板312中。在一些实施例中,柱330嵌入, 使得柱330的第一端332位于导热基板312之内。如图4的实施例所 示,在其他实施例中,柱330嵌入,使得第一端332在导热基板312 的第二主表面315之外。通过将至少一部分柱330嵌入到导热基板 312中,使得柱330与导热基板312接触的表面面积将大于柱330仅 与基板312的第一主表面314接触时的表面面积。这种增加的接触可 以提高导热率。
此外,柱330的延伸超过导热基板312的第二主表面315的部
20分可以提供向周围空气、强迫通风、冷却液体或其他适当散热装置的 额外散热。
该至少一个LED 320可以通过柱330与导热基板312热连接。 可以利用任何适当技术将LED 320连接在导热基板312上。例如, 可以在导热基板312上形成凹陷或开口,然后将LED 320的柱330 压入配合到该凹陷中。LED 320通过柱330与基板312之间的摩擦力 保持连接在导热基板312上。可以利用任何适当技术在基板312中形 成凹陷或开口,例如,滚花、压花、蚀刻、去除、冲压等。
作为选择的是,可以通过用柱330刺穿基板312,而没有首先在 基板312上形成凹陷或孔,来将至少一个LED 320连接在基板312 上。柱330可以包括有尖的或锐利的第一端332,以便易于刺穿基板 312。
如本文所述,可以利用任何适当技术将本发明的LED与导热基 板连接。在一些实施例中,没有LED主体的柱可以连接在基板上, 然后LED主体可以连接在该柱上。
一般来说,可以利用诸如压入配合、剌穿、螺旋连接等任何适 当技术首先将柱330连接在导热基板312上,来将LED 320连接在 导热基板312上。如果反射层340具有孔348并且支撑层342具有孔 349,那么柱330安装在孔348和349中并且与基板312热连接。如 在此进一步所述,在其他实施例中,可以在连接过程中穿过反射层 340和支撑层342形成孔348和349。在柱330连接在基板312上之 后,可以利用任何适当技术将LED主体324连接在柱330上。在一 个实施例中,LED主体324和柱330包括螺纹,使得主体324可以 拧到柱330上,直到第一电极326和第二电极328通过接触件354 与图案化导电层350电连接为止。作为选择的是,LED主体324可 以摩擦配合到柱330上,或者LED主体324具有保持突起或现有技 术中已知的用于连接的其他装置。
可以利用任何适当的装置或技术防止LED 320与导热基板312 分开。例如,柱330可以具有一个或多个用于帮助将LED 320固定 连接在基板312上的突起。在其他实施例中,柱330可以具有一条或
21多条用于将LED 320拧到或者螺旋连接到导热基板312中的螺纹, 例如题目为"ILLUMINATION ASSEMNLY AND METHOD OF MAKING SAME"的共有且共同未决的美国专利申请(美国专利申请 序列号No.ll/018,605)中所述。
在一些实施例中,可以不需要支撑层。例如,图5是照明组件 400的另一个实施例的示意性横截面视图。组件400包括导热基板 412、位于导热基板412的第一主表面414附近的反射层440、位于 反射层440与第一主表面414之间的图案化导电层450以及至少一个 LED 220。与图3所示实施例的导热层212、反射层240、图案化导 电层250以及至少一个LED 220有关的所有设计考虑都同等地适用 于图5所示实施例的导热层412、反射层440、图案化导电层450以 及至少一个LED420。
在图5中,组件400不包括支撑层(例如,图3的支撑层242)。 相反地,反射层440位于设置在导热层412的第一主表面414与反射 层440之间的绝缘体416上。反射层440可以设置在绝缘体416上, 或者反射层440可以利用比如粘合剂连接在绝缘体上。在此所述的任 何适当的反射层都可以用于图5的组件400。
此外,与图3的实施例不同,图案化导电层450位于导热基板 412的第一主表面414上。本领域所属技术人员将会理解,为了防止 图案化导电层450与导热基板412电接触,需要在图案化导电层450 与导热基板412之间设置介电层。可以利用任何适当的介电层。此外, 可以利用诸如化学气相沉积、溅射等任何适当技术在导热基板412 的第一主表面414上形成这种介电层。
图案化导电层450可以是任何适当类型的导电层,例如图3的 图案化导电层250。例如,图案化导电层450可以包括设置或者连接 在导热基板412的第一主表面414上的金属网。
在一些实施例中,对于不导电的反射层(即,介电层)来说, 可以不需要绝缘体416。相反地,反射介电层440可以直接位于图案 化导电层450上。
在图5所示实施例中,该至少一个LED 420通过第一电极426
22和第二电极428与图案化导电层450电连接。这种电极426和428 与图案化导电层450的导体452电连接。可以利用任何适当技术将 LED420与图案化导电层450电连接。例如,第一电极426和第二电 极428可以超声波焊接到导体452上。作为选择的是,LED 420可以 连接在导热基板412上,使得第一电极426和第二电极428与导体 452保持非结合的电连接。在其他实施例中,第一电极426和第二电 极428可以与导体452焊接。
图5的组件400可以使用任何适当的一个或多个LED。例如, 组件400可以包括具有部分嵌入导热基板412的柱的LED (例如, 图4的LED 320)。可以利用诸如压入配合、刺穿、螺旋连接等任何 适当技术将这种LED连接在导热基板上。此外,类似于图4所示的 实施例,这种柱可以具有延伸超过导热基板412的第二主表面415 的第一端。
可以任何合适的方式使用本发明的照明组件提供照明。例如,可 以用本文所述的一些或者全部照明组件为显示器提供照明。图6示意 性地示出显示组件500,该显示组件500包括与显示装置520光学耦合 的照明组件510。照明组件510可以包括本文所述的任何照明组件,例 如,图3的照明组件200。照明组件510为显示装置520提供照明光。 显示装置520可以是任何合适的显示装置,例如,电致变色装置或者 电泳装置、空间光调制器、透射式标志等。
例如,显示装置520可以包括一个或者多个空间光调制器。在一 些实施例中,所述一个或者多个空间光调制器可以包括可单独寻址的 可控元件的阵列。这种空间光调制器可以包括合适类型的可控元件。 例如,空间光调制器可以包括可变透射率式显示器。在一些实施例中, 空间光调制器可以包括液晶显示器(LCD),液晶显示器是透射式光 调制器的例子。在一些实施例中,空间光调制器可以包括可变形的反 射镜装置(DMD),其是反射式光调制器的例子。
显示装置520可以包括用于提供显示图像的任何合适的光学和非 光学元件,例如,透镜、扩散器、偏振器、滤光器、分束器、增亮膜 等。可以使用本领域已知的任何合适的技术将照明组件510与显示装
23置520光耦合。
在一些实施例中,显示装置520可以被照明组件510直接照明。 换句话说,显示装置520可以设置在照明组件510和观看位置之间, 例如,美国专利公开No. 2004/0228106 (Stevenson等人)中所述的那 些直接照明式显示器。在其它实施例中,显示装置520可以被照明组 件510侧面照明,S卩,来自照明组件510的光被引导通过显示装置520 的一个或者多个侧面,这些侧面与装置520的输出表面基本上正交。 这种侧面照明式实施例可以包括美国专利公开No. 2004/0228106 (Stevenson等人)中所述的那些系统。
在此引用的所有参考资料和公开出版物的全部内容通过引用并 入本发明。上面描述了本发明的示例性实施例,并且参考了本发明范 围内的各种可行的变化。对本领域的那些技术人员来说,在不脱离本 发明的范围的情况下,对本发明的这些和其它的变化和修改将显而易 见,并且,应该这样理解,本发明不局限于本文所阐述的示例性实施 例。因此,本发明仅仅由下面提供的权利要求限制。

Claims (10)

1.一种照明组件,包括: 导热基板,其具有第一主表面; 反射层,其位于所述导热基板的第一主表面附近; 图案化导电层,其设置在所述反射层与所述导热基板的第一主表面之间,并与所述导热基板电绝缘;以及 至少一个LED,其具有连接在所述导热基板上的柱,其中,所述至少一个LED通过所述柱与所述导热基板热连接,并与所述图案化导电层电连接。
2. 根据权利要求l所述的组件,其中,所述反射层包括具有交 替折射率的多个聚合物层。
3. 根据权利要求l所述的组件,其中,所述组件还包括具有第 一主表面、第二主表面以及至少一个孔的支撑层,所述反射层包括至 少一个孔,所述反射层位于所述支撑层的第一主表面上,使得所述反 射层的至少一个孔与所述支撑层的至少一个孔基本对准,而且所述图 案化导电层位于所述支撑层的第二主表面上。
4. 根据权利要求3所述的组件,其中,所述组件还包括位于所 述导热基板的第一主表面与所述支撑层之间的多个绝缘体,其中所述 支撑层和所述图案化导电层通过所述多个绝缘体与所述导热基板的第一主表面隔开。
5. —种制造照明组件的方法,包括:提供具有第一主表面的导热基板;将图案化导电层设置在所述导热基板的第一主表面附近,使得所述图案化导电层与所述导热基板电绝缘;设置反射层,使得所述图案化导电层位于所述反射层与所述第一主表面之间;提供至少一个具有柱的LED;以及将所述至少一个LED连接在所述导热基板上,使得所述至少一 个LED与所述反射层相邻,其中,所述至少一个LED通过所述柱与 所述导热基板热连接,并与所述图案化导电层电连接。
6. 根据权利要求5所述的方法,其中,所述连接至少一个LED 的步骤还包括-在所述反射层中形成至少一个孔;以及将所述至少一个LED的所述柱设置在所述至少一个孔中。
7. 根据权利要求5所述的方法,还包括提供具有第一主表面和 第二主表面的支撑层,其中,所述支撑层的第二主表面设置在所述导 热基板的第一主表面附近,所述反射层位于所述支撑层的第一主表面 上,所述图案化导电层位于所述支撑层的第二主表面上。
8. 根据权利要求7所述的方法,还包括提供位于所述导热基板 的第一主表面与所述支撑层之间的多个绝缘体,其中,所述支撑层位 于所述多个绝缘体上,使得所述支撑层与所述导热基板的第一主表面 隔开。
9. 根据权利要求7所述的方法,其中,所述设置反射层的步骤 包括将聚合物的多层光学薄膜连接在所述支撑层的第一主表面上。
10. —种显示器,包括: 照明组件,包括:导热基板,其具有第一主表面;反射层,其位于所述导热基板的第一主表面附近; 图案化导电层,其设置在所述反射层与所述导热基板的第 一主表面之间,并与所述导热基板电绝缘;以及至少一个LED,其具有连接在所述导热基板上的柱,其中 所述至少一个LED通过所述柱与所述导热基板热连接,并与所 述图案化导电层电连接;以及空间光调制器,其与所述照明组件光学耦合,其中,所述空间 光调制器包括多个可控元件,这些元件可操作以便调制至少一部分来 自所述照明组件的光。
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