CN101401222B - 发光二极管模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管(LED)模块，其包括至少一个具有光发射表面的LED芯片(12)，和陶瓷转换片(14)。该LED模块的特征是，所述的陶瓷转换片包括覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分的第一区段(18)，和在第一区段旁边的第二区段(20)，第二区段(20)覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分，其中，至少一个区段包括用于将LED芯片的发射光转换成某个波长的波长转换材料，并且，其中，选择所述陶瓷转换片相对于所述LED芯片的侧向位置、所述转换片的旋转和所述区段的尺寸中的至少一个，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。本发明也涉及一种制造这种LED模块的方法，还涉及一种用于LED模块中的陶瓷转换片。
Description
本发明涉及一种发光二极管(LED)模块，其包括至少一个LED芯片和陶瓷转换片。本发明也涉及一种制造这种LED模块的方法，还涉及一种用在LED模块中的陶瓷转换片。
众所周知，在现有技术中，使用被称为发光/荧光的工艺(process)，第一(峰值)波长的光能转换成更长(峰值)波长的光。该荧光工艺包括通过波长转换材料吸收具有第一波长的光，该材料例如是磷光体，还包括激励该磷光体材料的发光中心，该发光中心发射更长波长的光。该工艺使用在例如LEDs中，以便产生白光，其中，通过上覆的磷光体层，来自蓝LED芯片的发射能部分地转换成黄/橙色，借此，未转换的蓝光和转换的黄/橙光混合成白光。
在本领域中，这些所谓的磷光体转换的LEDs的近期发展是使用陶瓷层作为上覆(overlying)磷光体层，如在文献US2005/0269582中所公开的。在US2005/0269582中，光发射层与陶瓷层相结合，该陶瓷层放置在由光发射层发射的光的路径上。该陶瓷层包括波长转换材料或由波长转换材料组成，该材料例如是磷光体(phospher)。该陶瓷层与其他的现有技术的磷光体层相比，对温度可以更稳定和更不敏感，所述现有技术磷光体层通常包括透明树脂、硅凝胶或包括波长转换材料的相似物。
US2005/0269582还披露了这样的实施例，其中附加的陶瓷层放置在第一陶瓷层的顶部，也就是，这两个陶瓷层堆叠在发光层之上。这两个陶瓷层可以包括不同的磷光体。可以选择这两个陶瓷层中的不同磷光体的排布或者这两个陶瓷层本身以控制LED模块内的多个磷光体之间的相互作用，以便提供特定的色点。
然而，US2005/0269582中披露的堆叠结构的缺陷是，对于每个所需的整体色点必须产生具有特殊性能(例如层的特定的磷光体浓度和/或特定的厚度)的陶瓷层组合。另外，当一陶瓷层由另外一陶瓷层覆盖时，来自所述光发射层的光束的光学路径长度依赖于该光束的方向。这意味着光的颜色依赖于视角，当然，该视角对于某些应用来说 是不利的。同样，该陶瓷层的顺序必须谨慎选择，以使来自最靠近光发射层的陶瓷层的光不被相邻的上覆陶瓷层吸收。同样，该堆叠结构导致器件具有相当的高度和厚度。
本发明的目的是至少部分地克服这些问题，并且提供改善的LED模块。
根据附加的权利要求，通过下面的描述，这个目的和其他目的将变得非常清楚，借助于LED模块、制造这样的LED模块的方法，以及在LED模块中使用的陶瓷转化片，可以实现这些目的。
根据本发明的一个方面，提供了这样一种LED模块，其包括至少一个具有发光表面的LED芯片，还包括陶瓷转换片，该陶瓷转换片的特征是，其包括覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分的第一区段，还包括在第一段旁边的覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分的第二区段，其中，至少一个区段包括将LED芯片发射的光转换成某一波长的波长转换材料，并且，其中，选择所述陶瓷转换片相对于所述LED芯片的侧向(lateral)位置、所述转换片的旋转和所述区段的尺寸中的至少一个，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。
通过将陶瓷转换片分割成并排放置的区段，即，陶瓷层以相同的水平放置，而不是在彼此之上放置，能降低该器件的厚度，也能减低对于视角上的颜色变化。同样，因为该区段是并排地放置在LED芯片上，所以光从一个区段进入到另外一个区段并可能被吸收的风险很小或者几乎为零。进而，事实上，由于该陶瓷转换片是固态转换片，所以将该转换片分成横向的区段是可能，或者至少是方便的。
在一个实施例中，所述第一区段包括用于将从LED芯片发出的光转换成第一波长的第一波长转化材料；所述第二区段包括用于将从LED芯片发出的光转换成第二波长的第二波长转化材料。另外，该陶瓷转化片还可以包括与第一区段和/或第二区段紧靠的第三区段，并且该区段覆盖LED芯片发光表面的第三部分。第三区段可以包括例如第三波长转换材料，该材料用于将从LED芯片发出的光转换成第三波长。这种LED模块的实例包括至少一个适合发出UV辐射的LED芯片、适合将UV辐射转换成红光的第一区段、适合将UV辐射成转换绿光的第二区段，还包括适合将UV辐射转换成蓝光的第三区段， 由此，混合的红、绿和蓝光产生了白光。可替换地，第三区段可以包括非波长转换材料，即“透明”的区段。这样的LED模块的实例包括至少一个适合发出蓝光的LED芯片、适合将蓝光转换成红光的第一区段，还包括适合将蓝光转换成绿光的第二区段，由此，混合的蓝光(通过所述的“透明”的第三区段从LED芯片传输)、红光和绿光产生了白光。
在另一个实施例中，所述的第一区段包括用于将从LED芯片发出的光转换成第一波长的第一波长转化材料，而第二区段则包括非波长转换材料。例如，所述的至少一个LED芯片能发出蓝光，并且所述的第一区段能将蓝光转换成黄光，由此，蓝光(通过所述的“透明”的第二区段从LED芯片传输)和黄光的混合产生白光。
另外，通过适当地选择与该LED芯片相关的转换片的侧向位置，可以产生某种需要颜色的混合光。例如，该陶瓷转换片可以在LED芯片上侧向移动，以便改变蓝色、红色、绿色和/或黄色的量，这又改变所产生的混合光的色点。在这种情况下，可以将具有单一设置的陶瓷转换片用在具有不同色点的LED模块的生产中(仅仅通过选择陶瓷转换片对应所需色点的侧向位置)。从制造的观点来看，这是非常有好处的。另外，利用这个配置，可以选择的色点种类的范围很宽。
作为替换或是补充，适当地选择该区段的尺寸也会对混合光的颜色产生影响。例如，按上述所讨论的，可以增加红色或者绿色或者黄色区段的尺寸，由此，LED芯片发出的(蓝)光的更大的部分被转换，导致减少了所产生的混合光的色温。
根据本发明的另一方面，提供了在发光二极管模块中所使用的陶瓷转换片，所述发光二极管包括至少一个表面能发射光的LED芯片，该陶瓷转换片包括第一区段，第一区段适合覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分，还包括在第一区段旁边的第二区段，第二区段适合覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分，其中，区段中的至少一个区段包括用于将LED芯片发出的光转换成某一波长的波长转换材料，并且，其中，选择所述区段的尺寸，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。该陶瓷转换片提供与利用本发明前面所讨论的方面获得的那些类似的优点。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用于制造发光二极管 (LED)模块的方法，该方法包括提供至少一个具有发光表面的LED芯片，并且在该LED芯片上安装陶瓷转换片，该陶瓷转换片包括第一区段，该区段覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分，还包括在第一区段旁边的第二区段，该第二区段覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分，其中，所述区段中至少一个区段包括波长转换材料，该材料用于将LED芯片发出的光转换成某个波长，并且，其中，选择所述陶瓷转换片相对于所述LED芯片的侧向位置、所述转换片的旋转和所述区段的尺寸中的至少一个，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。用于制造LED模块的方法提供与利用本发明前面所讨论的方面获得的那些类似的优点。
现在，根据附图所显示的本发明当前优选的实施例，本发明的这些方面或者其他方面将用更详细的细节加以描述。
图1a-1f示出一种根据本发明实施例的LED模块，以及
图2a-2b分别是图1a-1f中所显示的LED模块以及现有技术LED模块的CIE色度图，以及
图3是根据本发明用于制造LED模块的方法流程图。
图1a-1f示出根据本发明实施例的LED模块10。图1a是LED模块10的基本结构的顶视图，图1b是LED模块10的基本结构的侧视图。LED模块10包括LED芯片12。该LED芯片具有光发射表面13，这里是LED芯片12的顶表面。LED模块10还包括陶瓷转换片14，其用于转换LED芯片12发出的光。陶瓷转换片14放置在由LED芯片12发出的光的路径(图1b中箭头16所示)上，即陶瓷转换片14放置在LED芯片12之上。陶瓷转换片16的形状基本上与LED芯片12的方形相吻合。陶瓷转换片14可以与前面所提及的US2005/0269582中的陶瓷层中的材料相类似。
根据本发明的实施例，该陶瓷转换片包括第一区段18，该区段18覆盖LED芯片12的光发射表面13的第一部分，还包括在第一区段18旁边的第二区段20，该区段20覆盖LED芯片12的光发射表面13的第二部分，还包括在第一区段18和第二区段20旁边的第三区段22，该区段22覆盖LED芯片12的光发射表面13的第三部分。在图1a-1f 中，所述的区段形成颠倒的“Y”字形状的边界。然而，区段也可以有其他形状。例如，所述区段可以是矩形，并且排布成“T”字形状的边界(未示出)。
第一区段18包括第一波长转换材料，例如磷光体，其用于将LED芯片12发出的光转换成第一波长；第二区段20包括第二波长转换材料，其用于将LED芯片12发出的光转换成第二波长；第三区段22包括非波长转换材料，也就是“透明”材料。例如，LED芯片12能发出蓝光，第一区段18可将蓝光转换成红光，第二区段20可将蓝光转换成绿光，因此，在工作过程中，通过“透明”的第三区段22，由第一区段18转换成的红光和由第二区段20转换成的绿光与LED芯片12发出的未转换的蓝光相混合，因此，形成了整体呈白色的光。
在图1a-1b中，区段18、20、22的尺寸基本上相等，并且陶瓷转换片14位于LED芯片12的中心位置，进而产生了具有某种色点的混合光。然而，为了提供不同的色点，即调整LED模块10，通过改变陶瓷转换片14与LED芯片12相关的至少一个侧向位置以及改变区段18、20、22的尺寸，可以实现不同色点的混合光。
在图1c中，陶瓷转换芯片14的侧向位置向上并向左移动。在这种情况下，LED芯片12的更大部分是由第一区段18和第二区段20所覆盖，由此，从LED芯片发出的更大部分蓝光将被吸收并且分别转换成红光和绿光，结果是减低了混合光的色温。相反的是，在图1d中，陶瓷转换片14的侧向位置向下并向右移动。在这种情况下，LED芯片12的更大部分由“透明”的第三区段22所覆盖，由此，从LED芯片发出的蓝光只有很少被转换成红光和绿光，结果是增加了混合光的色温。在图1c-1d中，陶瓷转换芯片14的面积优选地比LED芯片12的面积稍微大一点。
因此，通过相对于LED芯片12侧向移动陶瓷转换片14，可以调整LED模块10的色点，只要蓝光LED芯片12的发射谱与区段18、20的磷光体的吸收谱充分的重达，就可以获得某种白光，而与蓝色LED芯片12的发射谱基本无关。这可以通过查看图2a中CIE的色度图得到解释，其中，区段18、20内的磷光体发出的光分别用红色、绿色的色坐标24、26表示。根据本发明的实施例，由这两个色坐标和蓝色LED芯片12的色坐标28所确定的三角形表明可以通过LED 模块实现的那些颜色，例如，通过相对于LED芯片12侧移陶瓷转换片14实现这些颜色。另外，图2b图解了现有技术的LED模块的CIE色度图，其中，通过上覆的磷光体层，蓝色LED芯片的发射能部分地转换成黄/橙色。对于这个LED模块，所获取的颜色在蓝色LED芯片的色坐标28和黄/橙磷光体的色坐标30之间的直线上。很明显，根据本发明的这个实施例的LED模块与现有技术LED模块相比，在选择整体色点方面提供了更大的可能性。
作为相对于LED芯片12侧移陶瓷转换片14的替换或者补充，可以改变区段18、20、22的尺寸。在图1e中，当减少透明区段22的尺寸同时，增加红色区段18和绿色区段20的尺寸，由此，由LED芯片发射的更大部分蓝光将被吸收并相应地转换成红色和绿色，导致混合光色温的减小。相反，在图1f中，当增加透明区段22的尺寸同时，减少红色区段18和绿色区段20的尺寸，由此，LED芯片发射出的更多的蓝光将不被转换而被发射，导致混合光色温的增加。
在LED模块10的制作过程中，优选地，选择陶瓷转换片14相对于LED芯片12的侧向位置和/或测定区段18、20、22的尺寸。前面的选择提供的显著优点在于，如上所述，仅仅通过根据期望的色点相对于LED芯片侧向移动陶瓷转换片，可以在具有整个混合辐射的不同色点的LED模块的制造过程中使用全都具有相同配置的陶瓷转换片。
在图3的流程图中，概述了一种用于制造根据本发明的LED模块的示例方法。该方法包括以下步骤，提供蓝色LED芯片12(S1)，并且将陶瓷转换片14安装在LED芯片12(S2)上，其中，选择与陶瓷转换片14相对于LED芯片12的侧向位置，以使LED模块10产生某种所需颜色的混合光。
根据本发明的LED模块的应用包括LCD监视器或者LCD电视、一般的照明应用、投影仪、直视应用等等。
本领域的技术人员认识到本发明绝不会局限于上面描述的优选的实施例。相反的，在附加的权利要求书的范围内，许多修改和变更都是允许的。例如，即使已经讨论过了具有两种色彩转换区段的陶瓷转换片，该陶瓷转换片也可以仅仅有一个色彩转换区段或者可以有多于两个的色彩的转换区段。例如，可以增加青黄色区段。另外，在图1a-1f 中，即使仅仅显示了一种LED芯片，本发明的LED模块可以包括若干彼此邻近放置的LED芯片，在这种情况下，该陶瓷转换片覆盖若干邻近的LED芯片。同样，该陶瓷转换片可以被附加地旋转以便改变色彩量(例如蓝色、红色、绿色)，进而改变整个混合光的色点。
Claims (7)
1.发光二极管(LED)模块(10)，其包括：
-至少一个具有发光表面(13)的LED芯片(12)，以及
-陶瓷转换片(14)，
其特征是，
该陶瓷转换片包括覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分的第一区段(18)，和在第一区段旁边的覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分的第二区段(20)，其中，所述区段中的至少一个区段包括用于将LED芯片发射的光转换成一定波长的波长转换材料，并且，其中，选择所述陶瓷转换片相对于所述LED芯片的侧向位置、所述陶瓷转换片的旋转和所述区段的尺寸中的至少一个，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。
2.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述第一区段包括第一波长转换材料，其用于将从LED芯片发出的光转换成第一波长；第二区段包括第二波长转换材料，其用于将从LED芯片发出的光转换成第二波长。
3.根据权利要求2所述的LED模块，其中，该陶瓷转换片还包括与第一区段和/或第二区段紧靠的第三区段(22)，该第三区段(22)覆盖LED芯片的光发射表面的第三部分，并且，其中第三区段包括用于将从LED芯片发出的光转换成第三波长的第三波长转换材料或者是非波长转换材料。
4.根据权利要求1所述的LED模块，其中第一区段包括用于将从LED芯片发出的光转换成第一波长的第一波长转换材料，第二区段包括非波长转换材料。
5.用在发光二极管(LED)模块中的陶瓷转换片(14)，包括至少一个具有发光表面的LED芯片，该陶瓷转换片包括：
-覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分的第一区段(18)，以及
-在第一区段旁边并且覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分的第二区段(20)，其中，至少一个所述区段包括用于将从LED芯片发出的光转换成一定波长的波长转换材料，并且，其中，选择所述区段的尺寸，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。
6.根据权利要求5所述的陶瓷转换片，还包括在第一区段和/或第二区段旁边的第三区段(22)，该第三区段(22)覆盖LED芯片的光发射表面的第三部分，其中，第三区段包括用于将从LED芯片发射的光转换成第三波长的第三波长转换材料或非波长转换材料。
7.一种制作发光二极管(LED)模块的方法，包括：
-提供至少一个具有发光表面的LED芯片，以及
-将陶瓷转换片安装在LED芯片之上，该陶瓷转换片包括覆盖LED芯片的光发射表面的第一部分的第一区段，和在第一区段旁边并且覆盖LED芯片的光发射表面的第二部分的第二区段，其中，所述区段中的至少一个区段包括用于将LED芯片发射的光转换成一定波长的波长转换材料并且，其中，选择所述陶瓷转换片相对于所述LED芯片的侧向位置、所述陶瓷转换片的旋转和所述区段的尺寸中的至少一个，以使该LED模块产生某种所需颜色的混合光。
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