CN102349169B - 用于改装灯的led模块和改装的led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以白炽灯形式改装的LED灯，它具有LED模块，该LED模块包括印刷电路板或者SMD载体和安装在该板或载体上的多个LED芯片，其中设置有球覆层，即，球覆层分布或安装在LED芯片和该板或载体的包围LED芯片的表面上，至少一个LED芯片发射蓝光，该蓝光部分地由磷光体转换并且至少一个LED芯片发射优选为红色光谱的光谱，该光谱基本上不受磷光体影响。

Description

用于改装灯的LED模块和改装的LED灯
技术领域
本发明涉及一种用于改装灯的LED模块和改装的LED灯。
背景技术
按照板上芯片（COB）技术的“封装LED”的光功率受到包围的封装材料的光学性能的影响，尤其受LED芯片和磷光体的反射率和位置的影响。重要的是，封装材料具有
a）高的反射率
b）高的光稳定性和
c）高的耐热性能。
图1示出了发射白光的LED，其在LED芯片发光面上涂覆有磷光体，其转换了磷光体发光的典型光路。LED的一种配置方式为，将发射器安放在半球的中心，以使光能从LED封装中以最小反光损失射出。小部分光被反射向芯片和PCB封装或SMD封装的周围表面，在那里它被吸收或被反射。如果半球形的球覆层足够大，大约3%-5%的光（视半球材料的折射率而定）被反射并且可能损失掉。因为磷光体向四面八方发光，所以大致一半的光必然被LED本身反射，这样就又出现了一些其他损失。虽然高反射能力也是LED芯片本应具有的特性，但其主要功能在于发出有效的光，这可能意味着反射能力降低。
如果不需要高的光密度，那么磷光体也可以分散在半球形球覆层内。这显然在光功率和光路方面没有得到优点，不过，可以容易地控制颜色稳定性和颜色可重现性，并且光密度不应太高，这意味着在无炫光方面不用太费力。
因为发射光的更大范围落在PCB封装或SMD封装中，所以PCB封装或SMD封装的反射能力对最终光功率有很大影响。因为在一些情况下为了连接芯片必须利用金丝来连接表面区域，所以必须按照图案规则来维持间距，以使这些表面区域没有焊剂阻挡掩模
Figure GDA0000363928320000011
，从而PCB板或SMD封装的总反射能力可能受到限制，或者只能采用稳定性较差的材料。
发明内容
本发明的任务是改善带有球覆层的LED模块的光功率。
以白炽灯泡形式改装的LED灯具有LED模块，该LED模块具有印刷电路板或者SMD载体和多个安装在该板或载体上的LED芯片，其中设置有球覆层，就是说，球覆层分布或安装在LED芯片和该板或载体的包围LED芯片的表面上。至少一个LED芯片发射部分由磷光体转换的蓝光，至少一个LED芯片发射出优选在红光光谱范围内的光谱，其基本上不受磷光体的影响。
LED模块具有印刷电路板或SMD载体和至少一个安装在该板或载体上的LED芯片。在LED芯片上设有球覆层，就是说，在LED芯片和该板或载体的包围LED芯片的表面上分布或安装了球覆层。该板或载体的、其上分布或设置有球覆层的表面被白色反射材料覆盖，该白色反射材料与该LED芯片接触，最好在其侧壁与该LED芯片接触。
该反射材料可以是具有5μm-250μm、优选为20μm-200μm、尤其优选为100μm-150μm的厚度的层。
该反射材料可以作为一层来设置，其中，当从侧面按照LED芯片位于该板或载体之上的方式观察LED模块时，上表面比LED芯片的上表面低。
反射材料可以是一层，其厚度为LED芯片厚度的75%-90%。
同样可以给LED芯片的侧壁涂覆材料，所述材料是这样设计的，以使它对于照射到LED芯片上的光是反射性的（白色涂层）。
在球覆层中的颜色变换材料可以位于LED芯片的上表面之上和/或上方。
该反射材料至少对于由LED芯片和颜色变换材料（如果有的话）发射的光谱是反射性的（“白色”涂层因此意味着能反射由LED芯片和每个被转换的光谱所发出的光谱的至少可见光部分）。
LED模块可以发射基本为白色的光，该光是LED芯片的光谱和色彩变换材料的发射光谱两者的混合。
该反射材料可以是电绝缘材料。
可以在同一个球覆层下设置多个LED芯片。
至少一个LED芯片可以发射例如蓝光的光谱，其部分地由磷光体向下转换，并且至少另一个LED芯片发出例如红光的光谱，其基本不受磷光体的影响。
本发明同样涉及改装的LED灯，它具有至少一个如上所述的LED模块。
附图说明
现在，本领域技术人员通过阅读以下结合附图视图对本发明实施方式的具体描述，能够了解本发明的其它优点、特征和任务。
图1示出了代表现有技术的具有磷光体层的芯片封装；
图2示出了代表现有技术的具有分散的磷光体的芯片封装；
图3示出了根据本发明的一个优选实施方式的具有白色涂层的芯片封装；
图4示出了带有附加的阻挡部的LED芯片封装，用以限定白色涂层的外形；
图5示出了在具有侧向发光部的LED芯片中的白色涂层，该白色涂层被涂覆到LED芯片封装上；
图6示出了被涂覆到SMD封装上的白色涂层，该SMD封装包括带有现有的侧向发光部的LED芯片；
图7示出了一种改装的LED模块，其由DE20 2007 008 258A1公开并且能被应用在本发明中；以及
图8示出了图5和图6的实施方式的进一步改进。
具体实施方式
为了克服图2所示的一些问题，可以将反射涂层涂覆到该板或载体的装有LED芯片且包围该LED芯片的表面上。反射涂层可以覆盖反射能力有限的所有部分，尤其是可以覆盖被球覆层覆盖的部分。
多于一个的LED芯片可以定位在同一个球覆层下（其中，球覆层只是含磷光体的、设置在LED芯片上的元件的一个例子）。“球覆层”因此就是指设置在一个或更多个LED芯片上的元件。
其中的一个或多个所述LED可发射蓝色光谱的光，其部分地由磷光体向下转换的。
此外，一个或多个LED可以发射基本不被磷光体向下转换的光谱。这种情况例如是用于至少一个发射红光的LED芯片，其被磷光体覆盖，该磷光体被指定用于向下转换蓝光。
该结构可以用于被转换的LED模块，就是说，与白炽灯或卤素灯相似的、带有电连接部的LED模块。该被转换的模块如DE 20 2007 008 258 U1所示，其公开内容通过参引被全文并入于此。尤其参见DE 20 2007 008 258 U1的图1，其作为图7被加入本说明书。图4所示的板4和LED7也能是根据本发明的板和LED。
球覆层可以是分布的球覆层，或是一般为半球形的预成形的透镜。
LED芯片的侧壁同样可以被涂覆，这是因为它们一般是基于硅来制造的，是低反射能力的半导体。利用这种构造方法，可以将所有的反射限制减小至最低程度，这造成最佳功率。
同样可以得到以下优点，关于图1所示的封装保持较低的颜色坐标误差
Figure GDA0000363928320000041
常用在PCB上的焊剂阻隔层表现出一般为90%、某些低至仅有60%的反射率。同样，对于某些类型，反射率在制造中在热工艺中发生改变。镀金层的反射率因为显著吸收蓝光而更差。这通过例如使用银制涂层而得以阻止，不过，金的迁移速度比银的迁移速度低许多，这可能导致较低的可靠度。为了使功率得到最大化，应该力求达到高反射能力，这可以由反光涂层来实现。
由反射材料（白色涂层）构成的涂层可以通过标准分布技术来涂覆，并且它的厚度可以是5μm-250μm，优选是20μm-200μm，最好是100μm-150μm。
LED芯片可以通过采用附着剂或胶粘剂被施加到其载体结构上。该材料具有不希望的、朝向LED芯片侧壁流动的趋势。本发明的白色涂层具有一优选厚度，所述厚度大到足以保证：白色涂层实际接触在任何流动的附着剂或胶粘剂上的LED芯片。就此而言如此选择白色涂层的厚度，使其大于预料到的流动的厚度。
自板或载体的表面起测定的厚度优选约为LED芯片厚度的75%-90%。因此，该反射材料层的上表面比LED芯片的上表面低，但基本平行于LED芯片的上表面（发光表面）。例如与普通的白色LED相比，就白色LED的可见光范围而言，所实现的光功率提高在15%的范围内。
例如被用在反射材料的树脂基材中的典型颜料是不导电材料，其例如是TiO2、BaSO3、ZrO2、BaTiO3。同样公开了制造这样的包括白色涂层LED的方法。
参见图3，由反射材料构成的层可以具有倾斜的侧壁，即，非竖直的侧壁。
球覆层能以半球形状存在。
该颜色变换材料例如可以设置在球覆层的硅基材中和/或LED芯片（参照图1）上。
图4示出一种LED芯片封装，其具有附加阻挡部，用以限定白色涂层的外形。该阻挡部优选形成在涂覆白色涂层之前。该阻挡部最好可由例如像硅基材料这样的材料制成，因此由不同于白色涂层材料的材料制成。
图5示出了一种用于COB封装的实施方式，其中采用了具有侧向发光部的LED芯片（侧向发光部=发光芯片侧壁，此时采用透明基片如蓝宝石或SiC）。在此情况下，白色涂层的厚度优选小于LED芯片厚度的50%，尤其优选小于25%，在大多数情况下最好小于10%。
此外，图5的实施方式可以如图8所示被如此进一步改进，即，将LED芯片安放在一个载体上，该载体的轮廓从上方看在至少一维上等于或者小于LED芯片的轮廓。因此，白色涂层可以有选择地流动，进而可以存在于LED芯片的底面下。该载体的高度可以大于白色涂层的厚度。
或者，包围LED芯片的载体表面可以被刻槽，例如通过蚀刻。这两个特征保证了，该白色涂层虽然接触LED芯片的侧壁，但是基本上不覆盖LED芯片的发射出侧向光的表面。
图6示出了SMD封装的例子，其具有包括侧向发光部的LED芯片。白色涂层的厚度优选小于LED芯片厚度的50%，优选小于25%，大多数情况下最好小于10%。图6的LED芯片安装在LED封装载体上，其又被焊接在例如PCB上。
附图标记列表
101LED芯片
101a没有侧向发光部的LED芯片
101b没有侧向发光部的LED芯片
101c具有侧向发光部的LED芯片
102a硅半球，透明的
102b硅半球，填充有磷光体
103a PCB封装，SMD封装
103b SMD封装载体
103c PCB；
104磷光体涂层
105高反射性白色涂层
106用于涂层材料的阻隔部
107焊剂
108载体

Claims (20)

1.一种LED模块，其具有印刷电路板或者SMD载体和安装在所述板或所述SMD载体上的至少一个LED芯片，
其中球覆层设置在所述LED芯片上和所述板或所述SMD载体的包围所述LED芯片的表面上，
并且其中，所述板或所述SMD载体的其上设置有所述球覆层的表面被白色反射材料覆盖，所述白色反射材料与所述LED芯片的一个侧壁接触。
2.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述反射材料是一层，所述层的厚度为5μm-250μm。
3.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述反射材料是一层，所述层的厚度为20μm-200μm。
4.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述反射材料作为一层，当按照LED芯片位于所述板或所述载体之上的方式从侧面观察所述LED模块时，所述层的上表面比所述LED芯片的上表面低。
5.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述LED芯片是不具有侧向发光部的LED芯片。
6.根据权利要求4或5所述的LED模块，其中，所述反射材料作为一层，其厚度为所述LED芯片厚度的75%-90%。
7.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述LED芯片是具有侧向发光部的LED芯片。
8.根据权利要求7所述的LED模块，其中，所述白色反射材料是白色涂层，其厚度小于所述LED芯片高度的50%。
9.根据权利要求7所述的LED模块，其中，所述白色反射材料是白色涂层，其厚度小于所述LED芯片高度的25%。
10.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述LED芯片的横向侧壁也用一种材料来涂覆，所述材料是这样设置的，以使所述材料能反射射到所述LED芯片上的光。
11.根据权利要求1所述的LED模块，其中，在所述球覆层中和/或在所述LED芯片的上表面上设有颜色变换材料。
12.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述反射材料至少对于由所述LED芯片和所述颜色变换材料所发射的光谱是反射性的。
13.根据权利要求11或12所述的LED模块，其中，所述LED模块发射白色光，所述白色光是所述LED芯片的光谱和所述颜色变换材料的发射光谱两者的混合。
14.根据权利要求1所述的LED模块，其中，所述反射材料是不导电材料。
15.根据权利要求1所述的LED模块，其中，在同一个球覆层下设有多个LED芯片。
16.根据权利要求15所述的LED模块，其中，至少一个LED芯片发射光谱，所述光谱被磷光体部分地向下转换，并且至少另一个LED芯片发射红光的光谱，所述光谱不受所述磷光体影响。
17.根据权利要求1所述的LED模块，其中，LED芯片下面的SMD载体或板的表面不被白色反射材料覆盖。
18.根据权利要求1所述的LED模块，其中，LED模块设计成具有附加的阻挡部，用以限定白色涂层的外形，其中所述阻挡部由硅基材料制成。
19.一种改装的LED灯，其具有至少一个根据权利要求1至17之一的LED模块。
20.一种以白炽灯形式改装的LED灯，其具有LED模块，所述LED模块包括印刷电路板或SMD载体和安装在所述板或所述载体上的多个LED芯片，
其中球覆层设置在所述LED芯片上和所述板或所述SMD载体的包围所述LED芯片的表面上，并且
其中，所述板或所述SMD载体的其上设置有所述球覆层的表面被白色反射材料覆盖，所述白色反射材料与所述LED芯片接触，并且
其中，一个LED芯片发射蓝光，所述蓝光部分地被磷光体向下转换，并且
其中，至少另一个LED芯片发射红光的光谱，所述光谱不受所述磷光体的影响。
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