CN102959748A - 发光设备和方法 - Google Patents

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D·T·埃默森
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Abstract

本发明涉及一种供较高电压应用中使用的例如发光二极管(LED)的发光设备和方法。本文公开了LED的不同布置。布置可以包括一个或多个串联、并联和/或其组合地连接的LED芯片。LED芯片可以设置在具有至少一个热构件和一个或多个电部件的封装本体中。

Description

发光设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年10月13日提交的美国临时专利申请号61/404,985和2011年9月8日提交的部分继续专利申请号13/227,961的优先权，在此以引用的方式加入它们的全部内容。
技术领域
本文所公开的主题通常涉及发光设备和方法。更特别是，本文公开的主题涉及供较高电压应用使用的发光设备和方法。
背景技术
例如发光二极管(LED)的发光设备可以用在产品中来提供白色光(例如，观察时为白色或者接近白色)，并且可以开发来用作白炽灯、荧光灯和金属卤化物灯产品的替换。LED灯的一代表性实例包括具有至少一个LED芯片的封装，其一部分可以以例如钇铝石榴石(YAG)的荧光物质镀覆。LED芯片可以在LED灯内部产生要求波长的辐射，并且荧光物质进而可以在接收所述辐射时发射峰值波长为大约550纳米(nm)的黄色荧光。来自LED芯片的至少一部分辐射可以通过荧光物质传播，并且至少一部分可以被荧光物质吸收。通过荧光物质传播的那部分光与由荧光物质发射的黄色光混合，并且观察者察觉到光辐射的混合为白色光。作为对荧光物质转换的白色光的替代，可以组合来操作红、蓝和绿(RGB)发光设备来产生看起来为白色的光。产生白色光的传统的LED、封装和方法可以设计成用于低压应用。
虽然可以在市场上获得各种LED封装，但是仍然存在对适用于例如那些应用较高电压以增强光输出性能、增强热性能、提高设备可靠性和提升制造容易性的改进的封装的需求。
发明内容
根据本公开内容，提供了新颖的发光设备和方法，其能够适合于不同的应用和电技术要求。因此，本文所公开的主题的目的是提供包括提高了在较高电压应用中的可靠性的发光设备和方法。
可以通过本文所描述的主题至少全部或者部分地实现可从本文的公开内容显而易见地得到的本公开的所述及其他目的。
附图说明
在说明书的其余部分中更具体地阐述了包括对于本领域普通技术人员来说为其最佳方式的、本文所公开的主题的充分且能公开的内容，包括参照附图，其中：
图1图解了根据本主题的一方面的发光二极管(LED)封装和LEDs的透视顶视图；
图2图解了根据本文主题的一方面的LED封装的部件的透视图；
图3图解了图2中所示的LED部件的端视图；
图4图解了根据本文主题的一方面的LED封装的透视底视图；
图5图解了图1中所示的LED封装的顶部平面图；
图6图解了根据本文主题的一方面的LEDs的顶部平面图；
图7图解了根据本文主题的一方面的LEDs的顶部平面图；
图8图解了根据本文主题的一方面的LEDs的顶部平面图；
图9图解了根据本文主题的一方面的LED封装的侧视图；
图10图解了根据本文主题的一方面的LED封装的横剖面视图；
图11A和11B图解了根据本文主题的一方面的LED封装；以及
图12A和12B图解了根据本文主题的一方面的LED封装。
具体实施方式
现在将详细参照本文主题的可能方面或者实施例，图中示出了其中的一个或多个实例。提供每个实例来说明所述主题并且不起限制作用。实际上，可以在另一个实施例中使用图解或者描述为一个方面或者实施例的一部分特征，以便还产出另一实施例。本文所公开并设想的主题意在覆盖所述改进和变化。
如在各个图中所图解的，为了说明目的，结构或者部分的某些尺寸相对于其他结构或者部分被放大了并且提供来图解本文所公开的主题的一般结构。此外，参照形成在其他结构、部分或者两者上的一结构或者部分来描述了本文所公开主题的各个方面。本领域的技术人员将意识到，参照形成于另一结构或者部分“上”或者“上方”的一结构意在可以介入另外的结构、部分或者两者。参见没有介入结构或者部分地形成于另一结构或者部分上的一结构或者部分在本文被描述成“直接”形成在所述结构或者部分上。类似地，应当理解，当构件被称为“连接”、“附连”或者“联接”到另一构件上时，其可以直接连接、附连或者联接到另一构件上，或者可以提供介入构件(intervening elements)。相反，当构件被称为“直接连接”、“直接附连”或者“直接联接”到另一构件上，则没有提供介入构件。
此外，本文使用例如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或者“底部”的相对术语来描述如图中所示的一个结构或者部分与另一个结构或者部分的关系。应当理解，例如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或者“底部”的相对术语意在包含除了图中所描绘的定向之外设备的不同定向。例如，如果颠倒图中的设备，则被描述为其他结构或者部分″上方″的结构或者部分现在定位在其他结构或者部分的“下方”。同样地，如果沿轴线转动图中的设备，则被描述为其他结构或者部分“上方”的结构或者部分现在“紧邻”其他结构或部分或者在其“左边”定位。相似的附图标记自始至终涉及相似构件。
根据本文描述的实施例的发光设备可以包括基于制造在碳化硅基底上的发光二极管(LEDs)或者激光器的III-V族氮化物(例如，氮化镓)，例如由美国北卡罗来纳州达拉谟的Cree公司所制造和销售的那些设备。例如，本文所论述的碳化硅(SiC)基底／层可以是4H多型碳化硅基底／层。然而，可以使用例如3C、6H和15R多型的其他的碳化硅候选多型。可以从本文主题的受让人的美国北卡罗来纳州达拉谟的Cree公司处获得合适的SiC基底，并且在科学文献以及在包括但不限于美国专利号Re.34,861；美国专利号4,946,547；和美国专利号5,200,022的许多共同转让的美国专利中阐述了用于生产这种基底的方法，在此以引用的方式加入它们的全部内容。
如本文所使用的，术语“III族氮化物”是指形成于氮和元素周期表的III族中的一种或多种元素之间的半导体化合物，所述元素通常为铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)。所述术语还指例如GaN、AlGaN和AlInGaN的二元、三元和四元化合物。III族元素可以与氮结合以形成二元(例如，GaN)、三元(例如，AlGaN)和四元(例如，AlInGaN)化合物。所述化合物具有其中一摩尔氮与总共一摩尔III族元素结合的经验式。因此，经常使用例如AlxGa1-xN(其中1>x>0)的化学式来描述所述化合物。已经相当好地研发了关于III族氮化物的外延生长的技术并且在合适的科学文献中报告了，并且在包括美国专利号5,210,051；美国专利号5,393,993；和美国专利号5,523,589的共同转让的美国专利中报告了，在此以引用的方式加入它们的全部内容。
虽然本文中所公开的LEDs的各个实施例可以包括基底，但是本领域普通技术人员应当认识到，可以移除其上生长出包括LED的外延层的晶状外延生长基底，并且可以在置换载体基底或者次安放层上安放独立式的外延层，其可以比原始的基底具有更好的热、电、结构和/或光学特性。本文所公开的主题不限于具有晶状外延生长基底的结构并且可以与其中已经从其原始生长基底上移除外延层并粘结(bonded)到置换载体基底上的结构结合使用。
例如，根据本主题的某些实施例的III族氮化物基的LEDs可以制造在生长基底(例如，碳化硅基底)上以提供水平设备(在LED的同一侧上具有两个电触点)或者竖直设备(在LED的相反侧上具有电触点)。此外，生长基底可以在制造或者移除(例如，通过蚀刻、研磨、抛光等)之后保持在LED上。例如，可以移除生长基底以减小所得到的LED的厚度和/或减小通过竖直LED的正向电压。例如可以将水平设备(有或者没有生长基底)倒装芯片(flip chip)结合(例如，使用焊料)或者丝焊到载体基底或者印刷电路板上。竖直设备(没有或者没有生长基底)可以具有结合到载体基底或者印刷电路板上的第一终端焊料和结合到载体基底或者印刷电路板上的第二终端线。举例来说，在Bergmann等的美国公开号2008/0258130和Edmond等的美国专利号7,791,061中论述了竖直和水平LED芯片结构的实例，在此以引用的方式加入它们的全部内容。
现在参见图1-12B，图1图解了总体以10表示的发光设备和封装(例如，LED封装)的一个方面或者实施例的顶部透视图。LED封装10可以包括本体12，该本体12可以限定出反射器腔18并且容纳一个或多个安装在一个或多个热构件(thermal elements)的上表面上的LED芯片14。LED芯片14可以直接安装到热构件上，或者当存在一个或多个介入基底(未显示)时安装在一个或多个LED芯片14和热构件之间。LED芯片14可以通过热方法连接至一个或多个热构件。LED芯片14可以电力地连接至一个或多个电部件。LED封装10还可以包括安装在电部件的顶表面上的静电放电(ESD)保护设备16。例如，ESD保护设备16可以包括齐纳(Zener)二极管、陶瓷电容器、瞬时电压抑制(TVS)二极管、多层可变电阻、肖特基(Shottky)二极管和/或现有技术中已知的任何其他ESD设备。ESD保护设备16例如可以通过使用丝焊技术的导电线20与第一和第二电部件电力地联通。
仍然参见图1，本体12可以包括上表面11、下表面13和至少一个外部侧壁。上表面11可以包括转角凹口23，该转角凹口23例如可以传送封装的电特性，本体12的侧部包括阴极和/或阳极。下表面可以包括一个或多个限定于其中的总体以80表示的凹进部。在一个方面，本体12可以分别包括四个外部侧壁15、17、19和21。在其他方面，本体12可以仅包括一个外壁，从而形成大致圆形本体。外壁15、17、19和21可以包括基本上相似的和/或基本上相等长度的尺寸，从而LED封装10包括基本上正方形底面(footprint)。在其他方面，一个或多个外壁的长度可以是不相等的，从而本体12包括矩形底面和/或厂家和/或终端用户所期望的任何其他形状的底面。例如，本体12可以包括基本上圆形底面或者具有规则的和/或不规则多边形形状的底面。
本体12可以包括任何合适的材料，例如，由包含成型塑料、热固塑料、热塑材料、聚合物、陶瓷、尼龙、液晶聚合物(LCP)、增强聚合物(包括纤维、陶瓷或者复合材料的聚合物)和聚邻苯二甲酰胺(PPA)组中选出的材料，其中本体12可以设置在热部件和电部件周围从而保持这样的构件。例如，本体12可以围绕包含传热材料32的热构件而形成。本体12可以同时围绕一个或多个例如分别包括第一和第二电引线部件22和24的电部件而形成。在一个方面，本体12可以利用例如注射成型热塑性和/或热固材料的成型工序来形成，所述热塑性材料和/或热固材料可以是电绝缘的。然而，可以使用包括烧结和/或成型与烧结结合的现有技术已知的任何其他成型方法。本体12可以是白色的或者颜色浅的，以使被LED封装10所吸收的光最少。另外，本体12可以包括上部本体部分12A和下部本体部分12B，如分别可以在上部和下部成型模具部分(未显示)中形成。例如，反射器腔18可以作为上部成型模具的中心突起的相反物地形成。本体的一个或多个隔离部分可以形成在相应的热部件和电部件之间。例如，第一和第二隔离部分26和28可以形成可电力地和/或热力地将一个或多个热构件与一个或多个电部件隔离。在形成本体期间或者在形成本体之后，一个或多个LED芯片14可以安装到传热材料32上并且利用导线20分别电力地连接到第一和第二引线部件22和24之一或两者上。
现在参见图2和3，示出了总体以30表示的引线框构件。引线框构件30可以包括至少一个热构件和一个或多个电部件。热构件可以包括传热材料32或者基底，例如散热块。热构件可以与一个或多个电部件电力地和/或热力地隔离。电部件可以分别包括第一和第二引线部件22和24。第一和第二引线部件22和24还可以被一起称为“引线”。热构件32可以分别选择性地设置在第一和第二引线部件22和24相应的内端38和58之间。本体12可以被围绕引线框构件30成型、布置或者形成，从而传热材料32可以布置在反射器腔18的底板上。本体12可以包住引线框构件30的至少一部分，从而分别保持部分的传热材料32和部分的第一与第二引线部件22和24。传热材料的一个或多个突起部分34可以沿着本体12的外壁15和19露出，以协助保持传热材料32。
一个或多个引线框构件30可以最初包括构件片材(未显示)。可以使用任何适当方法来由该片材形成和/或单片化出引线框构件30，例如，在片材内部冲压、切割和/或弯曲出片材和/或引线框构件30的一个或多个部分。LED封装10的本体12可以围绕引线框构件30的至少一部分形成，并且许多LED封装的子组件可以围绕该片引线框构件30形成。可以从构件片材通过分别邻近于外壁15与19和第一和第二引线部件22和24的终端40与60地切割、剪切或者分开来将许多LED封装的子组件分成单个LED封装10。这样的分开可以使传热材料32的突起部分34沿着每个LED封装10的外壁15和19露出。
仍然参见图2-3，公开了包括第一和第二引线部件22和24并且由引线框构件30所形成的电部件。第一和第二引线部件22和24可以起到为LED芯片14供给足以产生光辐射的电流的相应的阳极和阴极连接部的作用。第一和第二引线部件22和24可以包含金属或者现有技术中已知的任何其他适当的导电材料。第一引线部件22可以包括相应的基底部分36、内侧端38、相反的终端40、接片部分42、至少一个孔44和一个或多个弯曲部(例如，分别为第一和第二弯曲部46和48)。第一孔44可以在第一引线部件22内部形成一个或多个引线段。例如，在一个方面，第一引线部件22包括一个孔44和两个引线段50与52。第二引线部件24可以邻近第一引线部件22并且关于其是对称的。另外，第二引线部件24可以包括在形式和功能方面与第一电引线部件22的特征类似的特征。例如，第二引线部件24可以包括相应的基底部分56、内侧端58、相反的终端60、接片部分62、至少一个孔64和一个或多个弯曲部(例如，分别为第一和第二弯曲部66与68)。每个相应的引线部件22和/或24可以包括一个或多个凹口N，所述凹口N可以在外壁15和19处被保持在本体12内部。一个或多个凹口N可以与LED封装10协作并操作和放置LED封装10。例如，凹口N可以提供其中具有一系列封装外壳的引线框将外壳保持在合适位置中直到LED封装10被单片化时的适当时间的区域。在形成LED封装10的本体12之前、期间或优选之后，可以在引线部件22和24中限定出一个或多个弯曲部，例如第一和第二弯曲部46、48、66和/或68。关于第二引线部件24，第二孔64可以在第二引线部件24内形成一个或多个引线段。例如，在一个方面，第二引线部件24包括一个孔64和两个引线段61与63。任何数量的孔和/或引线段可以存在于给定的电引线部件中。
接片部分42和62可以与第一和第二内侧端38和58相反。当形成本体12时，第一和第二接片部分42和62可以分别远离LED封装10的中心向外延伸并且终止于相应的远端40和60。相应的引线部件22和24的孔44和64可以将基底部分36和45分开成多个电引线段，例如，50、52、61和63。在一个实施例中，引线部件22和24中的每个可以包括多个用来将所述部件分开成超过两个(例如，三个或更多个)电引线段的孔。每个孔44和64的第一部分填充与形成本体12相同的材料。每个孔44和64的第二部分可以设置在本体12的外壁17和21的外部，从而单个电引线段50、52、61和63可以被孔44和64沿着本体12的外壁17和21与保持引线段50、52、61和63中的每个分开。每个引线部件22和24可以包括相应的第一和第二弯曲部46、48、66和68。弯曲部46、48、66和68可以分别包括第一和第二弯曲部分47和67。弯曲部分47和67可以分别竖直于相应的基底部分36与56和第一和第二引线部件22和24的接片部分42与62中的每个。弯曲部分47和67可以设置在相应的基底部分36及56和接片部分42及62之间。另外，弯曲部分47和67可以包括沿本体12的外壁17和21向下的竖直构件。弯曲部分47和67可以包括将第一和第二引线部件22和24的线性基底部分36和56分别垂直地转变为相应的线性接片部分42和62的过渡区域。接片部分42和62可以平行于相应基底部分36和56并沿着与相应基底部分36和56不同的平面设置。弯曲部分47和67可以将相应的基底部分36和56转变为相应的接片部分10和62。
例如孔44和64的一个或多个孔可以至少部分延伸到相应的引线部件的第一弯曲部48和68中。孔44和64可以提供许多好处，包括促进引线部件22和24在本体内部的可靠保持。另外，孔44和64可以减少承受弯曲以形成第一弯曲部46和66的引线材料(例如，金属)的量。这可以降低整个封装的成本并且减小形成第一弯曲部46和66所需的弯曲力的量。弯曲可以将每个电引线部件22和24的至少一部分定位到本体12的第一和第二逐渐变细部分25和27中(图9)。
如图3所示，传热材料32可以分别包括上表面70、下表面72和例如第一与第二横向突起74与76的一个或多个横向突起。传热材料32可以选择性地包括具有下表面72的下部突起78，该下表面72可以从设置在LED封装10的下表面13中的凹进部80延伸。横向突起74和76可以促进传热材料被本体12的可靠保持，并且还可以减小沿本体12和传热材料32之间的界面的(例如，焊料和/或密封剂)潜在渗漏。所述横向突起74、76可以在数量、尺寸、形状和/或定向方面不同(图12A和12B)。传热材料32可以从LED芯片14和LED封装10传导出热，以增强其散热性能。
图4图解了总体以10表示的LED封装的透视底视图。底视图还可以表示出较高电压LED封装90(图6到8)。LED封装10可以包括围绕引线框构件30和传热材料32形成的本体12。传热材料32可以从形成于LED封装10的下表面13中的凹进部80延伸。在一个方面，传热材料32可以包括与LED封装10的凹进部80齐平的底面72。在其他方面，传热材料32可以包括从LED封装10的凹进部80延伸的下部突起部分78。下部突起78可以包括现有技术已知的任何高度和宽度尺寸。凹进部80可以提供空间，允许例如焊料和/或焊剂的附连材料(未显示)的任何溢出以移动到凹进部80中。该特征可以消除或者降低清除由例如利用“不干净”的焊料的附连工艺所留下的残渣的需求。凹进部80还可以允许溶剂更容易接近，以在如果使用例如“干净”的焊料的回流工艺之后移除焊剂，该“干净”的焊料必须经过洁化处理。因为工艺的可变性，可以散布给例如传热材料32的连接部件和例如印刷电路板(PCB)的外部电路(未显示)的焊料和/或焊剂的量可以显著地变化。因为焊料和/或焊剂可以很难被从例如PCB的基底上移除，所以凹进部80提供了用于任何多余的焊料和/或焊剂流入的空间从而产生了然后必需清理的(多个)区域。传热材料32的一个或多个暴露部分(图10)还可以定位或者设置在凹进部80内。
仍然参见图4，相应的第一和第二引线部件22和24的第一和第二接片部分42和62可以从LED封装10的中心部分附近向外延伸并且在外部弯曲以包含基本上水平的部件。在备选方案中，接片部分42和62可以从LED封装10延伸并且朝向彼此向内弯曲。因此，接片部分42和62可以包括如现有技术中已知的“J形弯曲”和/或“鸥翼”型定向。接片部分42和62可以基本上与LED封装的下表面13齐平。接片部分42和62可以利用任何要求的附连方法和材料电连接至例如PCB的外部电路和热沉(未显示)并且安装在其上。例如，标准的焊接技术可以将接片部分42和62以及热传递构件32连接至外部电路或者基底，其中焊料可以湿润了每个部件的底表面。传热材料32可以传热地连接至热沉和/或外部电路并且安装到其上。所述附连方法可以还包括例如在回流烘箱中焊接LED封装10和PCB或者将LED封装10和PCB放置到电炉上。可以使用期望的且能够固定传热部件和电部件的任何适当的焊接材料，该传热部件和电部件是传热材料32和相应的引线部件22和24的至PCB的接线片42与62。例如，附连材料可以包括黄金、锡、银、铅和/或铜(Au、Sn、Ag、Pb和/或Cu)的钎焊膏、回流焊剂和/或其任何组合。例如，如为Sn 95.5/Ag 3.8/Cu 0.7时，Sn 96.5/Ag3.0/Cu 0.5是常见的无Pb焊料。
如图4所图解的传热材料32可以包括整体地形成为单件的单个部件，或者其可以包括利用期望的和/或现有技术已知的任何装配工艺组装到一起的几个部件。例如，下部突起部分78可以由整体地形成为一片的传热材料32或者可以组合于传热材料32，从而其从传热材料32的底部延伸。在一个方面，传热材料32可以包括中间热结构，该中间热结构用于将热传递给例如热传递层或者热沉的另一结构，以用于进一步散热。在该方面，传热材料32可以包括热结构，该热结构具有有限的热容量并且如果未有效地热连接至例如现实热沉的进一步的热传递设备则能够非常快速地加热。
图5到8图解了总体以10和90表示的LED封装的顶视图，该封装包括LED芯片14的可变配置。一个或多个LED芯片14可以设置在例如传热材料32的热部件上，并且该配置可以依据应用而变化。图5图解了分别与第一和第二引线部件22和24中的每个处于电联通地设置的一个或多个LED芯片14。LED芯片14可以利用导线20电连接至第一和第二引线部件22和24，从而LED芯片14的第一部分82A电连接至第一电引线部件22和并且LED芯片的第二部分82B电连接至第二电引线部件24。LED芯片14的第一部分82A和第二部分82B可以包括不同的电极性，就是说，第一和第二部分82A和82B中的一个起阳极作用并且其余部分起阴极作用，从而可以驱动电流通过每个LED芯片14由此产生光辐射。如图5所图解的，将许多芯片中的一个或多个LED芯片14中的每个连接至第一和第二引线部件22和24中的每个包括第一配置或者电结构。在该电结构中，每个LED芯片14可以与该许多芯片中的其余LED芯片14并联设置。也就是说、每个LED芯片14可以从电源接收小于或者大约相同的电压，使得可以使用低压电源。当并联设置时，LED芯片14还可以安装到传热材料32上。在一个方面，LED芯片可以直接安装到传热材料32上。在备选方案中，LED芯片14可以安装到设置在LED芯片14和传热材料32之间的一个或多个介入基底(未显示)上。
图5所描述和图解的LED结构允许封装以包括例如大约3.2伏(V)的电源来运行。在某些应用中，对于LED封装，可以期望LED封装在例如小于大约3.2V(例如，大约1.5到2V或者大约2V到3.2V)的低压下运行。在其他应用中，对于LED封装，可以期望在较高电压下运行。在没有限制的情况下，图6到8图解了总体以90表示的LED封装的实例，其对于电压大于大约3.2V的应用是可操作的。例如，在一个方面，LED封装90可以在大约3.2到5V的范围内操作。在其他方面，LED封装90可以在5到10V的范围内操作。在其他方面，LED封装90可以在大约10到20V的范围内操作。在另一方面，LED封装90可在大于20V的电压下操作。LED封装90可以包括LED芯片14在封装内部的不同配置，并且具有与相对于LED封装10所描绘的类似形式和功能的LED封装90的其余特征。例如，LED封装90可以包括围绕引线框构件30的成型本体12(图1到4)，该引线框分别包括传热材料32和第一与第二引线部件22与24。
图6到8图解了较高电压封装，例如LED封装90。根据本文的主题，可以通过改变LED芯片14在封装内部的布置、电结构来部分地获得较高电压封装。例如，图6到8图解了LED封装90，其包括与至少一个其他LED芯片14电连接的一个或多个LED芯片14。LED封装90可以包括第一引线部件22和第二引线部件24。第一和第二引线部件22和24中的一个分别可以作为阴极和其余的作为阳极，以将电流供给至一个或多个LED芯片14。第一和第二引线部件22和24可以分别从本体(例如，从LED封装90的横侧部和/或底面)伸出和/或向外延伸。引线部件22和24可以在外部弯曲以形成弯曲部分47和67，该弯曲部分47和67可以向下延伸并且平行于外部侧面17和21。LED封装90可以包括第一和第二引线部件22和24，该第一和第二引线部件22和24从本体的中心部分延伸并且在外部弯曲，以分别形成线性的向外延伸的第一和第二接片部分42和62的。一个或多个LED芯片14可以通过利用一个或多个导电线20电力地联通至第一和/或第二引线部件22和24。第一和第二引线部件22和24还可以与传热材料32电力地和/或热力地隔离，一个或多个LED芯片14可以直接或者间接地安装到该传热材料32上。LED封装90的一个或多个隔离部分26和28可以分别热力地和/或电力地将传热材料32与第一和第二引线部件22和24隔离开。
图6到8图解了包括在LED封装90内部的可变布置和电结构的LED芯片14。也就是说，一个或多个LED芯片14分别以串联、并联和/或其结合地连接至第一和第二引线部件22和24。这可以利用丝焊工艺来实现，其中一个或多个LED芯片14可以利用一个或更多导线20电力地串联至另一个LED芯片14。给定系列的第一和最后一个LED芯片14然后可以利用导线20分别连接至第一和第二引线部件22和24，以用于驱动电流通过LED芯片14。当LED芯片14被串联接线时，可以在LED芯片14之间分担或者分配来自电源的电压。也就是说，因为将横跨一系列的一个或多个LED芯片14分担电压，所以较大功率电源可以供LEDs、LED封装和方法使用。由电源产生的较高电压可以包括一系列通过每个单独的LED芯片14的相应低电压。如先前公开的，对于某些应用，电源电压可以在5到20V的范围内工作，并且在其他应用中，在大于20V下工作也是合乎需要的。
图6图解了总体以92来表示的LED芯片14的布置。布置92包括按电结构设置的三个LED芯片14。此处，LED芯片14图解为以串联布置电连接。该串联布置的第一LED芯片14可以连接至第一引线部件22，并且该串联布置中的最后的LED芯片可以连接至第二引线部件24。这类似于图7中所示的总体以94表示的LED封装90内部的LED芯片4的备选布置。布置94包括以LED封装90内部串联布置来电连接的六个LED芯片。该串联的第一LED芯片14可以电连接至第一引线部件22，并且该串联的最后的LED芯片14包括可以电连接至第二引线部件24的布置94。串联布置内部的相应的第一和最后的LED芯片14被连接至引线部件，从而可以将电流供给至LED芯片14的整个串联布置。本文中所图解的布置92和94可以包括任何数量或者类型的LED芯片14。通常，如果使用相同类型的LED芯片14，以便电压一致地并且均匀地通过串联布置中的每个芯片分配或者分布，则串联布置可以更高效。
图8图解了一种包括利用串并联电结构的组合安装的LED芯片14的布置。例如，图8图解了一种总体以96表示的布置。例如，布置96可以包括两组三个LED芯片4，其中包括每组的至少一个LED芯片14可以串联地电连接至相应组内部的至少一个其他LED芯片14。则总体以98A表示的第一组LED芯片可以与总体以98B表示的第二组LED芯片电力地并联联接。第一和第二组98A和98B中的每组可以分别包括一个或多个串联电连接的LED芯片14，并且包括相应串联布置中的每组的第一和最后的LED芯片14可以分别连接至第一和第二引线部件22和24。因此，布置96应用包括串联结构和并联结构中的每个的电结构，其中第一和第二组98A和98B中的每组包括一个或多个串联连接的LED芯片14，而第一组98A可以并联联接至第二组98B。注意到，图6到8中描绘的布置92、94和96可以包括任何数量串联安装的芯片，不限于所示的布置。布置96可以同样包括任何数量并联连接的组。当串联配线时，应当注意确保将相应LED芯片14的正确LED终端丝焊，以电连接芯片。如先前所描述的，LED芯片14可以包括第一部分82A和第二部分82B，所述部分包括不同电极性。也就是说，第一部分82A可以包括负终端，并且第二部分82B可以包括正终端，反之亦然。当按串联连接LED芯片时，前一LED芯片的第一部分82A优选应当丝焊并电连接至随后的LED芯片14的第二部分82B上。否则，LED芯片14可能不亮，因为供给至该串联布置的电流不足。如先前所公开的，布置96可以包括任何数量的组并且不限于如图所示的第一和第二组98A和98B。可以对于给定的应用和/或期望的电压源来调整按串和并联两者安装的LED芯片的组合。因此，LED芯片14可以有利地并联或者串联连接，或者使用其组合以适合不同的电压应用。
仍然参见图6到8，为了图解目的并且在不限制的情况下，LED芯片14图解成按串联定位或者Z字形结构来串联对准，虽然可以使用LED芯片的任何适当对准或者结构。例如，并且在没有限制的情况下，LED芯片14可以水平地串联配置和/或竖直地按网格化或按矩阵或者按其组合来设置。此外，考虑到不同应用使用LED封装，并且通常，并联地布线的物件可以比串联地布线的物件更快地耗完电源，因为并联的物件可以从电源吸入更多电流。如果所使用的全部LED芯片具有相同的电力规格，则也可以是有益的。
图9图解了总体以90表示的LED封装的侧视图。图9还可以图解出LED封装10，因为LED封装10和90中的每个可以包括除了封装内部的LED芯片14的布置之外的类似形状和功能的类似特征。图9图解了本体12，其包括可以例如分别在上部和下部成型模具部分(未显示)中形成的上部本体部分12A和下部本体部分12B。例如第一和第二逐渐变细部分25和27的一个或多个逐渐变细部分可以由本体12的外部侧壁17和21限定出并且可以邻近(例如，在下面)其中第一和第二引线部件22和24延伸穿过外部侧壁17和21的位置。所述第一和第二逐渐变细部分25、27可以设置来接收弯曲部分47、67或者第一和第二引线部件22和24的弯曲部分47、67的厚度的至少一部分。第一和第二逐渐变细部分25和27中的每个可以包括与相应的外部侧壁17和21有关的深度。第一和第二逐渐变细部分25和27中的每个的深度优选可以包括分别基本上等于或者大于第一和第二电引线部件22和24的平均厚度的深度。第一和第二逐渐变细部分25和27可以提供多个好处。例如，第一和第二逐渐变细部分25和27可以基本上排除了直接设置在第一弯曲部46和66下面的材料的存在，从而在形成第一弯曲部46和66期间可以减少施加到本体12上的应力值，该第一弯曲部46和66可以在引线框构件30被保持在本体12中之后形成。第一和第二逐渐变细部分25和27的另一好处是使得第一弯曲部46和66中的每个具有较急的弯曲半径。这可以减少或者消除弯曲部分47和67的向外延伸，其可以基本上平行于外壁17和21并且至少基本上竖直于下表面13和第一与第二引线部件22与24，从而减小LED封装10的实际底面。LED封装的实际底面的减小可以使得当和/或选择性地覆盖有朗伯反射器或者扩散器的外部基底(未显示)具有减小的孔间距(例如，在如LCD显示器的背光式显示设备内部)时所述封装10以更高密度来设置。因此，逐渐变细部分25和27可以通过更高的通量(flux)密度和/或更大的发光均匀性来使例如10和90的LED封装呈现出增强发光性能。
图10图解了LED封装90的剖视图。反射器腔18可以被填充、涂敷或者覆盖有密封剂E。密封剂E可以包括现有技术已知的任何适当的材料并且可以选择性地包括荧光物质或者发光物质(lumiphor)，以与由一个或多个LED芯片14发射的光相互作用并且响应地发射出期望波长谱的光。为了图解目的，密封剂E显示为基本上与本体12的上表面11齐平地设置并且填满反射器腔18。然而，密封剂E可以填充到反射器腔18内部的任何适当高度或者甚至超过反射器腔18并在其上方延伸。
图10图解了传热材料14的一个或多个暴露部分。例如，传热材料32可以包括从LED封装90的总体以80表示的凹进部内伸出并设置在其中的暴露部分73、75、77、72、81、83和85。每个暴露部分73、75、77、72、81、83和85可以包括传热材料32的外表面，其可以整体地形成为一个零件或者由例如图3和4中所示的伸出部分78的多于一个部分形成。图10还图解了延伸过本体12的下面部分12B的整个厚度的传热材料32。第一和第二引线部件22和24分别搁靠在本体12的下面部分12B上并且可以设置在本体12相应的上面部分12A和下面部分12B之间。如图3和4所示，第一和第二引线部件22和24可以包括基底36、56，该基底36、56可以设置在相应的接片部分42和62上方的平行平面上并且相对于弯曲部分47和77正交地设置。
图11A和11B图解了可以形成LED封装10和/或90的本体12的简化的横剖面图。LED封装可以包括由底板F界定的反射器腔18。底板F可以包括第一和第二引线部件22和24的部分、隔离部分26和28以及传热材料32的上表面70。反射器腔18可以通过外部侧壁15、17、19和21沿着边缘界定。反射器腔18可以包括任何形状，例如，反射器腔18可以包括限定出圆形反射器腔18的圆形壁或者反射器腔18可以包括限定出基本上正方形反射器腔18的内壁。反射器腔18可以包括现有技术已知的任何尺寸和/或形状。反射器腔18可以包括一个或多个可以从倾斜部分过渡的部分和/或具有垂直于外壁15、17、19与21的壁的基本上直线部分。例如，反射器腔18可以包括相对于垂直于底板F的平面具有角度θ的第一部分。类似地，并且可以在相同封装中，反射器腔18可以包括相对于垂直于底板F的平面的角度φ。在一个方面，反射器腔18包括至少大约为20度的倾斜角θ。在另一方面，角度θ可以包括至少大约30度。在又一方面，角度θ可以包括至少大约40度。倾斜角θ还可以包括至少大约45度或者至少大约50度。
参见图11B，反射器腔可以包括至少大约30度、至少大约40度或者至少大约50度的倾斜角φ。在另外的实施例中，角度φ可以包括大约55度或者至少大约60度。所述角度θ和φ可以比一般应用于传统的LED封装中的大。虽然本文所描述的反射器腔18的部分可以包括从腔的底板至封装的上部边缘的成角度的直壁，但是备选的实施例可以包括成节段的和/或弯曲的横截面，也就是说，从封装的底板F延伸至上部边缘的壁可以包括沿着其至少一部分的非线性横截面。如果所述壁是弯曲的或者成节段的，则如上所述的倾斜角可以相当于弯曲或者成节段的壁的平均角度或者所述壁的端点之间的角度。反射器腔18包括能够使反射器腔18的前部区域相对于正方形上表面11最大，而同时提供期望的扩散输出光束特性(特别是当在反射器腔18内部设置多个LED时)的备选角度。
参见图12A和12B，图解了传热材料32的备选实施例。传热材料32可以包括上表面70、下表面72、下部突起部分78和从材料的横向侧壁向外突出的横向突起74与76。图12A公开了可以为非直线的并且向上弯曲的横向突起74和76。图12B图解了备选实施例，其中传热材料32包括向上成角度的或者逐渐变细的横向突起74和76，该横向突起74和76从传热材料32的侧壁向外并且向上延伸。横向突起74和76可以包括所要求的任何尺寸、形状和/或配置。例如，可以应用向下弯曲和/或成角度的横向突起。同样，可以应用任何上述横向突起的组合。可以利用现有技术已知的任何适当的制造方法来形成横向突起。例如，可以使用冲压、锻制、挤出、磨铣和/或机加工来形成横向突起74和76。在某些情况中，可以通过传热材料32的外部侧壁中的凹进部(未显示)来替换或者补充横向突起74和76以提供类似的密封效用，可利用以上描述的类似方法来形成所述凹进部。传热材料72可以包括表面，其上可以设置一个或多个LED芯片14，并且其中可以在LED芯片14周围设置反射器腔18。
图中示出的和如上所述的本公开内容的实施例是所附权利要求范围内的许多实施例的实例。预期是，能够应用于较高电压的LED设备的结构、方法和封装可以包括许多不同于具体公开的所述结构的结构。

Claims (20)

1.一种发光二极管的布置，所述布置包括：
引线框，其包括第一引线部件和第二引线部件；
热构件，其与所述第一和第二引线部件隔离；以及
设置在所述热部件上的第一组LED，其中所述第一组LED包括串联电连接至第二LED的第一LED。
2.根据权利要求1所述的布置，还包括围绕所述热构件的一部分和所述第一与第二引线部件中的每个的一部分形成的封装本体。
3.根据权利要求2所述的布置，其中通过所述封装本体的隔离部分使所述热构件与所述第一和第二引线部件在热力和电力上隔离开。
4.根据权利要求3所述的布置，其中所述封装本体包括成型塑料本体。
5.根据权利要求1所述的布置，其中第一组LED并联电连接至第二组LED。
6.根据权利要求5所述的布置，其中第二组LED包括串联电连接至随后的LED上的前面的LED。
7.根据权利要求6所述的布置，其中第一组包括按第一Z字形结构设置的LED，并且第二组包括按第二Z字形结构设置的LED。
8.一种发光二极管的布置，所述布置包括：
第一组LED，其包括串联电连接至第二LED的第一LED；
第二组LED；以及
其中第一组LED并联电连接至第二组LED。
9.根据权利要求8所述的布置，其中第二组LED包括串联电连接至随后的LED上的前面的LED。
10.根据权利要求8所述的布置，其中第一和第二组LED电连接至第一和第二引线部件。
11.根据权利要求10所述的布置，其中第一和第二组LED设置在热构件上。
12.根据权利要求11所述的布置，包括围绕第一和第二引线部件中每个的一部分成型出的封装本体，其中所述封装本体围绕所述热构件的横向突起成型，所述封装本体形成围绕第一和第二组LED设置的腔室。
13.根据权利要求12所述的布置，其中所述封装本体包括处于所述腔室的至少一部分中的密封剂。
14.根据权利要求12所述的布置，其中所述封装本体包括形成在所述封装本体的底面中的凹进部。
15.一种设置发光二极管的方法，所述方法包括：
提供第一组LED，其中所述第一组中的第一LED串联电连接所述第一组中的第二LED；
提供第二组LED；以及
将所述第一组LED与所述第二组LED并联电连接。
16.根据权利要求15所述的方法，其中提供所述第二组LED包括提供包括串联电连接至随后的LED上的、前面的LED的第二组LED。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括将第一和第二组LED中的每个电连接至第一和第二引线部件。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括将第一和第二组LED设置在封装本体内，从而第一和第二组中的每个包括Z字形的串联结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述封装本体包括成型塑料。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以包含荧光物质的密封剂来填充所述封装本体的至少一部分。
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