CN103534821A - 发光二极管（led）的封装、系统、装置及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了发光二极管（LED）的封装、系统和装置以及相关方法。封装可包括具有导电芯片载体的引线框，所述导电芯片载体包括上表面。LED可放置在导电芯片载体的上表面上。外壳可设置在引线框上，覆盖引线框的至少一部分。反射体腔可位于围绕LED的外壳内。反射体腔可具有倾斜侧壁部分及倾斜端壁部分，所述侧壁部分所倾斜的角度与所述端壁部分所倾斜的角度不同。

Description

发光二极管(LED)的封装、系统、装置及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月3日提交的序列号为61/482,088的美国临时专利申请的优先权，该专利申请的公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本文所公开的主题总体涉及发光二极管（LED）封装，而更具体地，涉及具有反射体腔的LED封装，该反射体腔具有倾斜（angled）壁部分用于容纳LED装置并反射来自LED装置的光。
背景技术
固态光源，诸如发光二极管（LED），广泛用于商业与个人用途的照明产品，包括例如，室内与室外照明应用以及用于监视器和电视的背光显示器。白炽灯泡与灯管和荧光灯泡与灯管长久以来为照明产业中的标准规范。白炽灯泡与灯管和荧光灯泡与灯管的能量使用效率可能不高，可能具有短的寿命，和/或可能导致丢弃问题。例如，虽然紧凑型荧光灯（CFL）的寿命较白炽灯长，但仍具有相对短寿命。由于这些灯的内部所使用的化学物，例如汞，所以在使用后无法以正常的垃圾丢弃途径来丢弃这些灯。由于随后应进行的程序，将这些CFL灯丢弃给大型设施是昂贵的且可能是费时的。
与市场上的传统照明产品相比，LED可用于具有较长寿命的紧凑型、薄型、节能型产品的设计。使用LED的产品需要较少功率来达到针对给定照明应用的亮度规格，由此显著减小能量消耗及对主动冷却系统的需求。封装LED的目前趋势为使用较薄的成型封装，以适配于薄型、可能平坦的平板显示系统。例如，较薄的封装可具有增加的腔角度以协助超过或维持亮度规格。随着腔角度增加，封装材料可能关于封装组件不完整地成型。例如，封装材料可能关于引线框的各部份不完整地成型。这可导致给定封装内的组件之间的间隙、空隙、不完整的树脂填充，及低附接性。
近几年来，发光二极管（LED）技术已有显著的改善，使得提出了亮度及颜色逼真度增加的LED。LED效率被设置为超过荧光灯管的效率，并且可轻易实现调光及可控制的颜色渲染。多芯片LED灯可在荧光灯具中安装并使用，而由驱动电子设备来取代镇流器。在相同或较低功率输入的情况下，从荧光灯具中的LED灯输出的光的空间分布、强度及光谱可与由荧光灯管所产生的光的空间分布、强度及光谱相对。然而，制造荧光灯具中的LED灯可能相对昂贵。在这些应用中需要较小的LED。而且，LED还可能产生热量等级，如果热量等级变得过度和/或热量没有适当逸散，则可能导致LED和/或电路故障。
另外，由于这些改善的LED及改善的图像处理技术，大型、全彩LED荧光屏已变得可用且正在普遍使用。大型LED显示器通常包括单独的LED面板的组合，这些单独的LED面板提供取决于相邻像素之间的距离或“像素间距”的图像分辨率。
旨在从较远的距离观看的室外显示器具有相对大的像素间距且通常包括离散LED阵列。在离散LED阵列中，驱动独立安装的红、绿及蓝LED的群集以形成表现给观看者的全彩像素。另一方面，要求较短像素间距（例如3mm以下）的室内屏幕通常包括安装在单个电子封装（例如表面安装装置（SMD）封装）上的装载红、绿及蓝LED的面板。各SMD通常定义像素。相对小的SMD附接至控制各SMD的输出的驱动器印刷电路板（PCB）。
虽然室内显示器和室外显示器两者都可在大范围的离轴角内观看，但随着观看角度的增加而经常有可感知的颜色逼真度的损失。另外，各LED封装的材料和/或用于安装各LED的材料可具有可通过产生不想要的光反射和/或眩光来进一步减小颜色逼真度反射特性的反射特性。
众所周知，无论含有集成电路还是例如二极管或功率晶体管的离散组件，SMD及许多其他类型的电子封装都逸散足以要求热管理的热量。同样，过度的热量可导致LED故障。因此，设计LED系统的一个考虑是有效热管理。在电子封装设计中，有效热管理的一个目的是将LED及其他有源电路组件的操作温度维持在适当的低水平以避免过早的组件故障。通常使用包括传导热传递的各种冷却策略。实施逸散电子封装中的热量的传导热传递的一种传统方式是允许沿着装置的引线来将热量传导开。然而，引线通常没有足够的质量或暴露的表面面积来提供有效的热逸散。例如，发出主要在电磁波频谱的可见部分的光的高强度LED可以产生大量的热，这些热难以通过使用这样的传统技术来逸散。
在某种程度上，增加观看角度、维持相对低的操作温度及减小LED封装的尺寸的设计目的彼此矛盾。因此，需要开发以较低成本解决所有这些设计目的的LED封装。
发明内容
根据本发明，提供了LED封装、系统、装置及方法。因此，本发明的目的是提供例如在以下进一步详述的新颖的LED封装、系统及方法。
可以根据本文的公开内容变得显而易见的这些及其他目的可至少通过本文描述的主题整体或部分地实现。
附图说明
包括对本领域技术人员而言的最佳实施方式的本主题的完整且能够实施的公开内容特别在本说明书的其余部分（包括参照附图）中阐述，其中：
图1是示出了根据本文所公开的主题的发光二极管（LED）封装的实施方式的顶部透视图；
图2是示出了根据图1的LED封装的实施方式的俯视图；
图3A是示出了沿图2中的3A-3A线截取的LED封装的实施方式的截面图；
图3B是示出了沿图2中的3B-3B线截取的LED封装的实施方式的截面图；
图4是示出了根据图1的LED封装的实施方式的底部透视图；
图5是示出了根据可以用于根据本文主题的LED封装的一个实施方式的引线框的透视图；
图6是示出了根据本文公开的主题的LED封装的另一实施方式的俯视图；
图7A和图7B是示出了根据本文主题的LED封装的实施方式的一部分的截面侧视图；
图8A至图8C是示出了根据本文主题的LED封装的实施方式的部分的截面侧视图；
图9是示出了根据本文主题的LED封装的进一步实施方式的俯视图；
图10是示出了使用根据本文主题的LED封装的实施方式的显示屏幕的实施方式的俯视图；
图11是示出了使用根据本文主题的LED封装的实施方式的照明装置的实施方式的部分截面侧视图；
图12是示出了使用根据本文主题的LED封装的实施方式的照明装置的另一实施方式的顶部透视图。
具体实施方式
现在将详细参照本文主题的可能的方面或实施方式，本文主题的一个或多个示例在附图中示出。提供各示例以解释本主题而并非作为限制。事实上，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以用于另一实施方式以产生又一实施方式。本文公开的和设想的主题旨在涵盖这些修改及改变。
如在各附图中所示，为了说明目的，某些结构或部分的尺寸相对于其他结构或部分放大，并因此被提供以示出本主题的一般性结构。此外，参照形成在其他结构、部分或这两者上的结构或部分来描述本主题的各方面。如本领域技术人员所理解的，对结构或部分形成在另一结构或部分“上”或“上方”的引用意在可以隔着额外的结构、部分或这两者。对结构或部分形成在另一结构或部分“上”而没有置于其间的结构或部分的引用在本文中可描述为“直接”形成在该结构或部分“上”。相似地，应理解，当元件被称为“连接”、“附接”或“耦接”至另一个元件时，该元件可直接连接、附接或耦接至另一个元件，或可能存在置于其间的元件。相反，当不存在置于其间的元件时，元件可以被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦接”至另一个元件。
此外，本文使用相对术语诸如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”来描述如图中所示的一个结构或部分对于另一个结构或部分的关系。应理解相对术语诸如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”预期除了图中所描绘的方位以外还包括装置的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，则描述为在其他结构或部分“上方”的结构或部分现在将定向为在其他结构或部分“下方”。类似地，如果图中的装置沿着轴旋转，则描述为在其他结构或部分“上方”的结构或部分，现在将定向为在其他结构或部分的“旁边”或“左边”。全文中相同的数字指代相同的要素。
根据本文描述的实施方式的发光装置可包括制造在生长基板（例如，碳化硅基板）上的基于第III至V族氮化物（例如，氮化镓）的发光二极管（LED）或激光器，例如由北卡罗来纳州达勒姆的克里股份有限公司（Cree,inc.of Durham,North Carolina）制造且出售的装置。例如，本文讨论的碳化硅（SiC）基板/层可以是4H多型碳化硅基板/层。然而，可使用其他碳化硅候选多型，例如3C多型、6H多型及15R多型。可从北卡罗来纳州达勒姆的克里股份有限公司（本主题的受让人）购得适当的碳化硅基板，并且在科学文献以及数件共同受让的美国专利，包括但不限于美国专利第Re.34,861号、美国专利第4,946,547号及美国专利第5,200,022号中（其公开内容通过引用全部并入本文）提出了生产这些基板的方法。
如本文所使用的，术语“第III族氮化物”指的是那些形成在氮与周期表的第III族中的通常为铝（A1）、镓（Ga）及铟（In）的一个或多个元素之间的半导体化合物。术语也指二元化合物、三元化合物及四元化合物，诸如GaN、AlGaN及AlInGaN。第III族元素可与氮结合以形成二元化合物（例如，GaN）、三元化合物（例如，AlGaN）及四元化合物（例如，AlInGaN）。这些化合物可具有一摩尔的氮与总共一摩尔的第III族元素结合的经验公式。因此，经常使用诸如AlxGa1-xN（其中l>x>0）的公式来描述这些化合物。第III族氮化物的外延生长的技术已变得相当完善并且发表于适当的科学文献，以及共同受让的美国专利第5,210,051号、美国专利第5,393,993号及美国专利案第5,523,589号中，其公开内容通过引用全部并入本文。
虽然本文公开的LED的各种实施方式包括生长基板，但本领域技术人员应理解，可移除生长有包括LED的外延层的结晶外延生长基板，且独立式的外延层可安装在替代载体基板或次安装板（submount）上，该替代载体基板或次安装板可具有比原始基板更好的热特性、电性特性、结构的特性和/或光学特性。本文描述的主题并不限于具有结晶外延生长基板的结构且可与外延层已从它们的原生长基板移除且接合至替代载体基板的结构一起使用。
根据本主题的某些实施方式的基于第III族氮化物的LED例如可制造在生长基板（诸如碳化硅基板）上以提供水平装置（具有在LED的同一侧上的两个电触头）或垂直装置（具有在LED的相反侧上的电触头）。而且，在制造或移除（例如，通过蚀刻、研磨、抛光等）之后，生长基板可保持在LED上。例如可移除生长基板以减小所产生的LED的厚度和/或减小通过垂直LED的正向电压。例如，水平装置（具有或不具有生长基板）可经倒装芯片接合（例如，使用焊料）至载体基板或印刷电路板（PCB），或经配线接合。垂直装置（具有或不具有生长基板）可具有第一端子及第二端子，第一端子焊料接合至载体基板、安装焊盘或PCB，而第二端子配线接合至载体基板、电气元件或PCB。垂直和水平LED芯片结构的示例以示例的方式在Bergmann等人的美国公开第2008/0258130号及Edmond等人的美国公开第2006/0186418号中讨论，其公开内容通过引用全部并入本文。
固态发光LED可独立地使用或任选地与一个或多个发光材料（例如，荧光体、闪烁体、荧光墨）和/或滤片一起组合使用，以产生所希望感知的颜色的光（包括可感知为白色的颜色的组合）。在LED装置中的发光（也称作萤光）材料的包括可通过将该材料加至密封剂、将该材料加至透镜或通过直接涂在LED上来达成。诸如分散剂（disperser）和/或折射率匹配材料的其他材料可设置在该密封剂中。
可以利用一个或多个荧光体至少部分地涂布LED，该荧光体吸收LED光的至少一部分且发出不同波长的光，使得该LED发射来自LED及荧光体的组合光。在一个实施方式中，LED发出LED及荧光体光的白光组合。可使用许多不同的方法涂布及制造LED，在序号为11/656,759和11/899,790，题目都为“Wafer Level Phosphor Coating Method and DevicesFabricated Utilizing Method”的美国专利申请中描述了一种合适的方法，这两个申请都通过引用并入本文。备选地，可使用诸如电泳沉积（EPD）的其他方法涂布LED，而在序号为11/473,089，题目为“Close LoopElectrophoretic Deposition of Semiconductor Devices”的美国专利申请中描述了合适的EPD方法，其也通过引用并入本文。应理解，根据本主题的LED装置及方法也可具有多个不同颜色的LED，这些LED中的一个或多个可以发射白光。
图1至图8C描述了一般指定为10的发光二极管（LED）封装，该LED封装例如可以是用于LED显示器（诸如室内LED屏幕和/或室外LED屏幕）中的特定、示例性实施方式的表面安装装置（SMD）和其部件。LED封装10可包括外壳12，外壳12形成用于装载引线框14的主体13，引线框14的实施方式在以下更详细地描述，且一个或多个LED40可电连接至引线框14。例如，一个或多个LED40可通过诸如导线（wire lead）40A、40B（例如参见图2）的电连接来电连接至引线框14。也可使用本领域内已知的其他适当电连接将一个或多个LED40电连接至引线框14。
外壳12可以为至少大致上的矩形，分别包括相对的第一主表面16及第二主表面18（或上表面及下表面）、相对的相应侧表面20及22、及端表面24及26。外壳12及引线框14可协助定义LED封装10的外部尺寸。在一个实施方式中，外壳12（或主体12）的上表面16与引线框14的下表面90、92间的距离T（参见图3B），或封装分布高度或厚度可小于约（或近似）2.0mm。例如，上表面16与引线框14的下表面92间的距离T可为近似1.70mm至近似1.95mm。例如，上主表面16与下部主表面18间的距离T可为近似1.90mm。侧表面20与22间的距离W可小于近似3.0mm。例如，侧表面20与22间的距离W可为近似2.7mm至近似3.0mm。例如，侧表面20与22间的距离W可为近似2.8mm。端表面24与26间的距离L可小于近似3.5mm。例如，端表面24与26间的距离L的范围可以在自近似3.1mm和近似3.5mm之间。例如，端表面24与26间的距离L可为近似3.2mm。
外壳12可由电绝缘且导热的材料制造。在某些实施方式中，外壳可以是热塑性缩聚物。例如，在一方面，可使用的热塑性缩聚物为聚邻苯二甲酰胺。在某些实施方式中，外壳12可由黑PPA或白PPA所形成。已发现在图像产生LED封装（诸如在视频显示器中采用的LED封装）中使用黑材料会改善对比度。可使用的其他外壳材料可包括陶瓷、树脂、环氧化物及玻璃。
在某些实施方式中，外壳12可包括白塑料材料，更具体地，成型的白塑料材料。在一个方面，外壳12可包括任何适当的可成型材料。在另一个方面，外壳12可包括具有针对固态装置封装应用优化的数量及质量属性的塑料材料。在一个方面，例如，该塑料材料可包括任何适当的有机聚合物，例如耐热树脂（诸如聚酰胺树脂）。该塑料材料可填充针对强度的玻璃或矿物材料及针对反射性的类似于氧化钛的物质。
由于硬度可取决于温度，所以将例如本文描述的塑料材料用于外壳12可允许外壳12在操作温度下具有有利的柔软度。此柔软度可允许外壳12具有改善的可靠度及使用寿命。在一个方面，塑料材料可以是液晶聚合物（LCP）。据此，优化的塑料材料可包括例如可大于近似110摄氏度（℃）的玻璃转换温度（Tg）。例如，玻璃转换温度（Tg）可大于近似115℃或大于近似120℃。在一个方面，玻璃转换温度（Tg）可大于近似123℃。据此，优化的塑料材料还可包括可小于近似315℃的熔点温度（Tm）。例如，熔点温度（Tm）可小于近似310℃。例如，熔点温度（Tm）可小于近似300℃。在一个方面，熔点温度（Tm）可为近似307℃。塑料材料的具有近似123℃的Tg高于多数传统使用的塑料，并且可允许封装在升高的温度具有增加的稳质量。因为熔点温度低于传统所使用的塑料的熔点温度且塑料主体易于成型，所以具有近似307℃的较低Tm塑料材料可允许较佳的流动性。针对外壳12所选择的塑料也可包括优化的质量属性。例如，可选择呈现更好的反射率保留值并同时呈现在受热和/或光照时的更低的变色、劣化和/或黄化倾向的白塑料材料。在一个方面，塑料材料的反射率可以大于例如90%，并且该反射率水平或较高反射率的另一水平可在时间、热、湿气及蓝光暴露下保持。
用于外壳12的塑料材料的其他特性或特征可包括近似1.4%以上的伸长值（机械属性），或1.6%以上的伸长值。在一个方面，伸长值可为近似1.5%以上。同样，作为机械属性，通过ASTM D790标准测量的外壳12的塑料材料的弯曲强度可为近似150Mpa以下、近似130MPa以下、或近似120MPa以下。在一个方面，通过ASTM D790标准测量的外壳12的塑料材料的弯曲强度可为近似140Mpa以下。同样作为机械属性，外壳12的塑料材料的弯曲模量可为近似6.9GPa以下，或近似6.5GPa以下。在一个方面，外壳12的塑料材料的弯曲模量可为近似6.0GPa以下。作为又一机械属性，通过ASTM D638标准测量的外壳12的塑料材料的拉伸强度可为近似100MPa以下、近似90MPa以下、或近似80MPa以下。在一个方面，通过ASTM D638标准测量的外壳12的塑料材料的拉伸强度可小于近似75MPa。
外壳12可进一步定义可至少部分设置在外壳12内的反射体凹口或腔28。在一个方面，腔28可从上表面16延伸进入外壳12的主体。可通过朝向外壳的内部向内锥化反射体腔28来增强反射体腔28的反射率的效力。因此，反射体腔28可具有可形成至少大致上的矩形形状的倾斜壁部分30、32、34、36。例如，倾斜侧壁部分30、32彼此近似平行延伸，而倾斜端壁部分34、36彼此近似平行延伸，倾斜侧壁部分30、32近似垂直于倾斜端壁部分34、36。如以下进一步描述的，倾斜侧壁部分30、32所倾斜的角度可以与倾斜端壁部分34、36所倾斜的角度不同。提供相应壁部分30、32、34、36的相应角度的过渡的过渡壁部分39A、39B、39C、39D可位于倾斜侧壁部分30、32与倾斜端壁部分34、36之间。如图1至图3B所示，倾斜侧壁部分30、32可比倾斜端壁部分34、36长。因此，根据本发明的一个方面，腔的尺寸相较于例如环形腔增加。腔底的面积与主表面的面积的比例可为至少35%。在某些实施方式中，该比例大于40%。在又一些其他实施方式中，该比例大于50%。
反射体腔28可任选地涂布有反射物质和/或填充有所需水平的密封剂E（例如，如图1中的虚线所示）。在图1中，虚线示出了在反射体腔28内密封剂E可填充至的第一水平。即，密封剂E可填充至实质上与上主表面16齐平的水平，或备选地密封剂E可填充至反射体腔28内的任何适当的水平，并且可包括凹面或凸面且甚至超过或延伸到上主表面16的上方。密封剂E可保护并且在位置上稳定引线框14以及其装载的一个或多个LED40。在一些情况下，密封剂E可以覆盖一个或多个LED40、引线框14的通过反射体腔28暴露的部分及LED的电连接。密封剂E可被选择为具有预定光学属性，以便增强来自LED的光的投射。密封剂E可包括本领域已知的任何适当的材料。例如，密封剂E可由树脂、环氧化物、热塑性缩聚物、玻璃和/或其他适当的材料或材料的组合来形成。在某些实施方式中，可对密封剂E添加材料以增强去往和/或来自LED的光的发射、吸收和/或散射。例如，密封剂E可任选地包括磷光体或荧光体以与由一个或多个LED40发出的光相互作用且相应地发出不同波长频谱的光。在某些实施方式中，可沿反射体腔28的倾斜壁部分30、32、34、36的至少一部分放置并固定反射式插入物或环。同样，该反射式插入物或环可与外壳12一体化且可由与外壳相同的材料制成。如关于根据本文主题的LED封装的可能尺寸及腔壁角度进一步描述的，腔28内的总体积可大于其他类似的LED封装，诸如腔或凹口为圆形的那些。
如图3A和图3B所示，倾斜侧壁部分30、32可具有长度WAS而倾斜端壁部分34、36可具有长度WAE。倾斜端壁部分34、36的长度WAE可大于倾斜侧壁部分30、32的长度WAS。如以下进一步描述的，通过使得倾斜端壁部分34、36的长度WAE大于倾斜侧壁部分30、32的长度WAS，倾斜侧壁部分30、32的角度（在倾斜侧壁部分30、32之间）可大于倾斜端壁部分34、36的角度（在倾斜端壁部分34、36之间）。
图6示出了LED封装10的顶视图。示出LED封装10具有本文中示意性示出的一个LED40，但可以有一个或多个LED40。LED封装10是通用的且在此包括以示出可能的进一步尺寸。LED40可包括宽度1及长度2，该宽度及该长度可以是任何适当的尺寸。LED封装10示出了封装本身的各种尺寸。例如，典型的尺寸（例如长度、宽度、厚度及面积）可如图6所示且在以下表格1中公开的那些。
Figure BDA0000407102880000121
Figure BDA0000407102880000131
表1示出了（而非限制）LED封装10的可能的长度和宽度尺寸。在一个方面，总封装面积（L1x W1）可为近似9.4mm2至近似10mm2。任何形状、尺寸及结构的LED芯片（诸如LED40）可用于LED封装10中。如先前所述，多于一个的LED40可设置在LED封装10中。LED40可具有各种长度与宽度。可使用任何适当尺寸的LED40。距离L5及L6可大至足以产生边缘从而将密封剂保持在腔28内。因此，距离L5及L6可被最小化以允许保持密封剂，同时产生较大的倾斜壁部分30、32、34、36。由此，反射体腔28的反射表面可被最大化且在上表面24上浪费的空间可被最小化。该配置可造成至少约10%的照明亮度输出。
此外应注意，如图1所示，在上表面16处反射体腔28的开口可为较大矩形形状而在腔底70处反射体腔28的开口（参见图7A和图7B）可为较小矩形形状。在上表面16处的反射体腔28的较大矩形形状开口可正比于或可不正比于在腔底70处的反射体腔28的较小矩形形状开口。例如，在某些实施方式中，在上表面16处较大矩形形状开口可由较长侧壁部分及较短端壁部分来定义，而在腔底70处较小矩形形状开口可为正方形，而定义该开口的侧壁部分及端壁部分的长度基本上上相同。
图5以与图1至图4中所示的引线框稍微不同的朝向示出了引线框14的一个可能的实施方式。因此，使用相同的参考编号。引线框14可包括导电芯片载体（一般指定为50）及与该导电芯片载体分开的第一、第二及第三导电连接部，分别一般地指定为52、54及56。导电芯片载体50及第一、第二及第三导电连接部52、54及56可形成引线60、62、64及66。导电芯片载体50可具有包括连接焊盘68的上表面80。连接焊盘68可从外壳12露出。第一导电连接部52可由导电芯片载体50至少部分围绕。第一、第二及第三导电连接部中的每一个可具有上表面、下表面或端子、以及在上表面上的连接焊盘。例如在图5中，第一导电连接部52可具有上表面82、下表面92及在上表面82上的连接焊盘72。第二导电连接部54可具有上表面84、下表面94及在上表面84上的连接焊盘74。第三导电连接部56可具有上表面86、下表面96及在上表面86上的连接焊盘76。因此，第一、第二及第三导电连接部52、54及56可分别各自具有连接焊盘72、74及76。如与连接焊盘68一样，连接焊盘72、74及76可具有从外壳12露出并如图1和图2中所示的至少一部分。第一导电连接部52的上表面82的表面面积可小于第二和第三导电连接部54和56的上表面84或86的上表面面积。
连接焊盘68可具有相对侧。该相对侧中的可靠近连接焊盘74及76的一侧可至少与如图1和2所示的反射体腔28的端壁部分34、36一样长。靠近连接焊盘72的另一侧的长度大于反射体腔28的邻近端壁部分34的长度的近似二分之一。一个或多个LED设置在导电芯片载体50的上表面80上。例如，在图1和图2中，LED40可设置在上表面80的连接焊盘68上。
在一些实施方式中，在端部分的底部上包括有焊料焊盘，使得当从顶部观看各单独LED封装时看不见焊料。由于这有助于避免眩光且改善对比度，这可以是有利的，特别是在白天观看期间。最好参见图1和图2，反射体腔28可延伸进入外壳内部至足够深度以露出连接焊盘60及72、74、76。
从外壳的端表面32及34向内延伸的引线60、62、64及66的下表面90、92、94及96的特定尺寸可取决于表面安装LED封装的预期实现方式、待利用的LED、外壳12的材料、LED封装的尺寸和/或其他这类因素和/或因素的组合。在一些实施方式中，分别形成引线60、62、64及66的导电芯片载体50及第一、第二及第三导电连接部52、54及56可通过连接焊盘68及连接焊盘72、74、76当中的间隙98分开，从而将连接部52、54及56彼此电隔离及与导电芯片载体50电隔离。如图1至图3A所示，在LED封装10中，连接焊盘68与连接焊盘72、74、76之间的间隙98可填充有外壳材料以形成主体部分12A、12B，主体部分12A、12B使连接焊盘68与连接焊盘72、74、76彼此隔离。
参照图5，通过使第一导电连接部52的上表面82的表面面积最小化至仅具有足够空间来维持连接焊盘72，来实现增强的热逸散。上表面82的表面面积可小于第二导电连接部54的上表面84的表面面积或第三导电连接部56的上表面86的表面面积。导电连接部52、54及56分别可包括放大的电连接焊盘72、74、76，电连接焊盘72、74、76围绕中心区域58（参见图1和图2）放置，中心区域58邻近装载芯片载体50的上表面80的组件但与该组件分开。例如，如上所述，间隙98可将连接部52、54及56彼此分开且使它们与导电芯片载体50分开。在表面安装LED封装10的一些实施方式中，引线60、62、64及66可被弯折成延伸至它们相应的外壳的端表面24及26的外部并且并沿着它们相应的外壳的端表面24及26延伸，然后再度弯折使得引线60、62、64及66的下表面90、92、94及96沿着外壳12的下表面26延伸。下表面90、92、94及96也可被称为引脚焊盘。引线60、62、64及66的下表面90、92、94及96中的面朝外的表面及导热主体的底部表面可基本上齐平以促进到下层基板的连接。引线的下表面90、92、94及96通过使用多个已知连接技术（包括焊接）中的任一种来电连接或接合至基板上的迹线或焊盘。
导电芯片载体50及导电连接部52、54及56可由导电金属或金属合金（例如铜、铜合金、其他适当的低电阻率、耐腐蚀材料或这些材料的组合）制成。因为全部LED芯片设置在导电芯片载体50上，所以较大的上表面80的表面面积可帮助热逸散。
参照图1、图2、图3A和图3B所示，反射体腔28可由底70（包括连接焊盘68、72、74、76的部分及外壳或主体部分12A、12B）与下方分界且沿着倾斜侧壁部分30、32，倾斜端壁部分34、36及过渡壁部分39A至39D的边缘分界。过渡壁部分39A至39D分别设置在各自的倾斜侧壁部分30、32与倾斜端壁部分34、36之间。各侧壁部分30、32及各端壁部分34、36可包括基本上的直上部边缘，且各过渡壁部分39A至39D可包括从侧壁部分30、32的上部边缘过渡至端壁部分34、36的上部边缘的弯曲或分段的上部边缘。
图7A和图7B示出了LED封装（诸如LED封装10及本文描述的其他封装）可具有的腔角度的示意图。图7A和图7B中的点P可包括相交区域，其中一个或多个腔或倾斜壁部分30、32、34和/或36朝向腔底70延伸并且与腔底70相交。在一个方面，一个或多个腔可包括在反射体腔28的壁之间所测量的腔角度。在一个方面，本文描述的封装的腔角度可包括90°以上。在另一各方面，本文描述的封装的腔角度可包括90°以下。
例如，图7A示出了设置在外部侧端壁24及26之间的腔底70的一部分。即，图7A示出了腔底的较长的测量L4。例如，在一个方面，反射体腔28的腔端壁部分34、36之间的腔角度β可为近似72°。在一个方面，取决于LED封装的厚度T（参见图3B），反射体腔28的腔端壁部分34、36之间的腔角度β（在端壁部分之间所测量）可至少为近似70°以上。具有较薄尺寸的较薄优化封装可包括可允许封装内的反射水平维持或超过反射光量的较大腔角度。例如，该反射光可维持或超过相似封装的现有亮度标准。随着腔角度增加，由腔壁与腔底形成的点下方的面积可变得如此小以至于黏性材料无法在该面积中成型、形成空隙。通过在点（腔壁与腔底会合处）下方提供较大面积和/或将电引线从该点或腔底边缘移位至少一段距离，本文描述的封装可减小和/或消除空隙。
图7B示出了设置在外部横向侧壁20及22之间的腔底70的一部分。即，图7B示出了腔底70的较短宽度测量W3。在一个方面，反射体腔28的腔或倾斜侧壁部分30、32之间的腔角度α（在侧壁部分之间测量）可为近似50°以上，例如，近似51°。在一个方面，取决于LED封装的厚度T（参见图3B），反射体腔28的腔侧壁部分30、32之间的腔角度α可为至少近似45°以上。再次，具有较薄尺寸的较薄优化封装可包括可允许封装内的反射水平维持或超过反射光量的较大腔角度，使得反射光可维持或超过现有亮度标准。
与各侧壁部分30、32及各端壁部分34、36相比，过渡壁部分39A至39D可以相对于与反射体腔的底垂直的平面以较大平均角度倾斜。例如，图8A提供了主体部分的简化示意截面图，示出了主体部分的侧壁部分相对于与主体腔的底垂直的平面的角度θ，而图8B提供了主体部分的简化示意截面图，示出了主体部分的端壁部分相对于与主体腔的底垂直的平面的角度
Figure BDA0000407102880000172
。相似地，图8C提供了主体部分的简化示意截面图，示出了过渡壁部分相对于与主体腔的底垂直的平面的角度ρ。
在一些实施方式中，各侧壁部分能够以至少近似25°以上的角度θ倾斜。在进一步实施方式中，角度θ可为至少近似30°或至少近似35°。在一些实施方式中，各侧壁部分能够以至少近似30°的角度
Figure BDA0000407102880000173
倾斜。在进一步实施方式中，角度
Figure BDA0000407102880000171
可为至少近似35°或至少近似40°。在一些实施方式中，各过渡壁部分能够以至少近似35°的角度ρ倾斜。在进一步实施方式中，角度ρ可为至少近似40°或至少近似45°。侧壁部分30、32、端壁部分34、36及过渡壁部分39A至39D的这些角度大于在固态发射器装置中通常采用的角度。虽然侧壁/端壁部分及过渡壁部分在图8A至图8B中被示为从腔底至封装的上部边缘倾斜，但是在备选实施方式中，这些壁部分中的任意一个或多个（或全部）可由分段的和/或弯曲的截面来表征，即，从底部延伸至封装的上部边缘的壁沿着壁的至少一部分为非线性的。如果该壁为弯曲的或分段的，则上述倾斜角度可与弯曲或分段的壁的平均角度、或该壁的端点之间的角度对应。使用备选角度的侧壁部分30、32/端壁部分34、36及过渡壁部分39A至39D使得反射体腔28的前部面积相对于成型的上表面16最大化，同时特别当多个发射器（诸如多个LED）设置在腔28中时，提供所需的扩散输出光束特征。
在图9的说明性实施方式中，提供LED封装110，LED封装110可包括装载可如上所述的引线框114的外壳112。因此，相同的参考编号指示相同或相似的元件。LED封装110可进一步包括一个或多个LED。在图9中所示的实施方式中，例如，LED封装110可包括三个LED44、46、48，LED44、46、48可分别发射红色、绿色及蓝色，使得在适当激励时该LED产生基本上全颜色范围的组合。LED芯片可具有类似正方形大小或矩形大小。例如，类似正方形的LED芯片可具有以下剖面高度，该剖面高度小于约0.11mm，或在近似0.09mm至近似0.11mm的范围内，或小于近似0.1mm，或在近似0.08mm至近似0.10mm的范围内。类似正方形的LED芯片可具有以下剖面宽度，该剖面宽度小于近似0.32mm，或在0.265mm至0.315mm的范围内。类似正方形的LED芯片可具有以下剖面宽度，该剖面宽度小于近似0.38mm，或在近似0.33mm至近似0.38mm的范围内。矩形的LED芯片可具有以下剖面高度，该剖面高度小于近似0.13mm，或在近似0.10mm至近似0.13mm的范围内。矩形的LED芯片可具有以下剖面宽度，该剖面宽度小于近似0.28mm，或在近似0.20mm至近似0.28mm的范围内。矩形的LED芯片可具有以下剖面宽度，该剖面宽度小于近似0.36mm，或在近似0.28mm至近似0.36mm的范围内。
如上，引线框114可包括导电芯片载体50及导电连接部52、54及56，导电连接部52、54及56提供连接焊盘72、74及76。导电芯片载体50及导电连接部52、54及56形成引线60、62、64及66。导电芯片载体50可具有上表面80，上表面80包括连接焊盘68。连接焊盘68可从外壳112露出。连接焊盘68具有相对侧。靠近连接焊盘74及76的相对侧中的一侧可至少如腔128的一侧一样长。靠近连接焊盘72的连接焊盘68的另一侧可比腔128的邻近侧大近似二分之一的长度。多个LED可设置在导电芯片载体50的上表面80上。例如，在图9中，三个LED44、46及48设置在上表面80的连接焊盘68上。该三个LED通常发射不同颜色的光。例如，LED44可发射红光，LED46可发射绿光且LED48可发射蓝光。该LED中的两个或两个以上LED可发射相同的颜色，包括白色。例如，LED44及LED46都可发射红光。各LED具有第一电端子及第二电端子。第一电端子可称作阳极。例如，第一LED44可具有电耦接至导电连接部54的连接焊盘74的阳极。第二LED46可具有电耦接至导电连接部56的连接焊盘76的阳极。相似地，第三LED48可具有电耦接至导电连接部52的连接焊盘72的阳极。如上，芯片载体50也作为散热片以逸散来自多个LED的热量。
蓝色及绿色LED的尺寸可以是：宽度近似205微米至近似275微米，而长度近似285微米至近似355微米。在一个实施方式中，蓝色及绿色LED可具有近似240微米的宽度和近似320微米的长度。蓝色及绿色LED的厚度可从近似100微米变化至近似130微米，例如，近似115微米。
红色LED可具有各种尺寸。在某些实施方式中，红色LED可具有近似355微米的宽度及长度，但宽度及长度的大小范围可从近似330微米至近似380微米。在该实施方式中的红色LED的厚度可为近似70微米至近似125微米，例如近似100微米。在该实施方式中，红色LED具有尺寸范围从近似90微米至近似110微米（例如，近似100微米）的接合焊盘。
在某些实施方式中，红色LED可具有近似290微米的宽度及长度，但宽度及长度可在近似256微米至近似315微米的范围内。红色LED的厚度在该实施方式中可为近似100微米，但厚度的范围可从近似85微米至近似115微米。在该实施方式中，红色LED可具有尺寸范围从近似80微米至近似100微米（例如，近似90微米）的接合焊盘。
图10示意性地示出了一般指定为200的LED显示屏幕的一部分。例如，LED显示屏幕200可以是室内或室外屏幕，一般而言，包括驱动器印刷电路板（PCB）202，驱动器印刷电路板（PCB）202装载大量的以行和列排列的LED封装204，各LED封装附接至或集成至其他的LED封装204以形成单个屏幕。LED封装204可电连接至PCB202上的迹线或焊盘。在某些实施方式中，PCB202可连接至适当的电信号处理及驱动器电路。
例如，LED封装204可包括如上所述的LED封装10、110。各LED封装204可包括引线框，而外壳设置在该引线框的至少一部分上。外壳中可具有反射体腔，该反射体腔形成围绕该引线框上的一个或多个LED206的矩形形状开口，而该反射体腔具有围绕一个或多个LED的倾斜端壁部分及倾斜侧壁部分。与上述LED封装10、110一样，反射体腔的各端壁部分的角度可与各侧壁部分的角度不同。如图10所示，各LED封装204中可具有多个LED206。例如，LED封装204中的每一个可装载垂直朝向的红色、绿色及蓝色LED206的线性阵列，如上所述。该LED线性朝向可改善在广范围的观看角度下的颜色逼真度。备选地，与图1至图5的封装10一样，单个LED可以设置在各LED封装中。
各LED封装204可定义像素210。显示器的各像素210可具有近似3.0mm以下乘以近似3.5mm以下的尺寸。LED封装204可包括例如如上所述的装置和在图1至图9中示出的装置。如上所述，LED封装204可电连接至PCB202上的迹线或焊盘，该迹线或焊盘互相连接以提供适当的电信号处理电路及驱动器电路（未示出）。还可提供通孔208以允许塑料外壳主体接至PCB的更佳且更短的接触。通孔208还允许改善的热逸散。
在背光或其他面板显示系统中使用的LED可包括红色、绿色及蓝色LED装置的平面阵列排列，这些装置被配置为在操作中发射看起来为白光像素的光。可选择红色、绿色及蓝色LED的大小以符合所需亮度和/或强度平衡水平。可使用任何的红色、绿色及蓝色LED的配置。利用如本文所述的金属至金属裸片附接方法的LED封装和/或LED可用于背光系统和任何适当的显示面板系统200。例如但非限制，用于背光及显示面板系统的LED封装和/或LED可以在冷白（CW）下以300mA提供多达122流明的光输出，且在暖白（WW）颜色点下以300mA提供多达100流明的光输出。例如，本文公开的LED封装和/或LED可用于包括在显示面板系统中使用的灯具的照明灯具，该显示面板系统提供65CRI的针对CW颜色点的最小CRI。本文公开的LED封装和/或LED可用于包括在显示面板系统在使用的灯具的照明灯具，该显示面板系统提供75CRI的针对CW颜色点的最小CRI（对应于5,000K至8,300K的CCT的范围）。用于显示面板系统的本文公开的LED封装和/或LED还可提供，例如80CRI的针对CW颜色点的最小CRI（对应于2,600K至3,700K的CCT范围）。该LED封装和/或LED可用于标准及高电压配置。
进一步地，本文描述的LED封装可用于诸如管状照明装置或带状照明装置的其他一般性照明领域中。例如，如图11所示，照明装置300可包括管302及LED封装310，LED封装310与以上参照图1至图4描述的可在单行中放置或附接的LED封装10、110相似。LED封装310可彼此集成或可分开地附接至基板。LED封装310可适当地附接至PCB306，如图11所示。PCB306可连接至适当的电信号处理和驱动器电路，诸如电连接器308。管302一般可以是透明的或半透明的。在一些实施方式中，LED封装310所面向的管302的一部分一般可以是透明的或半透明的，而PCB304所面向的管302的一部分可以是不透明的。行状或带状LED封装310可插入至管302，管302可以大于、小于或相当于荧光照明灯管或CFL灯的尺寸，本文中的LED封装可以以本领域中已知的方式取代荧光管照明。
LED封装阵列也可用于照明装置。背光装置可以以在一侧的条带（一行，没有列）或阵列制成。如图12所示，例如而非限制，LED封装阵列可用于背光装置及其他照明装置。具体地，图12示出了照明装置330的前侧330A的部分及后侧330B的部分。该照明装置330可用于传统使用CFL灯或荧光管的照明灯具。因此，例如，可使用照明装置330来替代CFL灯。
如图12所示，照明装置330可包括管332，管332具有前侧332A及后侧332B。照明装置330还可包括设置在管332内的PCB334及位于管332的任一端的电连接器336。照明装置330可进一步包括LED封装340，该LED封装340与上文参照图1至图4描述的LED封装10、110相似，LED封装340可电气地且可操作地附接至阵列342中的驱动器PCB334。如图12所示，阵列342可呈棋盘状图案。该棋盘状图案阵列342可促进产生照明装置330的均匀照明。
如图12所示，可附接LED封装340的阵列342使得它们面向管332的前侧332A。前侧332A可准许由LED封装340的阵列342产生的光通过其照射。例如，前侧332A一般可以是透明的或半透明的。当照明装置330放置在照明灯具（诸如传统地容纳CFL灯的照明灯具）中时，管332的后侧332A可面向照明灯具而管332的前侧332A面朝外，使得由LED封装340的阵列342产生的光向外照射到待照明的区域中。在诸如这些实施方式中，管332的后侧332B可以不透明。管332可以是单个整体管使得管332的前侧332A及后侧332B是单个整合件。在该实施方式中，管332的后侧332B可以用一般的不透明材料来涂覆或涂布。备选地，在某些实施方式中，管332的前侧332A和管332的后侧332A可包括两个不同的组件，这两个组件可装配在一起以形成管332。
在某些实施方式中，管332的后侧332A一般可以是透明的或半透明的。在该实施方式中，具有LED封装（例如LED封装阵列）的第二PCB可设置在管中，使得LED封装面向管332的后侧332A，使得由LED封装产生的光通过其照射。这些实施方式可用于希望光在相对的方向上照射，使得来自单个照明装置的光可以在更完全的范围区域内照射的照明灯具。例如，这些照明装置可产生在照明装置的任一侧上都覆盖较大的半径及圆周部分的光输出。以此方式，可产生大致上完全的光半径范围。
附图中所示的且在以上描述的本发明的实施方式是可以在所附权利要求的范围内作出的多个实施方式的示例。可以设想的是，LED封装、系统及相关方法的配置可以包括除本文明确公开的配置之外的多个配置。

Claims (37)

1.一种发光二极管（LED）的封装，包括：
引线框，包括导电芯片载体，所述导电芯片载体包括用于附接一个或多个LED的上表面；
外壳，覆盖所述引线框的至少一部分；以及
反射体腔，至少部分设置在所述外壳内，所述腔具有围绕所述芯片载体的上表面的至少一部分的倾斜侧壁部分及倾斜端壁部分，所述侧壁部分延伸的角度与所述端壁部分延伸的角度不同。
2.根据权利要求1所述的封装，其中，所述引线框被弯折且包括小于约0.5mm的剖面厚度。
3.根据权利要求1所述的封装，其中，所述引线框被弯折且包括在约0.42mm至约0.48mm之间的剖面厚度。
4.根据权利要求1所述的封装，其中，所述封装的下表面和所述封装的上表面之间的高度距离小于约2.0mm。
5.根据权利要求4所述的封装，其中，所述高度距离为从约1.7mm至约2.0mm。
6.根据权利要求5所述的封装，其中，所述高度距离为约1.9mm。
7.根据权利要求1所述的封装，其中，所述外壳形成外部侧壁及外部端壁，其中所述外部侧壁大致垂直于所述外部端壁。
8.根据权利要求7所述的封装，其中，在所述封装的外部侧壁之间测量的所述封装的宽度距离小于约3.0mm。
9.根据权利要求8所述的封装，其中，所述宽度距离在约2.7mm至约3.0mm之间。
10.根据权利要求8所述的封装，其中，所述宽度距离为约2.8mm。
11.根据权利要求7所述的封装，其中，在所述LED封装的外部端壁之间测量的所述LED封装的长度距离小于约3.5mm。
12.根据权利要求11所述的封装，其中，所述长度距离为约3.0mm至约3.5mm。
13.根据权利要求12所述的封装，其中，所述长度距离为约3.2mm。
14.根据权利要求1所述的封装，其中，所述反射体腔的所述倾斜侧壁部分和所述倾斜端壁部分具有置于其间的过渡壁部分。
15.根据权利要求14所述的封装，其中，所述过渡壁部分沿至少一个角度来设置，所述至少一个角度与所述侧壁的角度和所述端壁的角度不同。
16.根据权利要求15所述的封装，其中，所述过渡壁部分的角度大于所述侧壁的角度和所述端壁的角度。
17.根据权利要求1所述的封装，其中，所述反射体腔的所述倾斜侧壁部分沿约50°以上的角度设置。
18.根据权利要求17所述的封装，其中，所述反射体腔的所述倾斜端壁部分沿约70°以上的角度设置。
19.一种发光二极管（LED）封装，包括：
引线框，包括导电芯片载体，所述导电芯片载体包括上表面；
在所述导电芯片载体的上表面上的至少一个LED；
外壳，设置在所述引线框的至少一部分上并覆盖所述引线框的所述至少一部分；
在所述外壳中的反射体腔，所述腔具有围绕所述LED的倾斜侧壁部分及倾斜端壁部分，所述反射体腔的所述倾斜侧壁部分沿约50°以上的角度设置，而所述反射体腔的所述倾斜端壁部分沿约70°以上的角度设置；并且
所述LED封装具有小于约3.0mm的在所述LED封装的外部侧壁之间测量的宽度距离，并且所述LED封装具有小于约3.5mm的在所述LED封装的外部端壁之间测量的长度距离。
20.一种设置发光装置的方法，所述方法包括：
设置引线框，包括导电芯片载体，所述导电芯片载体包括上表面；
固定覆盖所述引线框的至少一部分的外壳；以及
在围绕所述上表面的至少一部分的所述外壳中形成反射体腔，所述反射体腔具有倾斜侧壁部分和倾斜端壁部分，其中所述侧壁部分所倾斜的角度与所述端壁部分所倾斜的角度不同。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将LED设置在所述导电芯片载体的上表面上。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述引线框被弯折且包括小于约0.5mm的剖面厚度。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，LED封装的下表面和所述LED封装的上表面之间的高度距离小于约2.0mm。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述外壳形成外部侧壁及外部端壁，其中所述外部侧壁大致垂直于所述外部端壁。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述LED封装的外部侧壁之间测量的所述LED封装的宽度距离小于约3.0mm。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述LED封装的外部端壁之间测量的所述LED封装的长度距离小于约3.5mm。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，所述反射体腔的所述倾斜侧壁部分和所述倾斜端壁部分具有置于其间的过渡壁部分。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述过渡壁部分沿与所述侧壁的角度和所述端壁的角度不同的角度来设置。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述过渡壁部分的角度大于所述侧壁的角度和所述端壁的角度。
30.根据权利要求20所述的方法，其中，所述反射体腔的所述倾斜侧壁部分沿与所述反射体腔的所述端壁部分的角度不同的角度来设置。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述端壁部分的角度是约70°以上。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述侧壁部分的角度是约50°以上。
33.一种LED显示器，包括：
印刷电路板（PCB）；以及
以垂直列和水平行排列且电连接至所述PCB的LED封装的阵列，LED封装中的每个包括：
引线框，包括导电芯片载体，所述导电芯片载体包括上表面；
在所述导电芯片载体的上表面上的LED；
设置在所述引线框上并覆盖所述引线框的至少一部分的外壳；
以及
在所述外壳中的反射体腔，所述反射体腔具有围绕所述LED的倾斜侧壁部分及倾斜端壁部分，所述侧壁部分延伸的角度与所述端壁部分延伸的角度不同。
34.一种LED背光装置，包括：
印刷电路板（PCB）；以及
以垂直列和水平行排列且电连接至所述PCB的LED封装的阵列，LED封装中的每个包括：
引线框，包括导电芯片载体，所述导电芯片载体包括上表面；
在所述导电芯片载体的上表面上的LED；以及
设置在所述引线框上并覆盖所述引线框的至少一部分的外壳；
在所述外壳中的反射体腔，所述反射体腔具有围绕所述LED的倾斜侧壁部分及倾斜端壁部分，所述侧壁部分延伸的角度与所述端壁部分延伸的角度不同。
35.根据权利要求34所述的LED背光装置，其中，垂直列和水平行呈棋盘状图案。
36.一种LED照明装置，包括：
印刷电路板（PCB）；以及
以行排列且电连接至所述PCB的LED封装的条带，LED封装中的每个包括：
引线框，包括导电芯片载体，所述导电芯片载体包括上表面；
在所述导电芯片载体的上表面上的LED；
设置在所述引线框上并覆盖所述引线框的至少一部分的外壳；
以及
在所述外壳中的反射体腔，所述反射体腔具有围绕所述LED的倾斜侧壁部分及倾斜端壁部分，所述侧壁部分延伸的角度与所述端壁部分延伸的角度不同。
37.根据权利要求36或以上其他权利要求中的任一项所述的LED照明装置，其中，所述LED在管装置中排列。
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