CN103946995A - Led模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管组件，具有：优选是导热的载体(2)；布置在载体(2)上的印刷电路板(5)，在印刷电路板(5)内设有凹空部(9)；至少一个发光二极管芯片(3)，其布置在该载体(2)上并在该凹空部(9)内，其中凹空部(9)至少部分填充至少一种优选具有颜色转换材料(8)的基体材料。

Description

LED模块
本发明涉及根据权利要求1前序部分的发光二极管组件，其具有被颜色转换材料包围的发光二极管芯片(LED芯片)，该颜色转换材料被用于将由发光二极管芯片所发出的至少一部分光变换为另一波长的光。
发光二极管且尤其是所谓的白色发光二极管或LED的领域构成本发明的背景。从现有技术中知道了将例如蓝色LED的光借助颜色转换变换为白色混合光，其中磷吸收发光二极管芯片所发出的光并将其转换为长波光。因此可以从LED芯片所产生的蓝光中，或许与(例如红色的)另一LED芯片结合，产生白光。
从现有技术中已经公开了如图6所示的发光二极管组件60，其中，发光二极管芯片61布置在基座62上，基座具有隔离层63和带有导体电路64的导电层。芯片61位于导体电路上并且还借助连接线65与另一导体电路相连。围绕芯片61设有壁部66。根据所谓的“坝填充”技术，由该壁部限定的内部区域被填充颜色转换物质67，其中该发光二极管芯片61被该材料包围。
此实施方式的缺点在于源自发光二极管芯片61的散热。在光出射方向且围绕该壁部实际上存在空气或者气体。芯片在其底面直接接触导热的导体电路。但由于其尺寸原因而几乎不适用于传递热。在发光二极管组件60的下侧区域内设有隔离层63，其减弱可能有的散热。
为了更好地控制发光二极管组件60内的温度，从现有技术中公开了另一个如图7所示的组件70，其中，作为散热体而采用一个厚达几毫米的铜板71，铜板至少在表面在光出射方向被涂有高度反光涂层。在散热板的中心冲压出圆形凹窝，多个串联的发光二极管芯片72粘接在该凹窝中。随后用颜色转换物质73例如磷几乎齐平地灌注该凹窝。
此实施方式的优点在于，从发光二极管芯片72至散热体的热通道近似最佳。但此时有以下问题，这种设计不满足对抗电强度的要求。即，在已知结构中可能不利地出现不希望有的电压击穿。
鉴于此，本发明基于以下任务，提出一种可实现发光二极管组件的可能性，其中保证了散热和电压安全性的良好折中。尤其是应该可以获得良好的温度控制或者散热以及高的抗电强度。该任务将根据本发明通过权利要求1的特征来完成。本发明的有利改进方案是从属权利要求的主题。
提出了通过优选施加在金属散热体上的印刷电路板(PCB)的凹空部的壁来构成用于颜色转换物质的侧边界，而该侧边界在现有技术中例如由附加壁或者通过板的冲压区边缘来产生。该印刷电路板可具有一个或多个所述凹空部，在这里，在所有的或其中一些凹空部中设置一个或多个LED芯片。因此，可以在所述凹空部中将一个或多个LED芯片直接安置例如粘接在其下方裸露的金属散热体上。
在凹空部中的LED芯片随后优选利用连接线在多个金属焊盘上被导通，所述金属焊盘在印刷电路板上设置在凹空部外但基本与凹空部相邻。随后，可利用所述焊盘实现设置在凹空部内的LED芯片借助通常较粗的端子引线被导电接通。
随后，在印刷电路板内的所述一个或多个凹空部例如利用包含变换材料的基座来灌注，直到凹空部优选被基本填平。
根据本发明的第一方面，提出一种发光二极管组件，具有：
-优选导热的载体，
-安置在载体上的印刷电路板，其中在该印刷电路板内设有凹空部，
-至少一个发光二极管芯片，其设置在载体上且设置在凹空部内，
其中，该凹空部至少部分地优选齐平地用基体材料来填满，其可以具有至少一种颜色转换材料。
优选至少一个发光二极管芯片可以用颜色转换材料覆盖。在出射方向上在发光二极管芯片上方的颜色转换材料的厚度或浓度优选根据期望的波长位移来选择。厚度或浓度越大，颜色转换光的光谱移位越强。
该印刷电路板的与印刷电路板的凹空部相邻的内侧面可优选至少部分用颜色转换材料覆盖。发光二极管芯片的至少两个发光二极管芯片优选可以具有不同的发射光谱。
在每个凹空部内可以只设置发光二极管芯片，这些发光二极管芯片具有基本相同的发射光谱。
印刷电路板可以优选包括至少两个凹空部，其中在每个凹空部内的颜色转换材料厚度可被单独调整。该厚度可以如此选择，即，针对每个凹空部单独选择颜色转换光的光谱移位。由此例如可以实现在一个凹空部内的各发光二极管芯片发出基本在同一波长范围的光。
相似地，也可以在每个凹空部内单独调节颜色转换材料的成分和/或浓度。
在荧光材料转换情况下由每个发光二极管芯片产生的光的混合得到的混合光尤其可以是白光。
该发光二极管芯片可借助芯片胶或焊接被固定在载体上。
至少在凹空部区域内，该载体可以在光出射方向被涂覆成是反光的或高反光的。
印刷电路板的凹空部的竖直界定壁部的内侧面也可以被涂成是反光的或高度反光的。
印刷电路板的界定凹空部的内侧面可以在光出射方向上呈漏斗状以扩宽的方式构成。另选地，在印刷电路板表面上的凹空部面积可以大于在印刷电路板底面上的凹空部面积。
优选可以在凹空部内且围绕所述至少一个LED芯片来设置优选反光的且在光出射方向上优选为漏斗状的反射器。
在印刷电路板上且在凹空部周围，可如此设置向上(光出射方向)突出于印刷电路板平面的壁部，即，颜色转换材料可部分或完全在凹空部内填充直达该壁部的上边缘。通过附加的“坝填充”技术，在发光二极管芯片上方所施加的颜色转换材料的厚度可以总体上还被增大，这与印刷电路板厚度无关。
作为其替代或补充，设有所述至少一个LED芯片的该载体可以在凹空部区域内具有凹窝，至少一个发光二极管芯片设置在该凹窝内。通过该措施，也可以增大在光出射方向上位于发光二极管芯片上方的被用于颜色变换的颜色转换材料的厚度。
可以有利地在颜色转换材料上设置光学元件，以便例如将发光二极管芯片所产生的光聚束。
根据本发明的另一个方面，提出一种灯尤其是改型灯，其具有上面所限定的发光二极管组件。
根据本发明的又一个方面，提出一种制造发光二极管组件的方法，具有：
-提供优选导热的载体，
-将印刷电路板和至少一个发光二极管芯片安置在载体上，其中，在印刷电路板内设有凹空部，并且至少一个发光二极管芯片设置在该凹空部内，
-至少部分地用颜色转换材料填满该凹空部。
以下将结合附图来详述本发明，其中：
图1是发光二极管组件的本发明实施方式的侧视图，
图2是发光二极管组件的本发明实施方式的俯视图，
图3是呈改型灯形式的发光二极管组件的本发明实施方式的局部纵剖视图，
图4示出了本发明发光二极管组件的另一个实施方式，
图5示出了本发明发光二极管组件的又一实施方式，
图6-7示出了根据现有技术的发光二极管组件，
图8示出了本发明发光二极管组件的另一实施方式。
如图1所示且带有标记1的发光二极管组件可以是LED灯尤其是改型LED灯的一部分，并且具有优选由金属(例如铝)构成的载体2。载体2作为散热体来构成并且相对于该组件的其它元件具有良好的导热性能，并且还用于散发在发光二极管组件1工作中所产生的热。载体2的导热性能尤其高于气态物质或塑料材料的导热性能。
所示的发光二极管组件1包括多个发光二极管芯片3(“芯片”)。发光二极管芯片3的数量可以改变。发光二极管芯片3的数量例如可如此选择，即发光二极管组件1总体例如具有少量的高功率LED。另选地，相似的亮度可以利用总体较多的低功率LED获得。除了LED，也可以采用OLED。另选的组件也可以具有唯一的发光二极管芯片3。芯片数量、每个芯片的LED数量和多个芯片的功率是可调的：这些参数例如取决于发光二极管组件1的所期望的最高亮度或最高功率。
发光二极管芯片3布置在载体上并且优选相对于金属载体是电绝缘的。在工作中，该布置形式就芯片所产生的热通过载体2被散走而言是有利的。此布置形式实现了从发光二极管芯片3有效散热。芯片3例如借助有相对良好的导热性的粘合剂被固定在载体2上。于是，优选采用导热的粘合剂，以便不影响或者不限制芯片与载体2之间的传热。另选地，芯片可借助焊接被固定在载体上。
在载体上还设有印刷电路板5或者印制电路板或PCB。印刷电路板5由其上带有导电的导体电路和或许金属面(“焊盘”)6的电绝缘材料7构成。印刷电路板5和尤其是导体电路6用于芯片3与驱动电路的电连接，该驱动电路例如在图3中以标记32表示并且可安装在LED灯的壳体内。
芯片3的导电接通例如利用所谓的连接线4实现，连接线从印刷电路板上的焊盘向在发光二极管芯片3表面上的电极引导。导电的导体电路6和芯片3之间的电连接通过这样的连接线4来实现。连接线也设置在不同的芯片3之间。总体上，一个组件中的多个发光二极管芯片3优选在导体电路6之间串联连接。另选地，也可以在一个发光二极管组件1中设有发光二极管芯片3的多个串联结构，在这里，这些串联结构又在两个导体电路6之间相互并联。
至少一种颜色转换材料8在发光二极管芯片3上。该材料8将发光二极管芯片3所发出的(例如蓝色)光的至少一部分转换为另一波长的光(例如黄绿色、黄色或橙色)。出现的混合光优选是白色。
在此情况下，通常埋入基座中的磷或荧光材料在凹空部内经由所述至少一个LED芯片分散。现在，蓝光在发光二极管芯片3周围通过磷被吸收并随后被转换为长波的光。磷的长波的光与发光二极管芯片的未被转换的蓝光结合导致了白色混合光。
而且，在由凹空部构成的凹窝内还可以设置其它的例如红色LED，其光没有通过颜色转换材料被转换为其它光谱，但其光例如改变了白色混合光的显色和/或色温。
本发明因而也涉及这样的实施方式，此时基体材料例如为了封装目的在没有分散开的颜色转换材料情况下经由在印刷电路板的凹空部内的至少一个LED芯片被分散。该基体材料例如硅树脂，因而例如保护LED芯片和/或连接线免受机械力或湿气影响。该技术也适用于设有RGB(红、绿、蓝)芯片的LED灯，芯片的光通过基体材料被散射。但也可以作为替代或补充的是，设有与LED芯片间隔开的颜色转换材料，例如在光学元件中。
为了变换由发光二极管芯片3所发出的光，现在在印刷电路板5内设有凹空部或开口9，其以从印刷电路板5的表面10向内到达印刷电路板的底面11的缺口形式构成。该凹空部9垂直于出射方向通过印刷电路板的内侧面12来界定。内侧面12由印刷电路板内的凹空部限定。发光二极管芯片3设置在凹空部9内。根据本发明，也可设置多个凹空部9，在这里，在每个凹空部内可分别设置至少一个芯片3。
组件1可具有一个或多个LED和/或OLED。此时，尤其是可采用荧光材料转换的蓝色LED、RGB-LED芯片或者其组合。荧光材料转换的LED可以尤其是至少一个蓝色LED，其中通过颜色转换物质，如荧光材料，将所发出的蓝光的至少一部分转换为黄绿色光。荧光材料转换的绿色和/或绿白色LED的使用也是可想到的。优选还附加使用一个或多个红色LED或者其它单色LED，它们导致更高的显色值并且用于获得暖光。红色LED此时可以与荧光材料转换的蓝色LED分开布置，或者它们可以位于上述蓝色LED旁边，从而使得其发出的红光的一部分也进行荧光材料转换。
如图1所示，印刷电路板5的厚度(高度)D优选大于芯片3厚度d，更优选的是大于芯片3厚度d的两倍或三倍：
D>d。
相应地，凹空部9可如此由颜色转换材料8来填满，即，芯片3的侧面和上面被覆盖。优选如此选择在发光二极管组件1中的该颜色转换材料8的量，即颜色转换材料8的厚度F，使得用于连接凹空部内的芯片3的连接线4也被颜色转换材料8覆盖。
印刷电路板5内的凹空部9优选用颜色转换材料8被完全填满。结果，例如磷或荧光材料齐平或几乎齐平地灌注，所填充的颜色转换材料8的高度F对应于印刷电路板5的厚度D：
F＝D。
在这种凹空部9被完全填满的情况下，所产生的光的波长移位效果最强。
颜色转换材料8的高度F也可以基本对应于印刷电路板5的厚度D：
(D-F)/D<10％
或者优选(D-F)/D<5％
或者优选(D-F)/D<1％。
颜色转换材料8的表面优选是平坦的或至少基本平坦的，即平行于载体2和印刷电路板5或者印刷电路板的表面10。因而可以保证颜色转换材料8以恒定的厚度全面均匀地覆盖发光二极管芯片3的表面。这又有以下优点，从包围LED芯片的颜色转换材料8出来的光是均匀的。因而在磷层表面得到均匀一致的颜色。
另选地，颜色转换材料8的表面也可以呈弯月状向上凸起。
离开颜色转换材料8的光线可以随后又通过透镜(未示出)被聚束。该透镜优选直接安置在颜色转换材料8上，优选不安置在导体电路6上。
图4和5示出了其它实施方式，它们允许例如加强所产生的光的波长位移。这是如此做到的，就光出射方向而言在发光二极管芯片3上的颜色转换材料8的厚度被增大。
在根据图4的组件40中，颜色转换材料层的厚度被如此增大，即在印刷电路板上且在凹空部9周围设置壁41。颜色转换材料8现在可以被填充，直到壁部41封闭。
在图5所示的发光二极管组件50实施方式中，在载体2内设有凹窝，凹窝例如可通过冲压呈板状形成的载体形成。如果现在芯片3布置在载体的凹窝51内且印刷电路板5在凹窝之外，则在芯片上方的颜色转换材料8的厚度可被增大，相应地，所产生的光的波长被进一步移位。图4和5的实施方式可以组合，以便进一步加强颜色转换效果，而发光组件的导热能力没有降低。
图2示出了发光二极管组件20的本发明实施方式的俯视图。载体2呈圆形构成，从而它可安装在改型灯内。在载体上存在具有多个凹空部和导体电路6的印刷电路板5。每个凹空部用颜色转换材料8来填充。多条连接线4从呈焊盘状的导体电路6向发光二极管芯片(未示出)引导。从导体电路6起，分别有其它的优选的较粗的导线(未示出)向LED的供电装置引导。
图3示出发光二极管灯30的本发明的实施方式，其具有本发明的发光二极管组件，尤其具有发光二极管组件1。
图3示出了用在传统灯座中的所谓的改型发光二极管灯30。在这里，LED灯具有例如传统的白炽灯或卤素灯的形状和功能，但它作为发光机构包含一个或多个LED芯片3。为此，优选呈灯泡状的发光二极管灯30具有传统的灯头31，其例如具有E14、E17或E27的螺纹。或者，也可以想到这样的灯头，其设计用于低压端子，如G4、G5或G6插脚灯头。也可以想到BA9或者BA15卡口灯头。
当发光二极管灯30通过相应的灯座被供应电网交流电压或低伏电压时，为了使发光二极管组件1正确工作而需要电流调节。为此，灯30具有驱动电路32。该驱动电路可具有针对其应用可想到的如从现有技术中知道的每种控制电路。因此例如想到AC-DC变换器用于整流电网交流电压。可有利地在该变换器后面设置DC-DC变换器或用于减小电压、电流或功率的其它变换器。此时可以采用利用脉宽调光(PWM)被接通的开关。也可以想到后置的例如借助晶体管电路的限流电路。
印刷电路板的内侧面12优选以反射或高反射的方式构成。这通过施加薄层反光材料来实现。优选该内侧面呈漏斗状构成，从而使得发光二极管芯片3所产生的光尽量垂直于载体2被反射。另选地，如图8所示，反射器81安置在内侧面12上，用于从凹空部反射出所产生的光。优选该反射器81可以在光出射方向上呈漏斗状。这是有利的，因为印刷电路板5的内侧面12则可垂直于印刷电路板表面来构成。这又有以下优点，凹空部9例如通过孔来简单实现。
附图标记列表
1   发光二极管组件
2   载体
3   发光二极管芯片(或发光二极管芯)
4   连接线
5   印刷电路板(或印制电路板或PCB)
6   导体电路(或焊盘)
7   电绝缘材料
8   颜色转换材料
9   印刷电路板5内的凹空部
10  印刷电路板5的上面
11  印刷电路板5的底面
12  印刷电路板5的内侧面
20  发光二极管组件
30  发光二极管灯
31  灯头
32  驱动电路
40  发光二极管组件
41  壁部
50  发光二极管组件
51  凹窝
60  发光二极管组件
61  发光二极管芯片
62  基座
63  隔离层
64  导体电路
65  连接线
66  壁
67  颜色转换物质
70  发光二极管组件
71  铜板
72  发光二极管芯片
73  颜色转换物质
80  发光二极管组件
81  反射器

Claims (17)

1.一种发光二极管组件，所述发光二极管组件包括：
-优选是金属的导热的载体(2)，
-布置在所述载体(2)上的印刷电路板(5)，其中在所述印刷电路板(5)内设有凹空部(9)，
-至少一个发光二极管芯片(3)，其布置在所述载体(2)上并布置在所述凹空部(9)内以及与所述印刷电路板导电接通，
其中所述凹空部(9)至少部分地用至少一种优选具有颜色转换材料(8)的基体材料填满。
2.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述印刷电路板(5)的、界定所述印刷电路板(5)内的凹空部(9)的内侧面(12)至少部分地被颜色转换材料(8)覆盖。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述发光二极管组件包括具有不同的发射光谱的至少两个发光二极管芯片(3)，其中所述两个LED芯片安置在所述印刷电路板内的相同的或不同的凹空部内。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，在每个凹空部(9)内只设置具有基本相同的发射光谱的发光二极管芯片(3)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述印刷电路板(5)包括至少两个凹空部(9)，其中每个凹空部(9)内的颜色转换材料(8)的厚度被单独调整。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，在每个凹空部内，颜色转换材料(8)的成分和/或浓度被单独调整。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，通过对每个发光二极管芯片(3)进行荧光材料转换所产生的光进行混合而出现的混合光是白光。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述发光二极管芯片(3)利用芯片胶或焊接被固定在所述载体(2)上。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，至少在所述凹空部(9)区域内所述载体(2)在光出射方向上涂有反射的或高反射的涂层。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述印刷电路板(5)的、界定所述凹空部(9)的内侧面(12)涂有反射的或高反射的涂层。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述印刷电路板(5)的、界定所述凹空部(9)的所述内侧面(12)沿光出射方向看呈漏斗状构成，或者其中，在所述印刷电路板(5)的上面(10)上的所述凹空部(9)的面积大于在所述印刷电路板(5)的底面(10)上的所述凹空部(9)的面积。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，在所述印刷电路板(5)的限定所述凹空部(9)的所述内侧面(12)上，设置优选反射的且在光出射方向上优选呈漏斗状的反射器(81)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，在所述印刷电路板上在所述凹空部周围如此设置壁部(41)，使得所述颜色转换材料(8)能在所述凹空部内填充直达所述壁部(41)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，所述载体(2)在所述凹空部(9)区域内具有凹窝(51)，所述发光二极管芯片(3)布置在所述凹窝上。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件，其中，在所述颜色转换材料(8)上设置透镜。
16.一种LED灯，尤其是改型LED灯(30)，具有根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管组件。
17.一种制造发光二极管组件的方法，所述方法包括：
-提供优选导热的载体(2)，
-将印刷电路板(5)和至少一个发光二极管芯片(3)安置在所述载体(2)上，其中在所述印刷电路板(5)内设有凹空部(9)，所述发光二极管芯片(3)设置在所述凹空部(9)内，
-用优选具有至少一种颜色转换材料(8)的基体材料至少部分地填满该凹空部(9)。
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