CN107851700A - 集成发光封装 - Google Patents

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Abstract

根据本发明实施例的集成发光封装包括：发光元件层，包括以预定间隔设置的多个发光单元；沿着发光元件层的上部设置的光学转换基板；以及第一粘合部件，设置在发光单元之间的各间隙中。

Description

集成发光封装
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种具有提高的光提取效率的集成发光封装。
背景技术
使用III-V族或II-VI族半导体的化合物半导体材料的例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的发光二极管单元可通过开发薄膜生长技术和元件材料实现紫外线和包括红色、绿色和蓝色的各种颜色，并且可通过使用磷光体材料或者颜色组合实现具有高效率的白光射线。
与白炽灯、荧光灯、霓虹灯等相比，LED具有更低的功耗，并且由于高色温具有优异的可见度和低眩光的优点。利用LED的灯可以根据其用途而应用于背光、显示装置、灯、车灯或前照灯。
诸如近来的LED的发光单元正在成为能源效率方面的重要研究课题。
另外，由于LED芯片中的能量转换率大约为15％或更少，并且大约剩余的85％的电能转换成热能并被消耗，所以散热是非常重要的。
虽然常规的LED芯片已经使用诸如TiO2的金属颗粒来解决上述问题，但是金属颗粒引起内部放电和局部放电的问题。
发明内容
技术问题
本发明的实施例旨在提供一种具有优异的光提取效率和优异的散热效果的集成发光封装。
技术方案
在此描述的实施例提供了一种集成发光封装，包括：发光元件层，包括彼此隔开预定间隔的多个发光单元；光学转换基板，沿所述发光元件的上部设置；以及第一粘合部件，设置在所述多个发光单元之间的分离空间中。
有益效果
根据本发明的示例性实施例的集成发光封装通过在多个发光单元之间涂覆粘合部件而具有提高的光提取效率。
而且，通过将诸如BN的陶瓷材料添加到粘合部件，集成发光封装可以具有提高的光提取效率和散热效率。
附图说明
图1表示根据本发明的示例性实施例的集成发光封装的俯视图；
图2表示沿着图1的线AB剖开的集成发光封装的剖视图；
图3表示根据本发明的示例性实施例的集成发光封装的局部放大图；
图4表示应用根据本发明的示例性实施例的集成发光封装(100)的汽车前照灯的结构的概念图；
图5表示包括根据本发明示例性实施例的集成发光封装的照明装置。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例，以便本领域的普通技术人员可以容易地实现和实施本发明。然而，应该理解，本公开中描述的示例性实施例和附图中示出的结构仅是优选的示例性实施例，在提交本申请时可以有各种等同物和变型。而且，当对本发明的示例性实施例说明工作原理时与本发明相关的公知功能或配置的详细描述不必要地使本发明的主旨模糊时，将省略其详细描述。在此使用的术语是根据本发明的功能定义的，其含义应当基于整个说明书中的内容来解释。
图1是根据本发明的示例性实施例的集成发光封装的俯视图，图2是沿图1的线AB剖开的集成发光封装的剖视图，图3是根据本发明的示例性实施例的集成发光封装的局部放大图。
参照图1至图3，本发明的集成发光封装100包括基板110、第一引线框架121和第二引线框架122、发光元件层210、齐纳二极管(Zener diode)135、光学转换基板300、透镜160、散热电极180以及通孔191和192。
基板110可以是具有高绝缘性或导热性的基板，例如，硅基板、碳化硅(SiC)基板、氮化铝(AlN)基板或陶瓷基板(例如，Al2O3)。而且，基板110可以由具有高反射率的诸如聚邻苯二甲酰胺(PPA)的树脂材料制成。另外，基板110可以具有单层结构或多层结构。
第一引线框架121和第二引线框架122可以设置为在基板110上彼此隔开以便彼此电隔离。例如，第一引线框架121和第二引线框架122可以在基板110的上表面上彼此隔开。
第一引线框架121和第二引线框架122可以反射从发光单元200发射的光。
例如，第一引线框架121和第二引线框架122可以由钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、铬(Cr)、钽(Ta)、铂(Pt)、锡(Sn)、银(Ag)、磷(P)或它们的合金中的一种形成，并具有单层结构或多层结构。
发光元件层210可以电连接到第一引线框架121和第二引线框架122。例如，发光元件层210可以设置在第一引线框架121和第二引线框架122中的至少一者的上部。发光元件层210可以被配置为包括彼此隔开预定间隔的多个发光单元200。发光单元200可以利用发光二极管产生波长为380nm至490nm的光(例如，蓝光)，但是不限于此。
发光元件层210可以通过芯片粘合(die bonding)而粘合到第一引线框架121和第二引线框架122中的至少一者，所述芯片粘合包括：用粘合剂(例如，银浆料，硅树脂)将芯片附接到基板110的浆料粘合(paste bonding)；在芯片焊盘上形成金属(例如，Au/Sn)并在高温下将金属附接到衬底的共晶粘合(eutectic bonding)；以及用焊料直接连接芯片焊盘和基板110的焊盘的倒装芯片粘合。
齐纳二极管135设置在第一引线框架121和第二引线框架122中的任一者上，以向发光单元200提供恒定电压。例如，齐纳二极管135可以设置在第一引线框架121的上表面上。
光学转换基板300沿着发光元件层210的上部设置，并且转换由发光单元200产生的光的波长。光学转换基板300可以由磷光体和树脂的组合而制成。用于光学转换基板300的树脂可以是具有高硬度和可靠性的透明热固性树脂，例如硅树脂、环氧树脂、玻璃、玻璃陶瓷、聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、尼龙树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、氯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、特氟龙树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚烯烃树脂等。
光学转换基板300可以包括一种类型或多种类型的磷光体，并且包含硅酸盐类磷光体、YAG类磷光体和氮化物类磷光体中的至少一种。
例如，光学转换基板300的磷光体可以是但不限于琥珀色磷光体，并且可以包括蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和琥珀色磷光体中的至少一种。
光学转换基板300可以通过诸如保形涂覆、滴涂(dispensing)等的涂覆而沿着发光元件层210的上部设置。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例的集成光学转换基板300可以是堆叠在多个发光单元200的上部上的单个集成光学转换基板300。
根据本发明的示例性实施例的光学转换基板300可以配置为在其中包含荧光材料，并且可以应用各种光传输材料的基板。在本发明的示例性实施例中，陶瓷基板被描述为光学转换基板的示例。集成光学转换基板300中包含的磷光体材料可以配置为包括磷光材料，该磷光材料能够将发光单元200的激发光转换为转换光。具体而言，磷光体材料可以包括琥珀色磷光体、绿色磷光体以及红色磷光体中的至少一种。琥珀色磷光体响应于蓝光(430nm至480nm)发出主波长范围为540nm至585nm的光。绿色磷光体响应于蓝光(430nm至480nm)发出主波长范围为510nm至535nm的光。红色磷光体响应于蓝光(430nm至480nm)发出主波长范围为600nm至650nm的光。琥珀色磷光体可以是硅酸盐类磷光体或YAG类磷光体，绿色磷光体可以是硅酸盐类磷光体、氮化物类磷光体或硫化物类磷光体，红色磷光体可以是氮化物类磷光体或硫化物类磷光体。
如图3所示，在多个发光单元200之间设置有第一粘合部件410，在发光元件层210与光学转换基板300之间设置有第二粘合部件420，由此可形成发光元件层210和光学转换基板300通过第二粘合部件420粘合的结构。通常，多个发光单元已经配置为通过粘合部件分别附接到各光学转换基板，并且在各发光单元之间具有气隙。这种常规结构由于从各个发光单元发出的光横向泄漏而引起光损失。
因此，在本发明的示例性实施例中，通过将第一粘合部件410设置在多个发光单元200之间的空间中，能够减少光损失并且能够提高光通量。第一粘合部件410可以配置为包括硅树脂，并且可以具有1.4到1.6范围内的折射率。第一粘合部件410可以包括，例如甲基硅树脂(methyl silicone)或苯基硅树脂(phenyl silicone)。甲基硅树脂或苯基硅树脂不仅能够由于其高折射率而提高各发光单元200之间发出的光的提取效率，而且也由于其高的热阻而形成稳定的发光封装。而且，甲基硅树脂或苯基硅树脂确保第一粘合元件410中包含的陶瓷粉末401的稳定分散，并与陶瓷粉末401结合，由此实现优异的光提取效率和优异的散热效果。
第一粘合部件410的粘度可以在3000cps至8000cps的范围内。在此，cps是粘度的单位。当第一粘合部件410的粘度小于3000cps时，第一粘合部件410可从发光单元200的侧部向下流动导致塌陷。当第一粘合部件410的粘度大于8000cps时，由于高触变性，第一粘合部件410的均匀涂覆可能变得困难。
第二粘合部件420可以设置在发光元件层210和光学转换基板300之间。第二粘合部件420固定发光元件层210和光学转换基板300，并且可包括硅树脂。第二粘合部件420可以包括，例如甲基硅树脂或苯基硅树脂，并且第一粘合部件410的折射率可以高于第二粘合部件420的折射率。换言之，第一粘合部件410可以具有比第二粘合部件420更高的折射率，以便将发射到发光单元200的侧部的光折射向光学转换基板300。
下表1示出了对根据本发明的示例性实施例的集成发光封装100的光通量和色坐标的测试结果。根据本发明的示例性实施例，分类为单个发光单元和多个发光单元，并按照此分类进行测试，并且根据多个发光单元中具有粘合部件(示例性实施例)以及多个发光单元中没有粘合部件(比较例)而进行测试。
[表1]
从表1的测试结果可以看出，当多个发光单元中存在粘合部件时，光通量增加。换言之，发光单元之间的损失的光被粘合部件向上引导，由此增加光通量，并提高光提取效果和光利用效率。
本发明的示例性实施例可以在第一粘合部件410和第二粘合部件420中包括陶瓷粉末401。陶瓷粉末401可以是AlN粉末、Al2O3粉末、BN粉末、SiC粉末以及BeO粉末中的至少一种。
由于陶瓷粉末401具有高导热性和绝缘性，并且与本领域通常使用的诸如TiO2的金属颗粒相比更廉价，因此能够解决诸如由金属颗粒引起的放电的问题。
粘合部件410、第二粘合部件420以及陶瓷粉末401的组合能够提高从发光单元200发出的光通量，由此提高光提取效率，并由于陶瓷粉末401的散热功能，将由发光单元200产生的热量分散或者提取到外部。
优选地，陶瓷粉末401可以是BN粉末。基于100重量份的粘合部件，BN粉末的含量可以为10至40重量份。当陶瓷粉末的含量小于10重量份时，光提取效率急剧下降，而当陶瓷粉末的含量大于40重量份时，光提取效率降低，由此使散热效果的改善不显著。换言之，当基于100重量份的粘合部件，BN粉末的含量在10至40重量份的范围内时，光提取效率和散热效率均优异。
下面的表2示出了对取决于BN粉末含量的光通量的测试结果，即光提取提高。
[表2]
如表2所示，可以看出，当BN粉末的含量为10至40重量份时，光提取效率示出临界变化(critical changes)。此外，可以看出，当BN粉末的含量为10至40重量份时，散热功能随着光提取效率而最大化。期望BN粉末的最佳含量影响聚集和分散性，由此影响光提取效率和散热功能。
BN粉末的平均直径优选为10μm至30μm。当平均直径小于10μm时，BN粉末的团聚变得过度，而当平均直径大于30μm时，光提取效率降低。
下面的表3示出了对取决于BN粉末的直径的光通量的测试结果，即光提取提高。
[表3]
如表3所示，可以看出，光提取效率根据BN粉末的直径示出临界变化。因此，如上所述，期望BN粉末的最佳直径影响聚集和分散性，由此影响光提取效率和散热功能。
在本发明的示例性实施例中，多个发光单元200的数量不特别限定，并且考虑到粘合部件410和420的容易涂布以及生产率，集成二至四个发光单元。
透镜160设置在基板110上，并且可以密封光学转换基板300和发光元件层210，并折射从发光单元200发出的光。
例如，透镜160可以折射波长已经被光学转换基板300转换的光，并改变光的路径。
透镜160可以具有半球形状或圆顶形状，但是不限于此。
透镜160可以由对发光单元200产生的热量具有高度耐受性的硅树脂(例如具有苯环的硅树脂)形成，但是不限于此。这是因为当透镜160的形状由于发光单元200的热量而变形或损坏时，不能获得期望的光离开角。
透镜160的底面可以与基板110的上表面、第一引线框架121和第二引线框架122的上表面以及光学转换基板300的上表面接触。
散热电极180可以设置在基板110的背面上。
散热电极180可以由具有高导热性的材料制成，并且可以用作用于散发由发光封装100产生的热量的路径。
散热电极180的数量可以是多个，并且多个散热电极(例如，182和184)可以设置为在基板110的背面上彼此隔开。
通孔191和192可以穿过基板110，并连接第一引线框架121和第二引线框架122与热辐射电极182和184。例如，通孔191和192可以穿过通过将导电材料填充到设置于基板110上的通孔中而形成的电极。
例如，通过穿过基板110，第一通孔191可以连接第一引线框架121和第一散热电极182，第二通孔192可以连接第二引线框架122和第二散热电极184。
在这种情况下，第一引线框架121和第二引线框架122可以用作设置在基板110的上部上的上电极，第一散热电极182和第二散热电极184可以用作设置在基板110底部上的下电极110，通孔191和192可以连接上电极和下电极。在另一示例性实施例中，基板110可以不被穿过，并且第一引线框架121和第二引线框架122与热辐射电极182和184可以通过设置在基板110的外周表面上的连接电极(未示出)彼此连接。
图4示出了应用根据本发明的示例性实施例的集成发光封装100的汽车前照灯的结构的概念图。
由于从多个发光单元200发出的光在光学转换基板300中被转换，所以一部分转换后的光向反射器500移动，并且向集成发光封装100移动的转换光X返回到反射器500并离开，所以能够实现具有提高的光聚集度(light concentration)和光转换效率的车灯。
图5示出了包括根据本发明示例性实施例的集成发光封装的照明装置。
参考图5，照明装置可以包括盖1100、光源模块1200、散热片1400、电源1600，内壳1700以及插座1800。而且，根据本发明的示例性实施例的照明装置可还包括部件1300和保持器1500中的至少一者。
盖1100可以具有灯泡形状或半球形状，并且可以具有中空且部分开口的形状。盖1100可以与光源模块1200光学耦接。例如，盖1100可以漫射、散射或激发由光源模块1200提供的光。盖1100可以是光学构件的类型。盖1100可以与散热器1400耦接。盖1100可以包括与散热器1400接合的耦接部。
盖1100的内表面可以涂覆有乳白色涂料。乳白色涂料可以包括漫射光的漫射材料。盖1100的内表面的表面粗糙度可以形成为高于盖1100的外表面的表面粗糙度。这是为了充分地散射和漫射来自光源模块1200的光，以便将光释放到外部。
盖1100的材料可以是玻璃、塑料、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)等。在此，聚碳酸酯具有优异的耐光性、耐热性和强度。盖1100可以是透明的，使得光源模块1200从外部可见，但是不限于此，盖1100可以是不透明的。盖1100可以通过吹塑法而形成。
光源模块1200可以设置在散热器1400的表面上，并且由光源模块1200产生的热量可以传导到散热器1400。光源模块1200可以包括光源部1210、连接板1230以及连接器1250。
光源部1210可以包括根据本发明的示例性实施例的发光封装100。
部件1300可以设置在散热器1400的上表面上，并具有引导槽1310，多个光源部1210和连接器1250插入到引导槽1310中。引导槽1310可以与光源部1210和连接器1250的基板对应或者对准。
部件1300的表面可以沉积或涂覆有光反射材料。
例如，部件1300的表面可以沉积或涂覆有白色涂料。部件1300可以将被盖1100的内表面反射并且朝向光源模块1200返回的光再次反射向盖1100。因此，能够提高根据本发明的示例性实施例的照明装置的光效率。
部件1300可以由例如绝缘材料制成。光源模块1200的连接板1230可以包括导电材料。因此，可在散热器1400与连接板1230之间形成电接触。部件1300可以由绝缘材料制成，由此阻止电短路。散热器1400可以接收并扩散来自光源模块1200的热量和来自电源1600的热量。
保持器1500封闭内壳1700的绝缘部1710中的收纳槽1719。因此，收纳在内壳1700的绝缘部1710中的电源1600可被密封。保持器1500可以具有引导突起1510，引导突起1510可以具有供电源1600的突起1610穿过的孔。
电源1600处理或转换从外部接收的电信号并将电信号提供给光源模块1200。电源1600可以收纳在内壳1700的收纳槽1719中，并且可以被保持器1500密封在内壳1700内。电源1600可以包括突起1610、引导部1630、基部1650以及延伸部1670。
引导部1630可以具有从基部1650的一侧向外突出的形状。引导部1630可以插入到保持器1500中。多个构件可以设置在基部1650的一侧。多个构件可以包括，例如用于将由外部电源提供的交流(AC)电力转换成DC电力的直流(DC)转换器、用于控制光源模块1200的驱动的驱动芯片以及用于保护光源模块1200的静电放电(ESD)保护元件，但是本发明不限于此。
延伸部1670可以具有从基部1650的另一侧向外突出的形状。延伸部1670可以插入到内壳1700的连接部1750中，并且可以提供来自外部的电信号。例如，延伸部1670可以具有与内壳1700的连接部1750相同的宽度或更小的宽度。“+电线”和“－电线”的一端可以电连接到延伸部1670，“+电线”和“电线”的另一端可以电连接到插座1800。
内壳1700可以包括成型部(molding portion)及成型部中的电源1600。成型部是成型液体被固化的部分，并且允许电源1600固定在内壳1700内。
在本发明的前面的详细描述中，已经描述了具体的示例性实施例。然而，在本发明的精神和范围内可以进行各种变型。应该注意的是，本发明的技术思想不限于本发明的上述示例性实施例，而是由所附权利要求书及其等同物来决定。

Claims (14)

1.一种集成发光封装，包括：
发光元件层，包括设置为彼此隔开预定间隔的多个发光单元；
光学转换基板，沿所述发光元件层的上部设置；以及
第一粘合部件，设置在所述多个发光单元之间的空间中。
2.根据权利要求1所述的集成发光封装，其中，所述第一粘合部件包括硅树脂。
3.根据权利要求2所述的集成发光封装，其中，所述硅树脂包括甲基硅树脂和苯基硅树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的集成发光封装，其中，所述第一粘合部件还包括陶瓷粉末。
5.根据权利要求4所述的集成发光封装，其中，所述陶瓷粉末包括AlN粉末、Al2O3粉末、BN粉末、SiC粉末以及BeO粉末中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的集成发光封装，其中，所述陶瓷粉末包括所述BN粉末。
7.根据权利要求6所述的集成发光封装，其中，基于100重量份的所述粘合部件，所述BN粉末的含量为10至40重量份。
8.根据权利要求6所述的集成发光封装，其中，所述BN粉末的直径为10μm至30μm。
9.根据权利要求1所述的集成发光封装，其中，所述发光元件层包括彼此隔开预定间隔的两个至四个发光单元。
10.根据权利要求1所述的集成发光封装，其中，所述粘合部件具有1.4至1.6的折射率。
11.根据权利要求1所述的集成发光封装，还包括：
第二粘合部件，设置在所述发光元件层和所述光学转换基板之间。
12.根据权利要求11所述的集成发光封装，其中，所述第一粘合部件、所述发光单元以及所述第二粘合部件具有不同的折射率。
13.根据权利要求12所述的集成发光封装，其中，所述第一粘合部件的折射率高于所述第二粘合部件的折射率。
14.根据权利要求1所述的集成发光封装，其中，所述第一粘合部件具有3000cps至8000cps的粘度。
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