CN108780831A - Led模块 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了LED模块（1），其包括布置在载体（100）上的多个发光二极管（10）；和覆盖LED（10）的封装剂（11），该封装剂（11）包括半透明成分（110）和金属颗粒成分（111），并且其中选择封装剂（11）的成分（110、111）以在LED模块（1）的未激活状态中将期望的隐蔽度赋予LED（10）。本发明还描述了包括装置壳体（20）和被布置成通过装置壳体（2）中的孔发射光的至少一个这样的LED模块（1）的装置（2），并且其中LED模块（1）的封装剂（11）的成分（110、111、112）根据装置壳体（20）的颜色而被选择。本发明还描述了制造这种LED模块（1）的方法。

Description

LED模块
技术领域
本发明描述了LED模块、包括LED模块的装置以及制造LED模块的方法。
背景技术
发光二极管（LED）用于各种各样的应用中。具体地，大功率LED正发现广泛用于改装灯中；诸如日间行车灯、刹车灯和指示灯之类的机动车照明模块中；智能电话闪光单元中等。在一些LED照明应用中，当装置被切断时，半导体管芯的发射表面可以被看到。通常，因为发射表面上的磷光体覆层，管芯表现为颜色淡黄的小正方形或矩形。在一些照明应用（诸如改装灯，其中多个LED被安装在一杆状插入物周围，该杆状插入物通过玻璃灯泡或塑料管是可见的）中，黄色正方形可能非常显眼。由于可见的黄色管芯可能被终端用户认为是没有吸引力的，一些LED模块已经发展为使管芯在断开状态不那么显眼。在一已知方法中，LED由其中悬浮有金属氧化物颗粒的硅树脂材料涂覆或封装。半透明的硅树脂材料中的金属氧化物的效果是使LED管芯的黄色缓和，从而在断开状态给LED管芯更白的外观。这种LED被称为“关闭状态断开状态白色”LED。金属氧化物颗粒的加入一般为了光谱和效率原因而选择，但是白色光颜色将这种LED模块排除在诸如机动车刹车灯或指示灯之类的应用之外。
在诸如管LED或机动车前部和后部照明单元的一些其他应用中，其中光源包括以某节距（相邻LED之间的距离）布置的一行LED，观察者一般看到具有相同节距的对应一行光“斑点”。然而，一般期望光源表现为同质的，即作为光条。在一些情况中，可能实施漫射圆顶，以降低的光输出为代价，来消除多LED光源的“斑点度”。然而，这不总是可能或期望的。在替代方法中，可以通过严重降低LED节距，将LED非常紧密地放置在一起来降低斑点度。包括紧密组装的LED（小节距）的LED光源将一般比具有稀疏组装的LED（大节距）的LED光源具有更同质的光输出。然而，小节距需要附加的精力来处理随之而来的热学问题，并且与更复杂的电气布线问题相关联。因此，具有小节距的LED光源比具有大节距的可比LED光源制造起来显著更昂贵。特别是在机动车的应用中，热学问题和成本是显著的因素。
因此，本发明的一目的是提供克服上述问题的改进的LED模块。
发明内容
本发明的目的通过权利要求1的LED模块、通过权利要求12的装置以及通过权利要求13的制造LED模块的方法而实现。
根据本发明，LED模块包括LED布置和覆盖LED布置的封装剂，该封装剂包括柔性半透明成分和金属颗粒成分，并且其中，选择封装剂的成分以在LED模块的未激活状态中将期望的隐蔽度赋予LED。
根据本发明的LED模块的一优势在于，它具有令人满意的断开状态的外观，因为隐藏了每个LED的二极管表面的固有黄颜色。通过对填充的混合物成分的适当选择，发明的LED模块在断开状态有效地“隐藏”LED。金属颗粒成分的另一效果在于，在接通状态将光漫射。这两种效果都是由于封装剂中的金属颗粒成分的散射性质。悬浮在封装剂中的金属颗粒在LED模块的接通状态和断开状态两者中都将穿过封装剂的光散射。另外，对填充的混合物成分的适当选择允许LED模块的断开状态颜色外观匹配LED模块周围环境中的颜色，例如装置壳体的颜色。由LED模块发射的光的期望的具体颜色可以通过将LED的光谱分布和金属颗粒成分与半透明成分的可透射光谱性质相匹配来实现。
根据本发明，装置包括装置壳体和被布置为通过装置壳体中的孔发射光的根据权利要求1至11中任一项所述的至少一个LED模块，并且其中，选择LED模块的封装剂的成分以匹配装置壳体的颜色。
根据本发明的装置的一优势在于，嵌入在壳体中的任何LED模块可以具有紧密匹配装置壳体的颜色。以此方式，可以赋予装置均匀且美学上良好的外观，并且有效地隐藏了LED的固有黄色管芯表面而免于在断开状态期间被观看到。
根据本发明，制造LED模块的方法包括下列步骤：提供由基座和与基座邻接的围壁限定的容器；在基座上布置多个LED；确定封装剂的成分以当LED模块未激活时将期望的颜色赋予LED模块；制备包括半透明成分和金属颗粒成分的封装剂混合物；将封装剂倾倒至容器中以覆盖LED，并随后固化封装剂。
本发明方法的一优势在于，可以利用相对小的精力和以低成本实现具有各种良好的光学效果（在LED模块的接通状态和LED模块的断开状态两者中）的LED模块。该方法允许具有良好的同质的接通状态外观的LED模块（如在例如机动车应用中所期望的）的制造。同样地，该方法允许其中LED自身在断开状态下是隐藏的或隐蔽的并且为此LED模块的颜色可以根据该LED模块被创建至其中的装置的颜色来选择的LED模块的制造。
从属权利要求和下文描述公开了本发明的特别有优势的实施例和特征。实施例的特征可以适当地组合。一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以同样应用于另一个权利要求类别。
在本发明的一特别优选的实施例中，LED模块的颜色对应于包含该LED模块的装置的壳体颜色。例如，这可以通过将一定量的染料混合至半透明填充物中来实现。可以选择染料的量以使半透明填充物的颜色在色调上类似于装置壳体的颜色。在美学或光学外观对于装置为显著因素的情况中，这种断开状态颜色匹配可以是特别期望的。
存在实现期望颜色性质的各种可能方式。例如，在本发明的优选实施例中，选择封装剂的成分以在可见光光谱的一个或多个具体区域中吸收光，来实现具体的接通状态颜色。优选地，封装剂包括颜色染料成分。
在本发明的另一优选实施例中，LED模块包括发光二极管的RGBW布置，例如具有按预定顺序的红色、绿色、蓝色和白色LED的LED条。LED模块的光引擎或LED驱动器可以以相同强度或不同强度驱动各种不同颜色的LED。可以通过下列内容来实现期望的具体颜色：组成具有某个颜色的填充的混合物；确定用于不同颜色的LED的合适的强度；并照此驱动它们。可替代地，假设将以相同的强度驱动LED，可以通过组成用于吸收某个波长的光的填充的混合物来实现期望的具体颜色。
封装剂的半透明成分可以包括可透射光并且可以用于以令人满意的方式覆盖或封装LED的任何合适的材料。优选地，封装剂的半透明成分包括可以与颜料混合的液体形式的透明材料。这种材料的一示例是聚二甲基硅氧烷（PDMS），其可以获得为双组分产物。当固化时，透明封装剂是柔性的。如果LED模块在固化后将从容器移除，这可以是有优势的。例如，LED可以安装到包含电气连接的诸如柔性带或条之类的载体上。固化之后，LED被封装在柔性材料中，使得然后可以以基本上任何形状布置LED模块。
通过在封装剂中包括金属颗粒成分，在断开状态有效“隐藏”了本发明LED模块的LED。优选地，金属颗粒成分是包括铝颗粒和/或银颗粒的金属颜料。这些颗粒优选地非常小，例如在50-60 μm的范围内，使得它们不可以被裸眼感知到。封装剂中的颗粒的效果是将穿过固化的（即凝固的）封装剂的任何光散射。当LED断开时，即LED模块处于断开状态时，穿过封装剂层的任何环境光都被金属颗粒散射，这具有隐藏或隐蔽LED的黄色表面的效果。当LED接通时，除了发光强度的可能的较小减弱，颗粒在光输出上不具有任何显著的不利影响。然而，在LED模块具有多个LED的情况中，金属颗粒成分的另一良好效果在于，金属颗粒成分的“散射能力”有效地使来自各个LED的光混合，并由此作用于同质化整体光输出。以此方式，依赖于封装剂中的金属颗粒成分的“散射能力”，可以良好地降低或消除LED条的“斑点度”，该“散射能力”是由金属颗粒成分的相对量和颗粒尺寸决定的。以此方式，封装剂的成分在LED模块未激活时将期望的颜色赋予LED模块，并且在LED模块激活时还将同质的外观赋予由LED模块发射的光。根据本发明的LED模块特别适合于在接通状态需要同质的多LED光源，例如在机动车照明应用中或改装LED灯中。
在本发明的另一优选实施例中，金属颗粒成分包括一种或多种金属氧化物颜料，诸如二氧化钛（TiO2）、氧化铝（Al2O3）等。具有这种金属颗粒成分的封装剂可以通过降低或消除LED模块的斑点度实现均匀的光源外观。
优选地，在考虑LED条的LED节距的情况下，选择封装剂成分的相对比例，使得金属颗粒的所产生的散射能力实现对于激活状态中的LED模块的期望的光同质。
为了实现某个效果，单个封装剂可以制备为含有金属颗粒且还含有金属氧化物颜料。然后将此封装剂倾倒至容器中并固化以封装LED。可替代地，LED模块可以以两阶段过程制造。在第一阶段，制备包括金属氧化物颜料的第一封装剂，倾倒至容器中至某个水平，并固化。在第二阶段，制备包括金属颗粒的第二封装剂，倾倒至容器中的固化的第一层上达到最终水平，并固化。
优选地，基于由激活时的LED生成的光的期望的同质和/或基于期望的闪烁、闪耀或闪光效果和/或基于未激活时的LED的期望的隐蔽度，来确定金属颗粒成分的重量负载。例如，在本发明的一优选实施例中，金属颗粒成分的重量负载可以处于封装剂的0.001 wt%和0.5 wt%之间的范围中。金属颗粒成分的典型重量负载可以是大约0.15 wt%。例如，“轻”组成可以包括在硅树脂封装剂中达0.012 wt%的金属碎片。“重”组成可以包括在硅树脂封装剂中达0.014 wt%的金属碎片。
为了实现良好的高光输出，在本发明的一优选实施例中，容器的围壁的内表面是高反射性的。依赖于制成容器的材料，容器的材料可以是固有反射性的。可替代地，在安装LED和用封装剂填充容器之前，可以通过将合适材料的层施加至内表面来对容器内侧给出高反射性覆层。也可以对容器的基座和/或安装LED的条给出反射性覆层，或容器的基座和/或安装LED的条可以由反射性材料制成。
通过结合所附附图考虑的下文详细描述，本发明的其他目的和特征将变得清楚。然而，要理解，附图仅为了说明的目的而设计，且不作为对本发明的限制的限定。
附图说明
图1 示出了根据本发明的LED模块的第一实施例；
图2 示出了处于断开状态的图1的LED模块；
图3 示出了处于接通状态的图1的LED模块；
图4 是说明根据本发明的方法的步骤的方框图；
图5 示出了根据本发明的方法中的一阶段；
图6 示出了根据本发明的LED模块的另一实施例；
图7 示出了现有技术LED模块。
在附图中，相似的数字贯穿附图指相似的对象。图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的LED模块1的第一实施例。该图示出了容器12，其在制造过程期间用作放置容器。在此示例性实施例中，容器12具有细长矩形的形状，其中基座120和侧壁121限定光出射开口122。该图示出了一行LED 10，安装在沿容器12的基座120布置的带13（具有通常的电气连接）上。容器12已经用封装剂混合物填充，该封装剂混合物包括半透明成分和金属颗粒成分（由小三角形状以大大夸张的方式指示；颗粒尺寸在微米范围内）。合适的层厚度可以为大约6-7 mm。该混合物已经在制造过程的最终阶段凝固或固化，以用作LED 10的封装剂11。
图2示出了处于断开状态的图1的LED模块。观察容器12，通过封装剂11的金属颗粒成分的散射作用，各个LED 10被有效隐藏或隐蔽。
图3示出了处于接通状态的图1的LED模块。此处，封装剂11的金属颗粒成分的散射作用作用于将源自多个LED 10的光混合，使得这些表现为单个光源10S。
图4是说明根据本发明的方法的步骤的方框图。在步骤40处，根据制造者的指令，半透明封装剂成分110的两组分110_a、110_b充分混合，例如在3000 rpm若干分钟。在此阶段，也可以在混合物中溶解颜色染料成分113。在步骤41处，向半透明成分110加入金属颗粒成分111并充分混合，例如在3000 rpm若干分钟。在步骤42处，将封装剂混合物倾倒至容器中。在步骤43处，固化混合物，例如在60℃若干分钟。
图5示出了根据本发明的方法中的一阶段。该图示出了LED安装至的载体13。这可以是包含必需电气连接的薄的柔性带，并且可以以通常方式连接至LED驱动器模块5。此处，LED模块要被提供有两层封装剂。为此，具有半透明成分110和金属氧化物颜料成分112的第一封装层11A已经被固化。第二层11B正在第一层11A之上被从混合杯4中倾倒。第二层11B包括半透明成分110和金属颗粒成分112，并且将在随后步骤中被固化。当然，封装剂11可以使用任何数量的层来创建。
此图也指示了LED 10的节距P。无论封装剂包括一层、两层还是更多层，选择各种成分110、111、112、113的相对量以在断开状态将期望的颜色赋予LED模块，并获得期望的散射效果，使得在LED 10的断开状态隐藏LED 10且在其接通状态表现为单个同质的光源，即使节距P足够大以避免关于热量的问题。
图6示出了根据本发明的LED模块1的另一实施例。此处，LED模块1是机动车前部照明布置2的一部分，且包括用于日间行车灯的以L形配置的若干LED。在LED模块1的接通状态期间，光表现为源自单个光源10S。
图7示出了在类似机动车前部照明布置中的现有技术LED模块7。此处，在LED模块7的接通状态期间，来自各个LED的光表现为一系列分离的光源70S，这归因于相邻LED之间的节距。
尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但将理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以对其做出许多附加的修改和变型。
为了清楚起见，要理解，贯穿此申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，且“包括”不排除其他步骤或元件。
附图标记：
1 LED模块
10 发光二极管
10S 同质多LED光源
11 封装剂
11A、11B 封装剂层
110 半透明成分
110_a、110_b 半透明封装剂的组分
111 金属颗粒成分
112 金属氧化物颜料成分
113 颜色染料成分
12 容器
120 基座
121 侧壁
122 光出射开口
13 载体
2 装置
4 混合杯
5 驱动器
7 现有技术LED模块
70S 各个光源
40、41、42、43 方法步骤
P LED节距

Claims (15)

1. 一种LED模块（1），包括：
-布置在载体上的多个发光二极管（10）；和
-覆盖所述LED（10）的封装剂（11），所述封装剂（11）包括下列的混合物：
半透明成分（110）；和
颗粒成分（111），
其中所述封装剂是柔性的，
其中所述颗粒成分（111）包括金属颗粒，并且
其中，选择所述金属颗粒以在所述LED模块（1）的未激活状态中将期望的隐蔽度赋予所述LED（10），并在所述LED模块的激活状态中赋予期望的同质度。
2.根据权利要求1所述的LED模块，其中所述颗粒成分（111）被配置为具有紧密匹配在所述LED模块的未激活状态中的期望颜色、特别是可以包含所述LED模块（1）的装置（2）的颜色的封装剂。
3.根据权利要求1或2所述的LED模块，其中，选择所述封装剂（11）的所述颗粒成分以在可见光光谱的一个或多个具体区域中吸收光。
4.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，包括发光二极管（10）的RGBW布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中所述封装剂（11）的所述半透明成分（110）包括双组分聚二甲基硅氧烷。
6.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中所述封装剂（11）包括颜色染料成分（113）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中所述颗粒成分（111）包括铝颗粒和/或银颗粒。
8.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中所述封装剂（11）包括金属氧化物颜料成分（112）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中所述颗粒成分（111）的所述金属颗粒的重量负载是基于由激活时的所述LED（10）生成的光的期望的同质和/或基于期望的闪烁效果和/或基于未激活时的所述LED的期望的隐蔽度来确定。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中所述颗粒成分（111）的所述金属颗粒的重量负载处于所述封装剂（11）的0.001 wt%和0.5 wt%之间的范围中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，包括由基座（120）和与所述基座（12）邻接的围壁（121）限定以形成光出射开口（122）的容器（12），发光二极管（10）沿所述基座（120）布置。
12.一种包括装置壳体（20）和布置成通过所述装置壳体（2）中的孔发射光的根据权利要求1至11中任一项所述的至少一个LED模块（1）的装置（2），并且其中所述封装剂（11）的成分（111、112、113）根据所述装置壳体（20）的颜色而被选择。
13.一种制造LED模块（1）的方法，包括下列步骤：
-提供由基座（120）和侧壁（121）限定的容器（12）；
-沿所述容器（12）的所述基座（120）布置多个LED（10）；
-确定封装剂（11）的半透明成分（110）和颗粒成分（111）的相对量；
-制备包括所述半透明成分（110）和所述颗粒成分（111）的封装剂混合物；
-将所述封装剂混合物倾倒至所述容器（12）中并随后固化所述封装剂（11），
其中所述封装剂（11）是柔性的，
其中所述颗粒成分（111）包括金属颗粒，
其中，确定半透明成分和金属颗粒的相对量以在所述LED模块（1）的未激活状态中将期望的隐蔽度赋予所述LED（10），并在所述LED模块的激活状态中赋予期望的同质度。
14.根据权利要求13所述的方法，包括下列步骤
-将封装剂混合物的第一层（11A）倾倒至所述容器（12）中，以覆盖所述LED（10），并随后固化所述第一封装剂层（11A）；
-将封装剂混合物的第二层（11B）倾倒至所述容器（12）中，以覆盖所述第一封装剂层（11A），并随后固化所述第二封装剂层（11B）。
15.根据权利要求13或14所述的方法，包括基于期望的光同质确定LED节距（P）和/或所述封装剂成分（110、111、112、113）的相对比例的步骤。
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