CN111512437A - 用于板载芯片发光二极管的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种被安装在电路板上的包括嵌入在密封剂中的多个LED芯片的LED阵列。每个LED芯片被放置在空腔内部，该空腔仅由多层箔制成且利用粘合膜附连至电路板。箔空腔设计使各种安装的LED阵列能够利用相同过程来制造。

Description

用于板载芯片发光二极管的系统和方法

本发明涉及提供诸如OLED或LED等固态光源的封装阵列、或制造诸如OLED或LED等固态光源的封装阵列的方法。

背景

对于用发光二极管实现的高分辨率显示器的需求在不断增长，其中期望的像素间距为例如6mm或3mm或更小。这些小的尺寸使得难以或不可能使用常规的LED组件包装，并且通常优选的是利用板载芯片(COB)技术将芯片直接放置在电子电路板上。为了保护裸芯片免受环境和机械损伤，通常添加密封剂。需要将至少以液态形式保持密封剂的结构或空腔添加至电路板。铸模是提供这些空腔的常用技术。缺点在于此类铸模多半将具有朝向电路板的间隙。如果铸模被例如用于使密封剂成形，则在固化之前处于其液态形式中的密封剂可进入间隙，从而在铸模下形成密封剂的基层。这可引起非常不希望的光泄漏(所谓的光学串扰)。如果铸模被用于使空腔的侧壁成形(例如，利用深色材料以便吸收光)，则侧壁材料可进入间隙并流过LED本身，这当然是非常不希望的。铸模技术的另一缺点在于，当空腔壁完成且一个缺陷LED被发现时，整个板不得不被废弃。

添加密封剂的常规技术是使用(微)点胶(dispensing)。这包括在末端处具有针头的机械臂，使得密封剂通过针头来围绕每个芯片放置。即使机械臂以高速工作，填充电路板的总时间仍是显著的。

US8330176B2公开了一种具有“可移除保护层”的LED器件，该“可移除保护层”具有吸收层或反射层。可移除保护层设置到基板上，该基板是电路板。因而，反射杯是通过使电路板本身成形而创建的。如果各个个体LED不应被切块且一个LED故障，则整个LED板不得不被废弃。

US8330176B2没有教导如何将反射杯结合到可移除保护层中。

发明内容

本发明的各实施例避免了上面提到的缺陷中的一者或多者。

在本发明的一个方面，一种诸如OLED或LED阵列之类的固态光源被提供用于成像用途，该固态光源被安装在基板上，该基板包括多个固态或OLED或LED芯片、具有孔且利用黏合促进膜附连至该基板的多层箔，诸如OLED或LED芯片之类的固态芯片被设置在每个孔内，箔的厚度等于或大于所设置的固态芯片或OLED或LED芯片的高度，每个孔填充有光学密封剂，其中箔中的孔的壁限定了在垂直于基板的方向上将密封剂保持在LED芯片周围的结构。孔的壁优选地是在垂直于基板的方向上将密封剂保持在固态或OLED或LED芯片周围的唯一结构。该阵列可按多种方式来配置，而无需在昂贵的工具加工方面的改变。

每个孔可以由壁或边缘以及每个孔的壁或边缘与放置在每个孔中的固态光源(诸如OLED或LED芯片)之间的间隔来限定。在放置芯片之后，基板的一部分被暴露在该间隔中。优选地，边缘或壁朝向基板向下延伸，并且实际上在孔的整个周围接触基板。

这种构造的优点在于，多层箔适于被移除并且被具有在相同位置中的孔的新的多层箔替换。光学密封剂可被布置成被移除，并且诸如OLED或LED组件之类的任何固态光源被布置成被替换。结果是没有多层箔的组分被夹在诸如OLED或LED芯片之类的固态光源与基板之间。

相应地，本发明的一实施例涉及一种具有孔且利用粘合促进膜附连至基板的多层箔，诸如OLED或LED芯片之类的固态光源被设置在每个孔内，每个孔由边缘或壁来限定并且每个孔的边缘或壁与该孔中的诸如OLED或LED芯片之类的固态光源间隔开，箔的厚度等于或大于所设置的诸如OLED或LED芯片之类的固态光源的高度，每个孔填充有光学密封剂，其中箔中的孔的边缘或壁限定了在垂直于基板的方向上将密封剂保持在LED芯片周围的结构。

多层箔中的最上层可吸收或反射可见光。例如，多层箔可包括用于可见光的吸收层或用于可见光的反射层。这允许对光学属性(诸如固态光源(诸如OLED或LED)在不同环境照明条件下的可见性)的调整。附加地，像素的效率可被调整，其中效率可被定义为像素所发射的可见光的功率与像素的电输入驱动功率之间的比率。

可以将光学密封剂制造成使得其高于或低于多层箔的最上层或与多层箔的最上层齐平。这允许光出射角分布得到控制。例如，光学密封剂可包括可见光吸收颗粒，其中像素包括具有吸收颗粒的光学密封剂层、基板和诸如OLED或LED之类的固态光源。替代地或附加地，光学密封剂可包括可见光散射颗粒。有利的是，可见光吸收和/或可见光散射颗粒可确定从空腔发出的光的角分布。例如，角分布可具有朗伯(Lambertian)或余弦强度轮廓。附加地，光吸收或光散射颗粒可确定从像素反射的环境光的量。此外，上面提到的像素的效率可被调整。

在本发明的另一方面，提供了一种用于组装固态光源阵列或OLED或LED阵列的方法，该固态光源阵列或OLED或LED阵列包括其上安装有OLED或LED的PCB、具有孔的粘合多层箔和光学密封剂，该方法包括以下步骤：将多层箔放置到PCB上，以使得OLED或LED被定位在孔中；将多层箔层压到PCB上；在多层箔的顶部施加光学密封剂并移除任何多余部分；以及固化光学密封剂。

施加光学密封剂的步骤可包括热固化光学密封剂、光固化密封剂、室温固化密封剂中的任一种。

施加光学密封剂的步骤可以包括在真空下施加光学密封剂。

特别有利的是，在多层箔已被放置在PCB上之后且在光学密封剂已被固化之前，多层箔可被移除，光学密封剂可被移除(如果存在的话)，任何故障的组件可被替换，具有孔的新的多层箔可被放置到PCB上，以使得OLED或LED被定位在孔中，多层箔可被层压到PCB上，光学密封剂可被施加在多层箔的顶部并且任何多余部分可被移除，并且光学密封剂可被固化。通过此过程，故障的器件可被恢复。

尽管已经参考固态光源描述了本发明，但是可以使用其他固态电子器件代替固态光源，诸如微处理器、微控制器、超声发射器、雷达发射器、各种类型的传感器(诸如压力或温度传感器)等等。

附图简述

图1示出了本发明的包括LED阵列的一实施例。

图2示出了本发明的包括由多层箔围绕的多个LED的一实施例的顶视图。

图3示出了本发明的包括由多层箔围绕的LED的一实施例的截面图。

图4示出了本发明的包括具有填充材料(例如微颗粒)的密封剂的一实施例。

定义

“板载芯片”或“COB”或“OLED芯片”或“LED芯片”是可直接连接至印刷电路板(例如通过布线或倒装芯片(flip-chip)焊接)的芯片。芯片通常覆盖有树脂涂层(诸如环氧树脂)，以保护芯片(和可能的导线)免受热、湿气、硫、氧等所致的环境退化并且保护免遭机械损坏。与常规散热器相比，COB的优点还在于它们需要很小的物理空间。

“光学密封剂”或“OE”是为了机械和环境保护而被用来密封和覆盖器件或电路的材料。这样的密封剂可以是半透明的或透明的。其可以是灌注(potting)化合物。在LED的领域中，这种密封剂可以包括例如环氧树脂或丙烯酸树脂或有机硅(PDMS-聚二甲基硅氧烷)基弹性体。密封剂可包括颗粒和/或着色剂。颗粒可以是可见光散射或可见光吸收颗粒。

“粘合或黏合促进膜”(APF)是允许两个表面之间黏合的膜。其可包括不同类型的黏合技术，例如压敏黏合材料或其中通过施加压力来发起黏合的粘合剂。热敏黏合可以基于例如热塑性共聚物，其可通过加热而被软化并在冷却时在诸表面之间提供良好的黏合。

本发明的说明性实施例的描述

本发明的各实施例提供用于诸如固态光源之类的光源的空腔，所述固态光源的示例是LED或OLED。这些固态光源可电连接和机械连接至诸如布线基板或PCB之类的基板。这些空腔可以与诸如OLED或LED等固态光源的位置准确地对准。

本发明的各实施例提供了设置在布线基板(诸如PCB)上的固态光源(诸如OLED或LED芯片或管芯)的阵列。具有多个孔的可移除多层箔在其中固态光源(诸如OLED或LED芯片或管芯)的阵列存在的相同侧或每一侧被设置在基板上。一个孔可以与至少一个固态光源(例如OLED或LED芯片或管芯)对准或配准。密封剂封装每个固态光源，诸如OLED或LED芯片或管芯。诸如OLED或LED芯片或管芯之类的固态光源的阵列可以包括密封剂，该密封剂包括用于控制从孔发出的光束的装置，例如可包括诸如可见光散射颗粒和/或可见光吸收颗粒之类的镜片(lens)或颗粒。

布线基板和孔的壁形成杯，并且取决于被用于多层箔的材料，可见光反射杯可被形成。

图1a)示出了本发明的一实施例的顶视图，其包括诸如固态光源(例如OLED或LED)之类的发光光源的阵列。这些可以是RGB OLED或LED 1-12，它们沿x和y方向分布在区域中。每个发光光源，优选为固态光源，诸如OLED或LED(例如，RGB OLED或LED 15、16、17或18)，可包括红、绿和蓝OLED或LED。像素间距是最接近的两个相邻发光光源(优选为固态光源，例如相同颜色的OLED或LED)之间的距离，例如箭头13或14的长度。当发光光源(优选为固态光源，诸如举例而言，OLED或LED)被用于高分辨率显示器时，像素间距可以在1-6mm的量级中。附加地或替代地，布局可包括具有旋转位置的一个或多个空腔，如图1b)中所示。这允许更紧凑的设计。图1c)描述了本发明的另一实施例，其包括空腔40、41和42以及LED或OLED的44、45和46。在例如蓝色LED与光致发光材料(例如，量子点(Quantum Dot)、磷光剂或量子薄片(platelet))一起使用的情形中或者当使用“虚拟像素”(即在两个像素组之间共享一个颜色子像素且内容按时间顺序来管理)时，设计可能是有益的。“虚拟像素”是通过使用子像素组来创建的，这些子像素的光学中心由颜色子像素的哪种组合被驱动来确定。

图2示出了本发明的一实施例的顶视图(在xy平面中)，其中多个发光光源(优选为固态光源，诸如举例而言，OLED或LED 20)被安装到PCB(印刷电路板)32上。每个发光光源(例如OLED或LED 20)被放置在空腔24内部。每个光源(优选为固态光源)的光轴可平行于空腔的中央轴。

图3示出了本发明的一实施例的侧视图或截面(在xz平面中)，其包括被安装在空腔24内部的布线基板(诸如印刷电路板PCB 32)上的发光光源，优选为固态光源，例如OLED或LED 20。发光光源(优选为固态光源，例如OLED或LED 20)被放置在空腔24内部，该空腔24被多层箔37和电路板32包围。电路板可以在面向空腔的一侧具有电接触26。多层箔37包括光学箔22、顶层23和粘合剂层21(其被设计成具有与彼此以及与电路板(其可包括焊接掩膜25)的界面表面的长期黏合)。布线基板或PCB 32可包括电导体33-35，其可经由孔连接至电接触26。发光光源(优选为固态光源，例如OLED或LED 20)的电接触28可以经由导电接触材料27(例如，焊接接头或导电粘合剂)连接至PCB 32的电接触26。空腔24可填充有光学密封剂30。在一些实施例中，多层箔37可包括除图3中所描述的之外的附加或其他层。

每个孔可以由壁或边缘以及每个孔的壁或边缘与放置在每个孔中的固态光源(诸如OLED或LED芯片)之间的间隔来限定。在放置芯片之后，基板的一部分被暴露在该间隔中。优选地，边缘或壁朝向基板向下延伸，并且实际上在孔的整个周围接触基板。

这种构造的优点在于，多层箔适于被移除并且被具有在相同位置中的孔的新的多层箔替换。光学密封剂可被布置成被移除，并且诸如OLED或LED组件之类的任何固态光源被布置成被替换。结果是没有多层箔的组分被夹在诸如OLED或LED芯片之类的固态光源与基板之间。

相应地，本发明的一实施例涉及一种具有孔且利用粘合促进膜附连至基板的多层箔，诸如OLED或LED芯片之类的固态光源被设置在每个孔内，每个孔由边缘或壁来限定并且每个孔的边缘或壁与该孔中的诸如OLED或LED芯片之类的固态光源间隔开，箔的厚度等于或大于所设置的诸如OLED或LED芯片之类的固态光源的高度，每个孔填充有光学密封剂，其中箔中的孔的边缘或壁限定了在垂直于基板的方向上将密封剂保持在LED芯片周围的结构。

顶层23可利用适于用途的任意材料制成。在许多情形中，为了减少环境光的反射，光吸收材料是优选的。通过在所述层中实现结构，可以进一步增加环境光的吸收。光学箔22可以与需要发光光源(优选为固态光源(例如OLED或LED光)的高或低输出的各种用途相适配。对于低或中环境光水平下的用途，深着色的箔将提供良好的对比度。这可以通过向光学密封剂添加吸收颗粒36——参见图4(例如，炭黑或其他填充材料，例如微颗粒)来进一步加重。

附加地，深着色的PCB材料可被使用。减少的环境光将增加发光光源的输出(优选为固态光源(例如OLED或LED)输出))的对比度，尤其是当显示深色时。

对于其中高亮度和高效率是有必要的用途，例如在高环境光水平下，浅色或金属箔可被使用。附加地，白色或反射性PCB材料可被使用。

附加地，散射颗粒36——参见图4(例如填充材料(诸如微颗粒))可被添加至光学密封剂，例如二氧化钛。置于反射性的光学箔22顶部的顶层23仍然可以是吸收性的。这可能是有利的，因为其减少了由显示器本身生成的光引起的二次反射。

本发明的各实施例可涉及创建仅具有多层箔的发光光源(优选为固态光源，例如OLED或LED)空腔的可能性。空腔或孔可以通过缩减制造(诸如举例而言激光切割或冲压)来获得。将多层箔安装到PCB上可利用粘合剂进行，该粘合剂提供到PCB的良好长期固定。由于安装过程可独立于多层箔中孔的布局，因此相同的组装过程可被用于不同设计。除了上面提到的光学箔(和顶层)的不同材料选择外，填充系数也可取决于用途。对于例如户外用途，期望的是具有深空腔，以使得较多量的保护性密封剂覆盖诸如OLED或LED芯片之类的固态光源。如果空腔被制造得更深，则其可能还必须被制造得更宽，以便克服大角度出射的OLED或LED光的空腔壁阴影。因此，宽空腔还必须被放置成离得更开。对于室内用途(例如电影院)，密封剂可被制造得更薄，以使得空腔将更浅和窄。空腔可接着被放置成更靠近彼此，从而提供更高的像素间距和更高的分辨率。

因此，本发明提供了一种灵活的设计，其可容易地被适配成用于不同用途，而实际的组装过程保持不变。本发明确实适于RGB OLED或LED，但其也可被用于基于颜色转换技术的OLED或LED。此类OLED或LED可包括涂层(例如基于磷光剂)、量子点或更新近的量子薄片，以用于将OLED或LED的颜色转换为另一种颜色。(量子薄片是几个原子层厚度的几纳米大小的矩形)。多层箔可容易地被适配成包括旨在用于例如上面提到的OLED或LED类型的混合的经不同地成形的空腔。

在多层箔已被放置到PCB上之后，光学密封剂可被设置在箔的顶部，并且多余的密封剂可以用例如刀片或刮板移除，其相比使用微点胶技术要快得多。本发明的另一优点在于，在光学密封剂已被固化之前的任何步骤中，PCB可以通过例如相机视察来被检查。如果需要的话，可以移除整个多层箔/空腔结构。例如，如果OLED或LED已故障，则多层箔可被移除并且故障的OLED或LED可被替换。对于常规的经铸模和固化的空腔结构，故障的OLED或LED意味着整个板将必须被废弃。另外，如果发现多层箔/空腔结构没有充分地层压至PCB，则其可容易地被替换。具有经铸模的空腔结构的相应情况再次意味着无法对单个故障采取任何动作。

对于使用薄膜层作为电接触的COB实现，重要的是避免气泡或真空泡驻留在光学密封剂中或黏合层中或它们的朝向堆叠中其他表面的界面中。

在许多情形中，OLED或LED芯片被安装成使得密封剂材料将驻留在芯片和电路板之间的空间中。如果这样的密封剂包含气泡并且电路板经受气压变化(例如在飞机运输期间)，则气压变化可影响气泡体积，使得OLED或LED芯片失去与电路板的电接触。因此，在真空中施加密封剂以使被捕获在密封剂中或被捕获在密封剂与空腔壁中的结构之间的空气量最小化是有益的。替代地，密封剂可稍后被脱气。

可例如使用APF(诸如压敏粘合剂(PSA))将多层箔黏附地附连至PCB。此类粘合剂通常被用于电子工业。

替代地，APF可以是热塑性粘合剂，其可以在一定温度和压力下被软化。这允许粘合膜使其形状适应例如具有电接触的非平坦基板或光学箔的高度不规则表面。由于APF在被加热时可达到像液体一样的状态，因此其现在可填充这些不规则之处，并由此降低空气被捕获在粘合剂和界面表面之间的风险。可通过使沉积在真空中被执行来进一步改善该过程。发明人还发现这些类型的粘合剂在PCB上没有留下残留物。因而，如果发现层压质量不好，则APF可被移除(例如被剥离和替换)，而无需废弃OLED或LED芯片或PCB。

除了焊接以外，还存在用于将LED芯片附连至PCB的替代手段，例如：

-在所有方向上导电的各向同性导电粘合剂，诸如带有金属(例如银)颗粒的粘合剂或胶水，

-各向异性导电粘合膜，其仅垂直于膜表面导电(归因于导电颗粒的有序分布)。

-具有固体焊接颗粒驻留在其中而没有混合(例如“水中的油”)的树脂；这种树脂可分布在整个芯片之下，并且当被加热时，焊接颗粒熔化并且表面张力使它们排成行并且在接触处聚合从而提供电连接，而其余的树脂则将芯片保持就位。

在一个示例性实施例中，诸如RGB OLED或LED之类的固态光源连接至(例如焊接到)具有电接触的PCB。多层箔可包括粘合剂层(诸如热塑性粘合剂或PSA)、光学箔和顶层。对应于LED位置的孔可通过缩减制造来制成，诸如通过使用激光切割在多层箔中切掉、使用激光烧蚀来烧蚀、使用机械切割器或压模来切割等。多层箔接着被放置到PCB上，以使得固态光源(诸如OLED或LED)被定位在每个孔的中心。PCB接着被固定到多层箔。可以向电路板和多层堆叠提供热或压力，以使得粘合剂材料(诸如热塑性粘合剂或PSA)可相应地熔化或粘附，并进入光学箔和PCB表面中的任何不规则之处。光学密封剂现在可例如分布在堆叠的顶部上，从而填充空腔并且多余的光学密封剂可以用刮板或刀片等来移除。任选地，光学密封剂可包含可见光散射颗粒或可见光吸收颗粒36——参见图4的填充材料，例如微颗粒。

Claims (18)

1.一种用于成像用途的OLED或LED阵列，所述OLED或LED阵列被安装在基板上，所述基板包括多个OLED或LED芯片、具有孔且利用黏合促进膜附连至所述基板的多层箔，OLED或LED芯片被设置在每个孔内，所述箔的厚度等于或大于所设置的OLED或LED芯片的高度，每个孔填充有光学密封剂，其中所述箔中的所述孔的壁限定了在垂直于所述基板的方向上将所述密封剂保持在所述OLED或LED芯片周围的结构。

2.根据权利要求1所述的OLED或LED阵列，其特征在于，每个孔由所述壁以及每个孔的所述壁与放置在每个孔中的所述OLED或LED芯片之间的间隔来限定。

3.根据权利要求2所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述基板的一部分被暴露在所述间隔中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的OLED或LED阵列，其特征在于，每个孔的所述壁朝向所述基板向下延伸，并且在所述孔的整个周围接触所述基板。

5.根据前述权利要求中任一项所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述多层箔中的最上层对可见光而言是吸收性的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述多层箔包括用于可见光的吸收层或用于可见光的反射层。

7.根据前述权利要求中任一项所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述光学密封剂包括可见光吸收颗粒，其中像素包括具有所述可见光吸收颗粒的光学密封剂层、所述基板和所述OLED或LED。

8.根据前述权利要求中任一项所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述光学密封剂包括可见光散射颗粒，其中像素包括具有所述可见光吸收颗粒的光学密封剂层、所述基板和所述OLED或LED。

9.根据权利要求7或8所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述可见光吸收和/或可见光散射颗粒确定从空腔发出的光的角分布。

10.根据权利要求9所述的OLED或LED阵列，其特征在于，所述角分布具有朗伯或余弦强度轮廓。

11.一种用于组装OLED或LED阵列的方法，所述OLED或LED阵列包括其上安装有OLED或LED的PCB、具有孔的粘合多层箔和光学密封剂，所述方法包括以下步骤：将所述多层箔放置到所述PCB上，以使得所述OLED或LED被定位在所述孔中；将所述多层箔层压到所述PCB上；在所述多层箔的顶部施加光学密封剂并移除任何多余部分；以及固化所述光学密封剂。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，每个孔由壁以及每个孔的所述壁与放置在每个孔中的所述OLED或LED之间的间隔来限定。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基板的一部分被暴露在所述间隔中。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，每个孔的所述壁朝向所述基板向下延伸，并且在所述孔的整个周围接触所述基板。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，施加所述光学密封剂的步骤包括热固化所述光学密封剂、光固化所述密封剂、室温固化所述密封剂中的任一种。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，施加所述光学密封剂的步骤包括在真空下施加所述光学密封剂。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，在所述多层箔已被放置在所述PCB上之后且在所述光学密封剂已被固化之前，所述多层箔被移除，所述光学密封剂如果存在的话则被移除，并且任何故障的组件被替换，具有孔的新的多层箔被放置到所述PCB上，以使得所述OLED或LED被定位在所述孔中，所述多层箔被层压到所述PCB上，光学密封剂被施加在所述多层箔的顶部并且任何多余部分被移除，并且所述光学密封剂被固化。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘合多层箔包括黏合促进膜。

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