CN113130725A - 具有包封的发光二极管和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了固态照明设备、系统和相关方法。示例性设备可以包括一个或多个发光二极管(LED)和围绕和/或设置于一个或多个LED之间的暗色或黑色包封层。例如，所述设备可以包括基底或用于安装所述LED的引线框。一种用于生产LED面板的方法可以包括：例如通过凸块接合将LED连结到面板，以及利用暗色或黑色包封材料淹没所述面板，使得所述LED芯片被所述暗色或黑色包封材料围绕。

Description

具有包封的发光二极管和方法
本申请是申请日为2016年3月31日，名称为“具有包封的发光二极管和方法”，申请号为201680019859.4的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本主题总体上涉及照明设备和相关方法，并且更具体而言，涉及固态照明设备和相关方法。
背景技术
近年来，在发光二极管(LED)技术方面已经有了显著改进，使得亮度和彩色保真度提高的LED已经被引入。由于这些改进的LED和改进的图像处理技术，大幅面全色LED视频屏幕已经变得可用并且现在被普遍使用。LED显示器通常包括个体LED面板的组合，其提供由相邻像素之间的距离或“像素间距”确定的图像分辨率。
旨在从远距离处观看的显示器(例如室外显示器)具有相对大的像素间距，并且通常包括分立LED阵列。在分立LED阵列中，驱动由单独安装的红、绿和蓝LED构成的群以形成对观看者而言显现为全色像素的内容。另一方面，需要较小的像素间距(例如3mm或更小)的室内屏幕通常包括承载安装在附接到印刷电路板(PCB)的单个电子器件上的红色、绿色和蓝色LED的面板，该印刷电路板控制每个电子器件的输出。
一些常规LED封装体具有覆盖LED芯片的透明密封剂，以保护LED芯片组件，从而能够有效地使用从LED封装体发射的光。本领域的技术人员常规上会将封装体部件设计成光透明的，并且不会吸收由LED产生的或通过外部源辐照封装体而产生的任何光。然而，在用于LED显示器中时，常规LED封装体中的透明密封剂和外壳的其它元件(例如金属迹线和结构元件)能够反射过多的环境光。在观看包括常规LED封装体的显示器时，如果显示器反射过多的环境背景光，客户会体验到较低的对比度，并且难以观看显示的内容。例如，如果来自太阳的反射未被最小化，客户可能会发现难以在日光条件下阅读显示的文本。使LED光源的反射最小化在其它照明应用中也是有用的。对于聚光灯和使用透镜的其它灯具，有帮助的做法是使光源位置显得更小，从而限制芯片周围的反射。
发明内容
提供了固态照明设备、系统和相关方法。例如，示例性设备可以包括：基底；设置于基底之上的多个导电迹线；一个或多个发光二极管(LED)，每个发光二极管电连接到所述导电迹线中的至少两条导电迹线；以及围绕一个或多个LED的暗或黑色包封层。根据后面的公开内容和所附权利要求，本主题的其它方面、特征和实施例将更加显而易见。
附图说明
在本说明书的涉及一个或多个实施例的其余部分中，包括参考附图，更具体阐述了本主题的完整和有效公开，在附图中：
图1A到1O是示例性固态照明设备的各种例示；
图2A是示出LED的示例性面板的示意图；
图2B是面板的一部分的截面侧视图；
图3是用于制造LED的面板的示例性过程的流程图；
图4是用于制造LED的面板的示例性过程的流程图；
图5A是示出使用Ag环氧树脂附接LED芯片502的示意图；
图5B是使用Ag环氧树脂将LED芯片502附接到迹线材料512的透视图，在迹线材料中具有沟槽518a-b；
图5C是附接LED芯片502的侧视图；
图5D是示出共面的n焊盘和p焊盘以及LED芯片502的示意图；以及
图6和图7是用于生产LED器件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在一些方面中，本文描述的固态照明设备和方法可以包括各种固态光发射器电气构造、颜色组合和/或用于提供具有改进的效率、改进的颜色混合和/或改进的显色性的固态照明设备的电路部件。与一些其它方案相比，诸如本文公开的那些设备和方法有利地成本更低、效率更高、逼真和/或更亮。
除非做出不同的定义，应当将本文使用的术语解释为与本主题所属领域的普通技术人员通常理解具有相同的含义。将要进一步理解，本文使用的术语应当被解释为具有与本说明书和相关领域语境中的相应含义一致的含义，除非在本文中明确作出定义，否则不应解释为理想化或过度形式化的意义。
在本文中参考作为本主题理想化方面的示意性图示的截面图、透视图、立视图和/或平面图来描述主题的各方面。预计到由于例如制造技术和/或公差而导致的与图示的形状的偏差，从而不应将主题的各方面解释为限于本文所示的特定形状。该主题可以体现在很多不同形式中，而不应被解释为限于本文阐述的具体方面或实施例。在附图中，可以为了清晰而放大层和区域的尺寸和相对尺寸。
除非具体叙述了没有一个或多个元件，本文使用的术语“包括”和“具有”应当被解释为开放式术语，其不排除存在一个或多个元件。本说明书始终采用类似的附图标记表示类似的元件。
将要理解，在将诸如层、区域或基底的元件称为在另一个元件“上”时，它可以直接在另一元件上或者可以存在居间元件。此外，本文使用诸如“在……上”、“在……上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”之类的相对术语来描述如图所示的一个结构或部分与另一个结构或部分的关系。将要理解，诸如“在……上”、“在……上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”之类的相对术语旨在涵盖除附图所示取向之外的该设备的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其它结构或部分“上方”的结构或部分现在将被定向为在所述其它结构或部分“下方”。
本文使用的术语“电激活的发射器”和“发射器”是同义术语，并且指代能够产生可见或接近可见(例如，从红外到紫外)波长辐射的任何装置，例如，包括但不限于氙气灯、汞灯、钠灯、白炽灯、以及包括LED或LED芯片、有机发光二极管(OLED)和激光器的固态发射器。
术语“固态光发射器”、“固态发射器”和“光发射器”是同义术语，并且指代LED芯片、激光二极管、有机LED芯片和/或优选被布置为半导体芯片的任何其它半导体器件，所述半导体芯片包括：一个或多个半导体层，其可以包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其它半导体材料；基底，其可以包括蓝宝石、硅、碳化硅和/或其它微电子基底；以及一个或多个接触层，其可以包括金属和/或其它导电材料。
本文使用的术语“组”、“段”、“线”和“集合”是同义术语。如本文使用的，这些术语一般描述如何电连接多个LED芯片，例如串联、并联、混合串/并联、公共阳极、或互斥组/段/集合之间的公共阳极构造。LED芯片的段可以通过若干不同方式被配置，并且可以具有与之相关联的各种功能的电路(例如，驱动器电路、整流电路、限流电路、分流器、旁通电路等)，例如，如共同转让且共同未决的如下美国专利申请中所述：2009年9月24日提交的美国专利申请序列号No.12/566195，2013年2月15日提交的美国专利申请序列号No.13/769273，2013年2月15日提交的美国专利申请序列号No.13/769277，2011年9月16日提交的美国专利申请序列号No.13/235103，2011年9月16日提交的美国专利申请No.13/235127，以及2014年5月20日授权的美国专利No.8729589，在此通过引用将这些美国专利申请中的每者的公开内容全部并入本文。
术语“目标(targeted)”指代被配置成提供作为照明设备的指定参数的预定义照明特性的LED芯片段的构造。例如，目标光谱功率分布可以描述在特定功率、电流或电压电平下产生的光的特性。
本文公开的设备、系统和方法可以利用红色芯片、绿色芯片和蓝色芯片。在一些方面中，用于偏蓝黄光(BSY)器件中的芯片能够以在共有、共同转让且共同未决的美国专利申请序列号No.12/257804(作为美国专利公开No.2009/0160363公开)的表1中所阐述的不同仓位为目标，在此通过引用将其公开内容全文并入本文。本文中的设备、系统和方法能够利用例如紫外线(UV)芯片、青色芯片、蓝色芯片、绿色芯片、红色芯片、琥珀黄芯片和/或红外芯片。
本文结合照明设备使用的术语“基底”指代可以在其上、其中或之上布置、支撑和/或安装多个固态光发射器(例如，LED芯片)的安装构件或元件。基底可以是例如部件基底、芯片基底(例如，LED基底)或子面板基底。可用于本文所述照明设备的示例性基底例如可以包括印刷电路板PCB和/或相关部件(例如，包括但不限于金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性电路板、电介质层压件、基于陶瓷的基底等，或具有布置于其一个或多个表面上的FR4和/或电迹线的陶瓷板、高反射率陶瓷(例如，氧化铝)支撑面板、和/或布置成容纳、支撑固态发射器和/或向固态发射器传导电力的各种材料和形态的安装元件)。本文描述的电迹线向发射器提供电力，以电激活并照亮发射器。电迹线可以是可见的和/或经由反射性盖层(例如焊料掩模材料、Ag或其它适当的反射体)被覆盖的。
在一些方面中，可以使用单个单一的基底支撑除至少一些其它电路和/或电路元件(例如，电源或电流驱动部件和/或电流开关部件)之外的固态光发射器的多个组。在其它方面中，可以使用两个或更多基底(例如，至少基本基底和一个或多个辅助基底)来支撑除了至少一些其它电路和/或电路元件(例如，电源或电流驱动部件和/或温度补偿部件)之外的固态光发射器的多个组。第一和第二(例如，基本和辅助)基底可以沿不同平面设置于彼此上方和/或下方，设置为彼此相邻(例如，并排)，具有一个或多个彼此相邻设置的共面表面，垂直布置，水平布置和/或相对于彼此以任何其它取向布置。
根据本文的主题的各方面的固态照明设备可以包括在硅、碳化硅、蓝宝石或III-V族氮化物生长基底上制造的基于III-V族氮化物(例如，氮化镓)的LED芯片或激光器芯片，包括(例如)N.C.Durham的Cree,Inc.制造和销售的芯片。这样的LED芯片和/或激光器可以被配置成进行操作以使得以所谓的“倒装芯片”取向通过基底进行光发射。这样的LED和/或激光器芯片也可以没有生长基底(例如，在去除生长基底之后)。在一些情况下，LED芯片可以包括红色III-V芯片，但不包括氮化物，例如InGaAlP、GaAsP等。
可用于本文公开的照明设备的LED芯片可以包括水平结构(两个电接触部都在LED芯片的同一侧上)和/或垂直结构(电接触部在LED芯片的相对侧上)。例如，水平结构的芯片(有或者没有生长基底)可以通过倒装芯片方式接合(例如，使用焊料)到载体基底或印刷电路板(PCB)，或者可以被引线接合。垂直结构的芯片(有或者没有生长基底)可以具有被焊接接合到载体基底、安装焊盘或印刷电路板(PCB)的第一端子，并且具有被引线接合到载体基底、电气元件或PCB的第二端子。
可以单独地或分组地使用电激活光发射器(例如固态发射器)来发光，以激励一种或多种发光材料(例如，磷光体、闪烁体、发光油墨、量子点)的发射，并在一个或多个峰值波长处产生光，或产生具有至少一种期望的感知颜色(包括可以被感知为白色的颜色的组合)的光。可以通过在发光体支撑元件或发光体支撑表面上(例如，通过粉末涂布、喷墨印刷等)应用对材料的直接涂布，向透镜添加这种材料，和/或通过在发光体支撑元件或表面内嵌入或散布这种材料，来实现如本文所述的在照明设备中包括发光(也称为“荧光”)材料。在2007年9月7日提交的Chitnis等人的美国专利申请公开No.2008/0179611中以示例方式论述了制造具有与其集成的磷光体的平面化涂层的LED芯片的方法，在此通过引用将其全部公开内容并入本文。
诸如光散射元件(例如，颗粒)和/或折射率匹配材料之类的其它材料可以与含发光材料的元件或表面相关联。本文公开的设备和方法可以包括不同颜色的LED芯片，其中一个或多个可以发射白光(例如，包括具有一种或多种发光材料的至少一个LED芯片)。
在一些方面中，可以使用一个或多个短波长固态发射器(例如，蓝色和/或青色LED芯片)来从发光材料的混合物或发光材料的分立层激励发射，发光材料包括红色、黄色和绿色发光材料。不同波长的LED芯片可以存在于固态发射器的同一组中，或者可以被提供在固态发射器的不同组中。多种多样的波长转换材料(例如，荧光材料，也称为发光体或发光介质，例如，如2003年7月29日发表的美国专利No.6600175以及2008年10月9日提交的美国专利申请公开No.2009/0184616中公开的那样，在此通过引用将其每者的全部公开内容并入本文)是本领域技术人员公知并可以使用的。在2014年8月6日提交的美国专利申请序列号No.14/453482中以示例方式论述了将多层磷光体用于LED芯片，在此通过引用将其全部公开内容并入本文。
在一些方面中，本文描述的照明设备和系统包括以不同颜色为目标的固态光发射器的多个集合(例如，一个集合以第一种颜色为目标，并且至少第二个集合以与第一种颜色不同的第二种颜色为目标)。在一些方面中，多个集合中的每个集合包括相同颜色的至少两个固态光发射器(例如，峰值波长重合)。在一些方面中，固态发射器的多个集合中的每个集合适于发射一种或多种不同颜色的光。在一些方面中，固态发射器的多个集合中的每个集合适于发射一种或多种彼此不同颜色的光(例如，固态发射器的每个集合发射不由固态发射器的另一个集合发射的至少一个峰值波长)。可以使用共同转让且共同未决的美国专利申请序列号No.14/221839中描述的电路和/或技术来提供根据本主题的以固态发射器的集合为目标并将其选择性激活的方面，先前在上文中通过引用将该申请的公开内容并入了本文。
关于固态发射器的术语“颜色”指代在其通过电流时由芯片发射的光的颜色和/或波长。
本主题的一些实施例可以使用诸如在以下文件中描述的固态发射器、发射器封装体、固定装置、荧光材料/元件、电源元件、控制元件和/或方法：美国专利No.7564180、7456499、7213940、7095056、6958497、6853010、6791119、6600175、6201262、6187606、6120600、5912477、5739554、5631190、5604135、5523589、5416342、5393993、5359345、5338944、5210051、5027168、5027168、4966862和/或4918497；以及美国专利申请公开No.2009/0184616、2009/0080185、2009/0050908、2009/0050907、2008/0308825、2008/0198112、2008/0179611、2008/0173884、2008/0121921、2008/0012036、2007/0253209、2007/0223219、2007/0170447、2007/0158668、2007/0139923和/或2006/0221272；2006年12月4日提交的美国专利申请序列号No.11/556440；在此通过引用将以上专利、公开的专利申请和专利申请序列号的公开内容并入本文，如同在此全面阐述一般。
本文使用的术语“照明设备”和“模块”是同义的并且除了其能够发光之外不受限制。亦即，照明设备可以是将区域或体积照亮的装置或设备，该区域或体积例如是结构、游泳池或温泉浴场、房间、仓库、指示器、道路、停车场、交通工具、标志(例如，道路标志、布告板)、轮船、玩具、镜子、浮式平台、电子装置、小船、飞机、体育场、计算机、远程音频装置、远程视频装置、手机、树木、窗口、LCD显示器、洞穴、隧道、庭院、路灯柱，或者照明设备可以是将外壳照亮的装置或装置的阵列，或者是用于边缘或背光照明的装置(例如，背光海报、标志、LCD显示器)、灯泡、灯泡替换物(例如，用于替换AC白炽灯、低电压灯、荧光灯等)、室外照明、警戒照明、外部住宅照明(墙壁安装、灯杆/柱安装)、天花板灯具/墙壁灯台、阁楼下照明、台灯(地板和/或餐桌和/或办公桌)、景观照明、轨道照明、任务照明、专业照明、绳索照明、吊扇照明、档案/艺术显示照明、高振动/冲击照明工作灯等、镜子/手袋照明、聚光灯、高悬空照明、低湾照明、或任何其它发光装置。
下文结合附图描述各个例示性特征。
图1A到1I是示例性固态照明设备100的各图示。设备100被示为安装在具有导电迹线的基底上，但在一些示例中，设备100可以是基于顶部没有迹线的引线框架构造或任何其它适当的构造。
图1A是示例性固态照明设备100的顶视图。设备100包括三个LED 102a-c。LED102a-c均可以具有不同的目标颜色。尽管示出了三个LED，但设备100可以包括不同数量的LED，例如一个或多个LED。例如，设备100可以是具有四个红色LED、四个蓝色LED和四个绿色LED的2×2部件。
在一些示例中，LED 102a-c具有选定的不同目标颜色，使得设备100能够作为像素进行操作，并通过为LED 102a-c的不同组合加电而在其色域内产生一定范围的颜色。例如，LED 102a-c中的一个或多个可以包括：UV、蓝色或绿色LED芯片，例如基于III族氮化物的LED芯片，包括围绕发光有源区的氮化镓的负掺杂(n型)外延层或其合金和氮化镓的正掺杂(p型)外延层或其合金；红色LED芯片，例如基于AlInGaP的红色LED芯片；白色LED芯片(例如，具有磷光体层的蓝色LED芯片)和/或基于非白色磷光体的LED芯片。
图1B是设备100的透视图。设备100可以包括基底104，基底104可以支撑用于驱动LED的一个或多个电路部件。LED 102a-c可以安装在基底104上，并且然后密封在包封层106中。包封层106可以由例如大体上暗色(例如黑色)的材料形成，在用于固态照明设备的阵列中时，这对例如提高设备100的对比度可能是有用的。
在一些示例中，首先将LED 102a-c附接到子结构，然后可以应用密封剂以生成包封层106。包封层106可以围绕LED 102a-c，例如在LED 102a-c的四个或更多侧面上围绕LED102a-c。如所示，包封层106可以在例如水平面中的全部(例如四个)侧面上围绕LED 102a-c。包封层106也可以设置在LED 102a-c之间或者设置成位于LED 102a-c之间并围绕LED102a-c。如所示，例如但并非限制，包封层106被示为围绕LED 102a-c并在其之间。在一些方面中，例如，可以通过分配或通过任何其它适当技术，向或围绕一个或多个发光二极管(LED)(例如LED 102a-c)施加密封剂或包封层。在施加密封剂之后，可以使密封剂平面化，以暴露或者接近或几乎暴露一个或多个发光二极管(LED)。可以执行密封剂的平面化，使得一个或多个发光二极管(LED)的顶表面完全或充分暴露，或使得一个或多个发光二极管(LED)(例如LED 102a-c)的顶表面大体上被暴露，以使该顶表面暴露在被完全暴露的25μm或更小之内。
包封层106可以与LED 102a-c接触或接近LED 102a-c。如果包封层106在距LED102a-c阈值距离处或小于阈值距离，可以认为包封层106接近LED 102a-c。例如但并非限制，阈值距离可以是200μm或更小，150μm或更小，100μm或更小，或50μm或更小。阈值距离可以是LED 102a-c和包封层之间的最小距离，因此包封层106的一些部分可以距LED 102a-c更远，但包封层106仍然接近LED 102a-c。
在一些方面中，发光二极管(LED)设备可以包括至少一个或多个发光二极管(LED)，并且一个或多个LED中的每者可以包括发光表面。设备可以包括包封层，该包封层包括与LED大体上共面(相差至少25μm或更小)的内层或外层。在一些方面中，设备可以包括LED基底，一个或多个LED可以设置在LED基底上或之上。在一些方面中，设备可以包括包封层，该包封层包括与LED的顶侧大体上共面(相差至少25μm或更小)的内层或外层。在一些方面中，包封层可以包括黑色包封层。
如本文中所用的，术语“暗”或“黑色”指代反射率低于阈值且透射率低于阈值的材料。例如但并非限制，该材料的反射率可以低于70％或低于50％，或者该材料的反射率可以低于4％。该材料的透射率可以为每mm厚度20％或更低，并且反射率低于70％或低于50％。
尽管包封层106被描绘为与设备100的顶部平齐，但在一些示例中，包封层106可以不与LED 102a-c的顶部平齐。例如，在一些情况下，包封层106可以例如在薄层中覆盖LED102a-c。在一些情况下，LED 102a-c可以从包封层106伸出例如某一较小程度。在一些示例中，设备100的顶部可以不平坦，例如，顶部可以向上弯曲或向下弯曲或由于例如研磨、搭接和/或喷砂而带纹理。
图1C是设备100的截面图。若干电迹线108a-c可以设置在基底104之上。迹线108a-c可以包括用于LED的安装区域，并且迹线108a-c可以被提供在基底104之上，以用于向任意数量的LED传递电流，LED可以在数量、颜色、形状、尺寸和/或芯片间距方面进行定制，以提供任何期望的发射(例如，任何期望的亮度、强度和/或颜色)。设备100还可以包括若干底部迹线110a-b。底部迹线110a-b可能对例如将设备100集成到多个固态照明设备的阵列中是有用的。
迹线108a-c可以包括利用无电镀Ag、Ni-Ag、ENIG、ENIPIG、HASL、OSP等进行精整的任何适当的导电材料，例如，Cu。可以经由镀覆(例如，经由电镀或无电镀)、沉积(例如，物理、化学和/或等离子体沉积、CVD、PECVD等)、溅射、或经由任何其它适当技术在基底104的一个或多个表面之上涂敷迹线108a-c。在一些方面中，迹线108a-c可以包括金属或金属合金，其可以包含(全部或部分)铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、钯(Pd)、铝(Al)、锡(Sn)、其组合和/或任何其它适当导体。
在一些方面中，基底104可以包括印刷电路板(PCB)、金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性印刷电路板、电介质层压体(例如，现有技术中已知的FR-4板)、基于陶瓷的基底、或用于安装LED芯片和/或LED封装体的任何其它适当基底。在一些方面中，基底104可以包括被布置为提供期望的电隔离和高热导率的一种或多种材料。例如，基底104的至少一部分可以包括电介质以在电迹线和/或固态发射器的集合之间提供期望的电隔离。在一些方面中，基底104可以包括诸如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、硅等的陶瓷、或诸如聚酰亚胺、聚酯纤维等的塑料或聚合物材料。在一些方面中，基底104包括柔性电路板，其能够允许基底采取非平面或弯曲形状，以允许利用同样以非平面方式布置的固态发射器来提供定向光发射。
在一些方面中，LED 102a-c可以是水平结构，从而可以将LED 102a-c电连接到迹线108a-b而不使用引线接合。例如，LED 102a-c的每者可以是水平结构的器件，其中每个电接触部(例如，阳极和阴极)可以设置在LED102a-c的底表面上。设备100包括管芯附接材料130，例如，焊料凸块。使用任何适当的材料和/或技术(例如，焊料附接、预制附接、焊剂或无焊剂共晶附接、硅酮环氧树脂附接、金属环氧树脂附接、热压附接、凸块接合和/或其组合)将管芯附接到LED 102a-c能够将LED 102a-c直接电连接到迹线108a-b而不需要引线接合。
在一些方面中，LED 102a-c的每者可以是不包括有角度的或倾斜表面的器件。例如，LED 102a-c的每者可以是在LED一侧(底侧)上包括共面电接触部并且光发射或透射表面的大部分位于相对侧(上侧)上的LED器件。在图1C的示例中，例如，使用焊料(或其它适当导电材料)的凸块和力、能量(例如，超声波)和/或热将LED 102a-b凸块接合到迹线108a-c。
在一些方面中，参考图1A中所示的长度和宽度，设备100可以具有小于1.6mm2的尺寸。例如，设备100的尺度可以在0.8mm×0.8mm和1mm×1mm之间。可以使用小管芯(例如，小于0.1mm2、或介于每管芯0.01mm2与每管芯0.03mm2或每管芯0.05mm2之间)的凸块接合制造设备100。参考图1B中所示的高度，设备100可以具有1.0mm的厚度或更小。例如，设备100可以具有0.8mm或0.5mm的高度。LED 102可以具有小于0.3mm的长度或宽度，例如使得设备100为0.1mm乘0.195mm，或者是0.13mm乘0.21mm，或者是0.18mm乘0.255mm。
图1C还示出了LED 102a-b的顶部上的一个或多个可选层124。例如，可选层124可以包括用于光学器件、透镜、起偏器、抗反射(AR)涂层、抗眩光、微透镜、光偏转、视差屏障、透镜阵列等的漫射层。可以向一些或所有可选层124添加磷光体或其它光转换元件。在一些示例中，LED芯片的高度140可以是大约10μm。可选层124的高度142可以是大约或小于50μm，使得LED芯片的基底与设备100的顶部相距小于50μm。结果，在光谱的可见部分中，设备100的漫反射可以是5％或更小。层124可以包括LED之上的漫射顶层或者暗色或黑色包封层或两者，以获得糙面精整或改性的发光图案。
图1D示出了具有反射涂层的可选层112的设备100，反射涂层可以被称为LED102a-b的侧面上或侧面处的一个或多个反射元件。一个或多个层112从设备100的侧面向着LED 102a-b并在LED 102a-b之间倾斜。反射涂层可以是例如填充了钛白或二氧化钛白色材料的硅酮或环氧树脂，该白色材料可以在芯片下方和侧面被润湿。在一些示例中，反射涂层可以是灰色的，例如，反射率在20和80％之间。可以选择灰色阴影以调谐平衡和对比度。较大的反射率导致来自设备100的光更亮，但一般会降低对比度。图1J示出了具有反射涂层的可选层112的设备100，该反射涂层与图1D所示的反射涂层具有不同的分布。在图1J中，可选层112大幅翻转接近LED 102a-b，并完全填充LED 102a-b之间的空间，使得可选层112与LED102a-b的顶部平齐。
图1E示出了具有一直延伸到边缘的可选底部迹线110a-b的设备100。底部迹线110a-b和边缘之间的间隙可以使用设备100上的大量的有效面积，因此使底部迹线110a-b延伸可以改善设备100的底侧上的空间使用，例如，以改进设备100的安装。例如，底部迹线110a-b可以具有设备100的基底面积的45％或更大的面积。
图1F示出了具有延伸穿过基底112的可选导电过孔114a和114c的设备100。例如，过孔114a和114c能够从顶部迹线108a和108c延伸到底部迹线110a和110b。在一些示例中，过孔可以在基底104的边缘上。通过在基底104的边缘上放置过孔，过孔可以在器件之间被共享并在分离期间被切成两半或四份。
在一些示例中，过孔是中空的，并且其可以用于防止密封剂从设备100的顶部流动通过过孔而泄漏到底侧。当在过孔之上接合LED 102a-c以使得导电凸块接合材料密封过孔时，凸块接合材料能够防止密封剂流动通过过孔。这例如对于节省与填充过孔相关联的成本是有用的。
图1G是设备100的顶视图，示出了LED 102a-c和迹线108a-d之间的示例性电连接。迹线108b例如可以是用于连接到LED 102a-c的阳极的公共电节点。迹线108a、108c和108d可以电耦合到LED 102a-c的阴极，使得每个LED可以被单独控制。
图1H是设备100的顶视图，示出了焊料掩模层中的示例性导电过孔114a-d和开口116a-f。过孔114a-d可以被配置成将迹线108a-d电耦合到基底112的底部上的迹线或者基底内或别处的迹线。开口116a-f允许将导电材料施加到迹线108a-d，以使得在安装LED102a-c时，LED 102a-c变为电耦合的，如图1G中所示。在一些示例中，焊料掩模可以是暗色或黑色(更高对比度)，并且可以将LED 102a-c的侧壁制成白色(增大亮度，对对比度的影响更小)。白色侧壁还可以帮助拓宽观察角。
图1I是基底为可选多层基底的设备100的侧视图。基底包括内部迹线层120和122。过孔114e可以绕过内部迹线层122以电耦合到内部迹线层120。使用内部迹线层例如对于信号路由(尤其是利用多像素阵列进行信号路由)可能是有用的。可以使用各种过孔技术，例如镀金属的通孔、埋层、盲孔和微过孔。
图1K是示出了LED芯片102a和迹线108a-b之间示例性相对距离的示意图。LED芯片102上的焊盘之间的距离150可以是例如40-60μm之间。迹线之间的距离(在面板中，面板迹线间隙)可以大约为或小于70μm。在一些示例中，迹线之间的距离152大于LED芯片102a上的焊盘之间的距离150。
图1L示出了具有侧壁160的设备100。设备100包括可选的涂层124和包封层106，其可以是例如白色、暗色或黑色、透明或任何适当颜色。侧壁160可以是任何适当的颜色，并且典型为白色或黑色。在一些示例中，侧壁160被形成为焊料掩模层。
图1M示出了具有可选涂层124和包封层106的设备100。包封层106可以是任何适当颜色，例如白色或暗色或黑色。包封层106不与LED芯片的顶部平齐。这可能在包封的去除比芯片更快时发生，这自然能够导致包封层106比芯片表面更低。
可以在水平面处使任何图中描绘的LED芯片的背侧(在观看图1A-图1M时为顶侧)变粗糙。使LED芯片的背侧变粗糙可以使添加额外的糙面精整层不必要。例如，使LED芯片的一侧(例如背侧)变粗糙能够减小或消除LED芯片的镜面反射。
图1N示出了具有暗色或黑色包封层106和与LED芯片接触的白色包封层170的设备100。白色包封层170围绕LED芯片并在LED芯片之间。黑色包封层170围绕LED芯片和白色包封层170两者。黑色包封层106接近LED芯片，尽管其可能不接触LED芯片。例如但并非限制，黑色包封层106的任何部分与LED芯片中的任一个之间的最小距离可以小于200μm或更小、150μm或更小、100μm或更小、或者50μm或更小的阈值距离。
图1O示出了具有可选的光遮挡特征172的设备100。通常，光遮挡特征172能够从设备100的表面，例如从最顶端的可选层124伸出或设置于其上方。光遮挡特征172可以是用于遮挡来自LED芯片的特定方向的光的任何适当形状。例如，光遮挡特征172可以是矩形或具有与LED芯片相对的边缘的矩形，从设备100倾斜远离的矩形，如图1O中所示。
也被可以称为光遮挡元件的光遮挡特征172可以由任何适当材料和工艺制造。例如，可以如参考层124和106所述的那样模制或以其它方式分配环氧树脂或硅酮。可以使用焊料掩模材料。光遮挡特征172可以被丝网印刷、分配、模制，或者可以利用适当粘合剂组装(多个)刚性片。焊料掩模材料可以具有丝网印刷，随后是图案曝光和显影。
图2A是示出LED的示例性面板200的示意图。可以使用例如图1A-图1I中例示的那些的固态照明设备的阵列作为像素来构造面板200。控制器202被配置为向面板200提供电力，并控制各个LED以在面板200上显示例如图片和视频。
通过在面板200中使用设备100，能够使面板200适合例如标志和室内/室外面板的应用。为设备100使用哑光暗色或黑色精整允许面板200内有高对比度，因为设备100能够反射较低量的光。设备100周围的不透明侧壁能够减小串扰，使得来自一个像素的光不会泄漏到相邻像素中。由于可以在面板200内避免百叶窗/网状光遮挡特征，所以相对于具有百叶窗/网状光遮挡特征的面板可以减小面板200的总体间距。例如，由于在包封层内放置了LED芯片，面板200可以具有改进的观察角。
可以使用已知不会劣化的材料来制造面板200，以改善面板200的可靠性并使面板200耐腐蚀，这对于例如室外应用而言可能是有用的。由于可以在人可以触摸的地方使用面板200，所以可以使用鲁棒的焊接和鲁棒的面板组件来制造面板200。例如，焊接可以使用与RF-4相比具有更好的对陶瓷的粘附的较大焊盘，并且可以制备面板组件，该面板组件在将面板或子面板配对时，对边缘部件具有减小的损伤。没有引线接合也可以改善可靠性。
图2B是面板200的一部分的截面侧视图。面板200包括红绿蓝(“RGB”)阵列204，可以使用诸如图1A-图1I中所示那些的固态照明设备的阵列作为像素来制造面板200。例如，可以在子面板组装阶段或在完整面板组装期间填充RGB阵列204之间的区域206。RGB阵列204可以安装在层208上，层208可以是例如母板或子面板，其可以是平坦的或弯曲凸面、凹面、圆柱形、球形或其它形状。面板200可以包括一个或多个材料片210，其被添加以用于例如保护、抗炫目、对比度、一致性外观、滤波、光定向、3D、视差屏障、透镜阵列等。例如，片210可以包括保护层。保护层可以具有糙面精整以用于减小镜面反射。糙面精整层可以是在LED或黑色包封层或两者的顶侧上的粗糙化。保护层可以包括光学层。保护层可以包括衍射元件。保护层可以包括液晶元件或偏振元件或两者。保护层可以包括光遮挡元件。
可以通过向面板或LED芯片施加导电凸块，连结面板和LED芯片，并利用包封材料淹没面板，使得LED芯片被包封材料围绕，从而生产出面板200。可以由Ag上的锡-银-铜(SAC)制造导电凸块。施加导电凸块可以包括使用无电镀或电解镀。例如，图1I中所示的设备100可以被扩展成要用于面板200中的更大阵列。
图3是用于制造LED(例如设备100)的面板的示例性过程300的流程图。在方框302中，例如，通过添加焊料或Au或任何适当材料的凸块来对面板或LED芯片进行凸块化。在该情况下，面板可以是已经形成了迹线、间隙、焊料掩模过孔等的基底的阵列。例如，面板可以来自PCB制造商。
焊料可以包括易熔金属。例如，可以将AuSn或低成本管芯附接(LCDA)金属施加到LED的焊盘；在一些示例中，可以使用锡-银-铜(SAC)或其它无Pb焊料，例如SAC 305。LED芯片上的焊盘可以是易熔或非易熔焊料。LED芯片上的焊盘的形状可以是例如圆形、正方形或其它。焊盘可以基本平坦。LCDA可以是低温管芯附接金属，例如其在低于250℃温度下熔化。
在方框304中，连结面板和LED芯片，在面板和芯片之间生成电连接。通过提供能量(力、温度、超声波)建立连结部。在方框306中，例如使用任何适当的底部填充材料可选地对芯片进行底部填充。底部填充材料可以是透明的、白色、或暗色或黑色；白色和黑色都是不透明的，并且能够遮挡通过基底的光泄漏。可以在芯片的侧面和/或底部上使用金属或电介质制成的镜子以在对对比度的影响低的情况下增大亮度。在一些示例中，可以在芯片的侧面上使用漫反射器——例如，使用与白色底部填充材料相同的材料，向上润湿芯片的侧面。
在方框308中，可选地利用白色包封涂布表面。在方框310中，利用暗色或黑色包封淹没面板。在一些示例中，例如，如果暗色或黑色包封层足够薄，则暗色或黑色包封层可以覆盖LED芯片。在一些示例中，LED芯片被配置为使得暗色或黑色包封层不会使LED芯片润湿。例如，可以使用对LED芯片的表面张力的调节来配置LED芯片，例如，以具有高的表面角。
在方框312中，对面板进行固化。在方框314中，执行可选的表面处理或涂布，例如研磨、搭接等。在方框316中，例如，使用任何适当的电气测试设备测试面板，并将面板切块成例如子面板或完整的个体部件。在方框318中，对部件进行分类、捆扎和封装。在一些示例中，可以对整个面板或各个子面板进行抛光和/或搭接和/或喷丸，以生成没有接缝的视觉上美观的精整。工艺流程的次序可以被切换或以其它方式重新排序。例如，可以在测试之前对部件进行分离。
图4是用于制造例如设备100的LED的面板的示例性过程400的流程图。在方框402中，在面板上分配Ag环氧树脂点。在方框404中，将LED芯片放置在点上并固化面板以将芯片连结到面板。
在一些实施方式中，使用Ag环氧树脂可能导致被抹掉。一种解决方案是使用具有适当开口的焊料掩模，例如，如图1H中所示。可以在开口之上进行滚压(squeegee)以分配Ag环氧树脂并放置芯片。开口可以被做成各种形状，并具有路径切口，使得在放置芯片时过多的环氧树脂将从芯片被滚压掉。可以通过任何适当的方式(例如，利用喷墨印刷)来分配Ag环氧树脂。在那种情况下，期望的点可能被稍微过量填充，并且在放置芯片时过量部分会进入渗出路径。这样可能对例如保持Ag环氧树脂点不被挤压到一起并使器件不被短路是有用的。可以向Ag环氧树脂点添加较大的颗粒，例如，以帮助控制电流测定以及LED芯片和/或面板自身的厚度。
在方框406中，例如，使用任何适当的底部填充材料可选地对芯片进行底部填充。在方框408中，可选地利用白色包封来涂布表面。在方框410中，利用暗色或黑色包封来淹没面板。在方框412中，对面板进行固化。在方框414中，执行可选的表面处理或涂布，例如研磨、搭接等。在方框416中，例如，使用任何适当的电气测试设备测试面板，并将面板切块成例如子面板或完整的个体面板。在方框418中，对面板进行分类、捆扎和封装。
图5A是示出了使用Ag环氧树脂附接的LED芯片502的示意图。芯片包括例如使用蓝宝石制成的基底504、n型层506、p型层508和钝化层510。用于LED芯片502的接触部面对面板514上的导电迹线材料512。将Ag环氧树脂516施加到迹线材料512，然后在Ag环氧树脂516上放置LED芯片502。在一些情况下，在安装过程期间，Ag环氧树脂可以流动，导致p型接触部和n型层506之间短路，这可能会干扰LED芯片502的操作。
图5B是使用Ag环氧树脂将LED芯片502附接到迹线材料512的透视图，在所述迹线材料中具有沟槽518a-b。图5C是附接的LED芯片502的侧视图。
通过向迹线材料512中雕刻沟槽518a-b，Ag环氧树脂516能够流入沟槽518a-b而不是围绕LED芯片502向上，由此防止p型接触部与n型层506之间短路或其它类型的短路。沟槽518a-b可以是任何适当形状和深度，用于接收一定量的Ag环氧树脂516，以防止短路。
图5D是示出n焊盘和p焊盘以及LED芯片502可以共面的示意图。n焊盘和p焊盘可以共面或大体上共面，即，使得n焊盘和p焊盘的底部延伸到同一平面520。如果除了正常制造偏差(例如，个体n焊盘和p焊盘的目标厚度和实际厚度之间的差异)之外，焊盘完全共面，则认为它们大体上共面。在一些示例中，术语大体上共面包括+/-25μm的最大偏差。平均偏差可以更小，例如，大约5μm。
可以制成直接附接芯片，使得焊盘接近共面，但它们未必需要那样制造。例如，可以使用焊料凸块进行附接，使得焊料中的差异补偿n焊盘和p焊盘的厚度的差异，同时使LED芯片502保持大体上水平。在一些示例中，可以使LED芯片502的极性从图5D中所示的极性反转。如所示，LED芯片502是典型的蓝色和绿色结构，但诸如红色LED芯片的其它示例可以在台面508上具有n焊盘。
图6是用于生产LED器件的示例性方法600的流程图。使用任何适当的LED制造技术在晶片上制造若干LED管芯(602)。当LED管芯在晶片上时，管芯附接材料被并入每个LED(604)。并入管芯附接材料可以包括在LED管芯上提供或形成AuSn接合焊盘。在一些示例中，并入管芯附接材料包括形成接合焊盘作为低成本管芯附接(LCDA)接合焊盘。例如，也可以使用诸如SAC 305的焊料。
将晶片切块以分离LED管芯(606)。例如，可以使用晶片锯将晶片切块。使用当LED管芯在晶片上时所并入的管芯附接材料，将LED管芯附接到至少一个基底，并且可能每个被切块的LED管芯一个基底(608)。附接LED管芯可以包括使用AuSn或其它带焊料凸块的接合焊盘执行焊剂-易熔质接合工艺。
图7是用于生产LED器件的示例性方法700的流程图。焊料凸块被模板印刷到LED或基底上(702)。LED芯片被放置到面板上(704)。例如，可以在贯穿面板的电迹线之上放置LED芯片。对焊料凸块进行回流以将LED芯片电连接到面板(706)。
尽管已经参考特定方面、特征和例示性实施例在本文中描述了主题，但要认识到，本主题的效用不受此限制，而是扩展至并涵盖众多其它变化、修改和替代实施例，如本主题所属领域的普通技术人员基于本文的公开所想到的那样。
例如但并非限制，本文公开的各方面能够提供一个或多个以下有益技术效果：提供固态照明设备的成本降低；固态照明设备的尺寸、体积或占用面积减小；效率提高；显色性提高；热管理改善；电路简化；对比度提高、观察角改善；颜色混合改善；可靠性提高；和/或DC或AC可操作性简化。
想到了本文所述结构和特征的各种组合和子组合，并且这些组合和子组合对于了解本公开的技术人员而言这将是显而易见的。可以将本文公开的各种特征和要素中的任何特征和要素与一个或多个其它公开的特征和要素组合，除非在本文中做出相反指示。对应地，在下文中主张权利的主题旨在被解释并且被理解为在其范围内并且包括权利要求的等同物，包括所有这样的变化、修改和替代实施例。

Claims (35)

1.一种发光二极管(LED)设备，包括：
一个或多个发光二极管(LED)；
反射层，围绕所述一个或多个LED，或在所述一个或多个LED之间，或者既围绕所述一个或多个LED又在所述一个或多个LED之间；以及
暗色包封层，围绕所述反射层和所述一个或多个LED。
2.根据权利要求1所述的设备，包括基底和设置于所述基底之上的多条导电底部迹线，并且其中，所述导电底部迹线覆盖所述基底的底部面积的至少45％。
3.根据权利要求1所述的设备，包括基底和设置于所述基底之上的多条导电迹线，其中，使用锡-银-铜(SAC)焊料将至少一个LED电连接到至少两条所述导电迹线。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述暗色包封层在四个或更多侧面上围绕所述LED，所述暗色包封层设置在每个所述LED之间，并且与每个所述LED接触。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述暗色包封层包括硅酮或环氧树脂，并且通过使用包括碳或氧化铁的颜料来使所述暗色包封层成为暗色。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述暗色包封层围绕每个所述LED，并且所述设备的一个侧面与所述LED的光发射表面所限定的平面平齐。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，每个LED从所述设备的发光侧面向外，并且其中，所述设备的所述发光侧包括大体上暗色的表面。
8.根据权利要求1所述的设备，包括白色包封材料层。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述白色包封材料层与所述LED的多个顶侧大体上平齐。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述暗色包封层和所述白色包封材料层两者都与所述LED的所述顶侧大体上平齐，使得所述暗色包封层和所述白色包封材料层在+/-25μm内共面。
11.根据权利要求1所述的设备，包括所述LED之上或所述暗色包封层之上或所述LED和所述暗色包封层两者之上的漫射顶层，导致糙面精整或改性的发光图案。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，至少一个所述LED包括在所述LED的同一侧上的至少两个接触部。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反射层和所述暗色包封层至少部分地与所述一个或多个LED的顶侧平齐。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述一个或多个LED是至少两个LED，并且所述反射层完全填充在所述至少两个LED之间的空间中，使得所述反射层与所述至少两个LED的所述顶侧平齐。
15.根据权利要求1所述的设备，包括所述LED之上或所述暗色包封层之上或所述LED和所述暗色包封层两者之上的附加层，所述附加层包括如下之一：
用于减小镜面反射的糙面精整；
多个光学层；
一个或多个衍射元件；
液晶元件或偏振元件或液晶元件和偏振元件两者；
磷光体层或其它光转换元件；以及
多个光遮挡元件。
16.根据权利要求1所述的设备，包括用于减小镜面反射的糙面精整层。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述糙面精整层在所述LED的顶侧或所述暗色包封层的顶侧或所述LED和所述暗色包封层两者的顶侧上粗糙化。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述糙面精整层小于50μm厚。
19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述糙面精整层是使用煅烧氧化硅形成的。
20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备的长度或宽度或长度和宽度两者小于或等于1mm。
21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述暗色包封层与所述一个或多个LED接触，或者与所述一个或多个LED相距小于200μm。
22.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反射层包括硅酮、以及二氧化钛或钛白。
23.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反射层至少部分地设置在所述暗色包封层下方。
24.一种生产发光二极管(LED)的面板的方法，所述方法包括：
将多个导电凸块施加到所述面板或施加到多个LED芯片中的至少一个LED芯片；
连结所述面板和所述LED芯片；以及
形成反射层，所述反射层围绕所述LED芯片，或在所述LED芯片之间，或者既围绕所述LED芯片又在所述LED芯片之间；以及
形成暗色包封层，所述暗色包封层围绕所述反射层和所述LED芯片。
25.根据权利要求24所述的方法，包括：在形成所述暗色包封层之前，利用白色包封材料涂布所述面板。
26.根据权利要求24所述的方法，包括：对所述面板的表面进行研磨、搭接、砂磨、磨光、打磨和/或介质喷洒，导致糙面精整或使所述LED芯片与所述暗色包封层平齐或在所述暗色包封层上方或下方25μm或小于25μm处。
27.根据权利要求24所述的方法，包括：使用材料去除工艺，所述材料去除工艺包括研磨和/或搭接多个所述LED芯片，使得所述LED芯片的多个顶表面大体上共面。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述导电凸块是焊料膏。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述焊料膏被模板印刷在所述面板上。
30.根据权利要求24所述的方法，包括：在所述LED芯片或所述暗色包封层或所述LED芯片和所述暗色包封层两者之上添加漫射顶层，导致糙面精整或改性的发光图案。
31.根据权利要求24所述的方法，其中，所述反射层和所述暗色包封层至少部分地与所述一个或多个LED的顶侧平齐。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述反射层完全填充在所述LED芯片之间的空间中，使得所述反射层与所述LED芯片的所述顶侧平齐。
33.根据权利要求24所述的方法，其中，所述暗色包封层与所述LED芯片接触或者与所述LED芯片相距小于200μm。
34.根据权利要求24所述的方法，其中，所述反射层包括硅酮、以及二氧化钛或钛白。
35.根据权利要求24所述的方法，其中，所述反射层至少部分地设置在所述暗色包封层下方。
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