TWI419348B - 具增強熱傳導性的照明組件 - Google Patents

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TWI419348B
TWI419348B TW096109127A TW96109127A TWI419348B TW I419348 B TWI419348 B TW I419348B TW 096109127 A TW096109127 A TW 096109127A TW 96109127 A TW96109127 A TW 96109127A TW I419348 B TWI419348 B TW I419348B
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John Charles Schultz
Nelson Boyd O'bryan
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Description

具增強熱傳導性的照明組件
本發明係關於產生大量熱之電子裝置，且具體而言係關於諸如發光二極體(LED)裝置等光源及其在液晶顯示(LCD)裝置上之使用、其組件，及相關物品及製程。
由於LED之相對小尺寸、低功率/電流需求、快速響應時間、長使用壽命、結實之封裝、各種可用輸出波長及與現代電路架構之相容性，LED部分地係光源之所要選擇。該等特性可幫助解釋其在過去幾十年中在大量不同之最終用途應用中得到廣泛使用。繼續在效率、亮度及輸出波長領域對LED做出改良，從而進一步擴大潛在之最終用途應用之範圍。
最近，LED已開始在LCD電視裝置以及其他類型之照明、標記及顯示系統中之照明單元中用於背光目的。對於多數照明應用而言，需要具有複數個LED以供應所需光強度。由於其相對小之大小，尤其是若使用未封裝或裸晶粒之LED，則可將複數個LED裝配成具有小尺寸及高亮度或輻照度之陣列。
可藉由增加該陣列中個別LED之填充密度達成一LED陣列之光密度之增加。填充密度之增加可藉由增加該陣列內LED之數量而不增加該陣列所佔據空間或藉由維持該陣列中LED之數量並減小陣列尺寸來達成。然而，將大量LED緊密填充於一陣列中係一長期可靠性憂慮，此乃因即使採用一全效導熱機構，局部發熱亦會降低LED之預期使用壽命。因此，驅散由LED陣列產生之熱量隨LED之填充密度增加而變得愈加重要。
於其他應用中，即使是彼等不具有高填充密度之應用，LED晶粒之驅動電壓/電流、大小及亮度亦會增加，導致LED晶粒周圍之局部溫度增加。因此，每一LED晶粒之位置處以及在陣列上需要更好的熱量驅散。
習用LED安裝技術使用諸如美國專利公開申請案第2001/0001207A1號(Shimizu等人)中所說明之封裝，其不能將LED中產生之熱量快速傳送出LED。因此，裝置效能受到限制。最近，熱增強封裝已變得可用，其中將LED安裝及佈線於電絕緣但導熱之基板(例如陶瓷)上，或與導熱通孔陣列(例如，美國專利申請公開案第2003/0001488A1號(Sundahl))連接，或使用一引線框電接觸一附裝至導熱及導電熱傳送媒體(例如，美國專利申請公開案第2002/0113244A1號(Barnett等人))上之晶粒。美國專利申請公開案第2005/0116235A1號(Schultz等人)中揭示一種具有改良之熱性質之照明組件，其中一照明組件包括複數個安置於一基板上之LED晶粒，該基板在其第一側上具有一電絕緣層且在該基板之第二側上具有一導電層。每一LED晶粒係安置於一透過該基板第一側上之電絕緣層延伸至該基板第二側上之導電層之通孔中，且每一LED晶粒透過該通孔熱連接及電連接至該導電層。該導電層經圖案化以界定複數個電隔離之散熱元件，而該等散熱元件又依次毗鄰一散熱組件佈置。
儘管更新之方法改良了LED陣列之熱性質，但仍繼續需要改良之熱性質、更低成本及更簡化之製程。
本申請案揭示，其中，包括一基板之照明組件，該基板具有由一電絕緣層分離之第一及第二導電層。該絕緣層包括一載有導熱粒子之聚合物材料。該導熱粒子之至少一部分接觸該第一及第二導電層兩者。複數個光源較佳設置於該第一導電層上。該等導熱粒子較一載有大致小於該絕緣層厚度之粒子的電絕緣層產生一為低之熱阻抗。
於實例性實施例中，該等導熱粒子係分佈在該等LED晶粒附近。於一些實施例中，改變第一及第二導電箔及電絕緣層以控制基板之光學性質。該絕緣層可亦包括相同之載有粒子之聚合物材料，該等具有高相對介電常數之粒子電接觸兩個導電層。該等介電粒子之至少一部分同時接觸第一及第二導電層兩者，產生一較可藉由向該介電層加載大致小於該介電層厚度之粒子所獲得之更高效之介電常數。
本申請案之該等及其他態樣可藉由下文詳細闡述而更加明晰。然而，在任何情況下均不應將上述概要內容視為對所申請主題之限制，此主題僅由隨附申請專利範圍來界定，且該等申請專利範圍可能會在執行過程中加以修改。
下述內容說明瞭一包括LED晶粒之照明組件。關於此，"發光二極體"或"LED"係指一發出光(無論是可見、紫外還是紅外光)之二極體。其包括作為"LED"銷售的不聯貫的封閉式或囊封式半導體裝置，無論其為傳統類或超輻射類，及無論其為前發出或側發出類，其中後者在顯示應用中經常係有利的。若LED發出諸如紫外光等不可見光，且於某些其發出可見光之情形中，LED可經封裝以包括一有機或無機磷(或其可照射一安置於遠處之磷)以將短波長光轉換為長波長可見光，以在某些情形下產生一發出白光之裝置。一"LED晶粒"係一表現為其最基本形式之LED，亦即，表現為藉由半導體處理程序所製造的一個別組件或芯片之形式。舉例而言，LED晶粒通常係由一個或多個III族元素與一個或多個V族元素之組合(III－V半導體)形成。適合之III－V半導體材料之實例包括氮化物(例如，氮化鎵)及磷化物(例如，磷化鎵銦)。亦可使用其他類型之III－V材料，如可能係來自週期表中其他族之無機材料。組件或晶片可包括適用於電力應用之電觸點以激勵裝置。實例包括銲料回熔、銲線接合、捲帶自動接合(TAB)或覆晶接合。組件或晶片之個別層及其他功能性組件通常形成於晶圓片上，且隨後，可將該成品晶圓切割成若干個別片部分以產生大量LED晶粒。LED晶粒可經組態以供表面安裝、板上晶片或其他已知安裝組態之用。某些經封裝之LED係藉由在一LED晶粒及一相關聯反射器杯上形成一聚合物囊封劑而製成。
現轉至圖1，其圖解說明一照明組件10之一部分之透視圖。該照明組件10包括安置於一基板30上一陣列內之複數個LED晶粒20。LED晶粒20可經選擇以發出一諸如在紅色、綠色、藍色、紫外或紅外光譜區內之較佳波長。LED晶粒20可分別在同一光譜區或不同光譜區內發光。於某些情形中，LED晶粒20通常為250 μm高。
基板30包括一界定基板之頂表面34之第一導電層32，及一界定基板30之底表面38之第二導電層36。第一及第二導電層32、36藉由一具有藉由電絕緣、導熱粒子42(如圖3－7中圖解說明)提供之增強熱傳導性之電絕緣層40分離。如所圖解說明，第一導電層32經圖案化以形成電路跡線41，並將LED晶粒20安置於並電連接至第一導電層32。所圖解說明之電路跡線41僅係實例性。
於圖1之照明組件10中，LED晶粒20係在LED晶粒之對置側(稱作晶粒之底表面及頂表面)上具有電觸點之類型。每一LED晶粒20基部上之觸點均電連接及熱連接至一直接位於LED晶粒20下方之電路跡線41。每一LED晶粒20頂部上之觸點藉由一自LED晶粒20延伸之銲線接合39電連接至電路跡線41之另一部分。為達成良好之銲線接合，第一導電層32可包括一鎳及金之表面金屬化層(舉例而言)。
第一及第二導電層32、36包括一諸如金屬或導電塑膠等導電材料，例如一載有諸如銀片等導電材料之聚合物。於實例性實施例中，第一及第二導電層32、36包括或本質上由一金屬箔組成。合適之金屬包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈀、錫、鉛及其組合，例如，包鋁銅箔。當第一及第二導電層32、36係金屬時，該金屬較佳具有一在或低於固化電絕緣層40之聚合物材料所用溫度之退火溫度，或於塗佈該電絕緣層40之前使該金屬退火。
於一些實施例中，選擇第一導電層32之材料以為特定應用提供所要之光學性質(例如，反射比、色彩、漫射、繞射、或該等性質之一組合)。於其他實施例中，第一導電層32之頂表面34之光學性質係藉由鍍覆及/或塗佈以提供所要之光學性質來增強。於一些實施例中，鍍覆頂表面34並隨後塗佈該鍍覆層之暴露表面以改良光學效能。合適之塗佈及鍍覆材料包括銀、鈍化銀、金、銠、鋁、增強反射率之鋁、銅、銦、鎳(例如浸漬、無電解或電鍍鎳)、鉻、錫及其合金。於一些實施例中，一塗佈可包括一白色塗佈，例如一高反射率之白色聚合物(例如，Pelham,NY之Spraylat Corporation公司銷售之Starbrite EF反射塗佈)。多層介電堆疊亦可安置於第一導電層32之表面34上以增強反射率。合適之塗佈亦可包括金屬及半導體氧化物、碳化鈣、氮化物及其混合物和化合物。相依於既定應用，該等塗佈可係導電或電絕緣。合適之塗佈方法包括濺鍍、物理氣相沈積及化學氣相沈積。塗佈製程可視需要係離子輔助式。導電層32及其上之鍍覆層或塗佈層之光學性質亦可藉由控制表面34及/或前述鍍覆層及塗佈層之表面34之紋理來修改。舉例而言，在某些情形中一光學上光滑之表面光潔度可係較佳，而在其他情形中一不光滑或略粗糙之表面光潔度可係較佳。於其他實施例中，亦可將光學膜(例如3M公司銷售之VikuitiTM 增強型鏡面反射(ESR)膜)應用於第一層導電層32之一個或兩個主要表面上以增加所要之光學性質(例如，鏡面或漫反射率)。
通常，第一及第二導電層32、36具有一自0.5至8密耳(約10至200 μm)、更佳為0.5至1.5密耳(約10至38 μm)之厚度範圍。於一些情況下，期望第一及第二導電層32、36之每一者應厚於電絕緣層40。於其他情況下，期望第一及第二導電層32、36之每一者或各自應薄於電絕緣層40。於一些情況下，第一導電層32之厚度約相同於第二導電層36之厚度。於其他情況下，第一導電層32之厚度不同於第二導電層36之厚度。於一些情況下，第二導電層36之厚度大於第一導電層32之厚度，使得第二導電層36更有效地用於從一LED晶粒20之位置橫向散佈熱量，同時允許第一導電層32上良好之電路特徵。
基板30之第二導電層36係毗鄰一散熱器或散熱組件50佈置，並藉由一熱介面材料層52熱耦合至該散熱器或散熱組件。舉例而言，散熱組件50可係一由導熱金屬(例如鋁或銅)或導熱電絕緣材料(例如一填充碳之聚合物或其組合)製成之散熱裝置，通常稱作一散熱器。熱介面材料層52可包括任何合適之材料，其中包括黏著劑、潤滑脂及銲料。舉例而言，層52之熱介面材料可係一導熱、電絕緣黏著劑材料，例如一載入有氮化硼之聚合物(例如3M公司銷售之3MTM 導熱黏著劑TC－2810)，或一導熱、導電材料，例如一填充銀之化合物(例如，美國加州Visalia之Arctic Silver Incorporated公司銷售之Arctic SilverTM 5高密度聚合型銀熱化合物(polysynthetic silver thermal compound))。較佳地，散熱組件50具有一儘可能小之熱阻抗，較佳小於1.0℃/W。於一些情況下，散熱組件50較佳具有一在0.5至4.0℃/W範圍內之熱阻抗。層52之材料所要地具有一在0.1至100 W/m－℃範圍內且較佳至少為1 W/m－℃之導熱率。
於一項實施例中，省略第二導電層36及熱介面材料層52，使得電絕緣層40直接接觸散熱組件50。
圖1之第一導電層32之圖案可最佳地見於圖2中。如上文所述，第一導電層32經圖案化以界定複數個電路跡線41。每一電路跡線41經定位以電耦合及熱耦合至一相關聯之LED晶粒20，且亦耦合至一相關聯銲線接合39，以基於特定應用之需求使至少某些LED晶粒20串行電連接、並行電連接或如圖2中所示其之組合。如圖2中最佳可見，替代將第一導電層32圖案化以僅提供窄傳導銲線跡線來電連接LED晶粒20，第一導電層32可經圖案化以僅移除電隔離電路跡線41所必需多之導電材料，從而留下盡可能多之第一導電層32擔當一藉由LED晶粒20所發出光之反射器。留下盡可能多之第一導電層32亦導致更寬之電路跡線41並允許高功率裝置(例如LED)所需之高電驅動電流。該寬電路跡線亦有助於在層32上橫向散佈LED熱源。於一些實施例中，第二導電層36亦可經圖案化形成更高之電路複雜度，尤其是當使用一電絕緣熱介面材料層52時。
基板30之各個部分可經圖案化以接納一單個LED晶粒、晶粒叢集或LED晶粒排或列。LED晶粒可包括互補色二極體或不同之白色色溫。於一些實施例中，將多於一個LED(例如，分別具有紅色、綠色及藍色輸出之LED)緊密定位於一局部區域內以產生表觀白光。LED晶粒之定位或LED晶粒與一可選囊封劑及/或一光學膜之組合之定位可經組態以增強色彩混合。
圖3係一沿圖2之線3－3截取之放大剖面圖。LED晶粒20位於第一導電層32之頂表面34上，並藉助銲線接合39，及一各向同性導電黏著劑(例如，可自Elverson,Pa.,U.S.A.之Metech Incorporated公司購得之Metech 6144S)或一各向異性導電黏著劑層60或銲料電連接至第一導電層32之電路跡線41。銲料通常具有一較黏著劑更低之熱阻，但並非所有LED晶粒皆具有可銲接之基本金屬化層。由於處理期間經熔化銲料之表面張力，銲料附著亦可具有LED晶粒20自我對凖之優勢。可為某些LED晶粒20供應一高溫80/20金/錫銲料，該銲料可經回流以形成一能夠耐受高達260℃之後續銲接處理之極穩定、低熱阻介面。然而，某些LED晶粒20可能對銲料回流溫度敏感，使得在層60中較佳使用一黏著劑。
現參照圖4，另一照明組件之剖面圖顯示一在LED晶粒之同側而非如同圖1－3之銲線接合實施例中在該二極體之對置側上具有兩個電接觸墊之LED晶粒20'。相依於LED晶粒20'之設計，光自與該等接觸墊對置之二極體20'側或自與該等接觸墊相同之二極體20'側發出。如同圖1－3之銲線接合LED晶粒20，導電黏著劑、各向異性導電黏著劑或銲料回流係可用於將LED晶粒20'附裝至第一導電層32之附裝方法中之方法。
如圖3及圖4中所圖解說明，基板30之電絕緣層40包括一載有增強絕緣層40之導熱性之電絕緣、導熱粒子42之電絕緣聚合物黏著劑材料。導熱粒子42之至少一部分之大小應足夠同時接觸第一及第二導電層32、36。大導熱粒子42(亦即，大小與絕緣層40之厚度相同或較之更大之粒子)提供較高加載之小導熱粒子(亦即，其大小小於絕緣層40之厚度之粒子)更高之導熱率，乃因大導熱粒子42在不介入不利地影響導熱率之絕緣層40之介電材料的情況下提供一透過絕緣層40之直接熱路徑。因而，第一與第二導電層32、36之間的熱阻抗僅受絕緣層40中之導熱粒子42之導熱率及導熱粒子42之水平加載限制。絕緣層40之聚合物材料在第一與第二導電層32、36之間提供黏著劑及導熱粒子42。
除同時接觸第一及第二導電層32、36兩者之大導熱粒子外，絕緣層40亦可包括其他不同時接觸該第一及第二導電層32、36之粒子(例如，小於絕緣層40之厚度之粒子)。於一些實施例中，這些其他粒子進一步增強絕緣層40之導熱率。於一些實施例中，這些其他粒子增強絕緣層40之其他性質(無論係電子、光學、及/或機械)。於一項實施例中，其他不同時接觸該第一及第二導電層32、36之粒子具有一至少係100之介電常數。
於一項實施例中，大粒子42(例如，同時接觸第一及第二導電層32、36兩者之粒子)之所有或一部分由一具有一至少係10之介電常數之材料組成。該等接觸導電層32、36之大的、高介電係數粒子可增加有效介電常數並因此增加絕緣層40之電容。與在導熱情況中一樣，可使小介電及/或導熱粒子(例如，不同時接觸第一及第二導電層32、36兩者之粒子)與大粒子混合以進一步提供對材料之導熱率及/或相對介電常數之增強。
在圖3及圖4中，導熱粒子42係圖解說明為部分延伸進該第一及第二導電層32、36中或使第一及第二導電層32、36變形。相依於粒子42、第一導電層32及第二導電層36之相對硬度，粒子42或者使第一及第二導電層32、36變形或者被第一及第二導電層32、36變形。參見圖5A－5C，其顯示粒子42A使兩個導電層32、36變形(圖5A)；顯示粒子42B使一個導電層(亦即，導電層32)變形並被其他導電層(亦即，導電層36)變形(圖5B)；及顯示粒子42C被導電層32、36兩者變形(圖5C)。
在圖3及圖4中，導熱粒子42均勻地分佈在整個絕緣層40中。具有一大於絕緣層40之最終厚度之大小之導熱粒子42之均勻分佈可藉由(舉例而言)將粒子置於一先前形成之層40上或藉由使用一溶劑塗佈製程達成。可藉由噴塗、篩選或其他沈積粒子將粒子42塗佈於一藉由溶劑或無溶劑塗佈製程先前形成之層40上，以在層40上形成雖密度局部不規則但整體均勻之粒子。塗佈前，粒子42亦可與樹脂基質組合。舉例而言，一載有導熱粒子42之濕樹脂層可塗佈於第一及第二導電層32、36之一者或兩者上，該濕層具有一可大於導熱粒子42之大小之初始厚度。乾燥該濕樹脂使材料之厚度收縮並導致一薄於導熱粒子42之最終黏著劑厚度。通常，電絕緣層40之厚度係介於自約0.5至約50 μm之範圍內。
合適之樹脂包括環氧樹脂及其混合物。市售之環氧樹脂包括Resolution Performance Products銷售之EponTM 1001F環氧樹脂及Vantico公司銷售之XP71756環氧樹脂。實例性樹脂可耐受將在一典型銲料回流作業中遭遇之溫度，例如在約180℃至約290℃之範圍內。較佳地，該樹脂可耐受對300℃以上溫度之短期暴露，該溫度係共用於LED晶粒附裝之80/20金/錫銲料回銲所需。該等樹脂可經乾燥或固化以形成電絕緣層40。
於其他實施例中，如圖6中所圖解說明，導熱粒子42係以特定圖案非均勻地分佈在整個絕緣層40中。於一項實施例中，導熱粒子42經圖案化以便更集中或僅存在於附裝有要求良好散熱性之高功率裝置(例如LED晶粒20、集成電路芯片等)之區域內。在圖6中，導熱粒子42係叢集在LED晶粒20附近。導熱粒子42之圖案化可藉由獨立於塗佈絕緣層40之聚合物黏著劑材料而分配導熱粒子42來達成。導熱粒子42之佈置獨立於黏著劑塗佈製程係可能，乃因由於大導熱粒子42直接接觸第一及第二導電層32、36，因而無需粒子之高負載來達成低熱阻抗。絕緣層40之熱阻抗係一粒子42加載、粒子42使導電層32、36變形及/或被導電層32、36變形之程度、亦及粒子42自身之類型及結晶結構之功能。
舉例而言，可使用至少一個遮罩(例如，一模版、模板、蜂巢式材料、網狀物等)將導熱粒子42圖案化至一先前塗佈之黏著劑層上，其中該遮罩於其中具有開孔並經由該遮罩中之開孔將導熱粒子42篩選或者分佈到一可臨時及/或長期支撐或承載至少某些粒子之載體或基板上。遮罩與載體之組裝容納一些粒子，其中一些經由遮罩之開孔並固定或停留在載體上，而另一部分到達該遮罩上並停留在開孔之間的遮罩上。遮罩之外表面(對置於毗鄰該載體之表面)較佳地設置有粒子黏著至其上之黏附構件以將該等粒子固持在該遮罩之外表面上。然後，使其上附著有粒子之遮罩與載體分離，所分離之遮罩藉此有效且高效地移除複數個不構成最終產品之一部分的粒子。結果係載體上粒子之一分佈圖案。該等粒子係根據遮罩之設計、主要係根據遮罩之開孔大小、形狀及分佈以及粒子之大小及形狀而分佈於載體上。從而在載體上提供有粒子之一程式化或非任意分佈。
載體上粒子之支撐或臨時保持力可藉由載體及/或粒子之特性以及載體或粒子之表面特性(例如，施加到載體及/或粒子上之塗佈材料、含水量、濕度、重量、(重力溫度之應用)溫度(例如負溫度)、磁化、靜電、放電狀態等)提供。此外，將粒子置於載體上之後，可施加更多的物質以更持久將該等粒子黏附到載體上。在將該等粒子固定到載體上之前、過程中或之後可自載體上移除該遮罩。在將該等粒子置於載體上並移除該遮罩後，此組件受到進一步之處理。
作為進一步處理之結果，將粒子42載入絕緣層40中。於一項實施例中，載體係其上塗佈有一黏著劑樹脂之導電層32、36中之至少一者。美國專利案6,478,831(Tselesin)中所述之將一遮罩及載體用於分配磨料粒子係例證性。
可使用此項技術中習知之將粒子施加到背襯上之靜電或磁性塗佈技術較佳地使粒子42定位成粒子42之大部分從絕緣層40之黏著劑樹脂中凸出。在靜電塗佈過程中，對該等粒子施加靜電放電，且此推動粒子朝向塗佈黏合劑前驅體之物件。磁性塗佈包括使用磁場將磨料粒子推向並進入黏合劑前驅體。
如上文所述，粒子42經選擇以增強絕緣層40之導熱性。任何合適之材料可經選擇以用於此目的。於實例性實施例中，粒子42係由碳化矽、氧化鋁、氮化硼、鑽石或更複雜之工程材料(例如具有電絕緣塗層或奈米粒子之金屬粒子)組成。粒子42係介電質(電絕緣)以防止導電層32、36之間電短接。然而，於一些實施例中，在特定位置導電層32、36之間的電連接係所要，且在彼等位置處層40中可包括有大導電粒子。
實例性相對高之介電粒子包括鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、氧化鈦、鋯鈦酸鉛、硼、氮化硼、鑽石、氧化鋁、鈹、矽、以及彼等材料之其他碳化物、氧化物及氮化物，及其化合物或混合物。可自日本東京之Nippon Chemical Industrial公司購得商標為"BESPA AKBT"之一市面可得之鈦酸鋇。
實例性導電粒子可包括導電或半導體材料(例如碳、石墨、金屬或合金粒子)，其中金屬可係銀、金、鎳、銅錫、或塗覆有金屬之聚合物粒子或塗覆金屬狀之聚合物粒子。
導熱粒子42可係任何形狀且可有規則或無規則地成形。實例性形狀包括球體、薄片、立方體、針狀、橢圓、橢球體、角錐體、角柱體、片、杆狀、板狀、纖維狀、屑狀、須狀及其混合物。粒子之大小，亦即，粒子之最小尺寸通常自約0.05至約50 μm不等。粒子可完全係相同大小，或可使用不同粒子大小之混合物。導熱粒子42之形狀及大小經選擇以確保粒子42之至少一部分同時接觸第一及第二導電層32、36兩者。粒子42之至少一部分具有一足以同時接觸該第一及第二導電層32、36之大小。於一些實施例中，粒子42之平均大小可大於電絕緣層40之厚度。於一些實施例中，大體上每一粒子42均具有一大於電絕緣層40之厚度之大小。
聚合物中粒子42之載入量以電絕緣層40之總體積計通常佔體積之10至75%。如上文所述，粒子42之分佈可係均勻或圖案化。聚合物中粒子42之高載入量可能會造成聚合物與導電層32、36之間的黏著性之減少。然而，可採用技術中已知之用於改良黏著性之技術。舉例而言，鄰接絕緣層40之第一及第二導電層32、36之表面可經處理以向絕緣層40提供改良之黏著性。用於提供改良黏著性之實例性表面處理包括5－胺基苯并三唑及3－環氧丙醇三甲氧基矽烷、電暈放電、電漿灰化/蝕刻、自組裝單分子層、及反應層，以將樹脂基質材料固定至第一及第二導電層32、36。金屬層亦可藉助防腐蝕處理來處理以改良黏著性(例如，對銅使用鋅/鉻處理)。在另一用於改良黏著性之技術中，與含粒子樹脂相匹配之無粒子樹脂可係表層塗佈至一個或兩個導電層32、36上並部分固化。然後，使部分固化之無粒子樹脂接觸含粒子樹脂並完全固化。當然，粒子42亦可係以一類似方式予以表面處理，以改良與聚合物之黏著性。
除改變絕緣層40之熱性質外，聚合物材料及/或粒子42亦可經選擇以改變絕緣層40之電、光學及/或機械性質。當電設計在LED附近包括大面積的暴露電絕緣層40時，亦可增強電絕緣層40之光學性質(例如，反射率、漫射率、透明度)。
可選擇聚合物材料及/或粒子42以增強絕緣層40之反射率。舉例而言，絕緣層40可載入有白色漫射材料(例如BaSO4 、TiO2 )或高折射率材料(例如鑽石、SiC、Al2 O3 )或反射材料(例如銀片或奈米粒子材料)或藉助電/磁構件經定向以達成所要光學性質之材料(例如鐵電材料，如PLZT)。或者，可選擇聚合物材料及/或粒子42以使絕緣層40大致透明。於此情形中，可選擇或改變第二導電層36之經塗佈側之光學性質以提供所要特性(例如，反射率、漫射率)。於其他實施例中，選擇聚合物材料及/或粒子42以使絕緣層40具有所要之外觀色彩。
於該等實施例之每一者中，可在每一LED晶粒20上提供一囊封劑以幫助耦合來自晶粒之光，及/或優先地將所發出光引導至絕緣層40以由絕緣層40反射(鏡面反射或漫反射)、偏光或波導。可藉由預先形成導電層32、36之內主要表面(亦即，電絕緣層40與第一導電層32及第二導電層36之介面)來針對具體光學性質設計絕緣層40之宏觀、微觀及奈米結構。舉例而言，可藉由化學(顆粒蝕刻)、機械(浮雕)或光學(雷射剝離)手段來構造一銅箔之內表面。將結構壓印至絕緣層40上，該絕緣層之表面呈現該金屬薄膜預成型物之逆象或鏡像。絕緣層40之光學性質亦可藉由將一個或多個磷或螢光材料添加至絕緣層40中來加以修改以使入射輻射波長中出現移位。該等波長轉換情形中史托克移位能量之有效移除係一額外益處。
本文所述實例性實施例在結合習知囊封劑及/或習知光學膜時會尤其有益。舉例而言，可在不降低LED晶粒光輸出之前提下，在LED晶粒20上或周圍使用具有一磷層(用於色彩轉換)或者以其他方式含有磷之囊封劑。圖7顯示一與圖6中類似之照明組件之一部分，但其中一可選囊封劑90覆蓋該LED晶粒20，且一個或多個可選光學膜92(例如一漫射膜、一偏光膜(例如自3M公司購得之VikuitiTM DBEF膜之任一者)或一紋理表面膜(例如自3M公司購得之VikuitiTM BEF膜之任一者))與該組件組合使用。若需要，則一單個囊封劑可囊封多個LED晶粒，無論其為相同或不同之發射色彩。
現參照圖8，在製造一照明組件10過程中，提供一如上文所述之基板30，例如藉由展開該基板之供給輥100並於圖案化台102處將第一導電層32圖案化以形成所要之電路跡線41。可使用任一傳統電路建構技術達成層32之圖案化。於晶粒附裝台104處使用上文所述之習知及習用晶粒附裝及銲線接合方法將LED晶粒20附裝至經圖案化之第一導電層32。然後，視需要於囊封台106處施加囊封劑90，隨後在將其上具有LED晶粒20之基板30捲至捲取輥110上之前固化該囊封劑。於一些情況下，不是以一捲軸式方式處理，而是在一剛性或半剛性載體上將基板30面板化且對其批處理。於一些情況下，替代將其上具有LED晶粒20之基板30捲至捲取輥110上，將其以一定間距切割開以提供複數個照明組件條、板或其他適合安裝於背光中之形狀，供用於(例如)背光式顯示、信號或圖像中。於再其他情形中，捲取輥110可變成一供後續處理步驟使用之供給輥。
現參照圖9A－9D，圖解說明一上文所述用於製造基板30之實例性方法。藉由(例如)展開導電層36之一供給輥120來提供第二導電層36，且在一黏著劑塗佈台122處，將一電絕緣黏著劑層124施加到導電層36上。黏著劑層124視需要載有介電粒子(未顯示)。在一熱粒子施加台126處，將導熱粒子42施加到黏著劑層124上。於一項實施例中，將導熱粒子42均勻地施加到黏著劑層124上。於另一項實施例中，將導熱粒子以一預定圖案施加到黏著劑層上。於一項實施例中，使用此項技術中所已知之溶劑塗佈方法將粒子42施加到一濕樹脂中，從而當樹脂乾燥時，粒子42凸出在乾燥之樹脂層128之表面之上。在一層壓台130處，自供給輥134上提供第一導電層32(視需要其具有一電絕緣黏著劑層124'，其亦可包括粒子42)且將其壓靠在第二導電層36及其上之粒子42上，以強迫粒子42穿過黏著劑層124、124'並使導電層32、36部分地變形及/或被導電層32、36部分地變形，從而形成基板30。然後，將基板30捲至捲取輥140。捲取輥140可變成用於關於圖8中所述之後續處理步驟之供給輥100。於一些情況下，替代係捲至捲取輥140上，基板30之處理直接繼續至關於圖8中所述之處理步驟。
實例1
使用散佈在一黏合劑中之鑽石粒子製成一基板。該散佈以重量計係92%之鑽石，且包括多個鑽石粒子大小之混合物。粒子大小分佈平均係0.25、3及30微米，且每一粒子大小之重量比係1：2：4。在該等例子大小分佈中，如供貨商所測量，最大粒子大小可達47微米。黏合劑係一可自Resolution Performance Products之Heloxy 71商標購得之熱固環氧樹脂。塗佈前，使用甲基異丁酮稀釋100%之顆粒混合物。使用一帶有一100微米縫隙之刮刀式塗佈機，隨著滾動，給1盎斯銅箔塗佈載有鑽石之黏著劑並於室溫下風乾四個小時。風乾後，在140℃及40英鎊負載下使用一24英吋夾持輥將該經塗佈之銅箔碾壓成一相同之未塗佈箔。在碾壓塗佈層時，有一些載有鑽石之黏著劑流出，導致一更薄之塗佈厚度。然後，碾壓材料於160℃下固化3個小時。最大粒子大小可達47微米，其與碾壓壓力一起決定了最終之介電層厚度。合成基板具有一40微米厚之介電層。鑽石粒子看上去使兩個銅層變形。如使用定製熱阻抗量測設備在3M處所量測，取樣中40微米介電層厚度具有約為1 cm2 ℃/W之熱阻抗。顯著地，40微米厚度取樣之熱阻抗約與一8微米C－ply取樣(從3M公司以3MTM Embedded Capacitor Material商標可購得)之熱阻抗相同，儘管在厚度上有5倍之差異。
實例2
在24英吋真空條件及180℃下使用一真空衝壓碾壓實例1中所述之一鑽石環氧樹脂塗層並固化達2個小時。藉助此方法獲得之所形成取樣之介電層厚度係30微米，薄於實例1中藉由熱輥碾壓所製備之取樣。
所揭示之基板不僅可與上文所述LED晶粒一起使用，亦可與其他電路組件(尤其是其他類型之微型光源或其他產生大量熱量之組件)一起使用。因此，吾人涵蓋類似於前文所揭示照明組件之組件，但其中LED晶粒之一些或全部由雷射二極體、有機發光二極體(OLED)、功率電晶體、積體電路(IC)及有機電子中之一者或多者所替代。
除非另有指示，否則，本說明書及申請專利範圍中用於表示數量、性質量測及諸如此類之所有數值皆應理解為在所有情況下由術語"大約"來修飾。因此，除非另有指示，否則，上述說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數係近似值，該等近似值可端視彼等熟習此項技術者利用本發明之教示試圖獲得之期望特質而改變。最低限度，且並非試圖將等效教義之應用限制於申請專利範圍之範疇，至少應根據所報告的有效數字之數值且藉由運用一般舍入法來理解每一數值。儘管本發明之寬範圍所列示之數值範圍及參數係近似值，但在特定實例中所列示之數值盡可能準確地報告。然而，每一數值固有包含必然由其各自測試量測中存在之標準偏差引起的必然誤差。
前述闡述僅係說明性且並不意欲限定本發明之範疇。本文所揭示實施例可能有各種變化及修改，且熟習此項技術者在研究此專利文件後將瞭解該等實施例之各種元件之實際替代物及等效物。可在不背離本發明之範疇及精神之前提下對本文所揭示實施例做出該等及其他更改及修改。
10．．．照明組件
20．．．LED晶粒
30．．．基板
32．．．第一導電層
34．．．頂表面
36．．．第二導電層
38．．．底表面
39．．．銲線接合
40．．．電絕緣層
41．．．電路跡線
50．．．散熱組件
52．．．熱介面材料層
60．．．各向同性/異性導電黏著劑層
42．．．導熱粒子
42A．．．粒子
42B．．．粒子
42C．．．粒子
90．．．囊封劑
92．．．光學膜
100．．．供給輥
102．．．圖案化台
104．．．晶粒附裝台
106．．．囊封台
110．．．捲取輥
120．．．供給輥
122．．．黏著劑塗佈台
124'．．．電絕緣黏著劑層
126．．．熱粒子應用台
130．．．層壓台
134．．．供給輥
124．．．電絕緣黏著劑層
128．．．樹脂層
圖1係一照明組件之一部分之透視圖；圖2係圖1照明組件之一部分之俯視圖，其顯示該照明組件之較大表面面積；圖3係一沿圖2之線3－3截取之放大剖面圖，其顯示均勻地分佈之導熱粒子；圖4係一放大剖面圖，其顯示另一具有均勻分佈之導熱粒子之照明組件；圖5A－5C係已嵌入及變形之導熱粒子之極大放大剖面圖；圖6係一類似於圖3之放大剖面圖，其顯示不均勻地分佈之導熱粒子；圖7係一類似於圖6之放大剖面圖，其顯示與一囊封劑及光學膜一起之可選使用；圖8係一製造一照明組件之方法之示意圖；及圖9A－9D係一種製造一具增強熱傳導性之基板之方法之示意圖。
於該等圖式中，相同參考編號指示相同元件。該等圖式係經理想化，未依照比例繪製，且僅欲用於說明之目的。
20．．．LED晶粒
30．．．基板
32．．．第一導電層
34．．．頂表面
36．．．第二導電層
38．．．底表面
39．．．銲線接合
40．．．電絕緣層
41．．．電路跡線
42．．．導熱粒子
50．．．散熱組件
52．．．電絕緣熱介面材料層
60．．．各向同性/異性導電黏著劑層

Claims (18)

  1. 一種照明組件，其包括：一基板，其包括藉由一電絕緣層分離之第一及第二導電層，該絕緣層包括一載有導熱粒子之聚合物材料，其中，該等導熱粒子之至少一部分同時接觸該第一及第二導電層兩者且部分地延伸至該等第一及第二導電層至少之一者中，其中該等導熱粒子不變形而該等第一及第二導電層至少之一者係因該等導熱粒子足以消除該聚合物材料之一介面而變形，該介面係介於該等導熱粒子和該等導熱粒子部分延伸之該等第一及第二導電層之該至少之一者之間，且其中該等導熱粒子穿透超出該消除的介面之該等第一及第二導電層之該至少之一者；及複數個光源，其設置於該第一導電層上。
  2. 如請求項1之組件，其中該等光源係選自LED、雷射二極體、及OLED之群組。
  3. 如請求項1之組件，其中該等導熱粒子包括選自鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、氧化鈦、鈦酸鉛鋯、硼、氮化硼、鑽石、氧化鋁、鈹、矽及其碳化物、氧化物及氮化物之任一者之群組中之粒子。
  4. 如請求項1之組件，其進一步包括載入於該絕緣層之該聚合物材料中之至少100之介電常數之介電粒子，其中該等介電粒子不同時接觸該第一及第二導電層兩者。
  5. 如請求項1之組件，其中該等導熱粒子係非均勻地分佈在該絕緣層中。
  6. 如請求項4之組件，其中該等導熱粒子係集中在該等光源附近。
  7. 如請求項1之組件，其中該第一及第二導電層之至少一者包括一箔。
  8. 如請求項1之組件，其中該第一導電層經圖案化以形成一個或多個跡線。
  9. 如請求項1之組件，其中該第二導電層包括一散熱器。
  10. 如請求項1之組件，其與下述相組合：一散熱器；及一熱介面材料層，其設置於該散熱器與該第二導電層之間。
  11. 一種用於一顯示器之背光裝置，其包括請求項1之組件。
  12. 一種製造一照明組件之方法，該方法包括：提供一包括一藉由一電絕緣層分離之第一及第二導電層之基板，該絕緣層包括若干導熱粒子，其中該等導熱粒子之至少一部分同時接觸該第一及第二導電層兩者並部分地延伸至該等第一及第二導電層至少之一者中，其中該等導熱粒子不變形而該等第一及第二導電層至少之一者係因該等導熱粒子足以消除該聚合物材料之一介面而變形，該介面係介於該等導熱粒子和該等導熱粒子部分延伸之該等第一及第二導電層之該至少之一者之間，且其中該等導熱粒子穿透超出該消除的介面之該等第一及第二導電層之該至少之一者； 將該第一導電層圖案化；及在該經圖案化之第一導電層上提供複數個光源。
  13. 如請求項12之方法，其中該供應步驟包括：在該第二導電層上施加一電絕緣聚合物材料層；在該聚合物材料層上施加該等導熱粒子；及碾壓該等導熱粒子上方之該第一導電層，以促使該等導熱粒子同時接觸該第一及第二導電層兩者。
  14. 如請求項13之方法，其中施加一電絕緣聚合物材料層包括額外地向該聚合物材料載入小於該電絕緣聚合物材料層之一厚度之粒子，該等粒子具有一至少100之介電常數。
  15. 如請求項13之方法，其中施加該等導熱粒子包括以一圖案施加該等導熱粒子。
  16. 如請求項12之方法，其中該供應步驟包括：在該第一或第二導電層之至少一者上施加一其中散佈有該等導熱粒子之電絕緣聚合物材料層；及碾壓該等導熱粒子上方之該第一導電層，以促使該等導熱粒子同時接觸該第一及第二導電層兩者。
  17. 如請求項12之方法，其中該供應步驟包括展開一捲該基板。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括相隔一定距離切割該基板以提供適合安裝於一照明單元內之複數個照明組件條、板或其他形狀。
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