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CN112166508B - Led装置及方法 - Google Patents

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CN112166508B
CN112166508B CN201980036203.7A CN201980036203A CN112166508B CN 112166508 B CN112166508 B CN 112166508B CN 201980036203 A CN201980036203 A CN 201980036203A CN 112166508 B CN112166508 B CN 112166508B
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light
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A·W·迪隆
P·S·安德鲁斯
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Kerui Led Co
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Abstract

发光二极管(LED)装置和系统包括覆板(比如光透射层)、在覆板上形成的管芯附接层处附接到覆板的LED、以及利用非反射性或清澈的材料附在LED上和/或围绕LED形成的密封剂层。制造LED装置和系统的方法包括：提供其上形成有管芯附接层的覆板，使LED在管芯附接层处附接到覆板，在LED的与管芯附接层相反的一侧上形成传导表面，分配密封剂层以至少部分地包封LED，以及形成一个或多个金属迹线以使至少一些LED的传导表面彼此电互连。

Description

LED装置及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月30日提交的美国专利申请序列号15/993,540的优先权，所述美国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
当前主题总体涉及发光装置、系统和/或方法。更具体地，本文中公开的主题涉及用于控制光输出的发光器装置和方法。
背景技术
发光二极管或“LED”是将电能转化成光的固态装置。LED可被用在发光器装置或部件中，以提供可用于各种照明、显示和光电应用中的不同颜色和光图案。一种这样的应用是LED在视频屏幕中的使用。LED视频显示器通常包括红光LED、绿光LED和蓝光LED的阵列，所述阵列安装在单个电子器件上，所述单个电子器件附接到控制每个电子器件输出的印刷电路板(PCB)。
常规的LED阵列通常具有覆盖个体LED的透明密封剂(encapsulant)，以保护器件并最大化器件的效率。当用在诸如视频屏幕之类的应用中时，减少和/或增加反射光量会是另外期望的。控制反射光量可提供诸如增加的对比度、图像清晰度和遍及各视角的一致的光色品质之类的益处。
另外，LED装置(比如，视频屏幕)的尺寸和密度持续增大，而组成这些装置的个体部件的尺寸一直在减小。相应地，构造这些装置所需的时间和精力也在增加。因此，期望的是，提升这些装置中LED部件安设的速度、同时维持期望的光输出特征并控制成本。
尤其，已知的有关LED阵列的问题是远场的光色品质。远场可一般性地定义为从比源更远很多的距离观察到的强度图样。分组阵列中的各个体LED可能具有不同的光输出属性，这些不同的光输出属性在从宽视角查看时变得更加明显。例如，某些光色的LED会具有更宽的光输出锥且因此主导观察区域范围内的整体色调，导致不期望的光色品质。因此，持续需求改进封装的LED阵列。
发明内容
本文中提供并描述具有改善的可靠性和性能的LED装置和相关方法。本文中描述的装置、部件和方法可有利地表现出改善的处理时间、制造的简便和/或更低的处理成本。本文中描述的装置、部件和相关方法非常适合于包括例如灯泡和灯具产品和/或应用在内的诸如个人、工业和商业照明应用之类的各种应用。在一些方面中，本文中描述的装置、部件和相关方法可包括改进的LED制造工艺和/或改进的光学性质，包括改进的光输出、对比度和更一致以及更均匀的发光和颜色。这样的装置可以花费更少且更加高效。
在一些方面中，LED设备可通过如下制造：制备光透射层；接下来，将管芯附接层施加到光透射层；将多个LED施加到管芯附接层上；将导电表面施加到LED；以及在将导电表面施加到多个LED之后，将密封剂层施加到LED。
在另一方面中，LED设备可具有光透射层、设置在光透射层上的管芯附接层、设置在管芯附接层上的多个LED、以及在多个LED周围和之间设置的密封剂层，其中设备未包括基板。
在仍另一方面中，LED设备可以是一种免基板设备，所述免基板设备具有：光透射层；设置在光透射层上的管芯附接层；多个LED，所述多个LED在管芯附接层上设置成使得多个LED中的每个LED的发光表面与管芯附接层接触；在所述LED周围和之间设置的深色或黑色密封剂层；设置在多个LED的与管芯附接层相反的底表面上的电迹线层；以及附在电迹线层上设置的焊接掩膜。
附图说明
在本说明书的余下部分中更具体地陈述当前主题的充分且能够实现的公开，说明书包括对与一个或多个示例实施例相关的示例附图的引用，在附图中：
图1是根据本文中的公开的LED设备的截面侧视图；
图2A是根据本文中的公开的LED设备的俯视图；
图2B是根据本文中的公开的LED设备的仰视图；
图3A是根据本文中的公开的LED设备的等距俯视图；
图3B是根据本文中的公开的LED设备的等距仰视图；
图4是根据本文中的公开的制造LED设备的方法的流程图；
图5是根据本文中的公开的另一LED设备的截面侧视图；
图6是根据本文中的公开的另一LED设备的截面侧视图；
图7是根据本文中的公开的另一LED设备的截面侧视图；
图8是根据本文中的公开的另一LED设备的截面侧视图；以及
图9是根据本文中的公开的另一LED设备的截面侧视图。
具体实施方式
在一些方面中，本文中所描述的固态照明设备、LED装置和/或系统以及用于制造所述固态照明设备、LED装置和/或系统的方法可包括用于提供固态照明设备的各种固态发光器电学配置构造、颜色组合和/或电路部件，所述固态照明设备具有提升的效率、改进的发射轮廓、增强的输出和/或优化的光色生成。诸如本文中所公开的这些设备和方法有利地成本更低，比一些其它的解决方案更加高效、逼真、匀净和/或鲜艳。
除非另有定义，否则本文中使用的术语应被解释为具有与本主题所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。将进一步理解的是，本文中使用的术语应被解读为具有与在本说明书及相关领域背景下相应的含义一致的含义，而不应以理想化的或过于正式的意义来解读，除非本文中明示地这样限定。
本文中参考截面图、立体图、立面图和/或平面图来描述主题的方面，所述截面图、立体图、立视图和/或平面图是主题的理想化方面的示意性图示。由于例如制造技术和/或公差所致，从图示的形状的变化是可预期的，因此本主题的方面不应被解释为限于本文中所图示的特定形状。该主题可以以不同的形式被具体化，且不应被解释为限于本文中所陈述的特定方面、范围或实施例，而是将包含形状方面的偏差。这些偏差可由例如制造引起。在附图中，为清楚起见，层和区域的尺寸及相对尺寸会被夸大。层的实际厚度可有别于图示的形状。被图示或描述为方形或矩形的区域因正常制造公差所致通常将具有圆角的或弯曲的特征。因此，图示在附图中的区域本质上是示意性的，并且这些区域的形状并不意图图示出装置区域的确切形状。
除非特别记述了缺省一个或多个元件，否则如本文中所使用的术语“包括”、“包含”和“具有”应被解读为开放式术语、即不排除一个或多个元件的存在。贯穿本说明书，相似的附图标记指代相似的元件。
将理解的是，当诸如层、区域或基板之类的元件被称为在另一元件“上”时，所述元件可直接在其它元件上，或者可存在中间元件。此外，诸如“在……上”、“上方”、“上”、“顶”、“下”或“底”之类的相对术语在本文中被使用，以描述如附图中所图示的一个结构或部分与另一结构或部分的关系。将理解的是，诸如“在……上”、“上方”、“上”、“顶”、“下”或“底”之类的相对术语除了附图中所绘的取向之外还意图包含设备的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，那么被描述成在其它结构或部分“上方”的结构或部分现在将会是取向成在所述其它结构或部分“下方”。
如本文中所使用的术语“电激活式发射器”和“发射器”是同义术语且指的是能够产生可见波长辐射或接近可见波长辐射(比如从红外到紫外)的任何装置，包括例如但不限于氙灯、汞灯、钠灯、白炽灯和包括LED或LED芯片、有机发光二极管(OLED)和激光器在内的固态发射器。
术语“固态发光器”、“固态发射器”和“发光器”是同义术语且指的是LED芯片、激光二极管、有机LED芯片和/或优选地布置成包括一个或多个半导体层、基板以及一个或多个接触层的半导体芯片的任何其它的半导体器件，所述一个或多个半导体层可包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其它半导体材料，所述基板可包括蓝宝石、硅、碳化硅和/或其它微电子基板，并且所述一个或多个接触层可包括金属和/或其它传导性材料。
如本文中所使用的术语“组群”、“节段”、“串列”和“集合”是同义术语。如本文中所使用的，这些术语大致描述了多个LED是如何电连接的，例如互斥的组群/节段/集合之间呈串联、并联、混合串/并联、共阳极或共阴极的配置构造方式。LED的节段可以以多种不同的方式被配置并可具有与之关联的变化功能的电路(比如驱动器电路、整流电路、限流电路、分流器、旁路电路等)，如在例如共同转让且共同待决的以下文件中论述的，所述文件为于2009年9月24日递交的美国专利申请序列号12/566,195、于2013年2月15日递交的美国专利申请序列号13/769,273、于2013年2月15日递交的美国专利申请序列号13/769,277、于2011年9月16日递交的美国专利申请序列号13/235,103、于2011年9月16日递交的美国专利申请序列号13/235,127和于2014年5月20日公告的美国专利号8,729,589，以上每件的全部公开内容由此以引用的方式并入本文中。
术语“目标的(targeted)”表示的是配置为提供预限定的照明特征、也就是用于照明设备的指定参数的LED芯片节段配置构造。例如，目标的光谱功率分布可以描述以特定功率、电流或电压水平生成的光的特征。
术语“不透明物”是指非透明的或在可见光谱的至少一部分上不透光的材料、表面等。“不透明”也可以适用于整个可见光谱。术语“不透光”被认为是透射不足所接收的光的20％。材料还可另外因光吸收或光反射而是不透明的。白色材料例如也可以是不透明和反射性的。有些材料在某些波长下会是不透明的而在其它波长下会是透明的。作为非限制性示例，红色颜料由于吸收低于大约600nm的光波长(在此条件下其是不透明的)而传输高于大约600nm的光波长(在此条件下其是透明的)而可充当滤色器。
如本文中所公开的设备、系统和方法可采用红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片。在一些方面中，供蓝移黄光(BSY)装置中使用的芯片可目标为如在共同所有、转让且共同待决的美国专利申请序列号12/257,804(被公开为美国专利公开号2009/0160363)的表1中所陈述的不同区(bin)，所述美国专利申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。本文中的设备、系统和方法可采用例如紫外光(UV)芯片、青光芯片、蓝光芯片、绿光芯片、红光芯片、黄褐光芯片和/或红外光芯片。
如本文中与照明设备相关所使用的术语“基板”指的是可在其上、其中或者附在其上布置、支撑和/或安装多个固态发光器(比如LED)的安装构件或元件。基板可以是例如部件基板、芯片基板(比如LED基板)或子面板基板。对于如本文中所描述的照明设备有用的示例性基板可以例如包括印刷电路板(PCB)和/或相关部件(比如包括但不限于金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性电路板、电介质层压体、陶瓷基基板等)、在其一个或多个表面上布置有FR4和/或电迹线的陶瓷板或金属板、高反射率陶瓷(比如氧化铝)支撑面板、透明或透光材料(比如玻璃、塑料、蓝宝石)和/或布置为接收、支撑和/或传导电功率到固态发射器的各种材料及构象的安装元件。本文中所描述的电迹线将电功率提供到发射器以用于电激活和点亮所述发射器。电迹线可以是不透明的或透明的，和/或可以是经由反射性覆盖物比如焊接掩膜材料、Ag或其它适合的反射器被覆盖。
在一些实施例中，可使用一个基板来支撑多个组群的固态发光器以及至少一些其它的电路和/或电路元件、比如功率或电流驱动部件和/或电流切换部件。在其它方面中，可使用两个或更多个基板(比如，至少主基板和一个或多个辅助基板)来支撑多个组群的固态发光器以及至少一些其它的电路和/或电路元件、比如功率或电流驱动部件和/或温度补偿部件。第一和第二基板(比如，主基板和辅助基板)可设置在彼此上方和/或下方且沿着不同的平面、邻近彼此(比如，并排)，具有相互邻近设置的、竖直布置的、水平布置的和/或相对于彼此以任何其它取向布置的一个或多个共面表面。
可以与如本文中公开的照明设备一起使用的LED可包括水平结构(其中两个电触头均在LED芯片的同一侧上)和/或竖直结构(其中电触头在LED芯片的相反两侧上)。水平结构式芯片(带有或不带有生长基板)例如可倒装芯片地焊接(比如，利用焊料)到载体基板或印刷电路板(PCB)，或可线焊。竖直结构式芯片(带有或不带有生长基板)可具有以焊料焊接到载体基板、安装焊盘或印刷电路板(PCB)的第一端子，并具有线焊到载体基板、电学元件或PCB的第二端子。
电激活式发光器(比如，固态发射器)可被单独或成组地使用来发光，从而激发一种或多种发光材料(lumiphoric material)(比如磷光体、闪烁体、发光墨、量子点)的发射并生成呈一个或多个峰值波长或具有至少一种期望的感知颜色(perceived color)(包括可被感知为白色的光色组合)的光。发光(也称为“发光性”)材料在如本文中所描述的照明设备中的包含可通过如下实现：材料在发光体(lumiphor)支撑元件或发光体支撑表面上的直接涂覆的施加(比如通过分配、印刷等)，将这样的材料添加到透镜，和/或通过使这样的材料嵌置或分散在发光体支撑元件或表面内。在Chitnis等发明人于2007年9月7日提交的美国专利申请公开号2008/0179611中以示例的方式论述了用于制作具有与之集成的平面化磷光体涂层的LED的方法，所述美国专利申请的全部公开内容由此以引用的方式并入本文中。
其它材料、比如光散射元件(比如，颗粒)和/或折射率匹配材料可以与含有发光材料的元件或表面关联。如本文中所公开的设备和方法可以包括不同光色的LED，所述LED中的一者或多者可以是发白光的(比如，包括至少一个带有一种或多种发光材料的LED)。
在一些方面中，一个或多个短波长固态发射器(比如，蓝光LED和/或青光LED)可被使用，以激发从包括红光发光材料、黄光发光材料和绿光发光材料的发光材料的混合物或发光材料的离散层的发射。不同波长的LED可存在于同一组群的固态发射器中，或可在不同组群的固态发射器中被提供。各种各样的波长转换材料(比如发光性材料，也称为发光体或发光媒介；比如，如于2003年7月29日公告的美国专利号6,600,175中和于2008年10月9日递交的美国专利申请公开号2009/0184616中所公开的，所述美国专利和美国专利申请每件的全部公开内容由此以引用的方式并入本文中)是本领域技术人员熟知且可获得的。
在一些方面中，如本文中所描述的照明设备和系统包括以不同光色为目标的多个固态发光器集合(比如，一个集合目标为第一光色，并且至少第二集合目标为与第一光色不同的第二光色)。在一些方面中，所述多个集合中的每个集合包括相同光色(比如峰值波长重合)的至少两个固态发光器。在一些方面中，多个固态发射器集合中的每个集合适于发射一种或多种不同的光颜色。在一些方面中，多个固态发射器集合中的每个集合适于发射相对于彼此有区别的一种或多种光颜色(例如，其中每个固态发射器集合发射至少一种未由另一固态发射器集合显著发射的峰值波长)。根据本主题的给固态发射器集合定目标和选择性地激活固态发射器集合的方面可利用共同转让且共同待决的美国专利申请序列号14/221,839中所描述的电路和/或技术来提供，所述美国专利申请的公开已在先前以引用的方式并入上文中。
在引用固态发射器时术语“颜色(color)”指的是装置在电流通过其之后发射的光的颜色和/或波长。
当前主题的一些实施例会使用诸如以下文件中所描述的固态发射器、发射器封装、固定装置、发光性材料/元件、功率供应元件、控制元件和/或方法：美国专利号7,564,180、7,456,499、7,213,940、7,095,056、6,958,497、6,853,010、6,791,119、6,600,175、6,201,262、6,187,606、6,120,600、5,912,477、5,739,554、5,631,190、5,604,135、5,523,589、5,416,342、5,393,993、5,359,345、5,338,944、5,210,051、5,027,168、5,027,168、4,966,862和/或4,918,497，以及美国专利申请公开号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，于2006年12月4日递交的美国专利申请序列号11/556,440；以上专利、被公开的专利申请和专利申请序列号的公开内容由此以引用的方式并入就如同在本文中被完全陈述一样。
如本文中所使用的术语“照明设备”和“模块”是同义的，且除了其能够发光之外没有限制。也就是，照明设备可以是照亮诸如结构物、游泳池或温泉浴场、房间、仓库、指示器、道路、停车场、车辆、标志(比如路标、广告牌)、船舶、玩具、镜子、容器、电子装置、船艇、航空器、体育场、计算机、远程音频装置、远程视频装置、手机、树木、窗户、LCD显示器、洞穴、隧道、庭院、街灯柱之类的区域或体积的装置或设备，或者照亮围护结构的装置或装置阵列，或者用于边缘或背衬照明(比如背景光海报、标志、LCD显示器)、灯泡、灯泡更换件(比如用于更换AC白炽灯、低电压灯、荧光灯等)、户外照明、安防照明、外部住宅照明(墙壁安装件、桩/柱安装件)、吊顶固定装置/壁灯、橱下照明、灯(地板用和/或桌台用和/或书桌用)、景观照明、轨道照明、作业照明、特种照明、彩虹管(rope light)、吊顶风扇照明、档案/艺术展览照明、高振动/冲击照明-作业灯等、镜子/梳妆照明、聚光灯照明、高棚灯(high-bay)照明、低棚灯照明的装置、或者任何其它的发光装置。如本文中所使用的发光设备可进一步地不仅用于照亮物体或区域而且还用于设备(比如LED视频显示器)的直接观看。
如本文中所公开的磷光体或磷光体化合物在一些方面中可包括各种波长转换材料或光色转换成分(包括发光性材料)中的一种或多种。发光性材料(发光体)的示例包括磷光体、掺铈钇铝石榴石(YAG)(例如LuAG:Ce)、氮化物、氧氮化物、闪烁体、日辉光带、纳米磷光体、量子点(例如，比如由阿肯色州费耶特维尔的NNCrystal美国公司提供的量子点)和在用(例如紫外)光照射后发射可见光谱中的辉光的墨材。与固态发光器和LED相结合地，将发光体包含在如本文中所公开的波长转换部件或相关部件中可通过附在固态发射器上提供这样的材料的层(比如涂层)和/或通过使发光性材料分散于布置成覆盖或部分地覆盖一个或多个固态发光器的清澈的密封剂(比如，环氧基或硅酮基可固化树脂或其它聚合物或陶瓷基体)来实现。可用在如本文中所描述的装置中的一种或多种发光性材料可以是下转换式或上转换式的，或者可包括两种类型的组合。
波长转换材料的使用可为LED装置提供另外的性质和/或特征，包括例如提高的长期可靠性(例如在85℃、105℃和/或125℃条件下超过1000小时或更长时间的改善的性质)、减少的在固态发光器周围的鼓泡、更大的视角、更低的dCCT颜色铺展、更冷的磷光体温度、更亮的发光、改进的抗硫性和/或更小的色点散布，包括这样的特征的所有或任何组合。
当前公开的主题针对具有包括LED的光源的LED结构的实施例。LED封装可以以不同的方式布置并且相对较小，而同时仍是高效、可靠且有成本效益的。与带有完全半球形密封剂的类似LED封装相比，根据本文中的公开的实施例会具有不同形状的密封剂，并可以以提高的或相似的效率发光。在将多个LED安装在基板上的一些实施例中，可控制每个LED芯片之间的间隔以优化从LED封装输出的光强度。根据本文中的公开的LED封装还可以更小且制造没有那么昂贵。
本文中的公开参考示例实施例来描述，但理解的是，本文中的公开可以以许多不同的形式被具体化，且不应解释为限于本文中所阐述的实施例。尤其，本文中的公开在以下与具有呈不同配置构造的LED的某些LED设备相关地被描述，但理解的是，本文中的公开也可用于具有其它LED配置构造的许多其它的LED封装。除了以下所述的这些形状，采用本文中的公开的LED封装还可以具有许多不同的形状(例如矩形)，并且可以以许多不同的方式来布置焊料焊盘和附接焊盘。在其它实施例中，可以控制不同类型的LED的发射强度来改变总体LED封装的发射。
本文中所描述的实施例带有对一个或多个LED的引用，但根据本文中的公开且在一些方面中，如本文中所使用的LED可包括LED芯片或者一个或多个任何其它适合的结构。例如，如本文中所使用的LED可以是整块式LED的单独的结。例如，代替作为完全独立的LED芯片，各LED各自可以是全部在一公共基板上的LED区域，所述公共基板可以具有不同类型的整块式的结。各LED之间的且在公共基板上的间隙可延伸到某些层，或者可一直延伸到公共基板或从公共基板一直延伸。因此，整块式LED可包括公共基板上的不止一个LED结，并且各LED之间的间隙可被形成来使各LED至少部分地分离。
除了所示的这些形状和尺寸之外，本文中所描述的部件也可具有不同的形状和尺寸，并且一个或不同数量的LED可被包括。还理解的是，以下描述的实施例采用共面光源，但理解的是，也可以使用非共面光源。还理解的是，LED光源可包括多个LED，所述多个LED可具有不同的发射波长。如上所述，在一些实施例中，至少一些LED可包括与发红光LED一起的覆盖有黄色磷光体的发蓝光LED，使得从LED封装发射白光。在一些实施例中，LED可以是磷光体转化式红光或绿光。在多LED封装中，各LED可以串联互连或者也可以以不同的串联和并联组合方式互连。
本文中公开了涂层、密封剂、密封剂层等，并且这些涂层、密封剂、密封剂层等可包括为基板、反射层或其它LED部件提供机械保护、化学保护和/或环境保护的任何材料。涂层、密封剂和/或密封剂层可在一些实施例中被配置为覆盖大体水平或竖直表面的层，且在一些方面中可包括在另一层、表面或结构顶部上设置的、无论是否完全包围另一层、表面或结构的所有侧面的层。在一些实施例中，涂层、密封剂和/或密封剂层可包括或可由如本文中所公开的电介质组成。还理解的是，当诸如层、区域、密封剂或子安装件(submount)之类的特征或元件被称为在另一元件“上”时，该特征或元件可直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。此外，诸如“内”、“外”、“上”、“上方”、“下”、“底下”和“下方”之类的相对术语及类似术语可在本文中被使用，以描述一个层或另一区域的关系。理解的是，这些术语除了附图中所绘的取向之外还意图包含装置的不同取向。
在某些方面中，本文中公开的涂层材料可包括多个包封层、涂层和/或介电材料和化合物，包括例如氧化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化钛、非金属氧化物、非金属氮化物、氧化钽、铝、镍、钛、钨、铂、它们的组合或它们的合金等。在一些方面中，这样的密封剂、涂层和/或电介质可包括被布置来提供期望的电隔离和高热导率的一种或多种材料。例如，电介质可提供电迹线之间和/或固态发射器集合之间的期望的电隔离。在一些方面中，这样的基板可包括陶瓷比如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、硅或者塑料或聚合物材料比如聚酰亚胺、聚酯、金属等。
在一些情况中期望的是提高制造LED装置的速度。提高制造速度的一种途径是将多个部件组装在单个基板(或者如以下所描述的“覆板(superstrate)”)上且之后再将组群分开成部件阵列。这在创建用于高密度(HD)视频显示器中使用的多色部件阵列时会是特别有用的。多个阵列可被创建为大的片材且随后被单化(singulate)为包括对于每个单化部分的多个LED装置的个体阵列。
另外，省却零部件可以简化制造过程并改善光品质。例如，LED装置可以在不使用或缺省基板的情况下被组装。这可通过上下颠倒地组装LED来实现，从而LED被组装在将成为成品中的外表面的透明“覆板”或顶侧光透射层上。各部件然后可通过处在LED的相反的(另一)侧上的暴露的电连接点被电连接。装置或设备因此在LED的与光透射侧相反的一侧上未带有(或缺省)传统的“基板”，比如例如陶瓷基板、金属基板或LEDS常被附接于的其它类型的材料基板。如本文中所描述的由“上下颠倒”构建的LED装置即可被认为是缺省此类基板的完整的LED装置。这并不是说所述LED装置不会在之后被组装到会例如包括基板的更大的(例如，多部件)装置中。
参考图1，LED装置的示例实施例被示出。发光二极管(LED)装置(总的标记为100)被以典型组装取向(即发射表面沿向上方向)进行绘示。然而，LED装置100的构造也可自顶表面向下发生。LED装置100以覆板、光透射层110开始，所述覆板、光透射层具有外表面112和部件侧表面114。光透射层110可由任何适合的光透射材料制成，比如例如玻璃、蓝宝石、环氧树脂、硅酮。光透射层110可以可选地具有用于改变LED装置100的发光特性的特征，这些特征将在以下更详细地描述。
在光透射层110的附近且下方设有管芯附接层120。在适宜情况下，管芯附接层可以是与光透射层110相同的材料，或者管芯附接层可以是不同的、相容的材料。例如，在一些实施例中，光透射层110和管芯附接层120两者可以是环氧树脂或硅酮材料，其中光透射层110在组装时以基本完全固化的状态被提供而管芯附接层120以未固化的、粘性的和/或可粘的状态被提供且在随后进行固化。管芯附接层120可被施加在光透射层110的整个表面上(如图1中所示)，或者管芯附接层120可被施加于光透射层110的选定区域。
LED部件130然后被安设到管芯附接层120上使得发光表面132与管芯附接层120接触。LED部件130可被组聚(group)作为阵列并可包括多种(光)颜色比如红色、绿色和蓝色(RGB)的LED。在一些这样的实施例中，LED部件130被组聚成用于视频显示器中使用的红-绿-蓝阵列。将LED部件130直接安设到可粘的管芯附接层120上而不是传统的基板上有利地允许一次转移大量的LED。这可大大提高处理速度，它在组装mini-LED(小型LED)或micro-LED(微型LED)时是特别有用的。尽管尚未标准化，但mini-LED的尺寸一般被描述为约90-250微米(μm)，而micro-LED的尺寸通常被认为是10-90μm。该方法还可简化多色LED的安设。例如，第一光色的所有LED可被安设成单个组群，随后是第二和第三光色的大规模/巨量(mass)安设。
在一些实施例中，管芯附接层120可散缀或层叠有另外的光学器件层(未示出)。例如，光学器件层可以包括光漫射材料或波长转换材料。光学器件层可被施加在例如覆板(例如光透射层110)和LED部件130的顶表面之间的选定区域中。在其它实施例中，覆板本身可被修改为在选定的区域中包含光漫射材料或波长转换(例如磷光体)材料和/或滤色材料。
另外注意到，LED部件130可以指代本领域中通常使用的任何LED芯片，所述LED芯片包括：与欧姆接触部构成二极管本身的LED半导体有源层，所述欧姆接触部通常被金属化且出于电附接和/或机械附接的目的被呈现在表面上；保护半导体和其它下伏层所需的钝化层；以及可选地芯片自身的基板，比如蓝宝石、碳化硅或硅。
在LED部件130粘附到管芯附接层120之后，在各LED部件130周围及之间施加密封剂层140。密封剂层140可通过如本文中所描述的或者要不然本领域中所已知的任何涂覆或分配方式来施加，比如分配、模制、制版、丝网印刷、旋压、喷涂、粉末涂覆、狭缝式涂覆等。密封剂层140可以包括以下中的一种或多种：环氧树脂、环氧-聚酯杂化物、脂肪族氨基甲酸酯、TGIC聚酯、非TGIC聚酯、硅酮、硅酮改性聚酯、硅酮杂化物、硅酮-环氧杂化物、丙烯酸、聚碳酸酯或它们的任何适合的组合。密封剂层140可用于控制LED装置100的光输出。例如，密封剂层140可以是电绝缘的且非反射性或不透明的材料，例如白色、灰色、深色或黑色的材料。出于本文中的公开的目的，非反射性材料被定义为不反射或不使撞在其上的大部分光转向的材料或表面。例如，在单侧视频显示器中，黑色密封剂可能是优选的。替代地，密封剂层140也可以是清澈的材料，例如在双侧视频显示器或透明显示器、比如“抬头式(heads-up)”显示器中，可使用所述清澈的材料。密封剂层140对于控制远场中的光输出会是特别有用的。密封剂层140可另外包括多个层，所述多个层包含相同或不同的材料和/或颜色。例如，密封剂层140可以由黑色层紧随第一白色层形成。
LED部件130在每个LED部件130的远离管芯附接层120的一侧上另外设有一个或多个导电元件134，例如金属“凸点(bump)”或焊盘。这些导电元件134可以以各种常规的方法被施加，比如引线凸点焊接、焊料凸点(焊接)、镀覆或者其它的金属化技术。在所示的实施例中，通过附在导电元件134上施加一层或多层导电(通常是金属)迹线150，导电元件134被电连接。图1中还示出了焊接掩膜160(可选的)，所述焊接掩膜至少部分地附在一层或多层导电迹线150上设置。在一些实施例中，焊接掩膜160可施加于多层导电迹线150中的最外侧的迹线。
在一些实施例中，有利的是，在密封剂层140施加之前将导电元件134设置在LED部件130的表面上。然后，密封剂层140会被施加在所有的底表面上，在此之后可通过诸如磨削、研磨等的任何方法来使整个表面平坦化，形成表面S。
图2A绘示出LED装置100的俯视图的示意图，图示了用于光传输的示例区域。在一些实施例中，光提取特征(也称为光学元件)(例如，以下描述的光透射层110和表面纹理化结构116)可仅设置在LED装置100的特定的、局部的区域上。例如，位于LED部件130上方的区域可被视为光学元件区域A、B和C。这些区域的侧面轮廓在图1中也可以看到。在一些实施例中，光透射层110可附在仅一个LED部件130(即区域A或区域B或区域C)上设置。在其它实施例中，光学元件可附在任何两个区域A、B和C上设置。在仍其它的实施例中，光学元件可附在所有三个区域上设置但未延伸遍及LED 100的整个表面。光透射层110的特征可在区域之间以具有不同深度、形状等方式变化。多个光学元件可进一步被组合、比如添加表面纹理化结构116，表面纹理化结构将在以下进一步详细描述。
参考图2B，LED装置100被从底部方位(即，与发光表面相反)进行示意性观察，这示出了导电迹线150和焊接掩膜160的更多细节。在所示的实施例中，导电迹线150电连接到在LED部件130的阵列中的导电元件134并延伸超出LED部件130的边界以提供用于外部电路的附接点。例如，导电迹线150可用于将LED装置100安装在基板或印刷电路板(PCB)上。在一些实施例中，多层电迹线可被构造在LED装置100的下表面上，以增加更多的功能或者避免对于电路板的需求。这将在以下更详细地描述。
图3A-3B示出了完成后的LED装置100的等距图。图3A是俯视图，其中可以透过光透射层110和管芯附接层120看到LED部件130。密封剂层140围绕LED装置100的下部延伸。在该示例实施例中，密封剂层140是黑色密封剂层。图3B是仰视图，示出了设置在LED的与管芯附接层120相反的底表面上的导电迹线150和焊接掩膜160。焊接掩膜160可用于例如防止在将LED装置100焊接到PCB时短路。
制造LED装置(例如，LED装置100)的对应的示例方法被图示在图4中。首先，光透射性“覆板”(例如，光透射层110)被制备(步骤1)。所述覆板可被制备有光滑的或纹理化的外表面，如以上所描述的。光透射层可以是清澈的，或者可以添加有漫射物或者其它的波长转换材料(例如，如先前所描述的“光学器件层”)。接下来(步骤2)，管芯附接层(例如，管芯附接层120)被施加到覆板。例如，管芯附接层可以是透光的环氧树脂或硅酮管芯附接粘合剂。
LED(例如，LED部件130)然后被压入管芯附接层中(步骤3)使得发光表面与管芯附接层接触，并且管芯附接层然后被固化(步骤4)。LED可通过多种已知的方法施加到管芯附接层，包括拾取与放置(pick-and-place)或直接胶带转移。各LED可例如从一胶带被全体一起转移，其中胶带随后被移除并且管芯附接表面被清洁并被准备用于下一步骤。在管芯附接层固化之后，LED可具有施加到暴露的电连接部的传导元件(例如金属凸点)。可选地，可利用直接金属化来镀覆LED(步骤5)。备选地，LED可在附接到管芯附接层之前预带凸点或具有在晶片级时施加的厚的金属层。
此时，LED通过它们的光透射表面牢固地固定于覆板，并且LED的体积被暴露。密封剂层然后附在LED上施加(步骤6)。密封剂层可被施加成使得其完全覆盖包括电连接部和/或金属凸点在内的LED的所有暴露表面。在固化之后，然后根据需要去除一薄层的所述密封剂层以露出金属连接点并使表面平坦化(步骤7)。对密封剂部的去除或平坦化可通过例如研磨、磨光、磨削或砂磨来实现。接下来，通过任何合适的、常规的电路铺设方法将电迹线(例如导电迹线150)施加到金属凸点(步骤8)。在沉积金属迹线之后，可以根据设计要求可选地施加一层焊接掩膜(步骤9)。这可例如通过丝网印刷法或者利用可光成像的(photo-imagable)焊接掩膜来实现。然后可通过分离(例如，通过切块)LED设备的多个部分来对透射材料片材进行后处理，所述多个部分中的每个包括可配置为个体LED阵列的多个LED(步骤10)。切块后的部件然后可被进一步分类并准备用于安装到更大的LED装置中。
如先前提及的，如本文中所公开的LED装置还可具有影响光输出且尤其是改善远场观看的另外的、可选的特征。例如，覆板可被处理以创建表面纹理化结构。图5绘示了在光透射层110的外表面112上具有示例表面纹理化结构116的LED装置100。表面纹理化结构116可预先形成在光透射层110上，或者纹理化结构可在制造LED装置100期间或之后形成。例如，在光透射层100形成过程期间，随着纹理化结构被形成，表面纹理化结构116可被压印到光透射层110中，或者纹理化结构可在该过程中稍后点时(例如，参见图4)利用常规方法比如切割、模制、压花或蚀刻来创建。可以添加、去除或重整材料。表面纹理化结构116可以是与光透射层110相同的材料，或者纹理化结构可以是不同的材料。例如，一种产生表面纹理化结构116的方法是在陶瓷母版上形成光透射层110。陶瓷材料会具有自然的表面变化，这些自然的表面变化产生表面纹理化结构116的图案。在这种情况下，表面变化可被认为是随机的或自然的。备选地，所述变化也可以是规定的，比如例如呈规则的、重复的、预定的或设计的图案。表面纹理化结构116的图案可适于实现各种效果，并且它可以是充当透镜的规定的(也可称为规则的)栅格图案，或者是随机图案。在某些方面中，图案是微结构图案，具有例如微结构量级的尺寸(例如，1-100μm)。在对于表面纹理化结构116具有微结构图案的一些实施例中，微结构图案在光透射层110的外表面112上以规定的(也可称为规则的)或随机的图案定位。表面纹理化结构116可遍及覆板的整个外表面为一致的，或者纹理化结构可在目标的区域中被施加，如关于图2A所描述的。例如，表面纹理化结构116可具有与LED部件130(例如区域A、B和或C)对正的特征。一些LED部件130可具有与其它LED不同的在它们之上或旁边的特征。不同的区域A、B和C可具有相同的或不同的表面纹理化结构116，纹理化结构可在尺寸、高度、形状、位置等方面变化。还可以预见，微结构可以整个或部分地未带有图案。
不利用或缺省基板并利用周围密封剂来制造LED装置(例如100)有若干优点。利用该方法，可以快速产生LED的个体多色阵列或者LED的更大矩阵。将LED粘附到环氧树脂管芯附接层提供了稳健的机械设计并且与诸如质量转移(mass transfer)之类的快速处理方法兼容。另外，装置可比在基板上生产的常规LED装置更薄并具有更低的成本。这允许增加的封装密度。密封剂、尤其是深色或黑色密封剂的使用可改善远场光的一致性并改善环境光下的有效对比度。此外，到LED管芯的电连接部可利用标准晶片或PCB板级处理全体一起制作。
参考图6，LED部件130还可具有用以改变光输出的被施加到发光表面132的特征。在一些实施例中，除了或代替微结构图案或纹理化结构之外，图案元件也可设置在一个或多个LED部件130的与管芯附接层120相邻的表面上。这可通过向后侧添加层或通过在磊晶/外延层(epi)生长之前利用去除工艺(例如常规用在蓝宝石基板上的那些工艺)创建图案而在LED晶片级时实现。这可呈沉积在发光表面132上的材料M的形式。材料M是带有图案的材料并可包括例如蓝宝石、金属、有机材料或无机材料。材料M可被选择性地施加到阵列中的个体LED部件130，或施加到阵列中的所有LED部件130。另外，材料M可以以设计成实现特定效果(例如，重新整形或散射光)的图案来沉积。这在改善远场光质量方面也会是有帮助的。
在另一个实施例中，LED装置100可包括成形的边缘，所述成形的边缘例如可以是弯曲的边缘或如图7中所示的斜切边缘B。斜切边缘B可影响光输出图案并可帮助使LED装置100抵御组件中可能出现的外力更加坚固。将理解的是，图5-7的特征可单独使用或以任何组合使用。
图8绘示出LED装置(总的标记为200)的另一实施例。LED装置200以与LED装置100相同的方式、通过将LED部件130设置在覆板上来构造。(为简化起见，未示出管芯附接层120。)在沉积导电迹线150之后，绝缘层170被添加。然后，可以根据特定的设计要求，根据需要依次添加另外的电迹线比如152、154。电迹线152、154通过绝缘层172隔开，并通过传导过孔156连接到彼此和导电迹线150。LED装置200可具有任何数量的交替的电层和绝缘层以满足设计要求，并且可还包括接地平面和电源平面层。这种构造引入了对于形成比原本通过允许线材在不同层中彼此交叉(例如，以允许三维布线电路)所可能实现的更加复杂的电路的能力。LED装置200因此包括多层式构造并且还可有利地在一些实施例中被填入(populate)以其它类型的有源或无源部件(未示出)从而为LED装置100提供增强的功能。
图9绘示出多层式LED装置(总的标记为300)的替代实施例。在也由自顶向下的方法构造的该实施例中，电迹线158被沉积在附接LED部件130之前的光透射层110的部件侧表面114上。这适应具有竖直管芯的LED(即在LED的相对两侧上具有触头的LED)的使用。电迹线158可被配置为最大化光输出，例如通过使尺寸最小化或采用诸如氧化铟锡(ITO)之类的透明材料用于迹线。另外，电迹线158可以是透明材料和金属连接点的组合。在其它方面上，LED装置300与LED装置200类似。在沉积电迹线158的第一层后，LED部件130电接合(bond)到电迹线158，并且密封剂层140被添加。接下来，可以根据特定的设计要求，根据需要然后依次添加交替的电迹线层(例如152、154)和绝缘层170。为了实现电连接，可以将凸点或厚的金属层添加到LED部件130的底部。例如，可以在LED部件呈晶片形式时将厚的铜焊盘置于LED部件130。替代地，还可以在施加电迹线之前使用激光器来清除焊盘。
电迹线152、154通过绝缘层172隔开，并通过传导过孔156连接到彼此和导电迹线150。这种构造引入了对于形成比原本通过允许线材在不同层中彼此交叉(例如，以允许三维布线电路)所可能实现的更加复杂的电路的能力。LED装置300因此包括多层式构造，并且还可有利地在一些实施例中被填入以其它类型的有源或无源部件(未示出)从而为LED装置300提供增强的功能。与LED装置200类似地，LED装置300可具有任何数量的交替的电层和绝缘层以满足设计要求，并且可还包括接地层和电源平面层。另外，将理解的是，LED装置200和LED装置300的特征可进行组合。例如，LED装置的一些区域可以具有与管芯附接层120相邻的电迹线158以允许LED部件130接合到迹线(即，沿竖直方向定向)，同时装置的其它区域具有沿水平取向粘附到管芯附接层120的LED。
尽管本文中描述的实施例针对LED的多色阵列，但将理解的是，所述方法和装置也可被应用于单种LED和单色阵列。
尽管已经参考特定的方面、特征和说明性实施例在本文中描述了本主题，然而将理解的是，本主题的效用并不因此受限，而是相反地扩展到并涵盖如基于本文中的公开而向本主题领域的普通技术人员启示的许多其它的变型、修改和替代实施例。
本文中公开的方面可以例如但不限于提供以下有益的技术效果中的一项或多项：降低的提供固态照明设备的成本；固态照明设备的减小的尺寸、体积或占地面积；提高的效率；改善的显色性；改善的热管理；简化的电路；改善的对比度、改善的视角；改善的颜色混合；提升的可靠性；和/或简化的DC或AC可操作性。
本文中所描述的结构和特征的各种组合和子组合也被构想，并且对于知悉本公开的本领域技术人员来说将是显而易见的。除非本文中相反地指示，否则本文中所公开的各种特征和元件中的任何都可以与一个或多个其它被公开的特征和元件组合。对应地，如下文中所要求保护的主题旨在被广义地解释和解读为包括在其范围内的所有这样的变型、改型和替代实施例以及包括权利要求的等同物。

Claims (19)

1.一种制造包括红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管装置的方法，包括：
提供光透射层；
将管芯附接层施加到所述光透射层的部件侧表面；
在将管芯附接层施加到所述光透射层之后，将红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管附接到所述管芯附接层；
将导电元件施加到所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管的电触头表面；
在将所述导电元件施加到所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管之后，将电绝缘密封剂层施加到所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管；
使所述密封剂层的一部分平坦化以暴露所述导电元件的至少一部分，并附在所述导电元件上施加一层或多层电迹线；以及
在背离所述光透射层的部件侧表面的所述光透射层的外表面上提供表面纹理化结构；
其中，所述光透射层的外表面的位于所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管上方的至少一个区域能够被限定为至少一个光学元件区域，并且
其中，所述表面纹理化结构仅被提供在所述光透射层的外表面的所述至少一个光学元件区域中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述密封剂层包括由深色和/或白色和/或黑色材料形成的不透明层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述密封剂层包括一层透明的和/或半透明的和/或漫射的材料。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述表面纹理化结构包括在所述光透射层的外表面上的微结构图案；和/或
所述方法还包括将带有图案的材料施加在所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管的与所述管芯附接层相邻的发光表面上。
5.如权利要求1所述的方法，包括将焊接掩膜施加到所述一层或多层电迹线中的最外侧电迹线的至少一部分。
6.如权利要求1所述的方法，还包括在所述光透射层和所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管之间施加第一电迹线。
7.一种包括红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管装置，包括：
光透射层；
设置在光透射层的部件侧表面上的管芯附接层；
设置在管芯附接层上的红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管；
在所述发光二极管周围和之间设置的密封剂层；
设置在所述发光二极管的、与管芯附接层相反的底表面上的一层或多层电迹线；以及
在背离所述光透射层的部件侧表面的所述光透射层的外表面上的表面纹理化结构；
其中，所述发光二极管装置在与所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管的光透射侧相反的发光二极管的那侧上缺省基板，
其中，所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管在管芯附接层上设置成使得发光二极管的光透射侧与管芯附接层接触，
其中，光透射层的外表面的位于所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管上方的至少一个区域能够被限定为至少一个光学元件区域，并且
其中，所述表面纹理化结构仅被提供在所述光透射层的外表面的所述至少一个光学元件区域中。
8.如权利要求7所述的发光二极管装置，其中，所述密封剂层包括电绝缘材料。
9.如权利要求8所述的发光二极管装置，其中，所述密封剂层包括由暗色、白色或黑色材料形成的不透明层。
10.如权利要求7所述的发光二极管装置，其中，所述发光二极管装置的一个或多个侧表面是斜切的。
11.如权利要求7所述的发光二极管装置，其中，所述表面纹理化结构包括微结构设计，并且其中，所述微结构设计带有图案或未带有图案。
12.如权利要求11所述的发光二极管装置，其中，所述微结构设计与所述发光二极管中的一个或多个对正。
13.如权利要求7所述的发光二极管装置，包括插设在发光二极管与第一层电迹线之间的导电元件。
14.如权利要求13所述的发光二极管装置，包括设置在所述一层或多层电迹线中的至少一者上的焊接掩膜。
15.如权利要求7所述的发光二极管装置，其中，所述一层或多层电迹线包括多层电迹线，所述多层电迹线通过导电过孔跨绝缘层互连。
16.如权利要求7所述的发光二极管装置，包括非发光二极管的电子部件。
17.如权利要求7所述的发光二极管装置，其中，所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管中的至少一者包括施加于其发光侧上的材料，并且其中，所述材料以一图案设置，所述图案由有机材料和无机材料中的一种或多种形成。
18.如权利要求17所述的发光二极管装置，其中，所述无机材料由蓝宝石和金属中的一种或多种形成。
19.一种包括红-绿-蓝颜色阵列的免基板发光二极管装置，包括：
光透射层；
设置在光透射层上的管芯附接层；
红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管，所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管在管芯附接层的部件侧上设置成使得所述发光二极管的光透射表面与管芯附接层接触；
在背离所述光透射层的部件侧表面的所述光透射层的外表面上的表面纹理化结构；
在所述发光二极管周围和之间设置的不透明的密封剂层；
设置在发光二极管的、与管芯附接层相反的底表面上的一层电迹线；以及
附在所述一层电迹线的至少一部分上设置的焊接掩膜，
其中，所述光透射层的外表面的位于所述红-绿-蓝颜色阵列的发光二极管上方的至少一个区域能够被限定为至少一个光学元件区域，并且
其中，所述表面纹理化结构仅被提供在所述光透射层的外表面的所述至少一个光学元件区域中。
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