本發(fā)明涉及一種利用布置在包括插口的主體中的固態(tài)光源的燈組。

背景技術(shù)：

包括發(fā)光二極管（led）、共振腔發(fā)光二極管（rcled）、垂直腔激光二極管（vcsel）和邊緣發(fā)射激光器的半導體發(fā)光裝置屬于當前可用的最有效光源。制造能夠在整個可見光譜上操作的高亮度發(fā)光裝置的目前被關(guān)注的材料系統(tǒng)包括iii-v族半導體（尤其是鎵、鋁、銦和氮和/或磷的二元、三元和四元合金）。通常，通過在藍寶石、碳化硅、硅、iii-氮化物、gaas或者其它合適的襯底上通過金屬有機化學氣相沉積（mocvd）、分子束外延（mbe）或者其它外延技術(shù)外延地生長不同組成和摻雜物濃度的半導體層的堆疊來制造iii-v發(fā)光裝置。所述堆疊通常包括形成在襯底上的摻有例如si的一個或多個n型層、形成在所述一個或多個n型層上的有源區(qū)中的一個或多個發(fā)光層以及形成在有源區(qū)上的摻有例如mg的一個或多個p型層。在n型和p型區(qū)上形成電觸頭。

led被越來越多地用作汽車應(yīng)用中的照明光源。例如，led可用于改裝燈泡中，用于替代常規(guī)白熾燈泡。

圖1示出了用于汽車應(yīng)用中的鹵素光源。鹵素燈泡100插入插口120中。插口120將燈泡100電連接至圖1中未示出的電控制器。燈泡100包括底座104和透鏡102。透鏡102通常為尤其在振動的環(huán)境（諸如汽車環(huán)境）下易碎的玻璃。通常為塑料的插口120的一個用途是將燈泡100保持在保護其免受振動的位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供附著于導電襯底并且布置在包括插口的模制體中的一個或多個led。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置包括安裝在導電襯底上的發(fā)光二極管（led）。透鏡布置在led上。主體形成在導電襯底上并且與透鏡直接接觸。主體包括按照單個一體化結(jié)構(gòu)形成的燈泡部分和插口部分。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法包括將發(fā)光二極管（led）附著于導電襯底。在led和導電襯底上模制主體。主體包括按照單個一體化結(jié)構(gòu)形成的燈泡部分和插口部分。布置在led上的透鏡從主體突出。

附圖說明

圖1示出了鹵素燈泡和插口；

圖2示出了布置在包括插口的模制體中的led；

圖3示出了led的示例；

圖4是圖2中所示的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖5示出了布置在包括位于燈具中的插口的模制體中的led；

圖6示出了制造圖2和圖4所示的結(jié)構(gòu)的方法；

圖7示出了布置在成型為熱交換器的模制體中的led。

具體實施方式

在包括led的光源（諸如用于汽車應(yīng)用的改裝燈泡）中，不需要玻璃透鏡。因此，不需要分離的插口來保護光源例如免受振動。在本發(fā)明的實施例中，在led周圍模制的主體中包括插口部分。

雖然在下面的示例中，半導體發(fā)光裝置是發(fā)射藍光或uv光的iii-氮化物led，但是可使用除led之外的半導體發(fā)光裝置（諸如激光二極管）、由其它材料系統(tǒng)（諸如其它iii-v材料、iii-磷化物、iii-砷化物、ii-vi材料、zno或者基于si的材料）制成的半導體發(fā)光裝置或者非半導體發(fā)光裝置。

在本發(fā)明的實施例中，在led上形成透鏡。led安裝在導電框架或者襯底上，然后在led、透鏡和導電襯底周圍模制主體。模制體包括用于將led電連接至更大的系統(tǒng)（諸如汽車或汽車照明系統(tǒng)）的插口。

圖2示出了本發(fā)明的實施例。一體的燈泡和插口包括模制體50。雖然主體50在本文中被稱作“模制體”，但是主體50可通過任何合適的技術(shù)形成，而不一定通過模制形成。例如，模制體50可為聚合物。在一些實施例中，模制體50是可將熱從led傳導散開并傳導至空氣或者導電襯底中的導熱塑料，從而熱可從裝置去除。透鏡42形成在led上的一部分從模制體50突出。在模制體50中可包括一個或多個led。雖然圖2中所示的透鏡42從模制體50的側(cè)部的單個區(qū)突出，但是一個或多個透鏡可按照任何合適的取向排列，以及排列在模制體50上的單個或多個位置。模制體不限于圖2中所示的形狀。

模制體50包括對應(yīng)于圖1中所示的燈泡和插口的燈泡部分54和插口部分52二者。在圖2中，燈泡部分54和插口部分52一體化為單個模制體50，并且不像圖1的燈泡100和插口120那樣可分離。為了改變圖1的照明裝置，將燈泡100從插口120取下并更換。為了改變圖2的照明裝置，將包括插口部分52的整個模制體50取下和更換；沒有分離的插口。

在諸如汽車應(yīng)用的一些應(yīng)用中，通常通過標準調(diào)節(jié)諸如圖1的燈泡和插口的器件。例如，圖1中所示的燈泡和插口符合iec60061標準。具體標準可不同并且與本發(fā)明無關(guān)。為了符合標準，插口120和/或燈泡100的特定部分必須具有特定形狀。圖1的插口120包括突出部分108，其底部代表基準線106?；鶞示€106可用于將插口120和燈泡100與例如光學器件（optic）或任何其它結(jié)構(gòu)對齊，以確保燈泡100合適地安裝以及在光學和/或機械上對齊。

在一些實施例中，包括插口（諸如圖2的結(jié)構(gòu)）的模制體符合標準，并因此包括標準所需的形狀、結(jié)構(gòu)和基準線。例如，圖2的模制體50包括一個或多個突起56，其底部對應(yīng)于用于根據(jù)iec60061標準對其光源的基準線。

圖3示出了合適的led的一個示例?？墒褂萌魏魏线m的led或者其它發(fā)光裝置，并且本發(fā)明不限于圖3中所示的led。圖3中所示的裝置是倒裝芯片，這意味著led主體25的底部上的一個或多個反射觸頭將光從led的頂部引導出以進入透鏡42內(nèi)?？墒褂闷渌b置幾何形狀；本發(fā)明不限于倒裝芯片led。

圖3中所示的led可如下形成。半導體結(jié)構(gòu)22如本領(lǐng)域所知的那樣生長在生長襯底（圖3中未示出）上。生長襯底通常為藍寶石但是可為任何合適的襯底，諸如（例如）sic、si、gan或復合襯底。半導體結(jié)構(gòu)22包括夾在n型區(qū)與p型區(qū)之間的發(fā)光區(qū)或有源區(qū)。n型區(qū)24可首先生長，并且可包括不同組成和摻雜物濃度的多個層，例如，所述多個層包括諸如緩沖層或者晶核層的預備層和/或被設(shè)計為有利于去除生長襯底的層，其可為針對為發(fā)光區(qū)有效地發(fā)射光所需的特定光學、材料或者電特性設(shè)計的n型或者非有意摻雜的，以及n型或者甚至p型器件層。發(fā)光區(qū)或有源區(qū)26生長在n型區(qū)上方。合適的發(fā)光區(qū)的示例包括單個厚的或薄的發(fā)光層，或者包括通過勢壘層分離的多個薄的或厚的發(fā)光層的多個量子阱發(fā)光區(qū)。隨后p型區(qū)28可生長在發(fā)光區(qū)上方。像n型區(qū)那樣，p型區(qū)可包括多個不同組成、厚度和摻雜物濃度的層，包括非有意摻雜的層或者n型層。

在半導體結(jié)構(gòu)生長之后，在p型區(qū)的表面上形成p觸頭。p觸頭30通常包括諸如反射金屬和防護金屬的多個導電層，其可防止或降低反射金屬的電遷移。反射金屬通常為銀，但是可使用任何合適的一種或多種材料。在形成p觸頭30之后，將p觸頭30的一部分、p型區(qū)28和有源區(qū)26去除，以暴露出n型區(qū)24的其上形成有n觸頭32的一部分。n觸頭32和p觸頭30通過可填充有電介質(zhì)34（諸如硅的氧化物或任何其它合適的材料）的間隙彼此電隔離?？尚纬啥鄠€n觸頭過孔；n觸頭32和p觸頭30不限于圖3中所示的排列方式。n觸頭和p觸頭可再分布以形成具有電介質(zhì)/金屬堆疊的結(jié)合焊盤，如本領(lǐng)域所已知的。

厚金屬焊盤36和38形成在n觸頭和p觸頭上并且電連接至n觸頭和p觸頭。焊盤38電連接至n觸頭32。焊盤36電連接至p觸頭30。焊盤36和38通過可填充有電介質(zhì)材料的間隙40彼此電隔離。焊盤38通過可在p觸頭30的一部分上方延伸的電介質(zhì)34與p觸頭30電隔離。例如，焊盤36和38可為金、銀、合金或者通過電鍍或任何其它合適的技術(shù)形成的任何其它合適的材料。在一些實施例中，焊盤36和38足夠厚以支承半導體結(jié)構(gòu)22，從而可去除生長襯底。

在一些實施例中，作為厚金屬焊盤36和38的替代，半導體結(jié)構(gòu)附著于主襯底，其可為例如硅、陶瓷、金屬或者任何其它合適的材料。在一些實施例中，生長襯底保持附著于半導體結(jié)構(gòu)。生長襯底可變薄和/或紋理化、粗糙化或圖案化。

許多個體led10形成在單個晶圓上。在鄰近的led10之間的區(qū)中，通過向下蝕刻至襯底將半導體結(jié)構(gòu)完全去除，或者將半導體結(jié)構(gòu)向下蝕刻至電絕緣層。電介質(zhì)材料12布置在led10之間的區(qū)域中。在諸如切分的后續(xù)處理中，材料12可在機械上支承和/或保護led10的側(cè)部。材料12也可形成為防止光從led10的側(cè)部逃逸或降低從led10的側(cè)部逃逸的光的量。

隨后從led的晶圓去除生長襯底。例如，可通過激光熔融、蝕刻、諸如磨削的機械技術(shù)或者任何其它合適的技術(shù)來去除生長襯底。led10的半導體結(jié)構(gòu)22可在去除生長襯底之后變薄，和/或可將暴露的頂表面粗糙化、紋理化或圖案化，例如，以改進從led10的光提取。

在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換層20連接至led10的通過去除生長襯底暴露的表面，或者在生長襯底保持附著于半導體結(jié)構(gòu)地方連接至裝置中的生長襯底。波長轉(zhuǎn)換層20可為通過任何合適的技術(shù)形成的任何合適的材料?？墒褂枚鄠€波長轉(zhuǎn)換層。波長轉(zhuǎn)換材料可為常規(guī)磷光體、有機磷光體、量子點、有機半導體、ii-vi或iii-v半導體、ii-vi或iii-v半導體量子點或納米晶體、染料、聚合物或者發(fā)光的其它材料。在多個實施例中，例如，波長轉(zhuǎn)換層20可為與透明材料混合的一種或多種粉末磷光體，所述透明材料諸如硅，其被分配、絲網(wǎng)印刷、模板印刷或預形成，然后層合在led10上方，或者為預形成的發(fā)光陶瓷或者分配在膠粘或結(jié)合至led10的玻璃或其它透明材料中的磷光體。

波長轉(zhuǎn)換層20吸收通過led發(fā)射的光并且發(fā)射一種或多種不同波長的光。通過led發(fā)射的未轉(zhuǎn)換的光通常是從所述結(jié)構(gòu)中提取的光的最終光譜的一部分，但是這并不是一定的。常見組合的示例包括發(fā)射藍光的led與發(fā)射黃光的波長轉(zhuǎn)換材料的組合、發(fā)射藍光的led與發(fā)射綠光和紅光的波長轉(zhuǎn)換材料的組合、發(fā)射uv的led與發(fā)射藍光和黃光的波長轉(zhuǎn)換材料的組合以及發(fā)射uv的led與發(fā)射藍光、綠光和紅光的波長轉(zhuǎn)換材料的組合?？杉尤氚l(fā)射其它顏色的光的波長轉(zhuǎn)換材料以調(diào)整從所述結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的光譜。

可將例如導致散射或者改變層的折射率的非波長轉(zhuǎn)換材料加入波長轉(zhuǎn)換層20。合適的材料的示例包括二氧化硅和tio2。在一些實施例中，在裝置中不使用波長轉(zhuǎn)換材料。

在形成波長轉(zhuǎn)換層20或者將預形成的波長轉(zhuǎn)換層20附著于led之前或之后，可將led的晶圓切分為個體led或led組。通過切割圍繞led主體25的電介質(zhì)12將圖3中所示的led與晶圓分離。

在將led附著于導電襯底之前或之后，可在led主體25上形成波長轉(zhuǎn)換層20，如下面的描述。

在led上布置光學元件42。光學元件42是可改變通過led發(fā)射的光的圖案的結(jié)構(gòu)。合適的光學元件的示例包括諸如圓頂透鏡和菲涅爾透鏡的透鏡和諸如光學集中器的其它結(jié)構(gòu)。為了語言簡單，在本文中將光學元件42稱作透鏡。透鏡42可為通過膠粘或以其它方式附著于led主體25的預形成的透鏡或者例如通過模制形成在led主體25上的透鏡。如圖3所示，透鏡42通常在led主體25的側(cè)部上延伸，但是并不要求這樣。在一些情況下，一個物理透鏡可覆蓋不止一個led。使用一個透鏡覆蓋多個led在系統(tǒng)的光學性能方面可具有優(yōu)點，由于通過將多個led布置在導電襯底上，可將不同顏色、不同形狀和/或不同電特性的led布置為彼此靠近，并且通過特定光學耦合成為合適的單個物理透鏡。

模制透鏡42可如下形成。將內(nèi)部具有透鏡42的形狀的模具放置于led主體25上。該模具可在光學上與防止模制材料與模具粘連的不粘膜對齊。在一些實施例中，將諸如o2等離子體的等離子體施加于led主體25的頂表面，以提高模制材料與led主體的粘合力。模具與led主體25之間的區(qū)填充有可熱固化的液體模制材料。模制材料可為任何合適的光學透明材料，諸如硅樹脂、環(huán)氧樹脂或者混合硅樹脂/環(huán)氧樹脂?？墒褂没旌衔飳⒛Ｖ撇牧系臒崤蛎浵禂?shù)（cte）與led主體25的cte更緊密地匹配。硅樹脂和環(huán)氧樹脂具有足夠高的折射率（大于1.4）以有利于從led的光提取以及用作透鏡。一種硅樹脂的折射率為1.76。在一些實施例中，在模制材料中散布諸如磷光體的波長轉(zhuǎn)換材料?？墒褂镁哂猩⒉嫉牟ㄩL轉(zhuǎn)換材料的光學元件來代替波長轉(zhuǎn)換層20或額外使用所述光學元件?？稍趌ed主體25與模具之間形成真空密封，并且可將兩個部分彼此壓合在一起，以使得led插入液體模制材料中，并且模制材料處于壓力下。隨后可加熱該模具，例如加熱至約150℃或其它合適的溫度并持續(xù)合適的時間以使模制材料變硬成為透鏡42。然后，將如圖3中所示的成品裝置從模具中取出。

透鏡42可成組地在led上模制，如圖4中所示，從而鄰近的裝置的透鏡42連接在一起。

在將led附著于導電襯底之前或之后，透鏡42可形成在led主體25上，如下所述。

圖4是圖2中所示的結(jié)構(gòu)的剖面。

如圖4中所示，將一個或多個led25附著于導電襯底18。led25可經(jīng)圖3所示的可電連接和物理連接至襯底18的焊盤36和38直接連接至襯底18。可替換地，led25可經(jīng)導線或任何其它合適的結(jié)構(gòu)電連接至襯底18。導電襯底18可為金屬、諸如聚酰亞胺的柔性聚合物或者可忍受被暴露于聚合物模制所需的溫度（例如超過260℃的溫度持續(xù)大于10秒）的任何其它合適的材料。在一些實施例中，導電襯底18是熱導率為至少100w/mk的材料，諸如（例如）c194銅。導電襯底18可包括電連接至led上的陽極和陰極連接部分（圖3中所示的裝置中的焊盤36和38）的電隔離構(gòu)件和任何其它電路元件。導電襯底18可包括從模制體突出的外部部分。外部部分可用于將導電襯底電連接至可將電流供應(yīng)至導電襯底以為led施加正向偏壓的電源，以使得led發(fā)射光。

在圖4中所示的結(jié)構(gòu)中，諸如插頭或插頭的插座的電連接結(jié)構(gòu)48在主體50的底部中凹進。電連接結(jié)構(gòu)48通過諸如（例如）引線16的任何合適的結(jié)構(gòu)電連接至襯底18。

可將一個或多個可選的額外電路元件44附著于導電襯底18或者附著于模制體50內(nèi)部或外部的引線16。額外電路元件44可為不發(fā)光的電路元件。例如，額外電路元件44可為靜電放電保護電路、功率調(diào)節(jié)電路、驅(qū)動器電路、控制電路、帶引線的電阻器、帶引線的二極管，或者任何其它合適的電路元件。帶引線的電阻器和二極管是兩端具有引線（長導線）的標準分立電路元件。這些裝置可通過諸如釬焊、激光焊接和電阻焊接的技術(shù)方便地連接至傳導襯底18或者引線16。當期望從例如led的熱敏電路元件去除例如電阻器主體的熱源時使用帶引線的組件。額外電路元件44可被完全包裝在模制體50中，或者額外電路元件44的全部或一部分可從模制體50突出。

模制體50可為任何合適的材料，包括（例如）塑料、聚碳酸酯、聚烯烴、ppa、pps或者諸如硅橡膠的聚合物。在一些實施例中，模制體50是熱導率為至少1w/m-k的導熱塑料。在一些實施例中，熱傳導塑料的使用消除了對額外散熱器的需求。在一些實施例中，模制體50是諸如電阻率為至少10，000ω-m的塑料的材料，以電隔離諸如引線16的布置在模制體50中的部件。

在一些實施例中，模制體50的一部分涂覆或涂布有電絕緣涂料46。例如，如圖4所示，電連接結(jié)構(gòu)48附近的模制體的一部分可涂覆有電絕緣涂料，以使得模制體50的熱傳導塑料不直接接觸電連接結(jié)構(gòu)48。電絕緣涂料允許使用導電塑料或者聚合物作為模制體50。在一些實施例中，導電襯底18涂布或涂覆有電絕緣涂料以使布置在導電襯底18上的電路與導電模制體50隔離。在一些實施例中，導電模制體50可用于提供電屏蔽以保護電路元件免受電磁干擾（emi），和/或當電路通過非dc電波形驅(qū)動或者內(nèi)部產(chǎn)生非dc電波形時降低或減輕電噪聲。

在一些實施例中，主體50由諸如載有石墨的聚碳酸酯的導電聚合物模制。導電模制體50可自身形成裝置的電路的一部分，從而去除對額外分離的組件的需要并且潛在地將熱分布至模制體50中或者從模制體50去除熱。

在一些實施例中，模制體50覆蓋透鏡42的至少一部分，從而透鏡42嵌入主體50中。模制體50直接接觸透鏡42的一部分。模制體50通常是不透明的，但是在一些實施例中其可為透明的或者半透明的。

在一些實施例中，模制體50包括外表面上的鰭，其針對周圍空氣提供直接熱耦合。這些鰭可利用本領(lǐng)域已知的工序設(shè)計，以生成有效的散熱結(jié)構(gòu)。

圖5示出了一種包括led的結(jié)構(gòu)，該led布置在安裝在燈具中的包括插口的模制體中。模制體50布置在作為燈具的一部分的反射器62中。布置在多個led上的透鏡42從模制體50的至少兩側(cè)突出，如圖所示。從led發(fā)射并從透鏡42提取的光60可被反射器62反射出并且朝前（圖示取向為朝左）重新定向。模制體50的參考平面58與反射器62的表面對齊。例如，模制體50可穿過反射器62中的孔直至突起56抵住反射器62的表面為止。在一些實施例中，模制體50的在反射器62中的一部分66的形狀必需符合標準。模制體50的在反射器62外的一部分64的形狀可為柔性的。

圖7示出了一個成形為熱交換器的模制體50的示例。圖7中的反射器62內(nèi)部（或者參考平面58以上）的部分66是堆疊在直徑較大的圓柱體上的直徑較小的圓柱體。直徑較大的圓柱體是模制體50的在反射器62外部（參考平面58以下）的部分64。反射器外部的部分64可成形為如圖7所示的有鰭的熱交換器或者任何其它合適的結(jié)構(gòu)。反射器內(nèi)部的部分66可根據(jù)標準需要成形。在部分64的側(cè)部上示出電連接結(jié)構(gòu)48。

圖6示出了形成圖2和圖4中所示的裝置的方法。在處理72中，將led附著于導電襯底。在一些實施例中，利用當暴露于一般模塑溫度（例如，在280-350℃的范圍內(nèi)）時不失效的裸晶附著技術(shù)將led芯片安裝在傳導襯底上?？墒褂萌魏魏线m的材料將led附著于導電襯底，諸如（例如）銀裸晶附著環(huán)氧樹脂或者共晶ausn焊料。除led芯片之外，在一些實施例中還可將構(gòu)成電路的其它結(jié)構(gòu)附著于襯底。在一些實施例中，在裸晶附著之后，將一根或多根導線鍵合至led和/或其它電路元件以完成與led和/或其它電路元件的電連接。

在一些實施例中，在處理72之后，在led上模制透鏡。在一些實施例中，使用當受到注塑模制時保持至少一些其機械強度的透鏡材料。可在形成透鏡之前或之后將諸如帶引線的電阻器、電導線或封裝的半導體裝置的額外組件附著于傳導襯底。

在形成透鏡和附著非led電組件之后，可將整個裝配件布置在諸如常規(guī)注塑機的模塑機中。在處理74中，在一些實施例中，在導電襯底、可選的非led組件和透鏡的一部分上模制聚合物。在一些實施例中，聚合物主體形成燈泡或燈的機械主體以及用于將熱從led和其它電組件攜帶至周圍空氣或者引線16的散熱器二者。

已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，一旦提供本公開，就可在不脫離本文所述的本發(fā)明構(gòu)思的精神的情況下對本發(fā)明作出修改。因此，本發(fā)明的范圍不旨在限于示出和描述的特定實施例。