專利名稱：照明組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及發(fā)光組件或者照明組件。更具體地說，本發(fā)明
涉及使用發(fā)光二極管(LED)陣列的發(fā)光組件或者照明組件。
背景技術(shù)：
照明組件用于各種不同的應(yīng)用中。例如，傳統(tǒng)的照明組件使用 光源，例如，白熾光源或者熒光光源。近來，其它類型的發(fā)光元件， 特別是發(fā)光二極管(LED)，已經(jīng)用于照明組件中。LED具有小尺 寸、長壽命和低功耗的優(yōu)點。LED的這些優(yōu)點使它們可用于很多不 同的應(yīng)用中。
對于很多發(fā)光應(yīng)用，希望具有一個或者多個LED,以提供所需 的光強度和/或分布。例如，幾個LED可以組裝在小尺寸的陣列中， 以在小的區(qū)域上提供高的照度，或者，LED可以分布在較大的區(qū)域 上，以提供更廣的、更均勻的照度。
通常，通過將LED安裝在印刷電路板基底上，來使陣列中的LED 相互連接，并且與其它電力系統(tǒng)連接?？梢允褂门c其它電子制造領(lǐng)域 常用的技術(shù)將LED組裝在基底上，例如，將各部件定位在電路板跡 線上，然后，使用已知的大量技術(shù)中的一種技術(shù)，將這些部件結(jié)合在 該基底上，所述已知的技術(shù)包括波峰焊接、回流焊接以及使用導(dǎo)電粘 合劑的連接技術(shù)。
用于保持LED管芯的常用的LED封裝包括安裝在陶瓷或者塑料 封裝內(nèi)的一個或者多個LED，其中，通過引線或者焊料接合提供電 連接，例如表面安裝式封裝或者T-13/4型"豆形軟糖(jellybean)" 封裝等。然而，這些技術(shù)和設(shè)計提供的從LED封裝至吸熱器的導(dǎo)熱性 有時很差，所用的電路化基底可能是昂貴的，并且有時提供很差的光 反光率。 -
對于提高LED的光輸出和延長其工作壽命，高的導(dǎo)熱率是重要
的。此外，在LED照亮光腔并且由LED發(fā)出的大部分光被從電路基 底反射在光腔內(nèi)的應(yīng)用中，基底的反射率也是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本文所述的實施例特別適用于制造和使用用于照明目的或者用 于信息顯示的LED陣列。
在一個方面，本發(fā)明提供一種照明組件，該照明組件包括導(dǎo)熱 基底和位于導(dǎo)熱基底的主表面附近的圖案化導(dǎo)電層。該組件還包括設(shè) 置在圖案化導(dǎo)電層和基底的主表面之間的反射介電層，該反射介電層 包括至少一個孔。該組件還包括至少一個LED，該LED包括柱，該 柱穿過所述反射介電層的至少一個孔連接在所述導(dǎo)熱基底的主表面 上，其中，所述至少一個LED通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接， 并與所述圖案化導(dǎo)電層電連接。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種制造照明組件的方法，所述方 法包括提供導(dǎo)熱基底；在所述導(dǎo)熱基底的主表面上形成介電層；以 及在所述介電層上形成圖案化導(dǎo)電層。所述方法還包括提供至少一 個帶柱的LED;將所述至少一個LED連接到所述導(dǎo)熱基底上，使得 所述至少一個LED通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接，并與所述圖 案化導(dǎo)電層電連接。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種顯示器，該顯示器包括照明組 件。該照明組件包括導(dǎo)熱基底和位于導(dǎo)熱基底的主表面附近的圖案 化導(dǎo)電層。該組件還包括設(shè)置在圖案化導(dǎo)電層和基底的主表面之間的 反射介電層，其中，所述反射介電層包括至少一個孔。所述組件還包 括至少一個LED，該LED包括柱，該柱穿過所述反射介電層的至少 一個孔連接到所述導(dǎo)熱基底的主表面上，其中，所述至少一個LED 通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接，并與所述圖案化導(dǎo)電層電連接。 該顯示器還包括與所述照明組件光學耦合的空間光調(diào)制器，其中，所 述空間光調(diào)制器包括多個可控元件，這些可控元件可操作以調(diào)制至少 一部分來自所述照明組件的光。
本發(fā)明的以上概述并不意味著描述了本發(fā)明的每一個所披露的 實施例或者每個實施方式。下面的附圖和詳細描述更具體地舉例說明 示例性實施例。


圖1是LED的一個實施例的示意性剖視圖。 圖2是LED的另一個實施例的示意性剖視圖。 圖3是照明組件的一個實施例的示意性剖視圖。 圖4是照明組件的另一個實施例的示意性剖視圖。 圖5示意性地示出顯示組件的一個實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明適用于照明組件，更具體地說，適用于使用LED提供照 明的照明組件。本文所披露的照明組件可以用于普通的照明目的(例 如，照亮區(qū)域)，或者與信息顯示器中一樣，通過選擇性照明組件的 不同區(qū)域來向觀看者提供信息。這種組件適用于背光顯示器、標志和 需要大量光的其它照明應(yīng)用中。
本發(fā)明的照明組件包括LED，該LED設(shè)計成可使用很多合適的 技術(shù)(例如，超聲焊接或射頻(RF)焊接、超聲接合或射頻結(jié)合、 熱超聲波焊接、結(jié)合、釬焊等)連接在基底上。該基底是導(dǎo)熱的，從 而可以將熱從LED導(dǎo)出。在一些實施例中，該基底還是導(dǎo)電的，從 而為LED提供電路通路。此外，在一些實施例中，該組件可以包括 位于基底的主表面附近的反射介電層，以反射至少一部分由LED發(fā) 出的光。此外， 一些實施例包括具有柱的LED，該柱可以提供與基 底的直接熱連接。在示例性實施例中，該直接熱連接可以允許由LED 產(chǎn)生的一部分熱從LED導(dǎo)出，并沿與基底的主表面基本上正交的方 向?qū)牖字?，從而減少從LED橫向擴散的發(fā)熱量。
圖1是LED 20的一個實施例的示意性剖視圖。LED 20包括安 裝在LED主體24中的管芯22，該LED主體24具有反射表面25。 LED20還包括第一電極26和第二電極28以及柱30，其中這兩個電
極都與管芯22電連接。
本文所用的術(shù)語"LED"和"發(fā)光二極管"通常是指具有向二
極管供電的接觸區(qū)域的發(fā)光半導(dǎo)體元件。不同形式的無機半導(dǎo)體發(fā)光
二極管可以由例如一種或多種m族元素和一種或者多種v族元素的
組合(m-v半導(dǎo)體)形成?？捎糜贚ED的III-V半導(dǎo)體材料的實例
包括氮化物，例如，氮化鎵或者氮化銦鎵；以及磷化物，例如，磷 化銦鎵。也可以使用其它類型的III-V材料，也可以使用周期表的其 它族的無機材料。
LED可以呈封裝或者非封裝的形式，包括，例如，LED管芯、 表面安裝式LED、板上芯片式LED和其它結(jié)構(gòu)的LED。板上芯片
(COB)是指直接安裝在電路基底上的LED管芯(即，未封裝的 LED)。術(shù)語LED還包括用熒光粉封裝或者與熒光粉相關(guān)的LED， 其中，熒光粉將由LED發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌ㄩL的光。與LED的電 連接可以通過引線接合、巻帶式自動接合(TAB)、熱壓結(jié)合或者芯 片倒裝接合來形成。LED示意性地示于圖中，并且如本文所述，可 以是非封裝的LED管芯或者封裝的LED。
LED可以是頂部發(fā)光的，例如，如美國專利No. 5,998,935
(Shimizu等人)中所述的那些?；蛘?，LED可以是側(cè)面發(fā)光的，例 如，如美國專利公開No. 2004/0,233,665 Al (West等人)中所述的那 些。
LED可以選擇為以任何所需波長發(fā)射，例如，在紅色、綠色、藍 色、紫外或者紅外光譜區(qū)中發(fā)射。在LED陣列中，各LED可以都在同 一光譜區(qū)中發(fā)射，或者可以在不同的光譜區(qū)中發(fā)射。不同的LED可以 用來產(chǎn)生不同的顏色，其中，由發(fā)光元件發(fā)射的光的顏色是可選擇的。 對不同LED的單獨控制導(dǎo)致能夠控制發(fā)射的光的顏色。另外，如果需 要白色光，則可以提供大量發(fā)射不同顏色光的LED，其組合的效果是 發(fā)射觀看者感覺成是白色的光。產(chǎn)生白色光的另一方法是使用一個或 者多個發(fā)射相對較短波長的光的LED，并且使用熒光粉波長轉(zhuǎn)換器將 發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為白色光。白色光是刺激人眼的光感受器以產(chǎn)生普通觀 看者認為是"白色"的外觀的光。這種白色光可以偏向紅色(通常稱
為暖白色光)或者偏向藍色(通常稱為冷白色光)。這種光的彩色再 現(xiàn)指數(shù)可以高達100。
圖1的LED 20可以包括任何合適的LED管芯22。例如，LED管 芯22可包括不同的p摻雜和n摻雜的半導(dǎo)體層、基底層、緩沖層和覆 蓋層。LED管芯22的主發(fā)光表面、底表面和側(cè)表面以簡單的矩形布置 的形式示出，但是，也可使用其它已知的構(gòu)造，例如，形成例如截頂 棱錐形狀的傾斜側(cè)表面，所述截頂棱錐形狀可以是豎直的或者倒置的。 為了簡單起見，與LED管芯的電觸點也沒有示出，但是，如已知的那 樣，可以在管芯的任何表面上設(shè)置電觸點。
雖然LED 20示出為具有一個管芯22，但是LED 20可以包括兩個 或者更多個管芯22，例如，發(fā)紅色光的管芯、發(fā)綠色光的管芯和發(fā)藍 色光的管芯。在一些實施例中，LED管芯22可以是芯片倒裝式設(shè)計， 從而兩個電觸點都在管芯22的底表面上。在這種實施例中，可以使用 任何合適的技術(shù)將管芯22電連接到LED 20的第一 電極26和第二電極 28上。
在另一可選的實施例中，LED 20可以包括引線接合LED管芯22。 例如，圖2是包括一個引線接合LED管芯122的LED 120的示意性剖 視圖。管芯122通過連接在管芯122的頂表面上的引線127電連接到 第一電極126上。管芯122的底表面電連接到LED 120的第二電極128 上。在一些實施例中，LED管芯122也可以在管芯122的任何合適的 表面或者多個表面上具有兩條或者更多條接合引線，所述接合引線將 管芯122與第一電極126和/或第二電極128和/或柱130電連接?？梢?使用任何合適的引線(一條或者多條)連接管芯122和第一電極126。 此外，可以使用任何合適的技術(shù)將引線127連接在管芯122和第一電 極126上。LED 120還包括LED主體124和柱130，該主體包括反射 體125。在本文中關(guān)于圖1所示實施例的LED管芯22、主體24、第一 電極26、第二電極28和柱30所述的所有設(shè)計事項和可能性都同等地 適用于圖2所示實施例的LED管芯122、主體124、第一電極126、第 二電極128和柱130。
返回到圖1， LED主體24具有反射表面25，該反射表面從LED
管芯22捕獲邊緣發(fā)射光，并且使該光向前偏轉(zhuǎn)?？梢杂萌魏魏线m的材
料(一種或者多種)形成LED主體24，例如，金屬、聚合物等。反射 表面25可以是鏡面反射或者漫反射的。在一些實施例中，反射表面25 可以包括多層聚合物反射膜，例如，可得自美國明尼蘇達州St.Paul市 3M公司的Vikuiti ESR膜。
LED 20還包括與LED管芯22熱連接的柱30。柱30可以起到將 熱從管芯22引導(dǎo)出并離開LED 20的低熱阻通路的作用。柱30可以與 管芯22接觸?；蛘?，柱30可以通過導(dǎo)熱粘合劑或者其它材料與管芯 22熱連接。
可以用任何合適的材料(一種或者多種)形成柱30。在一些實施 例中，柱30包括導(dǎo)熱材料，例如，銅、鎳、金、鋁、錫、鉛、銀、銦、 氧化鋅、氧化鈹、氧化鋁、藍寶石、金剛石、氮化鋁、碳化硅、石墨、 鎂、鎢、鉬、硅、聚合物粘結(jié)劑、無機粘結(jié)劑、玻璃粘結(jié)劑及其組合。 柱30還可以包含具有較高的傳熱速率的工作流體。由此，柱30可以 被認為是熱管，其中，通過毛細流動或者兩相液體/沸騰傳熱系統(tǒng)來輸 送流體。此外，在一些實施例中，柱30可以是導(dǎo)電的?？梢杂萌魏魏?適的導(dǎo)電材料(一種或者多種)形成導(dǎo)電柱30，例如，銅、鎳、金、 鋁、錫、鉛、銀、銦及其組合。在示例性實施例中，柱30可以既是導(dǎo) 熱的又是導(dǎo)電的。
此外，導(dǎo)電柱30可以是分段的，以提供對柱30的各部分的電隔 離。優(yōu)選的是，以縱向的方式進行分段，使得每段具有良好的導(dǎo)熱性。 例如，圓柱形柱可以由兩個半圓柱形的導(dǎo)熱導(dǎo)電材料例如鋁構(gòu)成，這 兩段材料用置于其間的介電層或介電區(qū)層壓在一起，以形成沿著長度 方向高度導(dǎo)熱的柱，但是在柱的徑向方向具有相對有限的導(dǎo)熱性，并 且在柱的徑向方向上沒有導(dǎo)電性。柱也可具有兩個以上的段。
柱30可以采用任何合適的尺寸或者形狀。在一些實施例中，柱 30可以采用圓柱形的形狀?；蛘撸?0可以采用錐形的形狀。此外， 在一些實施例中，柱30可以包括一個或多個螺紋，如本文進一步所述。 雖然柱30被示出為包括單個柱或者單一主體，但是柱30可以包括兩 個或者更多個柱，每一個柱與導(dǎo)熱基底212接觸。在一些實施例中，
柱30可以包括一個或者多個突起，所述突起可以幫助將LED 20連接 在基底上，也如本文進一步所述。
可以使用任何合適的技術(shù)，例如，粘附、結(jié)合、焊接等，將LED 主體24永久性地連接在柱30上。在一些實施例中，柱30可以與LED 主體24成一體?；蛘撸琇ED主體24可以可拆卸地連接在柱30上。可 以使用任何合適的技術(shù)將LED主體24可拆卸地連接在柱30上。例如， 柱30可以包括一個或者多個螺紋，并且，LED主體24也可以包括一 個或者多個螺紋，使得主體24可以通過螺紋擰在柱30上?；蛘?，LED 主體24可以摩擦配合在柱30上。
一般來說，LED可以使用常規(guī)電路板和膜連接到電源和基底上。 雖然LED與大多數(shù)的其它電子部件共享很多相同的要求，但是也存在 不同之處。第一，LED可能是昂貴的，在使用LED構(gòu)建照明系統(tǒng)的最 節(jié)省成本的設(shè)計中，與吸熱器的連接處的熱阻可能很高，這會加快LED 的熱老化。第二， LED通常照明光腔，其中，光可能會經(jīng)歷電路板基 底的若干次反射。
為了幫助防止組件中的光吸收，可以通過用高度反射涂層(例如 填充有二氧化鈦的涂層或者反射膜)涂布電路板來制造電路基底。然 而，對于LED，這兩種類型的涂層都必須被圖案化，以通過涂層與電 路板電接觸和熱接觸。對反射涂層或膜的這種圖案化可能是昂貴的， 并且可能不會提供從LED到電路板基底的良好的導(dǎo)熱性。
另一可選的電路板基底是這樣一種基底，其中，將LED安裝在電 路板上也能夠?qū)崿F(xiàn)與電路板的良好熱接觸，并且使反射體圖案化。這 可以通過例如超聲焊接或超聲接合和/或熱焊接或熱結(jié)合技術(shù)實現(xiàn)。
一般來說，本發(fā)明的LED可以使用很多合適的技術(shù)(例如超聲焊 接、射頻焊接、熱超聲波焊接等)連接在基底上。這種LED設(shè)計成快 速、容易地連接在各種基底上。
例如，圖3是照明組件200的一個實施例的示意性剖視圖。該組 件200包括導(dǎo)熱基底212、位于導(dǎo)熱基底212的第一主表面214附近的 圖案化導(dǎo)電層218、設(shè)置在圖案化導(dǎo)電層218和第一主表面214之間的 介電層216、以及至少一個LED 220。
導(dǎo)熱基底212具有第一主表面214和第二主表面215。基底212 可以包含任何合適的導(dǎo)熱材料(一種或者多種)，例如，銅、鎳、金、 鋁、錫、鉛、銀、銦、鎵、氧化鋅、氧化鈹、氧化鋁、藍寶石、金剛 石、氮化鋁、碳化硅、石墨、鎂、鎢、鉬、硅、聚合物粘結(jié)劑、無機 粘結(jié)劑、玻璃粘結(jié)劑、裝填有可導(dǎo)電或者不可導(dǎo)電的導(dǎo)熱顆粒的聚合 物、毛細流動熱管、兩相傳熱裝置及其組合。在一些實施例中，基底 212可以是與另一種材料(一種或者多種材料)可焊接的(例如，可超 聲焊接的)，例如，與鋁、銅、涂有金屬的陶瓷或者聚合物、或者導(dǎo) 熱填充的聚合物可焊接?；?12可以具有任何合適的尺寸和形狀。
在一些實施例中，導(dǎo)熱基底212還可以是導(dǎo)電的。這種導(dǎo)電基底 可以包含任何合適的導(dǎo)電材料(一種或者多種)，例如，銅、鎳、金、 鋁、錫、鉛、銀、銦、鎵及其組合。
導(dǎo)熱基底212可以起到組合作用，包括，例如，與LED220電連 接、提供從LED 220的直接導(dǎo)熱通路、提供從LED 220的橫向散熱、 以及提供與其它系統(tǒng)的電連接。
在一些實施例中，導(dǎo)熱基底212可以是柔性的。在這種實施例中， 優(yōu)選的是，介電層216和圖案化導(dǎo)電層218也是柔性的。具有其上帶 有銅導(dǎo)電層的聚酰亞胺絕緣基底的合適的柔性材料是3Mtm Flexible Circuity,其可得自3M公司。
位于導(dǎo)熱基底212的第一主表面214附近的是圖案化導(dǎo)電層218。 在圖3所示的實施例中，圖案化導(dǎo)電層218包括第一導(dǎo)體219a和第二 導(dǎo)體219b。可以在圖案化導(dǎo)電層218內(nèi)或者用圖案化導(dǎo)電層218形成 任何合適數(shù)目的導(dǎo)體。圖案化導(dǎo)電層218可以包含任何合適的導(dǎo)電材 料(一種或者多種)。這種合適的材料包括純凈形式或者合金形式的 金、銅、鋁和銀。圖案化導(dǎo)電層218的導(dǎo)體也可以是裸露的或者被絕 緣的引線或者條帶。如果引線或者條帶是絕緣的，則優(yōu)選的是，絕緣 體是透明的，并且該引線或者條帶是高度反射性的，或者，絕緣體是 高度反射性的，例如填充有二氧化鈦的聚合物。在一些實施例中，圖 案化導(dǎo)電層218可以是反射的。
引線或者條帶可以按單維陣列的形式放置，或者可以按正交陣列
或者三線控制系統(tǒng)的形式放置。正交陣列或者3-線控制系統(tǒng)可以用來
向各個LED提供邏輯信號。例如，LED可以電連接到集成電路，該集 成電路從兩個或者三個超前電路獲得信號和電力，其中，LED具有響 應(yīng)于控制信號的預(yù)定光輸出。
圖案化導(dǎo)電層218可以使用本領(lǐng)域已知的任何合適的技術(shù)來圖案 化，例如，化學蝕刻、光刻、化學氣相沉積、噴墨印刷等。在組件200 包括LED陣列的實施例中，圖案化導(dǎo)電層218可以被圖案化，使得可 以單獨尋址陣列的每個LED。
置于圖案化導(dǎo)電層218和基底212的第一主表面214之間的是介 電層216。在所圖示的實施例中，介電層216包括至少一個孔217，該 孔延伸穿過介電層216，使得LED220可以熱連接到導(dǎo)熱基底212，在 一些實施例中，可以電連接到導(dǎo)熱基底212，如本文進一步所述。在一 些實施例中，介電層216可以是反射的。在這種實施例中，優(yōu)選的是， 介電層216將其上的入射光反射至少80%。更優(yōu)選的是，介電層216 將其上的入射光反射至少95%。甚至更優(yōu)選的是，介電層216將其上 的入射光反射至少99%。介電層216可以是鏡面反射的或者漫反射的。
介電層216可以包含任何合適的介電材料(一種或者多種)，所 述介電材料在圖案化導(dǎo)電層218和導(dǎo)熱基底212之間提供絕緣層，在 一些實施例中，在圖案化導(dǎo)電層218和導(dǎo)熱基底212之間提供反射層。 例如，介電層216可以包含金屬和介電材料的組合，使得該組合是非 導(dǎo)電的，例如，銀或鋁和聚合物或者無機氧化物的組合。其它這種合 適的金屬和介電材料的組合包含涂布在介電材料的層或者連續(xù)基體內(nèi) 的由銀、銅、鋁、錫、銦和金制成的一種或者多種導(dǎo)電顆粒、纖維、 或其它主體，所述介電材料的層或者連續(xù)基體由玻璃、無機氧化物、 縮合聚合物(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯)、 飽和聚合物(例如，聚烯烴和含氟聚合物)和其它聚合物(包括環(huán)氧 樹脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚硅氧垸、聚乙烯基苯乙烯、聚丙烯酸 酯等)制成。
在其它實施例中，介電層216包括具有交替折射率的多層聚合物 的膜，例如，美國專利No. 5,882,774 (Jonza等人)、美國專利No.
6,080,467 (Weber等人)和美國專利No. 6,531,230 Bl (Weber等人) 中所述的那些膜。
在一些實施例中，由至少一個LED 220發(fā)射的光的至少一部分可 以從介電層216反射，并且從基底212引導(dǎo)出。在這種實施例中，優(yōu) 選的是，圖案化導(dǎo)電層218也是反射的。
關(guān)于漫反射，介電層216可以是白色漫反射器，例如，包含漫反 射顆粒(例如二氧化鈦顆粒)的基體。在一些實施例中，漫反射介電 層216可以包含填充的聚合物。 一般來說，填充的聚合物和涂料包含 有機樹脂或粘結(jié)劑，并且通常通過裝填合適的無機顆粒(例如硫酸鈦 或者硫酸鋇)而不透明。此外，漫反射介電層216可以包含涂料、釉、 無機粉末、高度散射的白色粉末(例如二氧化鈦)或者聚四氟乙烯 (PTFE)。例如，釉可以作為漿或者粉末(例如，電泳)沉積涂布在 導(dǎo)熱基底212上。可得到與導(dǎo)熱材料(例如銅或鋁)相容的這種釉組 合物。此外，例如，PTFE可以作為白色粉末沉積，或者形成為薄片并 且層壓在金屬基底上。漫反射介電層216還可以包括在其上形成或者 連接有漫反射涂層或者膜的鏡面反射基底。
介電層216可以例如使用壓敏粘合劑連接在導(dǎo)熱基底212的第一 主表面214上?；蛘?，介電層216可以使用任何合適的技術(shù)，例如， 化學氣相沉積、等離子體氣相沉積、濺射和氣相涂布，形成在第一主 表面214上。對于包含鋁的介電層，可以使用物理氣相涂布技術(shù)、箔 層壓技術(shù)或者電鍍技術(shù)，.將鋁沉積在導(dǎo)熱基底212上?？梢杂帽Ｗo材 料或者反射增強層或者二者(例如氟化鎂)來涂布鋁，或者，通過陽 極氧化，并隨后通過熱處理和/或化學處理以密封在氧化鋁層中的任何 導(dǎo)電孔來涂布鋁。
如本文所述，介電層216包括至少一個孔217，該孔穿過層216。 在一些實施例中，孔217與LED 220基本上對準，使得LED 220可以 與導(dǎo)熱基底212熱連接和/或電連接。根據(jù)在介電層216中包含的材料 (一種或者多種)的類型，可以使用任何合適的技術(shù)形成孔217。例如， 可以使用光刻技術(shù)在包含光敏粘結(jié)劑的介電層中形成孔217。無機粉末 可以懸浮在光致抗蝕劑溶液(例如，包含聚乙烯醇和重鉻酸銨或者重 鉻酸鹽明膠)中。懸浮液涂布在導(dǎo)熱基底212上，干燥，然后通過掩 模曝光。用水沖洗，去除未曝光的區(qū)域，保留下圖案化的涂層?？梢?br> 用光刻法圖案化粉末涂層，即，用可光增粘的涂層涂布導(dǎo)熱基底212，
通過掩模曝光涂層，然后涂布或者撒粉末。在粘結(jié)劑中噴涂粉末(一 種或者多種)也是可行的。可以使用與待涂布的特征物對準的掩模來 圖案化粉末涂層。
對于包含膜或者層壓涂層(例如可得自3M公司的VikuitiTMESR 膜)的介電層216，在連接到導(dǎo)熱基底212上之前，可以通過沖壓、模 切、激光鉆孔或者火焰穿孔來形成孔。也可以在該膜連接在導(dǎo)熱基底 212上之后，通過穿過圖案化抗蝕劑層進行蝕刻，來在這種膜中形成孔。 在一些實施例中，如本文進一步所述，可以在結(jié)合過程期間通過LED 220形成孔217。
在一些實施例中，希望介電層216表現(xiàn)出低的反射性，或者在特 定波長或者波長區(qū)表現(xiàn)出低的反射性。例如，對于包含用于例如有源 標志應(yīng)用的可單獨尋址的LED陣列的組件，低反射性介電層可以提供 更大的對比度。對于用于強環(huán)境光條件下的這種有源標志，在特定波 長的低反射性可以調(diào)整到LED光源的特定發(fā)射波長，使得介電層在這 種波長是高度反射的，而在更廣的光譜上是吸收的，從而在仍減少由 該層反射的環(huán)境光的量的同時增加光輸出。
用于這種低反射性介電層的合適材料包括填充有碳的聚合物，尤 其是低折射率聚合物，包括填充有染料或者顏料或者二者的聚烯烴和 含氟碳化物及聚合物。聚合物表面可以是抗反射的，以降低反射性。 合適的抗反射方法包括本領(lǐng)域已知的降低反射性的干涉涂層，包括適 當設(shè)計的高低折射率材料層、單層低折射率材料、通過水解薄鋁涂層 而制成的勃姆石、溶膠-凝膠涂層、蛾眼式微結(jié)構(gòu)化涂層和漸變折射率 涂層。此外，合適的是吸收材料的燒結(jié)涂層。
圖3的照明組件200還包括至少一個LED 220。在該組件200中 可以包括任何合適數(shù)目的LED。在一些實施例中，組件200可以包括 LED 220的陣列。這種陣列可以按矩形的圖案或者正方形的圖案布置 在基底212上。這在信息顯示應(yīng)用中容易顯示垂直線和水平線。然而，
矩形或者正方形圖案不是必須的，LED 220可以按一些其它的圖案(例 如六邊形圖案)的形式放置在導(dǎo)熱基底212上?；蛘?，LED 220可以 隨機地排列在導(dǎo)熱基底212上。
該至少一個LED 220包括與第一電極226和第二電極228電連接 的至少一個LED管芯222。該LED220還包括LED主體224，該主體 具有反射表面225。 LED管芯222與柱230熱連接。在本文中關(guān)于圖1 所示實施例的LED管芯22、主體24、第一電極26、第二電極28和柱 30所述的所有設(shè)計事項和可能性都同等地適用于圖3所示實施例的 LED管芯222、主體224、第一電極226、第二電極228和柱230。
該至少一個LED 220通過置于介電層126的孔217中的柱230熱 連接到導(dǎo)熱基底212。柱230可以與導(dǎo)熱基底212直接接觸?；蛘?，柱 230可以通過彈簧引線或?qū)嵴辰Y(jié)材料，例如可固化的聚合物前體，熱 連接到基底212，所述聚合物前體例如是丙烯酸酯，苯乙烯，乙烯基苯 乙烯，硅垸和填充有氧化鋅、藍寶石、金剛石、碳化硅或者氮化鋁的 環(huán)氧樹脂。
該至少一個LED 220通過其第一電極226和第二電極228電連接 到圖案化導(dǎo)電層218。具體來說，第一電極226電連接到第一導(dǎo)體219a， 第二電極228電連接到第二導(dǎo)體219b?？梢允褂萌魏魏线m的技術(shù)電連 接LED220和圖案化導(dǎo)電層218。例如，第一電極226和第二電極228 可以分別超聲接合到第一導(dǎo)體219a和第二導(dǎo)體219b?；蛘?，LED 220 可以結(jié)合在導(dǎo)熱基底212上，使得第一電極226和第二電極228分別 與第一導(dǎo)體219a和第二導(dǎo)體219b保持非結(jié)合的電接觸?；蛘?，第一 電極226和第二電極228可以分別焊接到第一導(dǎo)體219a和第二導(dǎo)體 219b上。
第一電極226和第二電極228還可以通過施加硬化后形成導(dǎo)體的 墨來形成。合適的墨包括在溶劑中的導(dǎo)電顆粒(例如銀)的分散體。 可以用輻射、熱或者化學試劑對該導(dǎo)電顆粒進行處理，以提高在該墨 至少部分硬化之后的導(dǎo)電率。施加墨的合適技術(shù)包括噴墨印刷、絲網(wǎng) 印刷和接觸印刷，在其它實施例中，焊膏可以通過印刷、絲網(wǎng)印刷或 是配制沉積在第一導(dǎo)體219a或者第二導(dǎo)體219b上。第一電極226和
第二電極228可以通過回流焊接或者熱固化(其可在回流焊期間發(fā)生，
或者通過單獨的固化循環(huán)發(fā)生)分別連接在第一導(dǎo)體219a和第二導(dǎo)體 219b上?；蛘?，可以使用例如壓敏粘合劑或者z軸導(dǎo)電粘合劑將至少 一個LED 220電連接到圖案化導(dǎo)電層218。
該至少一個LED 220可以通過柱230熱連接到導(dǎo)熱基底212。可 以使用任何合適的技術(shù)將LED 220連接在導(dǎo)熱基底212上，例如超聲 焊接、射頻焊接、熱超聲波焊接、結(jié)合、釬焊、激光焊接等。例如， LED 220可以超聲焊接到導(dǎo)熱基底212上。超聲焊接通常利用轉(zhuǎn)換為 熱能的振動來將多個零件連接在一起。常用類型的超聲焊接是插入焊 接和連續(xù)焊接，例如，掃描焊接或旋轉(zhuǎn)焊接。在插入焊接中，超聲變 幅桿插入到頂部零件內(nèi)(向零件方向移動)，并將振動傳入頂部零件。 在連續(xù)焊接中，超聲變幅桿通常靜止或旋轉(zhuǎn)，而零件移動到其下方。 各種類型的超聲焊接都涉及變幅桿。
所有變幅桿都以所選波長、頻率和振幅向?qū)⒁附拥牟考鬟f 能量。旋轉(zhuǎn)變幅桿包括具有輸入端和輸出端的桿，和安裝在輸出端上 并與輸出端同軸的焊接部分。焊接部分的直徑通常大于桿的直徑。焊 接部分具有圓柱形焊接面，該焊接面的直徑隨著施加的振動能量而膨 脹和收縮。通常，旋轉(zhuǎn)變幅桿呈圓柱形，并且圍繞縱軸旋轉(zhuǎn)。輸入振 動是沿軸向的，輸出振動是沿徑向的。變幅桿和砧座相互靠近，并且 砧座可以沿與變幅桿的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。將要焊接的部件 (或多個部件)以線速度經(jīng)過圓柱形表面之間，該線速度等于圓柱形 表面的切向速度。使變幅桿和砧座的切向速度與材料的線速度的匹配 趨于使變幅桿與材料之間的阻力降至最小。
可以使用任何適當?shù)某暡ê附釉O(shè)備和技術(shù)將LED 220連接在 導(dǎo)熱基板212上。 一般來說，LED 220的柱230位于導(dǎo)熱基板212 附近。在LED 220上施加超聲波能量，使得由超聲波能量產(chǎn)生的熱 量將柱230連接在導(dǎo)熱基板212上。
在照明組件設(shè)置在光腔內(nèi)或者光腔附近的典型背光顯示器中，由 LED或者其它光源發(fā)射的光會經(jīng)歷電路板基底的若干次反射。這種電 路板基底可以制造成在電路板上帶有高度反射的涂層，例如，填充有
二氧化鈦的涂層或者反射膜。對于LED來說，這些類型的任意一種反
射體都需要圖案化，以與電路板電接觸和熱接觸。該圖案化通常是昂
貴的，并且，由于電路板的性質(zhì)，從LED結(jié)到該電路板的導(dǎo)熱性仍可 能很差。在本發(fā)明的組件中，介電層不必預(yù)先用孔圖案化。相反，例 如將LED 220超聲焊接到基板212上的工序會使介電層216的一部分 被去除，使得柱230與基板212接觸并連接在基板上。這可以極大地 降低因?qū)α硪环N反射層進行圖案化而產(chǎn)生的成本?？梢栽谥?30和導(dǎo) 熱基板212之一上或者同時在二者上使用非氧化材料(例如金)的薄 涂層，以增強電氣接口的環(huán)境穩(wěn)定性。
在可用于將LED 220連接在導(dǎo)熱基板212上的技術(shù)中，優(yōu)選的 是導(dǎo)熱導(dǎo)電粘合劑、焊料回流和金/錫共晶結(jié)合。通常焊料的熱阻比 粘合劑低，但是不是所有的LED都具有可焊接的基極金屬化 (solderable base metallization)。由于在處理過程中熔化焊料的表面 張力使LED對準，所以焊料連接還具有LED自對準的優(yōu)點。然而， 一些LED可能對焊料回流溫度敏感，從而更適合使用粘合劑進行連 接?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的低溫焊料適合用于需要良好導(dǎo)熱性而又不能容 許大于200'C的常規(guī)回流溫度的組件。
在一些實施例中，該至少一個LED 220可以通過柱230與導(dǎo)熱基 底212既熱連接又電連接。換句話說，LED管芯222的一個電極或者 兩個電極可以電連接到柱230。在這種實施例中，導(dǎo)熱基底212變成連 接在基底212上的一個或者多個LED 220的公用連接。因此，除了從 LED 220導(dǎo)出熱之外，導(dǎo)熱基底212還是照明組件200的電路的有源 元件。例如，導(dǎo)熱基底212可以給組件200中的每個LED 220提供公 用的電接地。此外，當導(dǎo)熱基底212由具有良好導(dǎo)電性的一種材料或 者多種材料構(gòu)成時，可以實現(xiàn)額外的益處，包括具有低電壓降和EMI 屏蔽的均勻的電流分布?？梢允褂萌魏魏线m的技術(shù)將LED管芯222的 一個電極或者多個電極電連接到柱230，例如在共有和共同未決的名稱 為"ILLUMINATION ASSEMBLY AND METHOD OF MAKING SAME"(美國專利申請No. 11/018,605)的美國專利申請中描述的那 些技術(shù)。
如本文所述，可以使用任何合適的技術(shù)將本發(fā)明的LED連接在導(dǎo)
熱基底上。在一些實施例中，LED的柱可以在LED主體連接在柱上之 前連接或者結(jié)合在該基底上。例如，圖4是照明組件300的一個實施 例的示意性剖視圖。組件300包括導(dǎo)熱基底312、位于基底312的第一 主表面314附近的圖案化導(dǎo)電層318、位于圖案化導(dǎo)電層318和第一主 表面314之間的介電層316和至少一個LED 320。在本文中關(guān)于圖3 所示實施例的基底212、圖案化導(dǎo)電層218、介電層216和LED 220所 述的所有設(shè)計事項和可能性都同等地適用于圖4所示實施例的基底 312、圖案化導(dǎo)電層318、介電層316和LED 320。
在圖4所示實施例中，LED 320包括至少一個LED管芯322， LED 管芯322位于LED主體324內(nèi)，LED主體324具有反射表面325、第 一電極326和第二電極328。 LED 320還包括柱330，在所示實施例中， 柱330包括用于把LED主體324擰到柱330上的一個或多個螺紋。為 了易于連接到柱330上，LED主體324也可包括與柱330的螺紋配合 的螺紋。 '
通常，可通過利用任何合適的技術(shù)首先將柱330連接到基底312 上，來把至少一個LED 320連接到導(dǎo)熱基底312上，其中，所述合適 的技術(shù)例如是超聲焊接、熱超聲焊接、釬焊、利用導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的粘 附等等。如果介電層316包括孔317，則柱330穿過孔317與基底312 熱連接。在其它實施例中，如本文進一步所述，可以在連接過程中穿 過介電層316形成孔317。在柱330連接到基底312上之后，可使用任 何合適的技術(shù)將LED主體324連接到柱上。在一個實施例中，LED主 體324擰到柱330上，直到第一電極326和第二電極328或者通過由 于將LED324擰到柱330上而產(chǎn)生的物理力，或者通過其它合適的電 連接形式(例如焊接、粘附等)電連接到圖案化導(dǎo)電層318上為止。 作為另外一種選擇，如果柱330不包括螺紋，則LED主體324可摩擦 配合到柱330上，或者LED主體324可包括保持突起或現(xiàn)有技術(shù)中已 知的用于連接到柱上的其它裝置。
可以任何合適的方式使用本發(fā)明的照明組件提供照明。例如，可 以用本文所述的一些或者全部照明組件為顯示器提供照明。圖5示意
性地示出顯示組件400，該顯示組件400包括與顯示裝置420光學耦合 的照明組件410。照明組件410可以包括本文所述的任何照明組件，例 如，圖3的照明組件200。照明組件410為顯示裝置420提供照明光。 顯示裝置420可以是任何合適的顯示裝置，例如，電致變色裝置或者 電泳裝置、空間光調(diào)制器、透射式標志等。
例如，顯示裝置420可以包括一個或者多個空間光調(diào)制器。在一 些實施例中，所述一個或者多個空間光調(diào)制器可以包括可單獨尋址的 可控元件的陣列。這種空間光調(diào)制器可以包括合適類型的可控元件。 例如，空間光調(diào)制器可以包括可變透射率式顯示器。在一些實施例中， 空間光調(diào)制器可以包括液晶顯示器(LCD)，液晶顯示器是透射式光 調(diào)制器的實例。在一些實施例中，空間光調(diào)制器可以包括可變形的反 射鏡裝置(DMD)，其是反射式光調(diào)制器的實例。
顯示裝置420可以包括用于提供顯示圖像的任何合適的光學和非 光學元件，例如，透鏡、擴散器、偏振器、濾光器、分束器、增亮膜 等。可以使用本領(lǐng)域已知的任何合適的技術(shù)將照明組件410與顯示裝 置420光耦合。
在一些實施例中，顯示裝置420可以被照明組件410直接照明。 換句話說，顯示裝置420可以設(shè)置在照明組件410和觀看位置之間， 例如，美國專利公開No. 2004/0228106 (Stevenson等人)中所述的那 些直接照明式顯示器。在其它實施例中，顯示裝置420可以被照明組 件410側(cè)面照明，即，來自照明組件410的光被引導(dǎo)通過顯示裝置420 的一個或者多個側(cè)面，這些側(cè)面與顯示裝置420的輸出表面基本上正 交。這種側(cè)面照明式實施例可以包括美國專利公開No. 2004/0228106 (Stevenson等人)中所述的那些系統(tǒng)。
上面描述了本發(fā)明的示例性實施例，并且參考了本發(fā)明范圍內(nèi)的 各種可行的變化。對本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的 范圍的情況下，對本發(fā)明的這些和其它的變化和修改將顯而易見，并 且，應(yīng)該這樣理解，本發(fā)明不局限于本文所闡述的示例性實施例。因 此，本發(fā)明僅僅由下面提供的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種照明組件，包括導(dǎo)熱基底；圖案化導(dǎo)電層，其位于所述導(dǎo)熱基底的主表面附近；反射介電層，其設(shè)置在所述圖案化導(dǎo)電層和所述導(dǎo)熱基底的所述主表面之間，并包括至少一個孔；以及至少一個LED，其包括柱，所述柱穿過所述反射介電層的所述至少一個孔連接到所述導(dǎo)熱基底的主表面上，其中，所述至少一個LED通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接，并且與所述圖案化導(dǎo)電層電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，其中，所述反射介電層包 括多個交替折射率的聚合物層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，其中，所述導(dǎo)熱基底還是 導(dǎo)電的，而且，所述至少一個LED通過所述柱與所述導(dǎo)熱導(dǎo)電基底 電連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明組件，其中，所述柱包括帶螺紋 的柱，所述至少一個LED還包括LED主體，所述LED主體通過螺 紋擰在所述帶螺紋的柱上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，其中，所述至少一個LED 還包括LED主體，所述LED主體摩擦配合在所述柱上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，其中，所述照明組件包括 LED陣列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，其中，所述照明組件還包 括導(dǎo)熱粘合劑，所述導(dǎo)熱粘合劑位于所述柱和所述導(dǎo)熱基底之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，其中，所述至少一個LED 包括第一電極和第二電極，所述第一電極與所述圖案化導(dǎo)電層的第一 導(dǎo)體電連接，所述第二電極與所述圖案化導(dǎo)電層的第二導(dǎo)體電連接。
9. 一種制造照明組件的方法，包括以下步驟 提供導(dǎo)熱基底；在所述導(dǎo)熱基底的主表面上形成介電層； 在所述介電層上形成圖案化導(dǎo)電層； 提供至少一個包括柱的LED;以及將所述至少一個LED連接在所述導(dǎo)熱基底上，使得所述至少一 個LED通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接，并且與所述圖案化導(dǎo)電 層電連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，將所述至少一個LED 連接在所述導(dǎo)熱基底上的步驟包括將所述至少一個LED結(jié)合到所述 導(dǎo)熱基底上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，結(jié)合所述至少一個LED 的步驟包括將所述至少一個LED超聲焊接到所述導(dǎo)熱基底上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，結(jié)合所述至少一個LED 的步驟包括將所述至少一個LED釬焊到所述導(dǎo)熱基底上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，結(jié)合所述至少一個LED 的步驟包括利用導(dǎo)熱粘合劑將所述至少一個LED粘附到所述導(dǎo)熱基 底上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，連接所述至少一個LED 的步驟還包括在所述介電層中形成至少一個孔；以及將所述至少一個LED穿過所述至少一個孔連接在所述導(dǎo)熱基底 上，使得所述柱與所述導(dǎo)熱基底接觸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述至少一個孔 的步驟包括用所述柱去除所述介電層的一部分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成所述介電層的步驟 包括將多層聚合物光學膜連接在所述導(dǎo)熱基底上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成所述介電層的步驟 包括用介電材料涂布所述導(dǎo)熱基底。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成所述圖案化導(dǎo)電層 的步驟包括將所述圖案化導(dǎo)電層氣相沉積在所述介電層上。
19. 一種顯示器，包括 照明組件，其包括導(dǎo)熱基底；圖案化導(dǎo)電層，其位于所述導(dǎo)熱基底的主表面附近； 反射介電層，其設(shè)置在所述圖案化導(dǎo)電層和所述導(dǎo)熱基底的所述主表面之間，并包括至少一個孔；以及至少一個LED，其包括柱，所述柱穿過所述反射介電層的所述至少一個孔連接在所述導(dǎo)熱基底的主表面上，其中，所述至少一個LED通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接，并與所述圖案化導(dǎo)電層電連接；以及空間光調(diào)制器，其與所述照明組件光學耦合，其中，所述空間 光調(diào)制器包括多個可控元件，這些可控元件可操作以調(diào)制至少一部分 來自所述照明組件的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示器，其中，所述空間光調(diào)制器 的所述多個可控元件包括液晶顯示元件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種照明組件，該照明組件包括導(dǎo)熱基底、位于所述導(dǎo)熱基底的主表面附近的圖案化導(dǎo)電層、設(shè)置在所述圖案化導(dǎo)電層和所述基底的所述主表面之間的介電層以及至少一個LED，所述至少一個LED包括連接在所述導(dǎo)熱基底的主表面上的柱。所述至少一個LED可以通過所述柱與所述導(dǎo)熱基底熱連接，并且與所述圖案化導(dǎo)電層電連接。所述介電層可以是反射的。
文檔編號H01L33/64GK101107721SQ200580047176
公開日2008年1月16日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者凱-烏韋·申克, 史帝芬·J·波亞爾, 安德魯·J·歐德科克, 沃爾夫?qū)·倫哈特, 洪·T·陳, 約翰·A·惠特利, 約翰·C·舒爾茨, 邁克爾·A·梅斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司