專利名稱：高效led陣列的制作方法
技術領域：
本申請總體涉及發(fā)光二極管，更具體地說，本申請涉及高效LED陣列。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)是注入或摻雜有雜質的半導體材料。這些雜質將“電子”和“空穴”添加到半導體，“電子”和“空穴”可以比較自由地在材料中移動。根據雜質種類，半導體的摻雜區(qū)域可以主要具有電子或空穴，并且分別被稱為η型或P型半導體區(qū)域。在LED應用中，半導體包括η型半導體區(qū)域和ρ型半導體區(qū)域。在兩個區(qū)域之間的結處產生反向電場，其使電子和空穴移動遠離該結，以形成有源區(qū)域。當足以克服反向電場的正向電壓施加在ρ-η結兩端時，電子和空穴被迫進入有源區(qū)域中，并且結合。當電子與空穴結合時，它們降到較低的能量級并且以光的形式釋放能量。
在工作過程中，正向電壓通過一對電極施加在ρ-η結兩端。電極形成在半導體材料上，P電極形成在P型半導體區(qū)域上，而η電極形成在η型半導體區(qū)域上。各電極包括絲焊焊盤，該絲焊焊盤使外部電壓施加到LED。
通常，通過在陶瓷基板上安裝緊密間隔的LED芯片，來制造具有多個LED芯片的裝置。不幸的是，緊密間隔的LED芯片可能彼此干涉并且導致減少光輸出。同樣地，因為LED 芯片具有彼此接觸的熱通路和電通路，因此使用陶瓷基板。例如，LED芯片可以在頂面和底面上具有電接觸器，使得當芯片安裝到基板時，熱和電這兩者可以傳到基板。因此，陶瓷基板在容許傳遞一些熱的同時提供電絕緣特性。不幸的是，陶瓷基板未提供很高效的熱通路， 使得由緊密間隔的LED芯片生成的熱可能使光輸出下降。為了利于散熱，陶瓷基板可以安裝到鋁熱擴散器，該鋁熱擴散器轉而安裝到附加散熱器。該結構昂貴并且導致更復雜的制造。
因此，現(xiàn)有技術中需要改善LED裝置，以增加光輸出，提供高效散熱并且簡化制造。
發(fā)明內容
在一個方面中，提供一種發(fā)光二極管設備，該發(fā)光二極管設備包括具有反射面的金屬基板，以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的多個LED芯片，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
在另一個方面中，提供了一種用于形成發(fā)光二極管設備的方法。該方法包括以下步驟構造金屬基板，以具有反射面，以及將多個LED芯片直接安裝到所述金屬基板的所述反射面，以允許散熱，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
在另一個方面中，提供了一種發(fā)光二極管燈，該發(fā)光二極管燈包括外殼，以及耦接到所述外殼的發(fā)光二極管設備。所述發(fā)光二極管設備包括具有反射面的金屬基板，以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的多個LED芯片，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
在另一個方面中，提供了一種照明裝置，該照明裝置包括電源和與所述電源電連接的發(fā)光二極管燈。該發(fā)光二極管燈包括外殼，以及耦接到所述外殼的發(fā)光二極管設備。所述發(fā)光二極管設備包括具有反射面的金屬基板，以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的多個LED芯片，其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
應當理解，根據下面的詳細描述，本發(fā)明的其他方面對于本領域技術人員將變得顯而易見。如將實現(xiàn)的，本發(fā)明包括其他方面和不同方面，并且其一些細節(jié)能夠在多個其他方面中進行修改，而都不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，附圖和詳細描述本質上將認為是示例性的，而不是限制性的。
通過參照下面的描述，結合附圖，本文中描述的以上方面將變得更加顯而易見，其中 圖1示出了用于高效LED陣列的多個方面中的示例性LED芯片的俯視圖和側面圖； 圖2示出了根據本發(fā)明的多個方面而構造的示例性LED陣列； 圖3示出了根據本發(fā)明的多個方面而構造的示例性高效LED陣列設備； 圖4示出了用于構造根據本發(fā)明的多個方面的高效LED陣列設備的示例性方法； 以及 圖5示出了包括根據本發(fā)明的多個方面而構造的高效LED陣列的示例性裝置。
具體實施例方式下面參照附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的多個方面。但是，本發(fā)明可以以許多不同形式來具體實施，并且不應當被解釋為本公開通篇所述的本發(fā)明的多個方面。相反，提供這些方面，使得本公開詳盡并且完整，并且將向本領域技術人員全面?zhèn)鬟_本發(fā)明的范圍。附圖中所示的本發(fā)明的多個方面可以不按比例進行繪制。因此，為了清楚， 可以擴展或縮小多個特征的維數(shù)。此外，為了清楚，可以簡化一些附圖。因此，附圖可能沒有描繪給定設備(如，裝置)或方法的所有部件。
本文中將參照附圖描述本發(fā)明的多個方面，這些附圖是本發(fā)明理想化構造的示意例示。同樣可以預期，制造技術和/或公差會導致實際情況會與這些例示的形狀有所差異。 因此，本公開通篇所述的本發(fā)明的多個方面不應當被理解為限制到文中所示和所描述的元素(如，區(qū)域、層、部分、基板等)的特定形狀，而應包括例如由制造產生的形狀偏差。以示例的方式，被例示或描述為矩形的元素可能在其邊緣具有圓形或曲線特征和/或梯度集中， 而不是從一個元素到另一個元素的離散變化。因此，附圖中所示的元素本質上是示意性的， 并且它們的形狀不旨在例示出元素的精確形狀，也不旨在限制本發(fā)明的范圍。
將理解的是，當諸如區(qū)域、層、部分、基板等的元素被稱為在另一個元素“上”時，其可以直接在另一個元素上，或者也可以存在中介元素。相反，當元素被稱為“直接”在另一個元素“上”時，不存在中介元素。將進一步理解的是，當一個元素被稱為“形成”在另一個元素上時，其可以生長、放置、蝕刻、附接、連接、耦接或以其他方式制備或制造在另一個元素或中介元素上。
而且，關系術語(如，“下方”或“底部”以及“上方”或“頂部”)文中可以用于描述一個元素對另一個元素的關系(如附圖中所示)。將理解的是，關系術語旨在包含除了附圖中描述的方位之外的設備的不同方位。以示例的方式，如果翻轉附圖中的設備，則被描述為在其他元素的“下”側上的元素將位于其他元素的“上”側。因此，術語“下”根據設備的特定方位可以包含“下方”和“上方”的方位。類似地，如果翻轉附圖中的設備，則被描述為在其他元素“下方”或“之下”的元素將位于其他元素“上方”。因此，術語“下方”或“之下” 可以包含上方和下方的方位。
除非以其他方式進行限定，本文中使用的所有術語(包括技術術語和科學術語) 具有與本發(fā)明所屬領域的技術人員通常理解的含義相同的含義。將進一步理解的是，術語 (如，在通常使用的字典中限定的那些術語)應當被解釋為具有與在相關技術和本公開的背景下的含義一致的含義。
如本文中所使用的，單數(shù)形式“一個”和“所述”旨在還包括復數(shù)形式，除非文中清楚地以其他方式進行表示。將進一步理解的是，當在本說明書中使用時，術語“包括”用于指定所述的特征、要件、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或更多個其他特征、要件、步驟、操作、元件和/或部件或其組合的存在或添加。術語“和/或”包括一個和更多個關聯(lián)列出項的任意和所有組合。
將理解的是，盡管術語“第一”和“第二”這里可以用于描述多個區(qū)域、層和/或部分，但是，這些區(qū)域、層和/或部分應當不被這些術語所限制。這些術語僅用于區(qū)分一個區(qū)域、層或部分與另一個區(qū)域、層或部分。因此，在不偏離本發(fā)明的示教的情況下，下面所討論的第一區(qū)域、層或部分可以被稱為第二區(qū)域、層或部分，并且類似地，第二區(qū)域、層或部分可以被稱為第一區(qū)域、層或部分。
現(xiàn)在參照圖1，俯視圖102和側面圖110示出了用于高效LED陣列的多個方面中的示例性LED芯片100。參照俯視圖102，LED芯片(或模)100包括主體部104和位于區(qū)域 106內部的有源區(qū)域。例如，區(qū)域106包括主要具有電子的η型半導體區(qū)域和主要具有空穴的P型半導體區(qū)域。在工作過程中，在η型和P型區(qū)域之間的結處產生反向電場，其使電子和空穴移動遠離該結，以形成有源區(qū)域。當足以克服反向電場的正向電壓施加在ρ-η結兩端時，電子和空穴被迫進入有源區(qū)域中，并且結合。當電子與空穴結合時，它們下降到較低能量級并且以光的形式釋放能量。
LED芯片100還包括用于施加電力的電接觸器108。例如，攜帶電信號以提供電力的電線接合到接觸器108。當通過接合電線將電力施加到接觸器108時，有源區(qū)域工作，以發(fā)射所選顏色的光。
現(xiàn)在參照側面圖110，可以看到LED芯片100包括底部安裝面112，該安裝面112 可以用于將LED芯片100安裝到基板。例如，任意合適的粘合劑可以用于將LED芯片100 安裝到基板。如可以在側面圖110中進一步看見的，LED芯片100頂面上的電接觸器108 形成如由箭頭114所示的水平電通路。由于不存在與LED芯片100的安裝面112接觸的電
6連接，因此LED芯片100可以直接安裝到金屬基板，而不需要絕緣電介質。通過將LED芯片 100直接安裝在金屬基板上，產生高效熱通路(如由箭頭116所示)，以使熱從LED芯片100 傳到金屬基板。通過設置高效熱通路116，LED芯片100能夠減少或最小化由于熱效應所產生的光學功率的損失。
因此，LED芯片100提供不同的電通路和熱通路，以使LED芯片100能夠直接安裝到金屬基板，而不需要絕緣電介質，由此設置高效的熱通路，以減小或最小化熱對光輸出的降級效應。
圖2示出了根據本發(fā)明的多個方面而構造的示例性LED陣列200。LED陣列200包括具有反射面206的金屬基板204。例如，金屬基板可以由鋁構成，并且反射面206可以是無覆蓋的或經拋光的鋁。另選地，反射面206可以通過在基板204上進行鍍銀來形成。因此，反射面206可以由任意合適材料形成，并且以任意合適的方式形成在基板204上。在多個方面中，反射面206具有70%或更大的反射率。
LED芯片陣列直接安裝到金屬基板204的反射面206上。例如，LED芯片陣列可以由圖1中所示的LED芯片100組成。由于LED芯片100具有與電通路114分離的安裝面 112，因此LED芯片100可以直接安裝到反射面206上。這樣做時，形成高效熱通路，使熱從 LED芯片陣列傳到金屬基板204。還應當注意的是，雖然圖2中示出了九個LED芯片，但是對可以使用的LED芯片的個數(shù)沒有限制，并且實際上，隨著LED芯片的個數(shù)增加，光增益增加。
在多個方面中，LED陣列200以預定間隔安裝在基板204上。例如，以如208所示的垂直間隔和210所示的水平間隔來安裝LED芯片。在多個方面中，LED芯片之間的水平間隔和垂直間隔是5毫米或更大。該間隔暴露了 LED芯片之間反射面206的區(qū)域212。通過暴露這些區(qū)域212，從LED芯片發(fā)射的光可以反射反射面206的暴露部分，以增加從LED 陣列輸出的光量。應當注意的是，LED陣列可以具有均勻間隔、非均勻間隔、或其組合，并且不限于單個固定間隔。
圖3示出了根據本發(fā)明的多個方面而構造的示例性高效LED陣列設備300。設備 300包括LED陣列200，LED芯片(如，LED100)以預定間隔直接安裝到反射面206，以暴露反射面的區(qū)域，來使光從位于LED芯片之間的反射面反射(如308所示)。
為了能夠進行電連接，將可以是氧化鋁的一層電介質絕緣體302安裝到LED陣列 200的鋁金屬基板。在電介質302頂部，銅示蹤304趨向接合焊盤306。然后，接合電線以芯片到芯片的方式從接合焊盤306走線，使得電力可以提供給LED陣列200中的所有芯片。 結果，形成如312所示的電通路。
LED陣列200直接安裝到散熱器310。散熱器310包括任意合適材料，并且LED陣列200直接安裝到散熱器310，而沒有任何電介質絕緣。這提供了從LED陣列200的金屬基板到散熱器310的高效熱傳遞。因此，不僅金屬基板起作用以保持LED芯片冷卻，還因為基板直接安裝在散熱器上，因此散熱器可以較小。例如，陶瓷基板需要較大并且提高了成本的鋁熱擴散器。由于LED芯片直接安裝到鋁基板并且鋁基板直接安裝到散熱器310，因此如314所示，形成了高效的熱通路。熱通路使在LED芯片生成的熱通過金屬基板驅散并進入散熱器310中，由此降低了熱對光輸出的降級效應。
圖4示出了用于構造根據本發(fā)明的多個方面的高效LED陣列的示例性方法400。為了清楚，下面參照圖3中所示的高效LED陣列設備300來描述該方法400。
在框402，金屬基板被構造有反射面。例如，基板可以是鋁制并且反射面是經拋光的鋁或銀鍍層。
在框404，確定LED陣列中LED芯片的間隔。例如，水平和垂直LED間隔被確定為均勻的、非均勻或其組合。在一個方面中，所選水平或垂直間隔大致等于或大于5毫米。
在框406，LED陣列以預定間隔安裝在金屬基板的反射面上。由于LED陣列具有單獨的電通路和熱通路，因此LED芯片直接安裝到金屬基板上，而沒有使用電介質絕緣體。 LED芯片的間隔使芯片之間反射面的區(qū)域暴露，并且這些區(qū)域工作，以反射光，由此增加 LED陣列的光輸出。
在框408，進行電連接，以形成與熱通路不同的電通路。例如，如上所述，電線橫越 LED陣列的芯片而接合，以使電力提供給芯片。形成的電通路與熱通路分離。
在框410，LED陣列直接安裝到散熱器。由于LED陣列基板是金屬的，因此其可以直接安裝到散熱器，而不使用電介質絕緣體。
因此，方法400起作用，以構造根據本發(fā)明的多個方面的高效LED陣列。應當注意的是，方法400的操作可以被重置或者以其他方式在多個方面的范圍內進行修改。由此，在本文中描述的多個方面的范圍內的其他實施是可以的。
圖5示出了包括根據本發(fā)明的多個方面而構造的高效LED陣列的示例性裝置500。 裝置500包括燈502、照明裝置504和路燈506。圖5中所示的各個裝置包括如本文中描述的高效LED陣列。例如，燈502包括外殼516和高效LED陣列508，該高效LED陣列508包括以預定間隔直接安裝到具有反射面的金屬基板的LED陣列。預定間隔起作用，以增加光輸出。燈502可以用于任意種類的一般照明。例如，燈502可以用于汽車車前燈、路燈、頂燈或任意其他一般照明應用。照明裝置504包括電耦接到燈512的電源510，該燈512可以被構成為燈502。在一個方面中，電源510可以是電池、或任意其他合適種類的電源，如太陽能電池。路燈506包括連接到燈514的電源，燈514可以被構成為燈502。在一個方面中， 燈514包括外殼和高效LED陣列，該高效LED陣列包括以預定間隔直接安裝到具有反射面的金屬基板的LED陣列。預定間隔起作用，以增加光輸出。
應當注意的是，本文中描述的高效LED陣列的多個方面適用于與幾乎任意種類的 LED組件一起使用，LED組件轉而可以用于任意種類的照明裝置并且不限于圖5中所示的裝置。由此，本文中描述的高效LED陣列提供高效的光輸出和散熱，并且可以用于各種裝置應用。
提供本公開的多個方面，以使本領域技術人員能夠實現(xiàn)本發(fā)明。對本公開通篇所述的多個方面的多個修改將對于本領域技術人員是顯而易見的，并且本文中所公開的概念可以擴展到其他應用。由此，權利要求不旨在限制到本公開的多個方面，而是與權利要求語言一致的全部范圍一致。與本公開通篇描述的多個方面的元素等同的、對本領域技術人員已知或后面將知道的所有結構和功能等同物通過引用的方式專門結合到本文中，并且旨在由權利要求所包含。
而且，不管是否在權利要求中明確地描述了這樣的公開，本文中公開的事物都不旨在奉獻于公眾。除非使用短語“用于。。。。。。的裝置”來專門敘述元素(或者在方法權利要求的情況，使用短語“用于。。。。。。的步驟”來敘述元素)，否則沒有權利要求元素是在35U. S. C § 112，第六段的規(guī)定下進行解釋。
因此，雖然本文中已經例示并且描述了高效LED陣列的多個方面，但是將理解的是，在不偏離其精神或必要特征的情況下，可以對多個方面進行多種變化。因此，本文中的公開和描述旨在示例出，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍將在下面的權利要求中敘述。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管LED設備，該發(fā)光二極管設備包括具有反射面的金屬基板；以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的多個LED芯片，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述反射面包括經拋光的鋁。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述反射面包括銀鍍層。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，所述反射面具有70%或更大的反射率。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述至少一部分所述LED芯片形成陣列，該陣列具有大致5毫米或更大的芯片間隔。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個LED芯片提供單獨的熱通路和電通路。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個LED芯片具有安裝到所述反射面的第一表面，以及設置在除所述第一表面之外的一個或更多個表面上的電接觸器。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述金屬基板直接安裝到散熱器。
9.一種用于形成發(fā)光二極管LED設備的方法，該方法包括以下步驟構造金屬基板，以具有反射面；以及將多個LED芯片直接安裝到所述金屬基板的所述反射面，以允許散熱，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述構造步驟包括構造所述反射面，以包括經拋光的鋁。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，所述構造步驟包括構造所述反射面，以包括銀鍍層。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，所述構造步驟包括構造所述反射面，以具有 70%或更大的反射率。
13.根據權利要求9所述的方法，還包括由所述至少一部分所述LED芯片形成陣列，該陣列具有大致5毫米或更大的芯片間隔。
14.根據權利要求9所述的方法，還包括構造所述多個LED芯片，以提供單獨的熱通路和電通路。
15.根據權利要求9所述的方法，還包括構造所述多個LED芯片，以具有安裝到所述反射面的第一表面，以及設置在除所述第一表面之外的一個或更多個表面上的電接觸器。
16.根據權利要求9所述的方法，還包括將所述金屬基板直接安裝到散熱器。
17.一種發(fā)光二極管LED燈，該發(fā)光二極管燈包括外殼，以及耦接到所述外殼的發(fā)光二極管設備，所述發(fā)光二極管設備包括具有反射面的金屬基板；以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的多個LED芯片，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
18.根據權利要求17所述的燈，其中，所述反射面包括經拋光的鋁。
19.根據權利要求17所述的燈，其中，所述反射面包括銀鍍層。
20.根據權利要求17所述的燈，其中，所述反射面具有70%或更大的反射率。
21.根據權利要求17所述的燈，其中，所述至少一部分所述LED芯片形成陣列，該陣列具有大致5毫米或更大的芯片間隔。
22.根據權利要求17所述的燈，其中，所述多個LED芯片提供單獨的熱通路和電通路。
23.根據權利要求17所述的燈，其中，所述多個LED芯片具有安裝到所述反射面的第一表面，以及設置在除所述第一表面之外的一個或更多個表面上的電接觸器。
24.根據權利要求17所述的燈，其中，所述金屬基板直接安裝到散熱器。
25.一種照明裝置，該照明裝置包括電源；與所述電源電連接的發(fā)光二極管燈，該發(fā)光二極管燈包括外殼；以及耦接到所述外殼的發(fā)光二極管設備，所述發(fā)光二極管設備包括具有反射面的金屬基板；以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的多個LED芯片，其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
26.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述反射面包括經拋光的鋁。
27.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述反射面包括銀鍍層。
28.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述反射面具有70%或更大的反射率。
29.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述至少一部分所述LED芯片形成陣列， 該陣列具有大致5毫米或更大的芯片間隔。
30.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述多個LED芯片提供單獨的熱通路和電通路。
31.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述多個LED芯片具有安裝到所述反射面的第一表面，以及設置在除所述第一表面之外的一個或更多個表面上的電接觸器。
32.根據權利要求25所述的照明裝置，其中，所述金屬基板直接安裝到散熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效LED陣列。在一個方面中，LED設備包括具有反射面的金屬基板，以及直接安裝到所述金屬基板的所述反射面以允許散熱的LED芯片，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。在另一個方面中，一種方法包括以下步驟構造金屬基板，以具有反射面，以及將多個LED芯片直接安裝到所述金屬基板的所述反射面，以允許散熱，并且其中，至少一部分所述LED芯片彼此間隔，以使光從位于所述一部分所述LED芯片之間的一部分所述反射面進行反射。
文檔編號H01L33/00GK102187481SQ200980141668
公開日2011年9月14日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權日2008年9月29日
發(fā)明者瑞內·彼得·賀比寧 申請人:普瑞光電股份有限公司