專利名稱：具有成角度的或豎直的led的發(fā)射器封裝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管封裝和使用發(fā)光二極管封裝作為其光源的顯示器?，F有技術的描述發(fā)光二極管(LED)是將電能轉換為光的固態(tài)裝置，一般包括夾在相反摻雜層之間的半導體材料的一個或多個活性層。當在摻雜層上施加偏壓時，將空穴和電子注入活性層中，在此它們重新組合，以產生光。光從活性層和LED的所有表面發(fā)出。過去十多年的技術進步使得LED具有較小的占地面積，發(fā)射效率增加，成本降低。與其他發(fā)射器相比，LED還具有延長的使用壽命。例如，LED的使用壽命可為50，000小時以上，而白熾燈泡的使用壽命約為2，000小時。LED還比其他光源更穩(wěn)定，消耗較少的能量。由于這些和其他原因，LED變得更加普及，現在用于越來越多的傳統(tǒng)上屬于白熾燈、熒光燈、鹵素燈和其他發(fā)射器領域中的應用。為了在常規(guī)應用中使用LED芯片，已知的是，將LED芯片封在封裝內，以提供環(huán)境和/或機械保護、顏色選擇、聚光等。LED封裝還包括用于將LED封裝與外部電路電連接的電導線、接觸件(contact)或跡線(trace)。在

圖1所示的典型兩腳LED封裝/元件10中，單個LED芯片12通過焊接結合物或導電環(huán)氧樹脂安裝在反射杯(reflective cup) 13上。一條或多條焊線11將LED芯片12的歐姆接觸件與導線15A和/或15B連接，所述導線可附接至反射杯13或與其成一體。反射杯13可填充有封裝材料16和波長轉換材料(例如，熒光體)，可包含在LED芯片上方或包含在封裝材料內。LED發(fā)出的第一波長的光可由突光體吸收，該熒光體可響應地發(fā)出第二波長的光。整個組件隨后可封裝在透明保護樹脂14中，該透明保護樹脂可模制成透鏡的形狀，以對LED芯片12發(fā)出的光進行引導或成形。圖2示出了常規(guī)LED封裝20的俯視圖，其與圖1所示的封裝10相似，包括安裝在反射杯24的底座處的LED芯片22。包括焊線26a和26b，以與LED芯片22的歐姆接觸件連接，反射杯24填充有封裝材料28。在封裝20中，反射杯24為橢圓形，LED芯片22為矩形，LED芯片22與反射杯24縱向地對準。S卩，LED芯片的較長邊緣與沿反射杯的延伸方向延伸的反射杯軸線對準?？墒褂貌煌琇ED封裝(例如，圖1和圖2所示的LED封裝)作為大小顯示器的光源。基于大屏幕LED的顯示器(通常稱為巨幕)在許多室內和室外場所(例如，運動場、跑道、音樂會和諸如紐約市的時代廣場的大型公共區(qū)域)變得越來越常見。在當前技術下，這些顯示器或屏幕中的某些可大到60英尺高和60英尺寬。隨著技術進步，期望能研制出更大的屏幕。這些屏幕可包括幾千個“像素”或“像素模塊”，其中的每個都可包含多個LED。像素模塊可使用高效且高亮度LED，這些LED允許從相對較遠的位置看見顯示器，即使是在有陽光的白天。像素模塊可僅具有三個或四個LED (—個紅色、一個綠色和一個藍色)，這些LED允許像素根據紅光、綠光和/或藍光的組合發(fā)出多種不同顏色的光。在最大的超大屏幕中，每個像素模塊可具有幾十個LED。像素模塊布置在矩形柵格中。在一種類型的顯示器中，柵格可為640個模塊寬480個模塊高，屏幕的尺寸取決于像素模塊的實際尺寸。大多數基于常規(guī)LED的顯示器都由接收輸入信號(例如，電視信號)的計算機系統(tǒng)控制，基于在像素模塊處所需的特定顏色形成整個顯示圖像，計算機系統(tǒng)確定每個像素模塊中的哪個LED發(fā)光，并確定其亮度。還可包括電力系統(tǒng)，其向每個像素模塊提供電力，可調節(jié)提供給每個LED的電力，使其發(fā)出期望亮度的光。提供導體以向像素模塊中的每個LED提供適當功率信號。LED顯示器很少安裝在觀看者的視平線上，更一般地安裝在高于視平線的高度處，例如，安裝在建筑物的側面或體育場的看臺的頂部上。圖3示出了安裝在觀看者32的視平線上方的升高點處的常規(guī)LED顯示器30。觀看者32 —般位于顯示器30下方，仰視顯示器，使觀看者對顯示器30的視線34與顯示器的垂直發(fā)射方向36成一角度Θ。圖3所示的LED顯示器一般包括例如圖1和圖2所示的發(fā)射器的多個發(fā)射器38，這些發(fā)射器在接近水平軸線和豎直軸線的中心的位置具有峰值發(fā)射。設置包括多個LED封裝38的顯示器可使得顯示器在豎直方向36上具有峰值發(fā)射特性，如圖所示。LED顯示器30的Iv和遠場圖形(FFP)峰值發(fā)射特性可沿垂直軸線36與顯示器垂直。顯示器30安裝在升高點時，觀看者的視線34在垂直線下方；顯示器發(fā)出的很多光觀看者都看不見，而浪費掉。對于顯示器下方和顯示器側面的觀看者來說，情況就是如此。減少浪費的光量的一種方法是，成一角度地安裝顯示器，以與觀看者的視線34更好地匹配，但這需要安裝起來復雜且昂貴的硬件，這些硬件難于使用，對于安裝在高處的非常大的顯示器來說，特別是如此。觀看者通常并非處于所觀看的基于LED的顯示器的正前方。根據觀看者所處的位置，水平視角有所不同。另外，當有人在LED顯示器旁走動，例如，經過LED顯示器時，其以多種不同水平角度觀看顯示器。在中心附近具有峰值發(fā)射的典型LED顯示器在不同水平角度下出現發(fā)射強度的減弱。每個像素中的不同LED封裝的遠場圖形(FFP)也可能不同，從而當從不同角度觀看LED顯示器時，其可能出現圖像質量變化。由于這個原因，使在LED顯示器像素中使用的紅色、綠色和藍色LED封裝的FFP發(fā)射特性平穩(wěn)、盡可能得寬，在紅色、綠色和藍色之間匹配，是非常重要的。圖1和圖2所示的標準幾何形狀LED封裝允許反射杯的最長反射表面(寬視角)與芯片的最長發(fā)射側(寬視角)平行。該幾何形狀還使反射杯的最短反射表面(窄視角)與芯片的最短發(fā)射側(窄視角)平行。該幾何形狀還將焊線長度降到最低，這有助于將焊線故障率降到最低。這種布置的挑戰(zhàn)之處在于，其可能要求LED芯片遠場圖形、反射杯與LED圓頂之間的幾乎完美匹配。如果沒有該完美匹配，在圓頂或封裝材料中可能需要使用大量擴散器。但是，擴散器會吸收封裝發(fā)出的光，從而會降低發(fā)射亮度。本發(fā)明的概要本發(fā)明涉及LED封裝和使用LED封裝的LED顯示器，其中，封裝內的LED芯片以唯一定向布置，以提供期望的封裝或顯示器FFP特性。根據本發(fā)明的LED封裝的一個實施例包括反射杯和安裝在反射杯內的LED芯片。反射杯具有第一軸線和與第一軸線正交的第二軸線，其中，LED芯片在反射杯內旋轉，使得LED芯片不與第一軸線對準。根據本發(fā)明的LED封裝的另一個實施例包括基板和安裝在基板上的LED芯片。基板具有第一縱向軸線，LED芯片安裝在基板上，使得LED芯片不與第一軸線對準。根據本發(fā)明的LED封裝的另一個實施例包括具有芯片縱向軸線的矩形LED芯片和具有杯縱向軸線的橢圓形反射杯。LED芯片安裝在反射杯內，芯片縱向軸線與杯縱向軸線成角度。根據本發(fā)明的LED封裝可布置在LED顯示器內，以提供期望的顯示器FFP。從以下以示例的方式舉例說明本發(fā)明的特征的詳細說明和附圖，本發(fā)明的這些和其他方面和優(yōu)點將變得顯而易見。附圖的簡述圖1為常規(guī)發(fā)光二極管封裝的側視圖；圖2為常規(guī)發(fā)光二極管封裝的頂視圖；圖3為示出了 LED顯示器和典型視角的示意圖；圖4為根據本發(fā)明的LED封裝的一個實施例的頂視圖；圖5為示出了常規(guī)LED封裝的水平遠場圖形(FFP)的圖表；圖6為示出了常規(guī)LED封裝的豎直遠場圖形(FFP)的圖表；圖7為示出了根據本發(fā)明的LED封裝的一個實施例的水平FFP的圖表；圖8為示出了根據本發(fā)明的LED封裝的一個實施例的豎直FFP的圖表；圖9為示出了常規(guī)LED封裝的水平遠場圖形(FFP)的圖表；圖10為示出了常規(guī)LED封裝的豎直FFP的圖表；圖11為示出了根據本發(fā)明的LED封裝的一個實施例的水平FFP的圖表；圖12為示出了根據本發(fā)明的LED封裝的一個實施例的豎直FFP的圖表；圖13為在根據本發(fā)明的LED封裝中可使用的反射杯的側視圖；圖14為圖13所示的反射杯的頂視圖；圖15為圖13所示的反射杯的側視圖；圖16為在根據本發(fā)明的LED封裝中可使用的另一個反射杯的側視圖；圖17為圖16所示的反射杯的頂視圖；圖18為圖16所示的反射杯的側視圖；圖19為示出了根據本發(fā)明的LED顯示器的FFP的圖表；圖20為示出了根據本發(fā)明的LED顯示器的FFP的圖表；圖21為根據本發(fā)明的LED封裝的另一個實施例的頂視圖；圖22為根據本發(fā)明的LED封裝的另一個實施例的透視圖；圖23為圖22所示的LED封裝的頂視圖；圖24為根據本發(fā)明的LED封裝的另一個實施例的透視圖；圖25為圖24中的LED封裝的頂視圖；圖26為根據本發(fā)明的LED封裝的另一個實施例的透視圖；以及圖27為圖26中的LED封裝的頂視圖。本發(fā)明的詳述
本發(fā)明涉及LED封裝和使用LED封裝的LED顯示器，其中，封裝內的LED芯片可相對于封裝(或如下所述的其他部件)成角度或旋轉，以提供期望的發(fā)射特性。在某些實施例中，期望的特性可包括LED封裝的更寬水平和/或豎直FFP，而在其他實施例中，期望的特性可包括FFP的期望位置中的FFP不對稱的設置。當以不同視角觀看封裝和/或顯示器時，其可提供改善的圖像強度和質量。使LED芯片旋轉還可導致比具有常規(guī)定向的LED芯片的LED封裝更平穩(wěn)、更均勻的FFP。使芯片旋轉還允許芯片遠場發(fā)射特性與反射杯特性的更好匹配，以提供具有相似期望發(fā)射特性的LED封裝的可重復制造。即，LED封裝可被提供有更均勻的FFP圖形，同時允許封裝之間的發(fā)射均勻性更統(tǒng)一。本發(fā)明還具有多種其他優(yōu)點。根據本發(fā)明，通過使LED封裝中的LED芯片旋轉，還可減少優(yōu)化FFP所需的擴散器的量。由于擴散器吸收較少的LED光，這可導致具有更強烈的視屏橢圓的LED顯示器。使LED芯片旋轉和減少擴散器的量還可提供具有平滑的視角發(fā)射圖形的LED芯片。在如圖2所示的具有橢圓形反射杯和矩形LED芯片的一個實施例中，將LED芯片旋轉成與反射杯的縱向軸線垂直或正交允許反射杯的最長反射表面(寬視角)與芯片的較短發(fā)光邊(窄視角)平行。其還允許反射杯的最短反射表面(窄視角)與芯片的較長發(fā)射邊(寬視角)平行。這會導致較長的焊線，這會要求更緊密地關注制造，以提供具有良好可靠性的封裝。但是，該封裝幾何形狀可提供放寬常規(guī)LED封裝的LED芯片遠場圖形、反射杯和LED圓頂之間所需的匹配標準的優(yōu)點。其還可減少對大量擴散器的需要。某些實施例可包括橢圓形反射杯和矩形LED芯片，LED芯片不與反射杯的縱向軸線對準。根據本發(fā)明的LED封裝的其他實施例可具有不同形狀的反射杯，例如，圓形、方形、矩形或其他多邊形形狀。在不同封裝中使用的LED芯片可具有不同形狀，例如，方形、圓形、橢圓形、矩形或其它多邊形形狀。例如，在根據本發(fā)明的另一個實施例中，反射杯可為圓形，LED芯片可為方形，使LED芯片旋轉成與反射杯或LED封裝的軸線成一角度。還應理解的是，根據本發(fā)明的LED封裝可沒有設置反射杯，LED芯片安裝在基板或基臺(submount)上，其他LED封裝可包括LED芯片陣列，而非單個LED芯片。本文中描述的上述實施例可參照一個軸線長于其正交軸線的反射杯。但是本發(fā)明還可等同地適用于具有封裝、基板、基臺或一個軸線長于其正交軸線的透鏡的實施例。換句話說，應理解的是，本發(fā)明可適用于具有較長和較短正交軸線的封裝、基板和基臺、或具有透鏡且透鏡具有較長和較短正交軸線的封裝。在這些實施例中，使LED芯片旋轉成不與較長軸線對準，或旋轉成與較長軸線和較短軸線都不對準。本文中參照特定實施例對本發(fā)明進行說明，但應理解的是，本發(fā)明可以多種不同形式實施，不應被理解為限于本文中闡述的實施例。特別地，多個不同LED、反射杯和引線框架布置可以除上述的那些以外的方式提供，封裝材料可提供其他特征，以提高LED封裝和使用LED封裝的LED顯示器的可靠性和發(fā)射特性。盡管本文中參照反射杯對某些實施例進行了說明，但應理解的是，本發(fā)明可等同地適用于具有任何類型的反射腔或不具有反射杯的任何實施例。盡管上述LED封裝的不同實施例用于在LED顯示器中使用，但是其可單獨地或與具有相同或不同峰值發(fā)射傾角的其他LED封裝結合地用于多種其他應用中。還應理解的是，當一個諸如層、區(qū)域或基板的元件被稱為位于另一個元件“上”時，其可直接位于另一個元件上，或還可存在中間元件。另外，本文中使用諸如“在...上方”和“在...下方”的相對術語以及相似術語來描述一個層或另一個區(qū)域的關系。應理解的是，這些術語旨在包括除圖中所示的定向以外的裝置的不同定向。盡管本文中使用術語“第一”、“第二”等來描述各個元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應受限于這些術語。這些術語僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一個區(qū)域、層或部分區(qū)分開。因此，在不背離本發(fā)明的教導的情況下，下文所述的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分。本文中參照作為本發(fā)明的實施例的示意圖的橫截面示意圖對本發(fā)明的實施例進行了說明。因此，層的實際厚度可不同，可根據例如預期的制造技術和/或公差改變示出的形狀。本發(fā)明的實施例不應被理解為限于本文中所示的特定形狀的區(qū)域，而是應包括由于例如制造而導致的形狀的改變。由于正常制造公差的原因，示出或描述為方形或矩形的區(qū)域一般將具有圓形或彎曲特征。因此，圖中所示的區(qū)域實際上是示意性的，其形狀不應示出裝置的區(qū)域的精確形狀，不應限制本發(fā)明的范圍。圖4示出了根據本發(fā)明的LED封裝50的一個實施例，其總體上包括反射杯54，LED芯片56安裝在反射杯54的底座處。在引腳安裝的實施例中，LED封裝可包括可用已知制造方法由常規(guī)材料制成的兩腳引線框架(未示出，但與圖1所示的那些相似)。電信號可通過引線框架部分的兩個引腳施加至LED56，焊線58a，58b提供引線框架與LED56之間的電路徑，以將電信號傳送至LED56，使其發(fā)光。封裝50中可使用多種不同類型的LED或LED芯片，常規(guī)LED芯片的制造是眾所周知的，本文僅對其進行簡要說明。可利用具有使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)進行制造的合適工藝的已知工藝來制造LED芯片。LED芯片的層一般包括夾在第一和第二相反摻雜外延層之間的活性層/區(qū)域，所有這些相反摻雜外延層都相繼地形成在生長基板上。LED芯片可形成在晶片上，隨后進行切割(singulate)，以安裝在封裝內。應理解的是，生長基板可始終作為最終切割而成的LED芯片的一部分，或生長基板可完全或部分地去除。還應理解的是，LED56中還可包括額外的層和元件，包括但不限于，緩沖器、晶核、接觸件和電流擴散層、以及光提取層和元件?；钚詤^(qū)域可包括單量子井(SQW)、多量子井(MQW)、雙異質結構或超晶格結構?；钚詤^(qū)域和摻雜層可由不同材料系統(tǒng)制成，優(yōu)選材料系統(tǒng)為于III族氮化物基材料系統(tǒng)。III族氮化物是指在氮與周期表的III族元素(通常為鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In))之間形成的那些半導體化合物。該術語還指三元化合物和四元化合物，例如，氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化鋁銦鎵(AlInGaN)。在一個優(yōu)選實施例中，摻雜層為氮化鎵(GaN)，活性區(qū)域為InGaN。在可替代實施例中，摻雜層可為AlGaN、砷化鎵鋁(AlGaAs)或磷化鋁鎵銦砷(AlGalnAsP )。生長基板可由多種材料制成，例如，藍寶石、碳化硅、氮化鋁(A1N)、氮化鎵(GaN)，合適的基板為碳化硅的4H多型體，但也可使用其他碳化硅多型體，包括3C、6H和15R多型體。碳化硅具有特定優(yōu)點，例如，與藍寶石相比，與III族氮化物的更緊密晶格匹配，使得III族氮化物薄膜具有較高質量。碳化硅還具有非常高的導熱率，使得碳化硅上的III族氮化物器件的總輸出功率不受基板的熱耗散限制(對于形成在藍寶石上的某些器件，可能就是如此)。SiC基板可從北卡羅來納州的達勒姆的Cree Research有限公司購得，在科學文獻以及美國專利N0.Re.34，861 ；N0.4，946，547和N0.5，200，022中對其生產方法進行了說明。LED芯片還可包括位于頂面上的導電電流擴散結構和焊線焊盤，兩者均由可利用已知方法沉積的導電材料制成?？捎糜谶@些元件的某些材料包括Au、Cu、N1、In、Al、Ag或其組合、以及導電氧化物和透明導電氧化物。電流擴散結構可包括設于LED56上的柵格中的導電指狀件，指狀件隔開，以加強從焊盤到LED芯片的頂面的電流擴散。在操作中，電信號通過焊線施加至焊盤，如下所述的，電信號通過電流擴散結構的指狀件和頂面擴散到LED芯片中。電流擴散結構通常用于頂面為P型的LED芯片中，但還可用于η型材料。本文描述的某些或所有LED芯片可涂敷有一個或多個熒光體，熒光體吸收至少某些LED芯片光，并發(fā)出不同波長的光，使得LED芯片發(fā)出來自LED芯片和熒光體的光組合。在根據本發(fā)明的一個實施例中，發(fā)白光LED芯片具有發(fā)出藍色波長譜中的光的LED芯片，熒光體吸收某些藍光，并重新發(fā)出黃光。LED芯片發(fā)出藍光和黃光的白光組合。在其他實施例中，LED芯片發(fā)出藍光和黃光的非白光組合，如美國專利7，213，940所述的。在某些實施例中，熒光體包括市場上可買到的YAG:Ce，但是全范圍的寬黃色光譜發(fā)射可使用由基于(Gd, Y) 3 (Al, Ga)5012:Ce系統(tǒng)(例如，Y3Al5O12: Ce (YAG))的熒光體制成的轉換顆粒。可用于發(fā)白光LED芯片的其他黃色熒光體包括:Tb3^xRExO12: Ce (TAG) ; RE=Y, Gd, La, Lu ；或Sr2_x_yBaxCaySi04:Eu。不同LED芯片還可包括發(fā)紅光、綠光和藍光的LED，其可由允許直接從活性區(qū)域發(fā)出期望的光的結構和材料制成。例如，紅光可直接從由特定材料(例如，AlInGaP)制成的LED的活性區(qū)域發(fā)出?？商娲兀谄渌麑嵤├?，LED芯片可涂敷有提供期望的發(fā)射的期望的轉換材料(例如，熒光體)。例如，發(fā)紅光LED芯片可包括由吸收LED芯片光并發(fā)出紅光的熒光體覆蓋的LED芯片。LED芯片可發(fā)出藍光或UV光，適用于這些結構的某些熒光體可包括:Lu203:Eu3+ ； (Sr2_xLax) (Ce1^xEux) O4 ；Sr2^xEuxCeO4 ；SrTiO3:Pr3+, Ga3+ ；CaAlSiN3:Eu2+ ；和Sr2Si5N8: Eu2+。 紅色、綠色和藍色LED芯片可用于單獨的LED封裝中，并可用于LED顯示器像素中，如上所述的?？商娲?，LED芯片可位于具有多個紅色、綠色和藍色LED芯片的封裝中。這些LED封裝實施例的某些可具有紅色、綠色和藍色LED芯片，每個LED芯片都具有其自身的強度控制，以允許封裝發(fā)出紅光、綠光和藍光的多種不同顏色組合。涂敷有熒光體的LED芯片利用多種不同方法進行涂敷，一種適用的方法在題為“Wafer Lever Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method(晶片級熒光體涂敷方法和利用方法制造的器件)”的美國專利申請序列N0.11/656，759和N0.11/899, 790中進行了說明，將這兩個美國專利申請通過引證結合到本文中?？商娲兀琇ED可使用其他方法(例如，電泳沉積(Ero))進行涂敷，一種適用的Ero方法在題為“CloseLoop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices (半導體器件的閉環(huán)電泳沉積)”的美國專利申請N0.11/473,089中進行了說明，將該美國專利申請通過引證結合到本文中。應理解的是，根據本發(fā)明的LED封裝還可具有不同顏色的多個LED，其中的一個或多個可發(fā)白光。在所示實施例中，反射杯54為橢圓形。即，當從上方觀看反射杯54時，其具有長于第二軸線62 (即，其豎直軸線)的第一軸線或縱向軸線60。如下所述的，根據本發(fā)明的反射杯可具有多種不同尺寸。在所示實施例中，LED芯片56為矩形，不與反射杯54的第一(縱向)軸線60對準地安裝，而是與反射杯的第二軸線62對準地安裝。在該布置中，LED56的長邊64與反射杯54的短邊66對準，LED的短邊68與反射杯54的長邊70對準。這種對準可提供某些期望的LED封裝發(fā)射特性，如上所述的，并可放寬LED封裝部件的匹配要求，如上所述的。根據本發(fā)明的LED封裝可更能承受制造偏差，相比之下，制造偏差會對常規(guī)LED封裝的FFP產生大得多的負面影響。這種制造偏差可包括反射杯和LED芯片的形狀、反射杯中的LED芯片的設置或焊線的設置、以及封裝材料的變化。與具有水平定向LED芯片的LED封裝相比，如圖所示地使LED芯片56在反射杯54中旋轉還可提供改善的遠場圖形發(fā)射特性。圖5和圖6示出了不具有透鏡而具有如上述圖2所示的常規(guī)定向的LED芯片的LED封裝的發(fā)射強度特性的示例。圖5示出了在約70度的水平輻射角下具有50%發(fā)射強度82的水平遠場圖形(FFP)80。圖6示出了在約58度的豎直輻射圖形下具有50%發(fā)射強度86的豎直FFP84。作為比較，圖7和圖8示出了具有如圖4所示的豎直定向LED芯片的LED封裝的發(fā)射強度特性的示例，該LED芯片處于與提供圖5和圖6所示的發(fā)射特性的LED封裝相同的反射杯內。圖7示出了在約76度的水平輻射角下具有50%發(fā)射強度90的水平FFP88。圖8示出了在約65度的豎直輻射角下具有50%發(fā)射強度94的豎直FFP92。如圖5和圖6與圖7和圖8的比較所示，具有豎直定向LED芯片的封裝具有較寬視角，在水平和豎直輻射角下都具有50%強度。發(fā)射圖形還包括較少的不均勻，對于不同發(fā)射角具有輻射強度的平穩(wěn)下降。差別可歸因于不同因素，例如，LED芯片的在水平方向發(fā)出更大累積強度的光的較長發(fā)射表面。豎直發(fā)射強度的增加也可歸因于多個因素，例如，LED芯片的在豎直方向上更靠近反射表面的邊緣。應注意的是，旋轉的或豎直的LED芯片布置的FFP發(fā)射特性之間還可能存在其他差別。一個可能差別在于，豎直的芯片LED封裝的峰值發(fā)射強度會較窄，但輻射強度至少下降一角度(角度越大，下降越慢)。圖9和圖10示出了在進行錫焊和具有如上述圖2所示的常規(guī)定向的LED芯片的封裝之后的發(fā)射強度特性的示例。圖9示出了在約94度的水平輻射角下具有50%發(fā)射強度102的水平FFP100。圖10示出了在約44度的豎直輻射圖形下具有50%發(fā)射強度106的豎直FFP104。這些FFP可為發(fā)出不同顏色的光的相似LED，FFP100和104為具有發(fā)綠光LED芯片的LED封裝的FFP。對于相似反射杯布置中的具有發(fā)藍光LED芯片的LED封裝而言，FFP和50%輻射發(fā)射強度在約95度水平角和43度豎直角下幾乎相同。作為比較，圖11和圖12示出了根據本發(fā)明的具有圖4所示的豎直定向LED芯片的LED封裝的發(fā)射強度特性的示例。LED芯片設于與提供圖9和圖10所示的發(fā)射特性的LED封裝相同或相似的反射杯內。圖11示出了在約101度水平輻射角下具有50%發(fā)射強度110的水平FFP108。圖12示出了在約48度豎直輻射角下具有50%發(fā)射強度114的豎直FFP112。所示發(fā)射圖形為具有發(fā)綠光LED芯片的LED封裝的發(fā)射圖形。對于具有發(fā)出其他顏色的光的LED芯片的LED封裝，發(fā)射圖形相似。對于具有發(fā)藍光LED芯片的LED封裝，FFP和50%輻射發(fā)射強度在約102度水平角和48度豎直角下幾乎相同。通過在不同反射杯中設置不同LED芯片，可實現更寬的50%視角發(fā)射圖形。在具有發(fā)紅光、綠光和藍光LED芯片的LED封裝的某些實施例中，50%水平發(fā)射強度角可達到120度，而50%豎直發(fā)射強度角可達到70度。在具有綠色和藍色LED芯片的封裝的一個實施例中，50%水平強度角為115度，50%豎直角為65度。在具有紅色LED芯片的封裝的一個實施例中，50%水平強度角可為108度，50%豎直強度角可為58度。在上文所示的不同實施例中，與具有水平定向LED芯片的常規(guī)LED封裝相比，發(fā)射強度角的增加可在O至5%的范圍內增力口。在其他實施例中，可在O至10%的范圍內增加，而在其他實施例中，可在O至15%的范圍內增加。本發(fā)明可適用于具有多種不同形狀和尺寸的封裝和LED芯片。圖13至15示出了可用于根據本發(fā)明的LED封裝的橢圓形反射杯120的一個實施例。反射杯120的長度和寬度約為1.26mm和1.01mm。反射杯120的底座122的長度約為.9mm，寬度約為.65mm,成角度的反射表面124約為0.15mm高，具有約100度的開度(opening)。圖16至18示出了形狀與反射杯120相似的反射杯130的另一個實施例。反射杯130的底座132的尺寸與反射杯120的底座122相同。但是，成角度的表面134的高度約為0.25mm,具有約80度的開度。這使封裝的長度為1.32_，寬度為1.07_。這僅為在根據本發(fā)明的LED封裝中可使用的反射杯的多種不同形狀和尺寸的兩個示例。LED封裝可具有不同形狀和尺寸的LED芯片，矩形LED芯片的長度大于寬度。在某些實施例中，長度可達到1000 μ m，寬度可達到500 μ m。在其他實施例中，長度可達到500 μ m，寬度可達到300 μ m。在一個實施例中，LED芯片的長度可約為480 μ m，寬度可約為260 μ m0根據本發(fā)明的LED封裝可用于形成LED顯示器，LED顯示器具有改善的遠場圖形。根據本發(fā)明的多個LED的累積效應、以及改善的發(fā)射特性和LED封裝的可重復制造性使得LED顯示器呈現出相同的改善的發(fā)射。LED顯示器可根據本發(fā)明而設有多個不同數量的LED模塊或像素。在某些實施例中，LED顯示器可具有I至100，000個模塊或像素。在其他實施例中，LED顯示器可具有100，000至200，000個之間的模塊或像素，而在其他實施例中，LED顯示器可具有200，000至300，000個之間的模塊或像素。在其他實施例中，LED顯示器可具有300，000個以上的像素或模塊。像素或模塊設于矩形柵格中。例如，柵格的寬度可為640個模塊/像素，高度可為480個模塊/像素，屏幕的最終尺寸取決于模塊/像素的實際尺寸。根據本發(fā)明的顯示器可為多種不同形狀和尺寸，許多顯示器達到60英尺高和60英尺寬。圖19示出了根據本發(fā)明的使用LED封裝的LED顯示器的一個實施例的水平FFP的發(fā)射強度曲線140，其在120度的水平視角的范圍內呈現出基本平的發(fā)射強度特性。這提供了對在更大角度范圍下觀看LED顯示器的改善，LED圖像在法線0°視角下與在法線的任一側的60°以內的任何視角下具有基本相同的強度。由此，與基于常規(guī)LED的顯示器相t匕，圖像在較大角度范圍內保持了其質量。圖20示出了使用根據本發(fā)明的LED封裝的LED顯示器的一個實施例的豎直遠場圖形的屏幕曲線150。與上文所述的在沒有增加的豎直發(fā)射角的顯示器中使用的LED封裝相比，該豎直圖形更遵循朗伯圖形。應理解的是，在其他實施例中，某些或所有LED封裝可設置成具有更高的豎直視角，豎直的屏幕曲線呈現出與圖19所示的相似的平的部分。使用根據本發(fā)明的LED封裝的根據本發(fā)明的LED顯示器還可在豎直視角的范圍內呈現出改善的發(fā)射強度曲線。為了在這些不同視角下提供更統(tǒng)一的圖像質量，根據本發(fā)明的LED顯示器為這些角度下的紅色、綠色和藍色LED提供匹配的屏幕曲線和遠場圖形。雖然光的強度可隨著視角增加而降低，但具有相同發(fā)射曲線的發(fā)射器保持圖像的顏色質量。根據本發(fā)明的顯示器還可包括LED封裝的不同組合。即，不同顯示器中的LED封裝不需要都具有相同特征，以增加發(fā)射角。根據本發(fā)明的LED封裝還可用于除LED顯示器以外的多種不同照明應用，特別是使用需要增加的發(fā)射角的小型高輸出光源的那些應用。這些應用的某些包括但不限于，路燈、建筑燈、家庭和辦公照明、顯示器照明和背光照明。除上文所述的增加發(fā)射角以外，本發(fā)明還可用于補償特定非期望發(fā)射特性。FFP不均勻或不對稱可能是由LED封裝的特征(例如，焊盤不對稱、焊線尺寸和位置、電流擴散指狀件的幾何形狀等)造成的。LED芯片還可發(fā)出不對稱FFP。這些FFP不均勻和不對稱可降至最低，可被最終用戶接受。在其不可接受的情況下，LED芯片在反射杯內的旋轉還可允許對在FFP的最可接受位置中設置缺陷的控制。最終用戶多數希望將遠場中的缺陷設置在模塊或固定物中的特定位置中，以使其在某種程度上是顯而易見的。在常規(guī)LED封裝中，為了獲得遠場不對稱的適當位置，封裝可包括特殊光學元件、特殊焊板，或將封裝附設在旋轉定向中。根據本發(fā)明的LED封裝還可通過使LED芯片在反射杯或封裝內旋轉而獲得遠場不對稱的該選擇位置。如上所述，矩形LED芯片還可在具有不同于橢圓形的其他形狀的反射杯中旋轉。LED芯片可具有除矩形以外的多種不同形狀，這些不同形狀的LED可安裝在具有多種不同形狀的反射杯內。在所有這些反射杯中，旋轉會使得FFP不對稱處于不同位置中。圖21示出了根據本發(fā)明的LED封裝200的另一個實施例，其為與圖4所示的實施例相似的兩腳式封裝。其包括安裝于反射杯204的底座的LED芯片202，焊線206a，206b連接在封裝弓I腳與LED芯片之間，以用于對LED芯片施加電信號。但是，在該實施例中，LED芯片202為方形，反射杯204為圓形。反射杯204包括基本與封裝引腳對準的第一軸線210和與第一軸線210正交的第二軸線212。LED芯片202不與第一和第二軸線210，212對準地安裝在反射杯204內。S卩，LED芯片202的側邊不與第一或第二軸線210，212對準。相反，LED芯片202相對于軸線210，212成角度或旋轉。通過使LED芯片202在反射杯204內旋轉，與LED芯片與軸線對準的封裝相比，FFP不對稱可位于FFP的不同位置處。應理解的是，LED芯片202可以O至90度范圍內的多個不同角度旋轉。在所示實施例中，LED芯片202以與軸線210，212成約45度的角度旋轉。圖22和圖23示出了根據本發(fā)明的表面安裝LED封裝220的另一個實施例，其包括基板222、安裝在基板222上的反射杯224、以及在反射杯224內安裝于基板222的方形LED芯片226 (如圖23所示)。如上所述，LED芯片226可為除方形以外的多種不同形狀。LED封裝220進一步包括反射杯224上方的透鏡227。LED封裝220以與可從北卡羅來納
州的達勒姆的Cree有限公司購得的按照XLamp* XR-E和XLampgl XR-C型號標識的LED
封裝相似的方式設置。LED封裝220還具有在封裝接觸件232a，232b之間延伸的第一軸線231和與第一軸線231正交的第二軸線234。與市場上可買到的相似LED封裝不同，LED芯片226在反射杯內成角度或旋轉，使得其邊緣不與第一或第二軸線231，234對準。這可用于改變FFP不對稱的位置，如上所述的。與LED封裝200相同，LED芯片226可相對于軸線231，234以O至90度范圍內的多個不同角度設置。在所示實施例中，LED芯片可布置成使得其邊緣相對于軸線231，234成45度角。圖24和圖25示出了根據本發(fā)明的LED封裝240的另一個實施例，其包括基板242，LED芯片244安裝在基板242上。透鏡246可在LED芯片244上方以半球形狀模制在基板242上。LED封裝240以與可從北卡羅來納州的達勒姆的Cree有限公司購得的按照
XLamp XR-E和XLamp XR-C型號標識的LED封裝相似的方式設置。LED封裝240包
括在封裝接觸件250a，250b之間延伸的第一軸線248和與第一軸線248正交的第二軸線252。與上述封裝相同，LED芯片成角度或旋轉，其邊緣不與第一和第二軸線248，252對準。旋轉范圍可為O至90度，所示實施例的LED芯片旋轉約45度。上述LED封裝實施例具有安裝在反射杯內或安裝在基板上的單個LED芯片。應理解的是，其他LED封裝實施例可具有安裝在反射杯內或安裝在基板上的一個以上的LED芯片。這些實施例中的所有或某些多個LED芯片可旋轉，在其他實施例中，每個LED芯片可具有相同旋轉角，或者某些可具有不同旋轉角。每個LED芯片的特定角可由多個因素決定，一個因素為特定芯片的特定FFP不對稱和FFP圖形不對稱的期望位置。圖26和圖27示出了根據本發(fā)明的多芯片LED封裝260的一個實施例，其包括基板262和安裝在基板262上的4芯片LED陣列264 (如圖27所示)。透鏡266可在LED陣列264上方形成在基板262上。LED封裝260以與可從北卡羅來納州的達勒姆的Cree有限
公司購得的按照XLamp XR-E和XLamp XR-C型號標識的LED封裝相似的方式設置。
LED封裝260包括在基板262的一側的第一接觸件270a與另一側的第二接觸件270b之間延伸的第一軸線268。LED封裝260還包括與第一軸線268正交的第二軸線272。在該實施例中，LED陣列264包括以方形陣列設置的方形LED芯片，但應理解的是，LED芯片可具有多種不同形狀，陣列也可具有多種不同形狀。LED陣列264在基板262上成角度或旋轉，使陣列的邊緣不與兩個軸線268，270對準。與上述旋轉的LED芯片相同，LED陣列264可相對于軸線以O至90度范圍內的任何角度旋轉，所示陣列相對于軸線成約45度角。盡管已參考本發(fā)明的特定優(yōu)選配置對本發(fā)明進行了詳細說明，但也可采用其他版本。因此，本發(fā)明的主旨和范圍不應受限于上述版本。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)封裝,包括: 反射杯和安裝在所述反射杯內的LED芯片，其中，所述反射杯具有第一軸線和與所述第一軸線正交的第二軸線，其中，所述LED芯片在所述反射杯內旋轉，使得所述LED芯片不與所述第一軸線對準。
2.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED芯片不與所述第二軸線對準。
3.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED芯片具有邊緣，其中，所述邊緣不與所述第一軸線和所述第二軸線對準。
4.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED芯片與所述第二軸線對準。
5.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述反射杯為橢圓形。
6.根據權利要求5所述的LED封裝，其中，所述LED芯片為矩形。
7.根據權利要求5所述的LED封裝，其中，所述第一軸線為橢圓形的所述反射杯的縱向軸線，所述LED芯片與所述第二軸線對準。
8.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述反射杯為圓形。
9.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED芯片不與所述第一軸線對準且成O至90度之間的一角度。
10.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED芯片不與所述第一軸線對準且成約45度的一角度。
11.根據權利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED芯片為LED芯片的陣列的一部分。
12.根據權利要求1所述的LED封裝，發(fā)出的遠場圖形具有的50%發(fā)射強度角比其中所述LED芯片與所述第一軸線對準的相同LED封裝寬。
13.根據權利要求1所述的LED封裝，進一步包括位于所述LED芯片上方的透鏡。
14.根據權利要求1所述的LED封裝，進一步包括基板，所述LED芯片和所述反射杯安裝在所述基板上。
15.—種發(fā)光二極管(LED)封裝,包括: 基板和安裝在所述基板上的LED芯片，其中，所述基板具有第一縱向軸線，并且其中，所述LED芯片安裝在所述基板上，使得所述LED芯片不與所述第一軸線對準。
16.根據權利要求15所述的LED封裝，進一步包括位于所述LED芯片上方的透鏡。
17.根據權利要求16所述的LED封裝，其中，所述第一軸線在所述基板上的接觸件之間延伸。
18.根據權利要求15所述的LED封裝，進一步包括與所述第一軸線正交的第二軸線，其中，所述LED芯片不與所述第二軸線對準。
19.根據權利要求18所述的LED封裝，其中，所述LED芯片與所述第二軸線對準。
20.根據權利要求18所述的LED封裝，其中，所述LED芯片不與所述第一軸線對準且成O至90度之間的一角度。
21.根據權利要求18所述的LED封裝，其中，所述LED芯片不與所述第一軸線對準且成約45度的一角度。
22.根據權利要求18所述的LED封裝，其中，所述LED芯片為LED芯片的陣列的一部分。
23.根據權利要求18所述的LED封裝，發(fā)出的遠場圖形具有的50%發(fā)射強度角比其中所述LED芯片與所述第一軸線對準的相同LED封裝寬。
24.根據權利要求15所述的LED封裝，進一步包括位于所述基板上的反射杯。
25.—種發(fā)光二極管(LED)封裝,包括: 具有芯片縱向軸線的矩形LED芯片；以及 具有杯縱向軸線的橢圓形反射杯，所述LED芯片安裝在所述反射杯內，所述芯片縱向軸線與所述杯縱向軸線成角度。
26.根據權利要求25所述的LED封裝，其中，所述芯片縱向軸線與所述杯縱向軸線正交。
27.根據權利要求25所述的LED封裝，其中，所述LED芯片為LED芯片的陣列的一部分。
28.根據權利要求25所述的LED封裝，發(fā)出的遠場圖形具有的50%發(fā)射強度角比其中所述芯片縱向軸線與所述杯縱向軸線對準的相同LED封裝寬。
29.根據權利要求25所述的LED封裝，進一步包括位于所述LED芯片上方的透鏡。
30.根據權利要求25所述的LED封裝，進一步包括基板，所述LED芯片和所述反射杯安裝在所述基板上。
31.一種發(fā)光二 極管(LED)顯示器，包括: 多個LED封裝，所述多個LED封裝中的至少一些具有安裝在反射杯內的LED芯片，所述封裝具有與第二軸線正交的第一軸線，所述LED芯片不與所述第一軸線對準地安裝。
32.根據權利要求31所述的顯示器，其中，所述LED芯片不與所述第二軸線對準。
33.根據權利要求31所述的顯示器，其中，所述LED芯片具有邊緣，其中，所述邊緣不與所述第一軸線和所述第二軸線對準。
34.根據權利要求31所述的顯示器，其中，所述LED芯片與所述第二軸線對準。
35.根據權利要求31所述的顯示器，其中，每個所述反射杯均為橢圓形。
36.根據權利要求35所述的顯示器，其中，每個所述LED芯片均為矩形。
37.根據權利要求35所述的顯示器，其中，所述第一軸線為橢圓形的所述反射杯的縱向軸線，所述LED芯片與所述第二軸線對準。
38.根據權利要求31所述的顯示器，其中，所述反射杯為圓形。
39.根據權利要求31所述的顯示器，其中，每個所述LED芯片均不與所述第一軸線對準且成O至90度之間的一角度。
40.根據權利要求31所述的顯示器，其中，每個所述LED芯片均不與所述第一軸線對準且成約45度的一角度。
41.根據權利要求31所述的顯示器，其中，每個所述LED芯片均為LED芯片的陣列的一部分。
42.根據權利要求31所述的顯示器，其中，每個LED封裝發(fā)出的遠場圖形具有的50%發(fā)射強度角比其中所述LED芯片與所述第一軸線對準的相同LED封裝寬。
43.根據權利要求31所述的顯示器，進一步包括基板，所述LED芯片和所述反射杯安裝在所述基板上。
44.一種發(fā)射器,包括: 安裝在封裝內的LED芯片，其中，所述LED芯片具有芯片長軸線，并且所述封裝具有封裝長軸線，其中，所述芯片長軸線與所述封裝長軸線不同地定向。
45.一種發(fā)光二極管(LED)封裝,包括: 位于基臺或反射杯上的LED芯片；以及 位于所述LED上方的透鏡，其中，所述透鏡具有第一軸線和與所述第一軸線正交的第二軸線，其中，所述LED芯片位于所述基臺或所述反射杯上，所述LED芯片不與所述第一軸線對準。
46.根據權利要求 45所述的LED封裝，其中，所述LED芯片也不與所述第二軸線對準。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED封裝和使用LED封裝的LED顯示器，其中，封裝內的LED芯片以唯一的定向布置，以提供期望的封裝或顯示器FFP。根據本發(fā)明的一個LED封裝包括反射杯和安裝在反射杯內的LED芯片。反射杯具有第一軸線和與第一軸線正交的第二軸線，其中，LED芯片在反射杯內旋轉，使得LED芯片不與所述第一軸線對準。一些LED封裝可包括具有芯片縱向軸線的矩形LED芯片和具有杯縱向軸線的橢圓形反射杯。LED芯片安裝在反射杯內，芯片縱向軸線與杯縱向軸線成角度。根據本發(fā)明的LED顯示器包括多個LED封裝，至少一些LED封裝具有以不同角度安裝在反射杯內的LED芯片，以實現期望的顯示器FFP。
文檔編號H01L33/48GK103180976SQ201180051188
公開日2013年6月26日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權日2010年8月25日
發(fā)明者戴維·托得·埃默森, 陳志強 申請人:克利公司, 科銳香港有限公司