專利名稱：發(fā)光封裝件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明才支術(lighting art )，并且涉及基于一個或多個 發(fā)光芯片的發(fā)光封裝件以及其制造方法。
背景技術：
基于發(fā)光芯片(諸如半導體發(fā)光二極管芯片、有機發(fā)光二才及管 芯片、半導體激光芯片等)的發(fā)光封裝件被越來越多地用于照明。 每種芯片都通常在很窄的語范圍上產(chǎn)生單色點處的飽和光(諸如紅 光、綠光、藍光等、或紫光或紫外光)的輻射。已知的是，可以可 操作地將該芯片與波長轉(zhuǎn)換磷光體耦合以產(chǎn)生所需的光輸出("i者如 接近白光的輸出)。此外，該芯片通常發(fā)射不相干且不聚焦的輻射。
( 一種例外是激光二極管芯片，其可以產(chǎn)生相干且定向的輻射)。 還已知的是，將LED(可選的涂以磷光體)與聚焦透鏡耦合。例如， 透鏡可以是被成形為所需透鏡化構(gòu)造的模制封裝部，或可以是i殳置 在該芯片上并與該芯片進行光通信的單獨制造的"孩i透鏡"。再有， 由于由單個芯片提供的有限的光輸出，已知使用多個芯片的陣列或 組合。
現(xiàn)有的發(fā)光封裝件還不能完全滿足要求。例如，軟模制封裝部 通常由于磨損、暴露于腐蝕性化學物等而易于損壞。單獨制造的微 透鏡可以更加堅固，但需要小心地放置到芯片上。此外，為了照明， 通常不希望使光聚焦。多個芯片封裝件提供更好的照明，但通常會增加封裝件的復雜
性。在Lowery的第6,504,301號美國專利中4皮露了 一些示例4生多芯 片封裝件，其示出了各種布置，大體包括設置在支撐物上的多個發(fā) 光管芯的引線接合互連，其中，該支撐物放置在包括圓柱形外套和 熒光板的殼體中。在Baretz等人的第6,660,175號美國專利中4皮露 了其他示例性多芯片封裝件。Baretz披露了包含在^L置于殼體內(nèi)部 的封裝部中的石壽光體。諸如Lowery和Baretz的那些多芯片去于裝件 的復雜性會不利地影響可制造性、可靠性、以及制造成本。
相關申請交叉參考
于2004年4月26日4是交的序號為10/831,862并#/>布為US 2005-0239227 Al的申"i青，以及于2003年8月29日4是交的國際申
申請，均至少涉及發(fā)光封裝件的不同方面，其中的一些發(fā)光封裝件 包括遠磷光體的布置。在這些申請中所示的 一 些示例性實施例中， 一個或多個發(fā)光芯片^皮設置在板(諸如印刷電路;^反)上，并以圓頂 形玻璃罩或其他透光罩覆蓋。遠^粦光體i殳置在罩上或嵌入在罩中。 將密封劑注射到由結(jié)合板和圓頂形罩限定的內(nèi)部容積中，從而至少 基本填充該罩。在操作中，由一個或多個發(fā)光芯片產(chǎn)生的輻射與設 置在罩上或罩中的遠磷光體耦合，并且，該遠磷光體將該輻射轉(zhuǎn)換 成具有期望譜特征的轉(zhuǎn)換光。例如，在這些申請中描述的一些實施 例中，該芯片或多個芯片發(fā)射紫外或紫色輻射，并且遠磷光體將輻 射轉(zhuǎn)換成近似于白光的可見光。
本申請通過引證結(jié)合了于2004年4月26日提交的序號為 10/831,862并祐乂>布為US 2005-0239227 Al的申i青的全部內(nèi)容。本 申請進一步通過引證結(jié)合了 2003年8月29日提交的國際申請?zhí)枮?PCT/US2003/027363并凈皮乂>布為WO 2004/021461 A2的全吾卩內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，7>開了一種發(fā)光封裝件。至少一個發(fā)光芯片由
板支撐。在該至少一個發(fā)光芯片上方和該4反的覆蓋區(qū)上方i殳置透光 封裝部。透光大體共形罩設置在透光封裝部上方，并且共形罩的內(nèi) 表面與所述透光封裝部的外表面通過空氣隙分隔開，所述共形罩與 所述透光封裝部的外表面大體共形。至少一種磷光體設置在共形罩 上或嵌入在共形罩中，并配置為響應于該至少一個發(fā)光芯片的輻射
而專lr出壽爭才奐光。
根據(jù)另一方面，公開了一種發(fā)光封裝件。至少一個發(fā)光芯片由 板支撐。在該至少 一個發(fā)光芯片上方和該板的大體橢圓或圓形覆蓋 區(qū)上方設置透光封裝部，其中，該覆蓋區(qū)延伸超過該至少一個發(fā)光 芯片最外邊緣至少兩毫米。
根據(jù)另一方面，公開了一種發(fā)光封裝件。 一個或多個發(fā)光芯片 配置為共同產(chǎn)生至少約一瓦特的光llr出功率。由板支撐該一個或多 個發(fā)光芯片。在該一個或多個發(fā)光芯片上方和該板的覆蓋區(qū)上方設 置透光封裝部。在遠離該一個或多個發(fā)光芯片并接近透光封裝部外 表面設置的磷光體層區(qū)中設置至少一種遠磷光體。該遠磷光體配置 為響應于一個或多個發(fā)光芯片的輻射而輸出轉(zhuǎn)換光。與基本全部磷
光體層區(qū)域進行熱傳遞的散熱部件包括具有高于0.3W/(m.K)的
熱導率的材料。
根據(jù)另一方面，公開了一種制造發(fā)光封裝件的方法。將至少一 個發(fā)光芯片固定至板。在該至少一個發(fā)光芯片上方和在該板的覆蓋 區(qū)部分上方設置透光封裝部。將透光大體共形罩設置在透光去于裝部 上方，并且該透光大體共形罩的內(nèi)表面與透光封裝部的外表面通過 空氣隙分隔開，共形罩與透光封裝部的外表面大體共形。將至少一種磷光體設置在共形罩上或嵌入在共形罩中，并將其配置為響應于 該至少一個發(fā)光芯片的輻射而輸出#爭換光。


本發(fā)明可以采取各種部件以及部件安4非、各種處理操作以及處 理操作安排的形式。附圖^又用于示出優(yōu)選實施例的目的，而不應#皮
理解為限制本發(fā)明。圖1-3的發(fā)光封裝件沒有按尺寸或比例繪制。 圖1示出了發(fā)光封裝件的透^L圖。
圖2示出了圖1的發(fā)光封裝件的透視圖，其中，去除了透光封 裝部和共形罩。
圖3示出了沿圖1和圖2所示的截面S-S，取的圖1的發(fā)光封裝 件的側(cè)截面圖。
圖4示出了用于制造圖1-3的發(fā)光封裝件的示例性處理。
具體實施例方式
參照圖1-3,發(fā)光封裝件8包4舌板(board) 10 (諸如印刷電路 板、金屬芯印刷電路板、絕緣散熱^反等，在該板上設置有多個發(fā)光 管芯或芯片(dice or chips ) 12、 14、 16、 18)。氺反10優(yōu)選;也具有充 分的熱導性。例如，可以采用金屬芯印刷電路板。在所示的實施例 中，四個發(fā)光管芯或芯片12、 14、 16、 18i殳置在玲反10上；然而， 管芯或芯片的凄t量可以是一個、兩個、三個、四個、五個或更多。 芯片12、 14、 16、 18可以是第III;疾氮化物的藍色、紫色、或紫外 發(fā)光二極管芯片、紅色第III族氮4匕物或第III族砷化物發(fā)光二才及管 芯片、II-IV發(fā)光二極管芯片、IV-VI發(fā)光二極管芯片、硅或石圭-鍺發(fā) 光二極管芯片等。盡管本文中示出了半導體發(fā)光二極管芯片12 、 14 、16、 18， ^旦在其他預期實施例中，該芯片或該多個芯片可以是邊纟彖 發(fā)射激光芯片或垂直腔面發(fā)射激光(VCSEL)芯片、有機發(fā)光二才及 管芯片等。每個所示的發(fā)光芯片12、 14、 16、 18均為沒有獨立封 裝部的凈果芯片。可^辜換的，每個芯片均可以;故單獨密封。此外，該 芯片或該多個芯片可以包括多個發(fā)光二極管臺面晶體管的單片陣 列(monolithic array )、垂直腔面發(fā)射激光臺面晶體管的單片陣列等。 盡管所示的示例性四個發(fā)光芯片12、 14、 16、 18為相同類型(例 如，所有的四個都是紫色或紫外發(fā)光二極管芯片)，但是在其^f也實 施例中，可以4吏用兩種或更多種不同類型的芯片。例如，紅、纟錄、 和藍色芯片的組合可以用于共同4妻近于白光。
發(fā)光芯片12、 14、 16、 18可以以多種方式連4妄至板10。在所 示的實施例中，板10為金屬芯印刷電路板，其包括(見圖3)銅板 20或其他金屬芯和夾置在介電層24之間的印刷電路層22?？蛇x的， 可以在金屬芯層20的背面上設置附加的絕緣層(未示出)。此外， 可以預期其包4舌兩個或更多的獨立且不同的印刷電^各層。芯片12、 14、 16、 18 3皮傳j裝4妻合(filp-chip boned )至火旱盤(bonding pad )， 焊盤與板10的印刷電路層22電連接。這種倒裝接合提供了將芯片 12、 14、 16、 18才幾械固定至板10以及為芯片12、 14、 16、 18 ^是供 電力供電(electrically powering)的電豐lr入路4圣。i殳置在4反 10上的連接器26適于使得連接至板10的電能能夠經(jīng)由印刷電路層 22為芯片12、 14、 16、 18供電。
芯片12、 14、 16、 18可以是在芯片的同一側(cè)具有n電才及和p 電極并通過倒裝接合與板10接觸的橫向芯片。在其他實施例中， 芯片12、 14、 16、 18是其電極位于芯片對側(cè)上的垂直芯片，并且 一個電極焊接或倒裝接合至板10的焊盤，而芯片對側(cè)上的另一電 極通過引線接合接觸。在其他實施例中，芯片可以包括都通過引線 接合接觸的兩個電極，并且焊接至板的芯片提供至板的機械連接。盡管未示出，但是這些芯片可以設置在反射阱中、高起的基座上、
基臺(sub-mount)上等。板10可選的支撐與發(fā)光芯片12、 14、 16、 18經(jīng)由印刷電路層22或通過引線接合等可操作連接的其他部件(未 示出)。例如，板IO可以支撐用于提供靜電放電保護的齊納二極管、 功率調(diào)整電3各、穩(wěn)、壓電3各、限流電3各、整;危電路等。
在發(fā)光芯片12、 14、 16、 18上方和板的覆蓋區(qū)(footprint area ) 32(由圖2中的虛線表示)的上方設置有透光封裝部30(圖3所示)。 所示的封裝部30為大體圓頂形，覆蓋區(qū)32為大體橢圓或圓形區(qū)。 更確切的，所示的封裝部30為半球形，而覆蓋區(qū)32為大體具有半 徑等于半J求形封裝部30的半徑的圓形；然而，可以預期圓頂形封 裝部^皮弄平而具有橢圓截面或相反具有偏離半J求形。對于具有大約 位于圓形覆蓋區(qū)32中央的發(fā)光芯片12、 14、 16、 18的形心的所示 半球形封裝部30，對稱性提供了封裝部30基本不使所發(fā)射的光的 角分布變形。封裝部30是密封芯片12、 14、 16、 18的固態(tài)封裝部， 并具有露出的外表面34,該外表面在所示實施例中是半球形表面， 這是因為所示示例性封裝部30是半^求形。封裝部30可以是例如義圭 樹脂(silicone)或環(huán)氧樹脂去t裝部。
透光大體共形蓋或罩40設置在透光封裝部30上方，并通過硅 樹脂粘合劑或其他粘合劑、或通過形成在板10的表面中的嚙合槽 (未示出)、或通過另一種固定機構(gòu)或多種固定機構(gòu)的組合而沿周 界42連4妄至^反10。共形罩40具有大體與透光封裝部30的外表面 34共形的內(nèi)表面44。此夕卜，共形罩40的內(nèi)表面44通過圖2和圖3 所示的空氣隙G與封裝部30的外表面34分隔開。例如，共形罩 40可以是玻璃或石英共形罩，或可以是塑料、特氟龍、環(huán)氧樹脂、 EVA、丙烯酸或其他有機材料罩。
在一些實施例中，遠磷光體50設置在位于遠離發(fā)光芯片12、 14、 16、 18位置處并接近透光封裝部30的外表面34的磷光體層區(qū)中。例如，石粦光體可以-沒置在共形罩40上或嵌入其中。在所示的 實施例中，磷光體50 i殳置在共形罩40的內(nèi)表面44上(圖3中以 虛線表示的磷光體50 );然而，磷光體可以設置在共形罩40的外側(cè)， 或嵌入在共形罩40的材料中。還可以預期將磷光體i殳置在透光封 裝部30的外表面34上。磷光體50被配置為響應于發(fā)光芯片12、 14、 16、 18的輻射而l命出轉(zhuǎn)換光。假設，石粦光體50 4皮選擇為只于由 發(fā)光管芯或芯片12、 14、 16、 18產(chǎn)生的輻射的一部分或基本全部 產(chǎn)生期望的波長轉(zhuǎn)換。如現(xiàn)有技術中已知的，術語"磷光體"應該 被理解為包括被選才奪來產(chǎn)生所選波長轉(zhuǎn)換的兩種或更多磷光體化 合物的合成物或單一磷光體化合物或磷光體混合物。例如，磷光體 50可以是包括共同提供白光或基本白光的發(fā)射黃、綠、和藍光的磷 光體合成物。該白光或基本白光在1931 CIE色品圖(chromaticity diagram )中可以例如，處理約0.30至約0.55范圍內(nèi)的x <直，以及 約0.30至約0.55范圍內(nèi)的y值。在一些實施例中，石粦光體50還可 以具有更好顯色性的可選發(fā)射紅光的化合物。在一些實施例中，發(fā) 光管芯或芯片12、 14、 16、 18是第III族的氮化物發(fā)光二極管芯片， 其主要以小于425納米的波長發(fā)射紫色或紫外輻射，以及磷光體50 將由芯片12、 14、 16、 18產(chǎn)生的大部分或所有的光都轉(zhuǎn)換成白光 或基本白光。對于白光輸出，選擇磷光體和發(fā)光芯片以提供燈的適 合的色溫和顯色性。在一些實施例中，發(fā)光管芯或芯片12、 14、 16、 18是第III族的氮化物發(fā)光二極管芯片，其發(fā)射藍色或帶藍色的輻 射，以及磷光體50是微黃色的磷光體，其只將藍色或帶藍色的輻 射轉(zhuǎn)換成微黃色光。直接(未轉(zhuǎn)換)帶藍色的光與轉(zhuǎn)換后的微黃色 光的比率^皮選擇為4妄近白光。本領域^支術人員可以容易地選擇適于 執(zhí)行特定光轉(zhuǎn)換的其他磷光體。為了提高光提取，可選的在板10的大體橢圓或圓形覆蓋區(qū)32 的至少大部分上方i殳置反射涂層60 (在圖2中以涂覆區(qū)的點-陰影 示意性表示)。在所示實施例中，反射涂層60設置在共形罩40的周界42內(nèi)的大部分區(qū)域上方。反射涂層60對由發(fā)光管芯或芯片12、 14、 16、 18產(chǎn)生的輻射具有反射性，并且優(yōu)選地在制造發(fā)光封裝件 8的溫度中以及在發(fā)光芯片12、 14、 16、 18的工作溫度中具有熱穩(wěn)定性。在一些實施例中，反射涂層60由通常用于在印刷電路板上形 成印刷記號、字符(legend)、或其他標記的類型的字符油墨(legend ink)制成。這種字符油墨通常為白色或微黃色，并對可見光、紫色 光、以及近紫外光輻射提供高反射率。有利地，當將字符油墨用于 反射涂層60時，與形成印刷電路板10的印刷記號、字符、或其他 標記的同時形成反射涂層60是可能的。用于限定印刷記號、字符 或其它標記的其他圖案形成或同 一光刻法也適于字符油墨反射涂 層60的區(qū)i或。繼續(xù)參照圖2和圖3,發(fā)光封裝件8的某些尺寸方面優(yōu)選地被 選擇為提高光提取。當使用多個發(fā)光芯片時，有利地具有芯片間間 隔(在圖2和圖3中示為dchip),其為多個發(fā)光芯片12、 14、 16、 18中最大芯片的主斗黃向(principal lateral)尺寸的至少約一倍。至 少該尺寸的芯片間間隔基本減少了由于邊緣發(fā)射輻射的跨芯片 (cross-chip)吸收造成的輻射損失。此外，具有半徑約等于半3求形 透光封裝部30半徑的大體圓形的板覆蓋區(qū)32的半球形的封裝部30 #是高了光輸出的空間均勻度(spatial uniformity )。此外，封裝部30 超過發(fā)光芯片或芯片組12、 14、 16、 18的最外邊緣的程度(extent) dencap影響該一個或多個芯片的外部區(qū)域的輻射提取效率。以直徑 62 (圖2中以點劃線表示)表示多個發(fā)光芯片12、 14、 16、 18的 最外邊緣，使封裝部30延伸超過芯片12、 14、 16、 18最外邊緣62 至少兩毫米的距離deneap,充分提高了有效的光4是取效率。在所示的實施例中，在封裝部30的外表面34和共形罩40的 分隔內(nèi)表面44之間存在空氣隙G。該空氣隙G有利地為封裝部30和共形罩40的相對位置提供了大的容許量(tolerance),這提高了 發(fā)光封裝件8的可制造性。然而，空氣隙G也在封裝部30的外表 面34處(在此處，折射率/人封裝部材料的折射率急劇向下跳到空 氣的折射率1.00 )以及在共形罩40的內(nèi)表面44處(在此處，折射 率從空氣的折射率1.00急劇向上跳到共形罩40的材^T牛的折射率) 引入較大且急劇的折射率轉(zhuǎn)變。通常，在發(fā)光封裝件的光學設計中 避免這種急劇、大的折射率轉(zhuǎn)變，這是由于它們會產(chǎn)生降低光提取 效率的光散射。然而，在使用主要發(fā)射425納米以下波長的輻射的芯片的發(fā)光 封裝件8中，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該空氣隙G基本不使光提取效率降低。 為了對其進行驗證，制造了有半球形封裝部30和在內(nèi)表面44上設 置有磷光體50的共形半球形玻璃罩40的器件，以及都具有或不具 有空氣隙G。在一些纟皮測器件中，空氣隙G至少約0.5毫米，并且 典型的為l-2毫米?？梢杂^察到，在具有空氣隙的裝置和沒有空氣 隙的裝置之間的性能沒有顯著的不同。基于這些實驗，可以相信只 要在每個管芯周圍有足夠的封裝部材料容積來提供充分的密封(例 如，足夠的半球形封裝部30延伸至超過發(fā)光芯片或芯片組12、 14、 16、 18的最外邊緣至少兩毫米的距離deneap)，光學性能將基本不受 是否封裝部充分填充半球形罩(即，沒有空氣隙)還是有空氣隙G 的影響。不限于4壬^T特定工作原理，應該相信，盡管存在空氣隙G，而 由于下列原因都可以實現(xiàn)優(yōu)良的光學性能。由芯片12、 14、 16、 18 發(fā)射的輻射波長主要小于425納米，并且以充分的折射/人圓頂形封 裝部30的外表面32出射。然而，該折射是沒有問題的，這是因為 出射的輻射仍然與共形圍繞圓頂形封裝部30的外表面32的磷光體 50相互作用。不管外表面32處的折射程度如何都會發(fā)生相互作用。 一旦由于磷光體50而發(fā)生了波長轉(zhuǎn)換，則轉(zhuǎn)換光易于從薄的共形罩40透射而作為提取光被發(fā)射。因此，發(fā)光封裝件8中空氣隙G 的存在基本不會造成光提取損失。參照圖4,描述了制造發(fā)光封裝件8的適當處理。字符油墨源 100向板IO提供在處理操作102中應用的其字符油墨。在一些實施 例中，字符油墨應用處理102包括用于限定字符油墨反射涂層60 以及同時在印刷電路板10上限定任何印刷記號、字符、或其他標 記的光刻法或其他圖案形成操作。除了掩模或其他圖案限定元件包 括附加的反射涂層60以外，處理操作102由于字符油墨而適于與 普通標記一樣。在才妄合處理104中，將發(fā)光芯片12、 14、 16、 18倒裝4妄合至 板10。根據(jù)適合于芯片的構(gòu)造，還可以使用其他的接合處理，例如， 如果芯片包括一個或多個前側(cè)電極，則可以在接合中結(jié)合引線接合。在芯片12、 14、 16、 18上方形成圓頂形透光封裝部30。在圖 4的處理中，4吏用了注射成型(injection molding )處理。在處理梯: 作112中，才莫型組件110被固定至印刷電路板。模型組件110被固 定使得才莫型組件110與板10之間的間隙是密封間隙，乂人而板10的 覆蓋區(qū)32與模型組件110共同限定用于形成封裝部30的中空模型 管芯。然后在注射成型處理116中將可流動材并牛114注入中空才莫型 管芯中并在才莫型中固化或硬化。固化處理可以包括時間的消逝、施 加熱、曝光等。在形成硅樹脂的封裝部30的一些實施例中，可流 動的硅樹脂封裝部前體被注射到中空模型管芯中并在至少IOO'C的 溫度下固化15-45分鐘。固化后的可流動材料堅硬且是非流動的， 限定封裝部30。在固化后，模型組件110被從印刷電路板10去除， 留下連接至板10的覆蓋區(qū)32的變硬的封裝部30。有利地，模型組 件110通常是可再用的。繼續(xù)參照圖4，在處理操作102、 104、 112、 116、 118之前、 之后、或與其同時執(zhí)行并行的磷光體應用處理122。磷光體漿124 或其他卩疇光體源一皮應用于至共形罩40的內(nèi)表面44。在一些實施例 中，磷光體漿124采用其中散布有磷光體粒子的可流動硅樹脂基或 復合材料(matrix material )。散布有磷光體的可流動硅樹脂基或復 合材料被噴涂到共形罩40的內(nèi)表面44上?？蛇x的，如此施加的磷 光體50然后隨時間的消逝、加熱、曝光等而被固化。然后，在粘合處理126中，將涂覆磷光體的共形罩40固定到 圓頂形封裝部30上方，在一些實施例中，粘合處理釆用石圭樹脂粘 合劑128。有利:l也，空氣隙G為圓頂形去于裝部30上方的共形罩40 的機械定位提供大的容許量，這簡化了制造工藝并增加了產(chǎn)量。此 外，當磷光體層50設置在共形罩40的內(nèi)表面44上時(或可替換 的，如在其他可預期的實施例中，當磷光體層設置在封裝部外表面 上時)，空氣隙G容納該z疇光體層。由于在圖4的制造處理中，共 形罩40沒有被用作形成封裝部30的密封中空模型管芯，因此罩40 沿周界42的連接可以是非密封的連接。已經(jīng)就單個發(fā)光封裝件8描述了圖4的制造處理。然而，應該 理解，該處理易于通過在普通印刷電路板上形成多個這樣的封裝件 而放大，其中，公共印刷電路板隨后會被沿預先形成的裂痕線分開， 或通過^/L械切割而切斷、或分離。在這種方法中，；溪型組件110適 于包括用于對普通印刷電路板上的多個圓頂形封裝部30同時進行 注射成型的多個半球形管芯元件。共形罩40適于使用自動分步應 用(step-and-apply)機械夾具進行連接，其中，空氣隙G再次提供 簡化粘附處理126并增加其堅固性的機械容許量。至jt匕，已經(jīng)大體4艮定遠石粦光體(remote phosphor)的4吏用(與 磷光體直接涂覆的發(fā)光芯片相反)足以提出磷光體及相鄰部件的與 熱相關的降解(heat-related degradation )。然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當在具有圖1-3的構(gòu)造的器件中使用高功率發(fā)光芯片時就不是這種情 況。制造具有半J求形去于裝部30和在內(nèi)表面44上i殳置有石粦光體50 的共形半球形玻璃罩40、以及空氣隙G的器件。在使這種器件連 續(xù)運行約一周后，就會看到這些器件由于熱引起的變暗。這歸因于 遠磷光體50附近處或其中的熱降解(thermal degradation )。通常，執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換的磷光體利用兩種主要機制來產(chǎn)生熱來 自波長降頻凈爭:換(down conversion )的Stokes，熱，其通常為用于藍 光到紫光激發(fā)的入射輻射測量功率的約20-25%;以及來自量子"無 效"(1-QE)的熱，其通常為入射輻射測量功率的約10-30%。從而， 多達約一半以上的入射輻射測量功率會由于驅(qū)動發(fā)光芯片的操作 而轉(zhuǎn)換為熱。可以通過減少入射輻射測量通量(諸如通過使用遠磷 光體布置)來減輕Stokes，和量子"無歲丈"生熱才幾制的影響。然而， 當芯片輻射測量功率水平足夠高時，發(fā)明人的實驗顯示包含磷光體 50的主要材料、或遠磷光體50附近的共形罩40、或遠磷光體附近 的其他熱敏材料會隨時間而遭受不合需要的熱降解。例如，當一個 或多個發(fā)光芯片共同產(chǎn)生至少約一瓦的光輸出功率時，可以預期隨 時間的過去的充分熱降解。例如，可以通過三個發(fā)光芯片來產(chǎn)生這 樣的功率輸出，其中，每個發(fā)光芯片都產(chǎn)生約0.9瓦特的共同光輸 出功率中的約0.3瓦特的光輸出功率?？蛇x的，提高共形罩40的熱導性以為磷光體50提供改善的散 熱。例如，這可以通過將導熱填充材^h加入共形罩40中以4吏罩40 材料的熱導性充分提高而基本不減少其半透明度來實現(xiàn)。如果空氣 隙G足夠小(或完全可以省略)以使磷光體50與封裝部30進行充 分高的熱傳遞，則附加地或可替換地，可以在封裝部30中使用導 熱填充材料以提高封裝部材料的熱導性，以提供磷光體50的散熱。適合的熱導材并+包括，例如氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化 鋅、各種金屬氧化物、氮化物等。為了減少不合需要的光衰減，熱到填充材料有利地是透明或半透明材料，并包括介于約5wt-。/。和約 60wt-o/。(即，重量百分比)之間的主體材料(host material )。附加 地或可^齊換地，通過4吏用以納米尺寸粒子形式(例如，具有小于100 nm的粒子尺寸)散布在共形罩40或其他主體(host)中的熱導填 充才才沖+來減少光衰減，以避免光衰減。在一些實施例中，添加熱導 填充材料來提供高于0.3W/(m.K)的填充的合成材料(composite material)的熱導率(例如，才艮據(jù)標準ASTM D5470 ( ASTM International, West Conshohocken, PA, USA )中頒布的觀'J i式方法進4亍 測量的)。在一些實施例中，添加熱導填充材料來提供高于lW/(m.K) 的填充的合成材料的熱導率(例如，4艮據(jù)標準ASTM D5470進行測 量的)。通過比較，光學硅樹脂(沒有添加到熱到填充材料)的典 型值為0.1W/(m.K),以及對于灌封混合物(potting compound)的 典型值是0.25W/(m.K)。通過試驗》見察到了包括空氣隙G的圖1-3的構(gòu)造的實質(zhì)熱降解。然而，希望在^L置在易于熱降解的相對熱絕緣材^"(諸如環(huán)氧 樹脂)上或散布于其中的任何遠磷光體中會觀察到相似的熱降解。已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。顯然，對于閱讀和理解前 述詳細說明書的人來說，將會進行各種改進和替換。旨在使本發(fā)明 被理解為包括所附權(quán)利要求或其等同物范圍內(nèi)提出的所有的這些 改進和替換。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光封裝件，包括至少一個發(fā)光芯片；板，支撐所述至少一個發(fā)光芯片；透光封裝部，設置在所述至少一個發(fā)光芯片上方和所述板的覆蓋區(qū)上方；透光大體共形罩，設置在所述透光封裝部上方，并且所述共形罩的內(nèi)表面與所述透光封裝部的外表面通過空氣隙分隔開，所述共形罩與所述透光封裝部的外表面大體共形；以及至少一種磷光體，設置在所述共形罩上或嵌入在所述共形罩中，并配置為響應于所述至少一個發(fā)光芯片的輻射而輸出轉(zhuǎn)換光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝件，其中，所述透光封裝部和 共形罩為大體圓頂形，以及所述板的所述覆蓋區(qū)為大體橢圓形 或圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光封裝件，其中，所述透光封裝部和 共形罩為大體半球形，所述板的所述覆蓋區(qū)為半徑約等于所述 半球形透光封裝部的半徑的大體圓形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光封裝件，其中，所述板的所述大體 圓形覆蓋區(qū)延伸超過所述至少一個發(fā)光芯片的最外邊緣至少 兩毫米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光封裝件，其中，所述至少一個發(fā)光 芯片包括多個發(fā)光芯片，所述多個發(fā)光芯片以所述多個發(fā)光芯片中最大芯片的主橫向尺寸的至少約一倍的芯片間間隔布置 在所述々反上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光封裝件，其中，所述透光封裝部的 外表面和所述共形罩的內(nèi)表面之間的間隙至少約為0.5毫米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝件，其中，所述至少一個發(fā)光 芯片配置為發(fā)射紫色或紫外輻射，所述磷光體配置為將由所述圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝件，其中，所述至少一個發(fā)光 芯片配置為發(fā)射具有主要為425納米以下波長的譜的輻射，所 述磷光體配置為將由所述至少 一個發(fā)光芯片發(fā)射的基本全部 輻射都轉(zhuǎn)換為白光或基本白光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝件，其中，所述共形罩由具有 高于0.3W/(m.K)的熱導率的材料制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光封裝件，其中，所述共形罩由具有 高于lW/(m.K)的熱導率的材料制成。
11. 一種發(fā)光封裝件，包括至少一個發(fā)光芯片；板，支撐所述至少一個發(fā)光芯片；大體圓頂形透光封裝部，設置在所述至少一個發(fā)光芯片 上方和所述板的大體橢圓形或圓形覆蓋區(qū)上方，所述板的覆蓋 區(qū)延伸超過所述至少 一個發(fā)光芯片的最外邊*彖至少兩毫米。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光封裝件，其中，所述至少一個發(fā) 光芯片包括多個發(fā)光芯片，所述多個發(fā)光芯片以所述多個發(fā)光 芯片中最大芯片的主橫向尺寸的至少約一倍的芯片間間隔布 置在所述纟反上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光封裝件，其中，所述透光封裝部 為大體半球形。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光封裝件，進一步包括磷光體，遠離所述至少一個發(fā)光芯片而i殳置在與所述大 體圓頂形透光封裝部的外表面大體共形的圓頂形磷光體層區(qū)中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光封裝件，進一步包括熱導填充材料，設置在所述圓頂形透光封裝部中，設置至高于0.3W/(m.K)的值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光封裝件，進一步包括透光大體共形罩，設置在所述大體圓頂形透光封裝部上 方，所述共形罩由與所述圓頂形透光封裝部材料不同的材料制 成，所述大體共形罩與所述透光封裝部的所述外表面大體共 形。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光封裝件，其中，所述磷光體設置 在所述透光大體共形罩上或嵌入所述透光大體共形罩中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光封裝件，進一步包括熱導填充材料，設置在所述透光大體共形罩中，i殳置的 所述熱導填充材料有效地將合成罩材料的熱導率提高至高于0.3W/(m.K)的值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光封裝件，其中，所述至少一個發(fā) 光芯片配置為發(fā)射具有主要為425納米以下波長的譜的輻射， 所述磷光體配置為將由所述至少一個發(fā)光芯片發(fā)射的輻射都 轉(zhuǎn):換為可見光。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光封裝件，進一步包括字符油墨層，設置在所述板的大體橢圓形或圓形覆蓋區(qū) 的至少大部分上方。
21. —種發(fā)光封裝件，包括一個或多個發(fā)光芯片，配置為共同產(chǎn)生至少約一瓦特的光專lr出功率；板，支撐所述一個或多個發(fā)光芯片；透光封裝部，設置在所述一個或多個發(fā)光芯片上方和所 述板的覆蓋區(qū)上方；以及至少一種遠^粦光體，i殳置在位于遠離所述一個或多個發(fā) 光芯片并接近所述透光封裝部外表面的磷光體層區(qū)中，所述遠 磷光體配置為響應于所述一個或多個發(fā)光芯片的輻射來輸出 轉(zhuǎn)換光；其中，與基本全部的所述磷光體層區(qū)進行熱傳遞的散熱 部件包4舌具有高于0.3W/(m.K)的熱導率的材并+。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光封裝件，其中，所述散熱部件包 括所述透光封裝部，以及所述透光封裝部包括
23 熱導填充材料，設置在所述透光大體共形罩中，沒置的 所述熱導填充材料有效地將合成罩材料的熱導率提高至高于 lW/(m.K)的值。根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光封裝件，進一步包括大體共形玻璃罩，設置在所述透光封裝部的上方，其中，括所述大體共形玻璃罩，所述大體共形玻璃罩包括玻璃和i殳置 在所述玻璃中將所述玻璃的熱導率纟是高至高于0.3W/(m.K)的 值的熱導填充材料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光封裝件，其中，所述與基本全部100 nm #立子尺寸的納米尺寸熱導填沖牛并立子。
25. —種用于制造發(fā)光封裝件的方法，所述方法包括以下步艱朵將至少一個發(fā)光芯片固定至板；在所述至少一個發(fā)光芯片上方和所述^反的覆蓋區(qū)部分上 方i殳置透光封裝部；在所述透光封裝部上方i殳置透光大體共形罩，i殳置的所 述共形罩的內(nèi)表面與所述透光封裝部的外表面分隔開一 空氣 間隙、并且所述共形罩與所述透光封裝部的外表面大體共形； 以及在所述共形罩上設置或在所述共形罩中嵌入至少 一種磷 光體，將所述至少一種碌光體配置為響應于所述至少一個發(fā)光芯片的輻射而輸出轉(zhuǎn)換光。
26. 才艮據(jù)4又利要求25所述的方法，其中，在所述透光封裝部上方 設置所述透光大體共形罩是在于所述至少一個發(fā)光芯片上方 和所述板的覆蓋區(qū)部分上方設置所述透光封裝部之后執(zhí)-f亍。
27. 才艮據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在所述至少一個發(fā)光芯 片上方和所述板的覆蓋區(qū)部分上方設置所述透光封裝部包括在所述至少一個發(fā)光芯片上方和所述板的覆蓋區(qū)部分上 方固定半球形模型；將可流動材料注射到所述固定的半球形模型中，所述可 流動材料在所述才莫型中硬化以限定形成所述透光封裝部；以及去除所述半球形模型，硬化后的所述透光封裝部在所述 去除以后保持與所述板的連接。
全文摘要
在發(fā)光封裝件(8)中，至少一個發(fā)光芯片(12、14、16、18)由板(10)支撐。在該至少一個發(fā)光芯片上方以及該板的覆蓋區(qū)(32)上方設置透光封裝部(30)。透光大體共形罩(40)設置在該封裝部上方，并具有通過空氣隙(G)與該封裝部的外表面(34)分隔開的內(nèi)表面(44)，并與該封裝部的外表面大體共形。至少一種磷光體(50)設置在共形罩上或嵌入在共形罩中，響應于該至少一個發(fā)光芯片的輻射而輸出轉(zhuǎn)換光。設置在大體共形罩(40)中的熱導填充材料有效地將合成罩材料的熱導率提高至高于0.3W/(m.K)的值。
文檔編號H01L33/50GK101542753SQ200780041356
公開日2009年9月23日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者埃米爾·拉德科夫, 斯里納特·K·安娜格拉, 詹姆斯·雷吉內(nèi)利 申請人:照明有限責任公司