[发明专利]具有改进光输出的LED模块

说明书

芯片直接贴装(COB)技术中，封装后的LED的光输出受到了周围封装材料的光学特性的影响，特别是磷光体和LED芯片的反射率和位置。封装材料的重要性体现在：

a)高反射率

b)高光稳定性

c)高热稳定性

图1示出了磷光体转换(phosphor-converted)白光LED的典型光发射路径，其中在LED芯片的发光区域的顶部覆盖有荧光粉。LED的一种构造是将发射端布置在半球形的中央，使得光能够以最小的反射损耗从LED封装输出。少量的光被反射回芯片和PCB或者SMD封装的周围区域中，在这里被吸收或者反射。如果半球形球体顶端在尺寸上足够大，那么大约3％-5％(这取决于半球材料的反射系数)的光会被反射并损耗掉。因为荧光粉在各个方向发光，座椅大约一半的光不得不被LED芯片本身反射，芯片本身也会产生一些附加的损耗。虽然高反射率也是一个LED芯片本身需要具备的特性，但高反射率的主要功能是发出有效率的光，这可能意味着其反射率的降低。

如果不需要高光密度，那么磷光体也可以分布在半球形球体顶内部。这样做不会对光输出和光路有明显改进，但是能够容易控制色彩稳定性和色彩再现性，并且光密度不会太高，这意味着需要进行相对少的防眩工作。

由于发射的光有很大一部分会落到PCB或者SMD封装上，因此，PCB或者SMD封装的反射率对最终的光输出影响很大。因为在一些情况下，区域部分需要用金线连接到芯片上，根据设计规则需要设定距离以保持区域部分不和阻焊层(solder stop mask)连接，所以PCB板或者SMD封装的总体反射率会受到限制，或者仅能够使用低稳定性的材料。

本发明的目的是改进在LED芯片的顶部(比如，所谓的球形顶)设置有元件的LED模块的光输出。

该目的通过独立权利要求的技术特征来实现。从属权利要求进一步扩展了本发明的中心思想。

根据本发明，LED模块，比如以芯片直贴(COB)技术制成的LED模块或者SMD封装载体可以包括至少一个安装在板上或者载体上的LED芯片。在对LED芯片裸片键合后，在板或者载体上涂覆反射性的，优选为白色的涂层，至少覆盖上面将设置元件(比如球形顶或者半球形透镜)的整个区域。此外，白色涂层可以覆盖LED芯片本身的一部分，比如侧壁的一部分。如果LED芯片没有横向发光，则所述涂层优选为具有75％到90％的芯片厚度，否则为了达到对具有侧向发光的LED芯片的反射率的改进，需要设置最小的高度。为了达到最佳的光反射效率，反射性的白色涂层优选与芯片的一部分相接触甚至交叠。基本上透明的球形顶可以设置在LED芯片的顶部和板或者载体的围绕LED芯片的区域上。板或者载体的设置有球形顶的表面被白色反射材料覆盖。虽然通过透明球形顶能够提升光输出，但是基本上漫射的填充有色变换材料(如由BOSE或者YAG或者氮化物制成磷光体)的球形顶会因为光将从磷光体向各个方向出射而在光输出方面产生更大影响。

根据本发明，能够使用高反射率的材料，所述高反射率材料被沉积在色转换元件底部与之紧密相连。这种高反射率材料总体的量根据能够达到的期望光波长和/或色温做调整。此外可以用更低的体积密度的反射材料来沉积反射材料，比如硅基体中的反射颗粒，使之在总体上具有更大的量，以便克服剂量上的不准确性。因为这种材料和基板紧密相连并且不包含磷光体粒子，所以硅树脂能够在没有热退化风险的情况下被使用。

一般情况下，用于LED的磷光体是磷光体转换LED领域的技术人员所公知的。

此外，散射材料可以存在于球形顶内或者(预成型的)半球形透镜内。

注意，被应用为球形顶的涂层对于LED封装领域的技术人员来说是公知的。

在无横向发光的芯片的情况下，反射材料可以是厚度在5微米到250微米的层，优选为20微米到200微米的层，更优选为100微米到150微米的层。

反射材料可以是具有顶部表面的层，其中在LED芯片位于板或者载体的顶部的情况下从LED芯片的侧面观察时，所述顶部表面低于LED芯片的顶部表面。

由于芯片高度根据时间会发生变化，因此反射材料可以是厚度为LED芯片厚度的75％到90％的层。

另外，LED芯片的一个或者多个侧壁，优选为垂直侧壁，涂覆了一种材料，所述材料被设置为对入射到LED芯片上的光进行反射。

可以在球形顶内和/或在LED芯片顶部表面上设置色转换材料。

反射材料可以被设计为至少对LED芯片和色转换材料(如果有的话)所发射的光谱进行反射。