用于汽车照明应用的芯片级封装发光二极管模块

优先权要求

本申请要求2018年3月2日提交的题为“Chip Scale Package Light EmittingDiode Module for Automotive Lighting Applications”的美国临时申请序列号62/637,685的优先权的权益，其出于所有目通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及例如用于在汽车和其他应用中提供照明的发光二极管(LED)系统。

背景技术

LED越来越多地用于汽车应用中，例如，用于汽车前灯、尾灯和/或用作液晶显示器(LCD)和数字微镜设备(DMD)前灯的光源。车辆外部照明的目标是将近光、远光、白天行车灯等多种照明功能组合到单个模块中。例如，这是通过使用以矩阵状结构排列的几个LED来实现的。从LED发射的光首先被形成主光学器件的一个或多个透镜累积。然后可以通过辅助光学器件将光从车辆投射。

DE 10 2008 013 603A1公开了将透镜阵列实现为主光学器件。每个LED都有自己的透镜，该透镜会累积并转移光，从而从车辆投射出均匀的光分布。但是，这种透镜阵列需要满足非常精确的公差，因此是复杂且昂贵的。

DE 10 2016 207 787A1公开了通过布置在单个LED芯片上的多个小的LED像素来产生均匀的光分布。该芯片可以包含例如多达1024个像素，从而每个像素都可以单独控制和操作。然而，这样的芯片非常复杂，并且可能难以适应个体需求。

US 2015/0377442经由诸如数字微镜设备(DMD)或液晶设备(LCD)的高清系统提供了高像素方法。LED可用于此类设备。但是，光分布的调整是由DMD或LCD系统完成的。由于间接切换，像素的数量可以增加到一百万。然而，这样的系统对控制系统和计算机性能可能有严格的要求，并且其实现可能是挑战性的且昂贵的。

发明内容

本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中获知，或者可以通过实施例的实施而获知。

本公开的一个示例方面涉及一种用于汽车应用的LED模块。LED模块可以包括基板。LED模块可以包括多个芯片级封装LED。多个芯片级封装LED可以矩阵形式布置在基板上。每个芯片级封装LED可以具有为与芯片级封装LED相关联的总区域的大约80％或更大的发光区域。每个芯片级封装LED可以与相邻的芯片级封装LED以一间隙分隔开。在一些实施例中，可以在间隙中布置侧涂层材料。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。合并到本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释所涉及的原理。

附图说明

在说明书中针对本领域普通技术人员阐述了实施例的详细讨论，该说明书参考附图，在附图中：

图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例LED模块的透视图；

图2描绘了根据本公开的示例实施例的示例芯片级封装LED的俯视图；

图3描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性LED模块的截面图；

图4示出了根据本公开的示例性实施例的结合有LED模块的示例性汽车系统；和

图5描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。通过举例说明实施例而不是限制本公开来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，意图本公开的各方面覆盖这样的修改和变型。

本公开的示例方面针对一种LED模块。LED模块可以例如在汽车应用中使用，例如在车辆前灯和/或尾灯中。LED模块可以包括以矩阵布置的多个芯片级封装LED。芯片级封装LED可以被布置为使得相邻的芯片级封装LED之间存在紧密的距离。例如，在一些实施例中，矩阵中的相邻芯片级封装LED之间的距离可以小于大约500μm，例如小于大约200μm，例如在大约30μm至大约200μm的范围内。如本文所使用的，术语“大约”或“近似”与数值或其他度量结合使用旨在表示在所述数值或度量的10％以内。

通过减小矩阵中相邻芯片级封装LED之间的距离，可以使用车灯中常见的单个主光学器件(例如车辆头灯或车辆尾灯)获得车灯的均匀光分布。在一些实施方案中，可将低粘度的反射材料施加于矩阵中的一个或多个芯片级封装LED周围作为侧涂层材料，以减少矩阵中的LED之间的光学串扰并提高矩阵的可靠性(例如，提高矩阵的结构稳定性)。

在一些实施例中，通过使用芯片级封装LED来实现LED矩阵的发光区域之间的减小的距离。芯片级封装LED的发光区域可以略小于或等于封装尺寸。例如，发光区域可以是与芯片级封装LED相关联的总封装区域的大约80％或更大，例如占总封装区域的大约85％或更大，例如占总封装区域的大约90％或更大，例如大约等于总封装区域。在一些实施例中，芯片级封装的尺寸可以比LED管芯的尺寸大或小1.2倍。

芯片级封装LED可以发出具有任何颜色或色温的光。在一些实施例中，芯片级封装LED可以发射白光，在其他情况下可以发射橙或红光。在白或橙(例如580-620nm)芯片级封装LED的情况下，发光区域可以是磷光体转换层，而在红芯片级封装LED(例如620-780nm)的情况下，发光区域可以是磷光体转换层或管芯本身。

在一些实施例中，可以在每个芯片级封装LED的底部上提供阳极垫和阴极垫。芯片级封装可以体现为倒装芯片LED管芯，并且可以使用例如基于表面贴装技术(SMT)的工艺通过常见的管芯附着材料(例如导电胶，焊膏，烧结膏，瞬态液体扩散焊料等)在电路板上以不使用导线的方式被应用。在一些实施例中，可将底部填充材料与将芯片级封装LED安装到基板结合使用。在一些实施例中，不使用底部填充材料。

具有等于或接近等于封装尺寸的发光区域的芯片级封装LED可以在LED矩阵的广角下辐射光，潜在地导致来自LED的法功区域的光发生光学串扰。为了减少这种光学串扰，LED模块可以包括在矩阵中的芯片级封装LED周围施加的低粘度、高反射率的侧涂层材料。

侧涂层材料可以是例如具有高反射率的低粘度材料。侧涂层材料可以减少相邻芯片级封装LED之间的光学串扰。侧涂层材料还可为LED模块提供增强的机械稳定性。

在一些实施例中，侧涂层材料可以是环氧树脂。在一些其他实施例中，侧涂层材料可以是硅树脂基材料。在特定实施方式中，侧涂层材料可包括TiO

在一些实施例中，侧涂层材料可具有低粘度。低粘度以锥板构型(锥角＝3°，锥径＝1.2cm)测量可包括在10rpm和25℃下的大约2500mPas至在20rpm和25℃下的大约的32000mPas的粘度范围。在一些实施例中，对于所有入射角，侧涂层材料对从芯片级封装LED发射的光的波长的高反射率可以大于90％。对从芯片级封装LED发射的光的波长的低透射率可以小于1％。在这些情况下，侧涂层材料的低透射值可以确定LED模块发出的光分布从暗到亮过渡的分辨率和/或清晰度。

可以加热侧涂层材料，以使其流入相邻芯片级封装LED之间的小间隙中。例如，在将侧涂层材料施加到LED模块的过程中，可以加热侧涂层材料，使得粘度值下降到例如小于约500mPas。这样，可以利用毛细管效应将侧涂层材料布置在间隙中。由于毛细管效应，可以通过使侧涂层材料流入LED矩阵中相邻芯片级封装LED之间的间隙中来施加侧涂层材料。然后可以在100℃至200℃范围内的温度下，例如在140℃至160℃范围内的温度下固化LED矩阵。

在一些实施例中，可以通过选择具有期望折射率的侧涂层材料来调整LED矩阵的光学行为。例如，为了保持色移以及由于吸收引起的光损失小，可以使用在可见光范围内具有高且恒定的折射率的侧涂层材料。

然而，通过适当改变侧涂层材料的折射率，可以根据特定要求来改变辐射光的颜色和/或色温。

侧涂层材料可以提高LED模块的机械稳定性和可靠性。在一些实施例中，侧涂层材料可具有合适的热膨胀系数。例如，对于环氧树脂侧涂层材料，热膨胀系数可以在低于Tg时为约13ppm/K，其中Tg是与环氧树脂相关的转变温度。硅树脂基侧涂层材料可具有高弹性模量。

在一些实施例中，LED矩阵可以包括用于热管理的各种特征。例如，安装有芯片级封装LED的电路板可以具有足够的导热性。作为示例，电路板可以是FR4印刷电路板，金属芯印刷电路板(例如，MC-PCB)，隔离的金属基板或陶瓷基板(例如，氮化铝或氧化铝)。

在一些实施例中，芯片级封装LED可以管芯附着到电路板上。管芯附着材料可以包括例如焊膏(例如，SnAgCu和/或AuSn合金)，烧结膏(例如，Ag，Au，Cu)，导电粘合剂(例如，粘合剂包括高银含量)和/或其他合适的管芯附着材料。

在一些实施例中，可以利用位于电路板的底侧上的热垫来增强对LED矩阵的热管理。热垫可与散热器和/或另一电路板热连通(例如，机械地联接至)。

根据本公开的示例实施例的LED模块可以提供许多技术效果和益处。例如，LED模块可以促进单个主光学器件的使用，以在汽车应用中实现大致均匀的光分布。大体均匀的光分布可以是在用于应用的分布区域上至少80％均匀(强度变化小于20％)的分布。矩阵中的芯片级封装LED的数量和布置可以适应各种要求。由于矩阵中的芯片级封装LED的紧密封装，因此可以减小LED模块的尺寸和重量。

本公开的示例方面的目的是创建一种LED模块，该LED模块包括以紧密封装的、矩阵状配置施加在电路板上的芯片级封装LED，其有助于使用单个主光学器件来实现用于汽车应用的均匀的光分布。这样可以减小尺寸和重量，并易于适应车辆中自适应头灯和尾灯的定制矩阵配置。

本公开的一个示例方面针对一种发光二极管(LED)模块。LED模块包括基板。LED模块包括以布置在基本上矩阵设置的多个芯片级封装LED。每个芯片级封装LED具有的发光区域是与封装相关联的总区域的大约80％或更大，例如，与封装相关联的总区域的大约85％或更大，例如，大约等于与封装相关联的总区域。

每个芯片级封装LED与相邻的芯片级封装LED以一间隙分隔开。在一些实施例中，模块中的相邻LED之间的间隙基本相等。在一些实施例中，间隙的距离小于大约500μm，例如小于大约200μm，例如在大约30μm至大约200μm的范围内。

在一些实施例中，每个芯片级封装LED具有布置在芯片级封装LED的底部上的阳极和阴极。芯片级封装LED可以管芯附着在基板上。在一些实施例中，LED模块包括布置在基板的底表面上的热垫。

在一些实施例中，LED模块包括设置在间隙内的侧涂层材料。侧涂层材料可以具有低粘度。侧涂层材料对于由多个芯片级封装LED发射的光的波长可以具有高反射率。侧涂层材料对于由多个芯片级封装LED发射的光的波长可以具有低透射率。在一些实施例中，选择与侧涂层材料相关的折射率以为LED模块提供期望的色温输出。

在一些实施例中，LED模块可以被实现在车灯中。车灯可以是机动车辆的前灯或尾灯。LED模块可以联接到一个或多个控制设备。一个或多个控制设备可以被配置为单独地控制LED模块中的每个芯片级封装LED以提供LED模块的选定的光输出。

本公开的另一示例实施例针对一种车灯。车灯包括根据本文公开的任何方面的LED模块。车灯可以包括主光学器件。主光学器件将从LED模块发出的光引导为从车灯输出的大致均匀的光。在一些实施例中，主光学器件将从LED模块发射的光引导为从车灯输出的大体均匀的光来，而不使用辅助光学器件。

又一个示例实施例涉及一种用于制造LED模块的方法。该方法包括以矩阵形式将多个芯片级封装LED放置到基板上，使得每个芯片级封装LED与相邻的芯片级封装LED通过间隙分开。每个芯片级封装LED具有为与封装相关联的总区域的大约80％或更大的发光区域。该方法包括将侧涂层材料放入间隙中。该过程包括固化LED模块。

图1描绘了根据本公开的示例方面的示例LED模块100。LED模块100可以包括以矩阵布置在基板105上的多个芯片级封装LED 110。基板105可以是例如FR4印刷电路板，金属芯印刷电路板(MC-PCB)，隔离的金属基板，陶瓷基板(例如，氮化铝或氧化铝)或其他合适的基板。在一些实施例中，LED模块100包括布置在基板上的至少10个芯片级封装LED 110。

图1示出了芯片级封装LED 110的4×4矩阵。然而，使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以使用模块的其他合适的构造。作为非限制性示例，模块可以是2x8矩阵，1x16矩阵，10x10矩阵，4x32矩阵或芯片级封装LED 110的其他合适的布置。在一些实施例中，模块可以具有芯片级封装LED的行和/或列。每行可以具有相同或不同数量的芯片级封装LED。每列可以具有相同或不同数量的芯片级封装LED。

每个芯片级封装LED 110的发光区域可以略小于或等于封装尺寸。例如，图2描绘了一个示例芯片级封装LED 110的俯视图。如图所示，芯片级封装LED 110具有发光的发光区域。发光区域115的尺寸与整个设备110的总封装区域117的尺寸几乎相同。例如，在一些实施例中，发光区域115是与芯片级封装LED 110相关联的总封装区域117的大约80％或更大，例如占总封装区域117的大约85％或更大，例如占总封装区域117的大约90％或更大，例如大约等于总封装区域117。

参照图1，可以布置多个芯片级封装LED 110，使得在矩阵中的相邻芯片级封装LED110之间存在间隙150。间隙150可以使得相邻的芯片级封装LED 110之间具有紧密的距离。例如，在一些实施例中，间隙150可以与一距离相关联，该距离小于大约500μm，例如小于大约200μm，例如在大约30μm至大约200μm的范围内。在示例实施例中，在整个模块中，相邻LED之间的间隙可以基本相等(例如，在彼此的15％之内)。

图3描绘了根据本公开的示例方面的LED模块100的一部分的截面图。如图所示，每个芯片级封装LED 110可包括设置在芯片级封装LED 110的底表面上的阴极112和阳极114。可以使用例如表面安装技术经由导体108将阴极112和阳极114安装至基板105。

在一些实施例中，每个芯片级封装LED 110可以管芯附着到基板105。管芯附着材料可以包括例如焊膏(例如，SnAgCu和/或AuSn合金)，烧结膏(例如，Ag，Au，Cu)，导电粘合剂(例如，粘合剂包括高银含量)和/或其他合适的管芯附着材料。

如图3所示，在一些示例实施方式中，LED模块100可以包括热垫140。热垫140可以包括导热材料。热垫140可以设置在基板105的底表面上，该底表面与芯片级封装LED 110安装至基板105的表面相对。热垫可用于将基板105联接至散热器和/或另一基板(例如，电路板)。

参照图3，LED模块100可包括设置在相邻芯片级封装LED 110之间的间隙150中的侧涂层材料120。侧涂层材料120可以是例如具有高反射率的低粘度材料。侧涂层材料可以减少模块100中的相邻芯片级封装LED 110之间的光学串扰。侧涂层材料还可为LED模块100提供增强的机械稳定性。

在一些实施例中，侧涂层材料120可以是环氧树脂。对于环氧树脂基的侧涂层材料120，热膨胀系数可以在低于Tg时为约13ppm/K，其中Tg是与环氧树脂相关的转变温度。

在一些其他实施例中，侧涂层材料120可以是硅树脂基材料。硅树脂基材料可包括TiO

在一些实施例中，侧涂层材料120可以具有一粘度，以锥板构型(锥角＝3°，锥径＝1.2cm)测量，该粘度在10rpm和25℃下的大约2500mPas至在20rpm和25℃下的大约的32000mPas的范围内。在制造期间，在将侧涂层材料施加到LED模块的过程中，可以加热侧涂层材料，使得粘度值下降到例如小于约500mPas。这样，可以利用毛细管效应将侧涂层材料120布置在间隙150中。

在一些实施例中，对于所有入射角，侧涂层材料120对从芯片级封装LED 110发射的光的波长的反射率可以尽可能高(例如大于约90％)。对于从芯片级封装LED 110发射的光的波长的透射值(例如，透射率)可以尽可能低(例如，小于约1％)。侧涂层材料的低透射值可以确定LED模块100发出的光分布从暗到亮过渡的分辨率和/或清晰度。

在一些实施例中，可以通过选择具有期望折射率的侧涂层材料120来调整LED矩阵100的光学行为。例如，为了保持色移以及由于吸收引起的光损失小，可以使用在可见光范围内具有高且恒定的折射率的侧涂层材料。然而，通过适当改变侧涂层材料120的折射率，可以根据特定要求来改变辐射光的颜色。

图4描绘了根据本公开的示例性实施例的并入有LED模块100的示例性汽车系统的框图。更具体地，LED模块100可以被实现为用于车辆200的车灯210(例如，前灯，尾灯等)的一部分。LED模块100可以具有以矩阵形式布置的多个芯片级封装LED，如参考图1-3所讨论的。LED模块100可以与单个主光学器件212结合使用，以提供来自车灯210的均匀光输出235。单个主光学器件212可以将从LED模块100发射的光引导为车灯210的光输出235。

该系统可以包括用于控制LED模块100以提供期望的光输出235的一个或多个控制设备250。例如，所述一个或多个控制设备250可以控制模块100中的各个芯片级封装LED110的光输出(例如，亮度，开/关等)。一个或多个控制设备可以包括用于控制芯片级封装LED的任何合适的控制设备和/或功率调节电路。

作为示例，一个或多个控制设备250可以包括用于向各个芯片级封装LED提供电力的(多个)驱动器电路。来自(多个)驱动器电路的功率可以被控制(例如，经由一个或多个开关元件(例如，晶体管))，以控制各个芯片级封装LED的输出。另外和/或替代地，可以控制(多个)驱动器电路的输出以控制从各个芯片级封装LED输出的光。

一个或多个控制设备250可以包括一个或多个处理器，微控制器或其他设备。在一些实施例中，一个或多个控制设备250可包括一个或多个处理器和一个或多个存储设备。一个或多个处理器可以执行存储在一个或多个存储设备中的计算机可读指令，以执行操作，例如控制模块100中的各个芯片级封装LED，以为车辆200提供所需的光输出235(例如近光灯，远光灯，行车灯等)。

图5描绘了根据本公开的示例性实施方式的用于制造LED模块的示例性方法(300)的流程图。图5描绘了出于说明和讨论目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，可以以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改本文描述的任何方法的各个步骤，而不背离本公开的范围。另外，可以在不脱离本公开的范围的情况下执行各个步骤(未示出)。

在(502)，该方法可以包括将多个芯片级封装LED附着到基板，例如印刷电路板。芯片级封装LED可以被附着到印刷电路板，使得多个芯片级封装LED以矩阵布置。芯片级封装LED具有定位在芯片级封装LED的底表面上的阳极和阴极。可以使用例如基于SMT的工艺将阳极和阴极联接到基板。

在一些实施例中，芯片级封装LED可以管芯附着到基板。管芯附着材料可以包括例如焊膏(例如，SnAgCu和/或AuSn合金)，烧结膏(例如，Ag，Au，Cu)，导电粘合剂(例如，粘合剂包括高银含量)和/或其他合适的管芯附着材料。

在(304)处，该方法可以包括在矩阵中的相邻的芯片级封装LED之间，例如在相邻的芯片级封装LED之间形成的间隙中，提供侧涂层材料。如上所述，侧涂层材料可以是例如具有高反射率的低粘度材料。侧涂层材料可以减少相邻芯片级封装LED之间的光学串扰。侧涂层材料还可为LED模块提供增强的机械稳定性。

在一些实施例中，侧涂层材料可以是环氧树脂。对于环氧树脂基的侧涂层材料，热膨胀系数可以在低于Tg时为约13ppm/K，其中Tg是与环氧树脂相关的转变温度。在一些其他实施例中，侧涂层材料120可以是硅树脂基材料。硅树脂基材料可包括TiO2的高填充，以使侧涂层材料具有高反射率和高介电常数。硅树脂基侧涂层材料可具有高弹性模量。

在一些实施例中，侧涂层材料可具有在10rpm和25℃下的约2500mPas至在20rpm和25℃下的约32000mPas范围内的粘度。对于所有入射角，侧涂层材料对从芯片级封装LED发射的光的波长的反射率可以尽可能高(例如大于约90％)。对于从芯片级封装LED发射的光的波长的透射值可以尽可能低(例如，小于约1％)。侧涂层材料的低透射值可以确定LED模块发出的光分布从暗到亮过渡的分辨率和/或清晰度。

可以加热侧涂层材料，以使其流入相邻芯片级封装LED之间的小间隙中。例如，在将侧涂层材料施加到LED模块的过程中，可以加热侧涂层材料，使得粘度值下降到小于约500mPas。这样，可以利用毛细管效应将侧涂层材料布置在间隙中。

在(306)，该方法可以包括固化LED模块。例如，一旦将侧涂层材料设置在相邻的芯片级封装LED之间的间隙中，就可以在固化过程中加热LED模块。固化过程可以将LED模块加热到大约100℃至200℃范围内的温度，例如在140℃至160℃范围内的温度。

在(308)，该方法可以包括将LED模块安装到汽车系统中，例如安装到车灯中。车灯可以是例如车辆前灯或车辆尾灯。车灯可包括单个主光学器件，用于提供来自LED模块的均匀光。在一些实施例中，可以控制LED模块中的各个芯片级封装LED以使用LED模块提供期望的光输出(例如，近光，远光，日间行车光)。

参照用于汽车应用的LED模块讨论了本公开的各方面。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以将LED模块用于其他应用中。

尽管已经针对本主题的特定示例实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在对前述内容的理解之后，可以容易地对这些实施例进行更改、变型和等同。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本主题的这种修改、变型和/或添加，这对于本领域普通技术人员将是显而易见的。