专利名称：发光二极管封装模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发光二极管光源，特别涉及一种能实现高空间颜色均勻性的发光二极管封装模块。
背景技术：
LED透镜从应用角度上可以分为一次透镜和二次透镜。一次透镜直接用于封装在 LED芯片支架上，用以保护芯片的同时，也保证出光效率。二次透镜用于将光线折射到预设的目标平面上，对整个LED灯的光强分布、色温分布等进行设计，以满足不同的应用要求。LED芯片是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流后它才会发光。在制作工艺上，除了要对芯片的两个电极进行焊接，从而引出正、负电极之外，同时还要对芯片和两个电极进行保护，所以需要一次透镜封装，并在一次透镜与芯片间灌入硅胶，既高效的导出可见光，也是对芯片很好的保护。传统的一次透镜是半球形透镜，透镜出光面为半球形曲面，曲面圆心在LED芯片中心，所以出光效率高、透镜也易于制作。然而因为传统的白光LED所使用的荧光粉涂覆方式是自流点胶涂覆法，即直接将荧光粉与胶体的混合物喷涂到LED芯片表面，让荧光粉胶自由流动，直到胶体的表面达到平衡，然后加热固化。自流点胶涂覆法有其优点点胶设备与工艺简单，一般的气动点胶设备即可；但是这种荧光粉涂覆方法，由于其各处激发光不同，对于侧发光相对较多的水平电极LED芯片往往容易形成黄色光圈，而对于正发光较多的垂直电极LED芯片同样会出现黄色光圈，无法得到光色品质较好的白光LED。改进照明品质，很多公司从荧光粉涂覆工艺上进行改进。Lumileds公司提出了保形涂覆的荧光粉涂覆方式，它在倒桩芯片表面覆盖一层厚度一致的荧光粉薄层，提高了白光LED的光色稳定性与均勻性；可以通过电泳法工艺实现保形涂覆，也可以通过溶液蒸发法实现。无论哪种方式实现，都会有工艺复杂、实现困难、控制要求高、成本高等弊端，并且因为荧光粉与芯片接触的近场激发方法增加了激发光的背向散射损耗，降低了白光LED的光效。除此之外，也有人提出一种远场激发方式，将荧光粉层远离芯片可以减少LED芯片对荧光粉后向散射光的吸收作用，同时较远的距离也可以改善荧光粉的颜色稳定性。在LED 芯片封装模块中引入扩散剂或者扩散介质也可以提高白光LED的颜色空间均勻度。但是扩散剂会影响LED封装模块的光效，不能同时兼顾颜色空间均勻度和光效。无论是研究新型的荧光粉涂覆方式，还是掺入纳米颗粒，相对于目前的状况，LED 封装模块，或者成本会增加不少，或者光效降低，不利于市场化。
发明内容本实用新型的目的针对已有技术中存在的缺陷，针对传统的荧光粉涂覆方式“自流点胶涂覆法”所导致的颜色空间不均勻，提供一种发光二极管封装模块。本实用新型包括支架、发光二极管芯片、荧光粉胶、封装胶体和封装透镜，发光二极管芯片底部焊接在支架中心处，发光二极管芯片的上表面点胶涂覆荧光粉胶形成荧光粉胶层，其特征在于所述封装透镜安装在发光二极管芯片之上，封装透镜与荧光粉胶层之间充有封装胶体，封装透镜的出光面为非连续曲面，封装透镜上的非连续曲面由顶部曲面和侧壁曲面两个连续曲面组成，封装透镜的内壁为半球形入光面。支架为大功率发光二级管支架，可将芯片热量导出，并且所有材料可通过260°C回流焊接，发光二极管芯片底部点上焊锡，焊接在支架中心处。封装透镜的顶部曲面和侧壁曲面为自由曲面或球面，两个曲面分别控制光束出射方向，以得到不同照明需求的光能量分布，包括提高颜色空间均勻度或得到等照度照明，但不限于以上两种能量分布。当封装透镜的顶部曲面和侧壁曲面为球面时，其球面的球心位于旋转对称轴之上。荧光粉类白光LED的原理是芯片发出的蓝光一部分被黄色荧光粉吸收再辐射出黄光，另一部分蓝光与再辐射的黄光在空间中混合便形成了白光。而自流点胶涂覆法容易造成芯片发出的蓝光分布与荧光粉发出的黄光分布不匹配，这样混合产生的白光颜色就不均勻，甚至可能因为大角度处黄光过多，黄蓝光混合后依然呈现黄色，也就是所谓的光斑边缘有黄色光圈。为了改善白光LED的照明品质，使用本实用新型的封装透镜封装的LED能够将大角度的光线折射到目标平面的中间区域，将中间光线折射到大角度处，实现混光。透镜出光面由两个曲面构成，顶部曲面和侧壁曲面，可将光线偏折到预设的照明区域，相比于传统的半球形透镜有更高的控制力。顶部曲面可将本来辐射在中间区域的光线折射到大角度处，侧壁面将大角度光线折射到中间区域，这样混光后，光质量会有很大提高，同时控制光线辐射的目标区域，也容易实现等照度照明。本实用新型所述的封装透镜为旋转对称体，其旋转对称轴与透镜的中心线重叠。 其出光效率高，为传统半球形透镜的95%左右，从系统上来说，省略了一部分二次光学设计，所以加载此透镜的LED系统，整体上效率反而有所提高。改变顶部曲面和侧壁曲面的发散角或者半径(当是自由曲面时，改变发散角；当是球面时，改变半径)，混光的效果就不一样。顶部曲面与侧壁曲面的交界处与垂直方向的夹角也可变化。透镜材料为对300nm SOOnm波长光具有高透光率的有机或无机材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或PC聚碳酸酯或玻璃或环氧树脂或硅胶，但不限于上述几种材料，折射率范围为1. 3 2. 5。本实用新型的优点是改变传统的封装方法，采用由两个曲面构成发光面的封装透镜直接对LED芯片进行封装，通过光线混合改善LED芯片光源的不均勻度，提高白光LED封装模块的空间颜色均勻度。
图1实施例一的封装透镜结构示意图；图2实施例一的封装透镜立体结构示意图；图3实施例二的封装透镜结构示意图；图4实施例二的封装透镜立体结构示意图；图5实施例三的封装透镜结构示意图；图6实施例三的封装透镜立体结构示意图；图7实施例一的封装透镜剖视结构示意图。图中1内凹的自由曲面、2自由曲面、3半球形入光面、4球面、5自由曲面、6球面、7球面、8封装透镜、9蓝光L ED芯片、10自流点胶涂覆的荧光粉胶层、11封装的硅胶、12支架示意图。
具体实施方式
实施例一
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例参见图1、图2、图7，本实施例的发光二极管芯片为蓝光LED芯片9、蓝光LED发光二极管芯片9的上表面为自流点胶涂覆的荧光粉胶层10，本实施例封装透镜8的顶部曲面为内凹的自由曲面1，侧壁曲面也为自由曲面2，封装透镜8安装在蓝光LED发光二极管芯片9之上，封装透镜8的内壁为半球形入光面3，封装透镜8为旋转对称体，即圆对称透镜， 其旋转对称轴与透镜的中心线重叠。封装透镜8与自流点胶涂覆的荧光粉胶层10之间充有封装的硅胶11。封装透镜8的材质为对300nm SOOnm波长光具有高透光率的PMMA聚甲基丙烯酸甲酯材料，折射率范围为1. 3 2. 5。实施例二实施例二与实施例一相同，所不同的是封装透镜8的顶部曲面为半径为20mm的球面4，侧壁曲面为自由曲面5，封装透镜8的顶部球面4的球心位于旋转对称轴之上，参见图 3、图 4。实施例三实施例三与实施例一相同，所不同的是封装透镜8的顶部曲面为半径为4mm的球面6，侧壁曲面为半径8mm的球面7，封装透镜8的顶部球面6和侧壁球面7的球心位于旋转对称轴之上，参见图5、图6。
权利要求1.一种发光二极管封装模块，包括支架、发光二极管芯片、荧光粉胶、封装胶体和封装透镜，发光二极管芯片底部焊接在支架中心处，发光二极管芯片的上表面点胶涂覆荧光粉胶形成荧光粉胶层，其特征在于所述封装透镜安装在发光二极管芯片之上，封装透镜与荧光粉胶层之间充有封装胶体，封装透镜的出光面为非连续曲面，封装透镜上的非连续曲面由顶部曲面和侧壁曲面两个连续曲面组成，封装透镜的内壁为半球形入光面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装模块，其特征在于所述封装透镜的顶部曲面为自由曲面或球面。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装模块，其特征在于所述封装透镜的侧壁曲面为自由曲面或球面，两个曲面分别控制光束出射方向。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装模块，其特征在于所述封装透镜为旋转对称体，其旋转对称轴与透镜的中心线重叠。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管封装模块，其特征在于所述封装透镜的顶部曲面和侧壁曲面为球面，其球面的球心位于旋转对称轴之上。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装模块，其特征在于所述封装透镜的材质为对 300nm 800nm波长光具有高透光率的有机或无机材料，包括PMMA聚甲基丙烯酸甲酯或PC 聚碳酸酯或玻璃或环氧树脂或硅胶，材料折射率范围为1. 3 2. 5。
专利摘要一种发光二极管封装模块，包括支架、发光二极管芯片、荧光粉胶、封装胶体和封装透镜，发光二极管芯片底部焊接在支架中心处，发光二极管芯片的上表面点胶涂覆的荧光粉胶，形成荧光粉胶层，其特征在于所述封装透镜安装在发光二极管芯片之上，封装透镜与荧光粉胶层之间充有封装胶体，封装透镜的出光面为非连续曲面，封装透镜上的非连续曲面由顶部曲面和侧壁曲面两个连续曲面组成，封装透镜的内壁为半球形入光面。本实用新型的优点是改变传统的封装方法，采用由两个曲面构成发光面的封装透镜直接对LED芯片进行封装，通过光线混合改善LED芯片光源的不均匀度，提高白光LED封装模块的空间颜色均匀度。
文档编号H01L33/48GK202134573SQ201120231939
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者刘胜, 吴丹, 李水明, 王恺, 罗小兵, 陈飞 申请人:刘胜