专利名称：一种集成led光源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体照明及光学技术领域，涉及LED光源，尤其是一种应用自由曲面聚光透镜控制LED光源出光角度、光利用率高、集成度高的集成LED光源系统。
背景技术：
发光二极管(Light emitting diode-LED)是一种新型的半导体照明光源，它具有抗震、抗冲击性好，体积小，光线能量集中度高，寿命长，响应时间快，环保等优点。LED光源的这些优点，使它在性能以及制造等方面大大超越了白炽灯、荧光灯等传统光源，因此被广泛应用于日常生活及工业生产等多个领域。LED光源的最大价值体现在照明领域，它被广泛应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足了人们各种各样的照明需求。随着LED光源的广泛应用，人们对LED光源的光利用率提出了要求，由于LED 是平面光源，其发光角度为士90°，但是在很多照明设备中，只能够用到一定角度范围内的光线，那么在角度范围之外的光线就被损失了，这样光的利用率就会大大降低。例如，当LED 光源应用于路灯时，只有约士60°范围内的光能够照射到路面上，光的利用率不高。因此就需要提供一种能够控制出光角度的LED光源，以提高LED光源的光利用率。通过检索，发现了一篇与本实用新型专利相近的一篇专利一种集成LED光源组件(CN201103857)，包括LED光源、金属散热底板，所述的金属散热底板面上涂覆有一散热胶层，在散热胶层面上设置有一由若干个并联连接的LED芯片组成的光源层，所述的光源层面上封装有一硅胶层，所述的金属散热底板面上一侧或两侧设置有与LED芯片导线电连接的正、负极焊盘，由于采用了上述结构的集成LED光源组件具有亮度高、散热效果好、体积小巧、使用寿命长等优点。检索到的专利存在的问题正是本实用新型所解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够控制出光角度、 光利用率高且聚光透镜与LED芯片集成在一起、集成度高的集成LED光源系统。本实用新型的目的是这样实现的—种集成LED光源系统，由衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线构成， 在衬底上固装LED芯片，该LED芯片通过其焊垫采用引线与衬底电联接，LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜固化在衬底上，在LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶。而且，所述LED芯片通过银胶粘结固定在衬底上，并采用引线接合法将引线分别与芯片焊垫及衬底键合。而且，所述LED芯片选用红/绿/蓝单色光芯片，或者选用表面涂敷黄色荧光粉蓝光LED芯片。而且，所述硅胶的折射率在1. 4 1. 7范围内。
3[0011]而且，所述自由曲面聚光透镜的上、下表面均采用自由曲面形式，或者采用自由曲面/球面的组合形式，该自由曲面聚光透镜通过AB胶或UV胶粘结固化在衬底上。本实用新型的优点和积极效果是1、本实用新型首先利用一片聚光透镜控制LED光源的出光角度聚光透镜利用自由曲面对光的汇聚作用，高效率地将LED芯片发出的士 90°的光根据需要汇聚成士 10° 士80°范围内的光，大大提高了光的利用率。2、本实用新型又将聚光透镜与LED芯片封装在一起，使聚光透镜罩在LED芯片及引线上，对这一部分起保护作用，同时也使得LED光源集成度最高。3、本实用新型得到的集成LED光源无需利用二次光学设计提高出光效率，降低了照明系统的设计复杂度，减小了体积；而且聚光透镜取代传统的环氧树脂封装，具有光利用率高，集成度高，结构简单，使用方便的优点，可以直接应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足人们的照明需求。
图1为本实用新型集成LED光源系统结构示意图；图2为图1的俯视图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。一种集成LED光源系统，参见图1、2，由衬底1、LED芯片2、硅胶3、自由曲面聚光透镜4和引线5构成，衬底起支撑和导电的作用，LED芯片选用红/绿/蓝单色光芯片并通过银胶粘结固定在衬底上，并采用引线接合法(wire-bonding)将引线分别与芯片焊垫及衬底键合，芯片焊垫与衬底的连接，实现了集成LED光源内部的电导通；衬底通过外引线连接到金属芯印制板(MCPCB)上，再通过MCPCB与外部电路连接，实现了集成LED光源外部的电导通。LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜罩通过AB胶或 UV胶粘结固化在衬底上，自由曲面聚光透镜的上、下表面均采用自由曲面设计，对光的控制能力强，收光效率高，聚光透镜制备材料选用聚甲基丙烯酸甲酯(acrylic)，透过率较高，光损失相对较少；LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶，该硅胶的折射率在1. 4 1. 7 范围内，它通过折射率匹配(index-matching)减少光的反射损失，同时还起到保护LED芯片的作用。自由曲面聚光透镜通过其上、下表面对LED芯片发出的光进行汇聚，将LED芯片发出的士90°的光根据需要汇聚到士 10° 士80°范围内，同时自由曲面聚光透镜对LED芯片及引线还起到保护作用。此外，LED芯片也可选用蓝光LED芯片表面涂敷黄色荧光粉，蓝光与黄光通过空间混色产生白光；自由曲面聚光透镜的上、下表面也可分别采用自由曲面设计和球面设计，与上、下表面均采用自由曲面设计的聚光透镜相比，收光效率有所降低，但是由于球面制备方法简单，制备成本远低于自由曲面的制备成本，这样就在一定程度上降低了整个系统的成本；聚光透镜制备材料也可选用聚碳酸酯(polycarbonate)，折射率较高，对光的控制能力相对较强，可以在一定程度上提高收光效率。本实用新型中采用的衬底、LED芯片、硅胶和引线等部件已为现有技术，因此没有给出这些部件的具体结构。本实用新型采用了一片聚光透镜控制LED光源的出光角度聚光透镜利用自由曲面或球面对光的汇聚作用，将LED芯片发出的士90°的光根据需要汇聚成士 10° 士80° 范围内的光，大大提高了光的利用率；同时，本实用新型将聚光透镜与LED芯片封装在一起，使聚光透镜罩在LED芯片及引线上，对这一部分起保护作用，也使得LED光源集成度最
尚ο本实用新型既可以得到单色光集成LED光源，也可以得到白光集成LED光源；如果聚光透镜上、下表面均采用自由曲面设计，对光的控制能力较强，因此可以得到具有较高收光效率的集成LED光源；如果聚光透镜上、下表面分别采用自由曲面设计和球面设计，对光的控制能力较弱，但是制备简单，可以降低整个系统的成本。可见本实用新型的LED光源都是出光角度可控制、光利用率高、集成度高的集成LED光源。本实用新型利用自由曲面聚光透镜提高光的利用率，而且聚光透镜取代传统的环氧树脂封装，具有光利用率高，集成度高，结构简单，使用方便的优点，可以直接应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足人们的照明需求。需要说明的是自由曲面的基本曲线没有特定解析式的自由度束缚，它的每一点是依据光源全体光线的最佳聚光效果优化而来的，因此此种设计可以达到光学聚光效率的理论极限。本实用新型的工作原理是本实用新型将半导体照明技术与光学技术相结合，用一片自由曲面聚光透镜控制 LED芯片发出的士90°的光，根据需要将其汇聚成士 10° 士80°范围内的光；本实用新型又将聚光透镜罩在LED芯片及引线上并封装在一起，使得LED光源集成度最高。本实用新型的范围并不限于以上所述之实施方式，还包括将衬底、LED芯片、硅胶、 自由曲面聚光透镜和引线等按照不同方式组合所形成的集成LED光源。凡依照本实用新型之形状、结构所做的变化均包含在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种集成LED光源系统，其特征在于由衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线构成，在衬底上固装LED芯片，该LED芯片通过其焊垫采用引线与衬底电联接，LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜固化在衬底上，在LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶。
2.根据权利要求1所述的集成LED光源系统，其特征在于所述LED芯片通过银胶粘结固定在衬底上，并采用引线接合法将引线分别与芯片焊垫及衬底键合。
3.根据权利要求1或2所述的集成LED光源系统，其特征在于所述LED芯片选用红/ 绿/蓝单色光芯片，或者选用表面涂敷黄色荧光粉蓝光LED芯片。
4.根据权利要求1所述的集成LED光源系统，其特征在于所述硅胶的折射率在1.4 1. 7范围内。
5.根据权利要求1所述的集成LED光源系统，其特征在于所述自由曲面聚光透镜的上、下表面均采用自由曲面形式，或者采用自由曲面/球面的组合形式，该自由曲面聚光透镜通过AB胶或UV胶粘结固化在衬底上。
专利摘要本实用新型涉及一种集成LED光源系统，由衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线构成，在衬底上固装LED芯片，该LED芯片通过其焊垫采用引线与衬底电联接，LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜固化在衬底上，在LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶。本实用新型得到的集成LED光源无需利用二次光学设计提高出光效率，降低了照明系统的设计复杂度，减小了体积；而且聚光透镜取代传统的环氧树脂封装，具有光利用率高，集成度高，结构简单，使用方便的优点，可以直接应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足人们的照明需求。
文档编号F21V5/04GK201964190SQ20112000955
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者张宝龙, 李丹 申请人:天津科技大学