用于led封装的硅胶透镜及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于LED封装的硅胶透镜，用于粘贴在COB封装体的表面以提高取光效率，呈凸面结构，包括由内向外依次布置的至少两层硅胶层，其中，位于外层的硅胶层的折射率小于或者等于位于内层的硅胶层。本发明的多层硅胶透镜能大幅提高LED光源特别是提高中高功率COB封装体的出光效率。
【专利说明】用于LED封装的硅胶透镜及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于LED封装的硅胶透镜及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前有许多厂家采用环氧树脂做透镜。然而环氧树脂的温度稳定性差，在高温高光强下容易发黄，硬度高而弹性低，容易造成LED芯片和金线附近存在应力，从而导致金线断裂而减少LED的使用寿命。
[0003]在LED封装过程中，硅胶由于其较好的耐温性和低表面张力常常用来作为封装体保护LED芯片和金线免受外界环境的破坏，并且有采用硅胶材料代替环氧树脂来封装LED和透镜的趋势，特别是在高功率LED封装体中。
[0004]硅胶的成分是聚二甲基硅氧烷，是一种有机无机杂化材料，主要成分是耐热而又耐光的硅氧键和碳硅键。组成硅胶的基本单元有Si04/4，RSi03/2, R2S102/2, R3Si01/2，在这里R可以为氢甲基、乙基、乙烯、芳烃等官能团。通过对这些官能团进行改变或者组合，硅胶的物理性质，例如硬度，光学性质，延展性等都可以得到有效的调控。
[0005]通过改变硅胶支链的种类，还可以针对特殊的应用要求开发特殊的硅胶材料。硅胶这些优异的性质一耐高温、透光性好、折射率可调、低固化收缩率和低剪切应力使得他们在高功率LED封装的应用中优势明显。
[0006]传统的LED封装中生成白光的方案如下:
[0007]首先将荧光粉混合在封装材料中，然后涂覆在芯片表面固化。当LED通电后，LED芯片朝各个方向的发射蓝光，一部分蓝光被荧光粉吸收后变成黄光，这些黄光也向各个方向发射。由色度学的知识可知道，蓝光和黄光是互补色，两者混合起来就是白光。因此，尽管LED芯片发的是蓝光，但最终封装体出来的却是白光。
[0008]LED的出光效率主要由两个因素所决定:LED芯片表面的结构和紧贴在LED芯片表面封装材料的折射率。由于全反射，在硅胶和空气的界面处，部分的光会被反射到封装硅胶中被LED芯片或者荧光粉所吸收，从而导致LED出光效率的降低。有研究表明，由于在LED封装工艺中引入了封装硅胶，出光率降低了 14?16%。在COB(板上芯片封装)封装体系中，该效应得到进一步放大。因为在COB封装中，多采用小芯片集成，从而使得芯片在发光面所占的面积百分比得到了提高，更容易吸收由透镜表面反射回的光。
[0009]在封装行业中对硅胶透镜的使用多是将他们直接成型在LED的表面。但是这种方法只能用在小功率的封装中。在目前的COB集成封装结构中，特别是在一个有多颗小芯片组合的COB封装结构中，直接封装透镜的工艺难度非常大。因为透镜在高温固化成型过程所产生的应力会导致封装体内的金线在长期工作过程中断裂，产品的可靠性受到巨大挑战。
【发明内容】
[0010]本发明目的在于提供一种用于LED封装的硅胶透镜，用于提高COB光源的出光效率，本发明还提供了 一种硅胶透镜的制造方法。
[0011]根据本发明的一方面，提供了一种用于LED封装的硅胶透镜，用于粘贴在COB封装体的表面以提高取光效率，呈凸面结构，包括由内向外依次布置的至少两层硅胶层，其中，位于外层的娃胶层的折射率小于或者等于位于内层的娃胶层。
[0012]进一步地，上述多层硅胶透镜的最外层表面具有微结构。
[0013]进一步地，上述多层硅胶透镜的最外层混有散射颗粒。
[0014]进一步地，上述多层硅胶透镜的最外层混有荧光粉和/或量子点。
[0015]进一步地，上述多层硅胶透镜整体呈半球形。
[0016]进一步地，上述各所述硅胶层的折射率在1.2?1.8之间。
[0017]进一步地，上述硅胶透镜的最外层具有粗糙表面、微结构或散热颗粒。
[0018]进一步地，上述硅胶透镜适于功率为4?200W的COB封装体。
[0019]进一步地，上述硅胶透镜的硅胶层的层数为两层、三层或四层。
[0020]根据本发明的另一方面，提供了一种根据上面所描述的用于LED封装的硅胶透镜的制造方法，包括以下步骤:将硅胶透镜中的最外层硅胶层首先采用注塑或模压工艺固化成型；以及在最外层硅胶层的基础上由外向内通过二次或多次成型工艺依次固化成型其余的娃胶层。
[0021]根据本发明的又一方面，提供了一种根据上面所描述的用于LED封装的硅胶透镜的制造方法，包括以下步骤:将硅胶透镜中的最内层硅胶层首先采用注塑或模压工艺固化成型；在最内层硅胶层的基础上依次由内向外通过二次或多次成型工艺依次固化成型其余的娃胶层。
[0022]本发明还提供了一种根据上面所描述的用于LED封装的硅胶透镜的制造方法，包括以下步骤:分别固化成型硅胶透镜中的各个硅胶层；将各个硅胶层通过粘接剂粘接，并且固化以形成硅胶透镜。
[0023]进一步地，上述粘接剂为硅胶粘接剂，其中，硅胶粘接剂与最内层的硅胶层的材料相同。
[0024]本发明的多层硅胶透镜能大幅提高LED光源的出光效率，以目前的LED技术为基础，采用多层硅胶透镜能够将LED出光效率提高40%。可以被用于中高功率COB封装体(从4W?200W)，提高封装体的出光效率，使得电光转换效率提高，还可以增强封装体的稳定性和可靠性。另外，通过改变透镜的形状和厚度，可以对LED的配光曲线进行精确的调控。在透镜的制备过程中，还能够通过改变折射率的组分或者搭配能够使得LED的出光效率得到进一步提闻。
[0025]本发明则是可以将成型好的硅胶透镜固化到COB封装体表面，不但减少了封装过程中金线断掉的风险，同时还为LED封装企业节省了透镜的模具费用。另外，如果在本发明多层硅胶透镜的外表面填充上荧光材料(如YAG荧光粉或者量子点等)，还可以对光源的色温、光通量、显色指数进行调整，获得期望的光学性能。
[0026]除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】[0027]构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中:
[0028]图1是根据本发明的多层硅胶透镜的第一实施例的结构示意图；
[0029]图2是根据本发明的多层硅胶透镜的第二实施例的结构示意图；
[0030]图3是根据本发明的多层硅胶透镜的第三实施例的结构示意图；
[0031]图4是根据本发明的多层硅胶透镜的第四实施例的结构示意图；
[0032]图5是根据本发明的多层硅胶透镜的第五实施例的结构示意图
[0033]图6是根据本发明的硅胶透镜的制造方法的第一实施例的流程示意图；
[0034]图7是根据本发明的硅胶透镜的制造方法的第二实施例的流程示意图；以及
[0035]图8是根据本发明的多层硅胶透镜对光源出光效率影响的测试图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0037]本发明涉及一种可以用在LED器件上的多层硅胶透镜。透镜的形状依设计者的要求或者光源形状来确定，可以是类似凸透镜的形状，也可以是平板装或者是管状。特别的，这种硅胶透镜由至少两层具有不同折射率的硅胶所组成，透镜的外面可以是具备粗糙或者有微细结构的表面，也可以被加上一些散射颗粒。对于多层娃胶透镜，最外层的折射率一般要略低于内层折射率。除此之外，透镜的最外层还可以添加荧光粉或者量子点等荧光材料来调整光的色温、光通量、显色指数、以期获得人们所期望的光谱。
[0038]图1是根据本发明的多层硅胶透镜的第一实施例的结构示意图。如图1所示，多层硅胶透镜的整体外形大体呈半球形，除最内层11外，其余各层12、13、14呈月牙形，其中，最外层(表面层)14添加有突光粉或者量子点材料。在一变型实施例中,最外层14的表面为粗糙表面，在另一变型实施例中，最外层14的表面具有设定的图案和结构，以增加光源的多样性。
[0039]图2是根据本发明的多层硅胶透镜的第二实施例的结构示意图。如图2所示，多层硅胶透镜呈方块形，各层11、12、13、14呈平面层状，层叠设置。在一变型实施例中，最外层14的表面为粗糙表面，例如带有纹路，在另一变型实施例中，最外层14的表面具有设定的图案和微结构，例如内凹或外凸的几何体，其尺寸在微米级，以增加光源的多样性。
[0040]作为本发明优点的具体体现之一，通过改变透镜的形状即可提高光源出光效率的实例如下:作为测试基础的COB光源具有8W的功率和1061m的光通量，我们选择了四个不同高度的半球形的多层硅胶透镜(图1所示结构)，置于COB光源上进行测试，在COB光源和半球形的多层硅胶透镜之间填入无色透明的硅粘结胶，测试结果如下表所示，可以明显看到光源的出光得到了较大的提高:
[0041]表一
[0042]
【权利要求】
1.一种用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，用于粘贴在COB封装体的表面以提高取光效率，所述硅胶透镜呈凸面结构，包括由内向外依次布置的至少两层硅胶层，其中，位于外层的娃胶层的折射率小于或者等于位于内层的娃胶层。
2.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜的最外层表面具有微结构。
3.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜的最外层混有散射颗粒。
4.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜的最外层混有荧光粉和/或量子点。
5.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜整体呈半球形。
6.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，各所述硅胶层的折射率在1.2?1.8之间。
7.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜的最外层具有粗糙表面、微结构或散射颗粒。
8.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜适于功率为4?200W的COB封装体。
9.根据权利要求1所述的用于LED封装的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜的硅胶层的层数为两层、三层或四层。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的用于LED封装的硅胶透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 将所述硅胶透镜中的最外层硅胶层首先采用注塑或模压工艺固化成型；以及 在所述最外层硅胶层的基础上由外向内通过二次或多次成型工艺依次固化成型其余的娃胶层。
11.一种根据权利要求1至9中任一项所述的用于LED封装的硅胶透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 将所述硅胶透镜中的最内层硅胶层首先采用注塑或模压工艺固化成型； 在所述最内层硅胶层的基础上依次由内向外通过二次或多次成型工艺依次固化成型其余的透镜层。
12.—种权利要求1至9中任一项所述的用于LED封装的硅胶透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 分别固化成型所述硅胶透镜中的各个硅胶层； 将所述各个硅胶层通过粘接剂粘接，并且固化以形成硅胶透镜。
13.根据权利要求12所述的硅胶透镜的制造方法，其特征在于，所述粘接剂为硅胶粘接剂，其中，所述硅胶粘接剂与最内层的硅胶层的材料相同。
【文档编号】H01L33/00GK103681991SQ201310714412
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】付涛, 康永印, 陈文杰, 苏凯 申请人:纳晶科技股份有限公司