專利名稱：高可靠白光led平面光源模塊的制作方法
高可靠白光LED平面光源模塊 本發(fā)明涉及LED光源技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種采用特殊槽形結(jié)構(gòu)金屬基板的高 可靠白光LED平面光源模塊。 由于大部分LED光源的輻射角分布為110 120°的郎伯分布，在沒有經(jīng)過配光 的情況下，照在對象表面的光型是圓型的光斑，當(dāng)光強(qiáng)較大時(shí)易產(chǎn)生眩光、照度不均勻等問 題。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)照明體及照明觀測條件》的標(biāo)準(zhǔn)，要求通用照明的照度均勻達(dá)到0. 7以上， 針對該要求，LED白光通用照明光源的設(shè)計(jì)主要有如下3種 —種是將高亮度的多顆LED以特定的設(shè)計(jì)密排組合并集成，如專利 200720086515. 3， 200510024511. 8等描述，該類光源的點(diǎn)光源光斑集中，照射面積小，方向 性強(qiáng)，且密集型結(jié)構(gòu)致使散熱差，光源衰減嚴(yán)重，限制了其在通用照明中的應(yīng)用；
—種是將LED發(fā)光芯片密排，在燈具外殼如透明面罩等組件上涂覆單色及混色熒 光粉，通過芯片發(fā)光激發(fā)平面熒光粉層，通過混光效果來實(shí)現(xiàn)白光平面照明的效果，發(fā)光芯 片與熒光粉為非接觸型激發(fā)，如CN201177219專利等的描述，該類平面光源可解決眩光，照 度不均勻，但是由于熒光層是在透明面罩上，發(fā)光芯片與熒光層之間間距較大，光激發(fā)熒光 粉的混光亮度會(huì)比較低，嚴(yán)重影響LED平面光源的亮度和轉(zhuǎn)換效率； 還有一種方法是，將LED發(fā)光模組垂直放置在導(dǎo)光板外周，通過導(dǎo)光作用實(shí)現(xiàn)平 面化照明，如對比專利CN10142555所述，該類平面光源均勻性非常好，因亮度低而主要應(yīng) 用在顯示器背光源，亮度無法滿足照明要求。 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采取了與傳統(tǒng)平面貼裝和單顆金屬碗杯 封裝工藝不同的平面封裝工藝，通過激光雕刻或干濕蝕刻法等自動(dòng)化加工工藝在金屬基板 內(nèi)制造特殊的凹槽結(jié)構(gòu)，以營造芯片的特殊安裝環(huán)境，實(shí)現(xiàn)平面光源的連續(xù)制造工藝，并將 散光層與作為發(fā)光層的熒光粉層結(jié)合使用，解決了平面光源用于照明時(shí)產(chǎn)生的眩光、均勻 性差和亮度低等問題。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的， 一種高可靠白光LED平面光源模塊，包括金屬基板、電路層、 絕緣層、LED發(fā)光芯片、散光層、熒光粉層、電極，其特征在于金屬基板的上表面均布有凹 槽，金屬質(zhì)的凹槽內(nèi)壁形成光反射面，每個(gè)凹槽內(nèi)的底部放置LED發(fā)光芯片，在金屬基板內(nèi) 毗鄰兩個(gè)凹槽之間的部分嵌有圖形化的電路層，電路層上設(shè)有高反射率的絕緣層，LED發(fā) 光芯片頂部兩端分別采用電極連通兩旁的電路層，采用透明樹脂或硅膠填充金屬基板的凹 槽，形成的透明樹脂或硅膠填充層上表面與金屬基板上表面在同一水平面，在該水平面上 再依次涂覆散光層和熒光粉層；LED光線入射到凹槽內(nèi)側(cè)壁形成的光反射點(diǎn)的切線面與凹 槽底部相交形成的交點(diǎn)與LED發(fā)光芯片的中心點(diǎn)的水平間距為a、 LED光線入射到凹槽內(nèi) 側(cè)壁形成的光反射點(diǎn)的切線面與LED發(fā)光芯片側(cè)面的夾角為a 、 LED發(fā)光芯片表面光線的出射光角度為P 、 LED發(fā)光芯片厚度為h、凹槽的深度為d ;經(jīng)凹槽反射后光線的出射角度為
Ha ;凹槽的深度(1大于芯片厚度11，則有公式^ = ^ + ^^"a由反射原理可知，當(dāng)13 =
妙
2 a時(shí)，通過槽形結(jié)構(gòu)反射所得的出射光為垂直于芯片上表面，實(shí)現(xiàn)光的平行出射。 所述的凹槽為梯形或半圓形或半橢圓形，當(dāng)凹槽為梯形時(shí)，a角度為0-70° ;當(dāng)凹
槽為半圓形或半橢圓形時(shí)，a角度為0-135° 。 所述的金屬基板為鋁基板或銅基板。 所述的散光層是由透明樹脂或硅膠添加粒徑為20-500nm的納米金剛石或粒徑為 1-10 ii m的氧化硅微粒形成的厚為1 y m-lmm的薄膜。 毗鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片的安裝間距為3-8毫米，LED發(fā)光芯片的寬度
與該安裝間距的比例為10-30 iim : 3000-5500 ii m。
所述的電極采用金線電極。
所述的電路層采用銅箔電路層。 該高可靠白光LED平面光源模塊，可通過拼接工藝組成形狀各異的、發(fā)光均勻的 白光LED平面光源。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用激光雕刻或干濕蝕刻法等自動(dòng)化加工工藝制作特殊 的凹槽結(jié)構(gòu)，以營造芯片的良好的安裝環(huán)境，加上散光層與發(fā)光層的結(jié)合使用，不但組成的 平面光源厚度小，面積可擴(kuò)性強(qiáng)，且能夠在長時(shí)間周期內(nèi)獲得高亮度、高均勻性、穩(wěn)定的用 于通用照明的LED平面光源；LED芯片直接固定在具有電路層的金屬基板上，導(dǎo)熱性能好。


圖1為本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中具有梯形槽結(jié)構(gòu)的白光LED平面光光源模組的剖視圖；
圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例中具有圓弧形槽結(jié)構(gòu)的白光LED平面光光源模塊的剖視 圖； 圖4是本發(fā)明中將模塊拼裝后組成的白光LED平面光源簡示圖。 參見圖1-圖4， 1為金屬基板；2為電路層；3為絕緣層；4為LED發(fā)光芯片；5為填
充層，采用透明樹脂或硅膠原填充料；6為散光層；7為電極；8為凹槽；9為熒光粉層。 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1 如圖2所示，該白光LED平面光源模塊包括鋁基板1，鋁基板中間設(shè)有圖形化的 銅箔電路層2和絕緣層3，事先通過激光雕刻或干濕蝕刻法等自動(dòng)化加工工藝在鋁基板上 表面制造了特殊的梯形槽結(jié)構(gòu)，以營造芯片的特殊安裝環(huán)境，實(shí)現(xiàn)平面光源的連續(xù)制造工 藝，該梯形的凹槽8的底部直接裝有LED發(fā)光芯片4，毗鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片4之間的間距 為4mm， LED發(fā)光芯片4的高度h = 0. 5mm， LED發(fā)光芯片4寬度為0. 8mm， LED光線入射到 凹槽內(nèi)側(cè)壁形成的光反射點(diǎn)的切線面與凹槽底部相交形成的交點(diǎn)與LED發(fā)光芯片的中心 點(diǎn)的水平間距a為0. 5mm，光滑的凹槽內(nèi)側(cè)壁成為光反射面，LED光線入射到凹槽內(nèi)側(cè)壁形成的光反射點(diǎn)的切線面，對梯形槽來說也即內(nèi)壁斜坡面與垂直面的夾角a為30° ，梯形凹 槽8的深度d二0.6mm，對于LED發(fā)光芯片表面光線的出射光角度P為60度的光線可垂直 于LED發(fā)光芯片上表面，實(shí)現(xiàn)平行光輸出； LED發(fā)光芯片經(jīng)金線電極7與兩端的電路層2相連，用透明樹脂或硅膠填充凹槽8
來覆蓋LED發(fā)光芯片，直至該填充層5與金屬基板1的上表面呈同一水平面； 為使光線分布均勻，在平整的透明樹脂或硅膠填充層5上方覆蓋一層散光層6，
該散光層采用添加納米金剛石的透明樹脂或硅膠固化而成，納米金剛石的顆粒大小為
20-500nm，從而使光源發(fā)光均勻；再在散光層6上方直接涂覆固化制作作為發(fā)光層的熒光
粉層9，散光層與發(fā)光層結(jié)合使用，使出射光分布均勻。 實(shí)施例2 如圖3所示，該白光LED平面光源模塊包括鋁基板1，鋁基板中間有圖形化的銅 箔電路層2和絕緣層03，鋁基板上表面具有圓弧形的凹槽8，圓弧半徑0. 5mm，毗鄰的LED發(fā) 光芯片4之間的間距為5mm， LED發(fā)光芯片4的厚度h = 0. 3mm， LED發(fā)光芯片4寬為0. 4mm， a為0. 25mm，圓弧形凹槽8的深度d = 0. 5mm，對于LED發(fā)光芯片表面光線的出射光角度P 大于70度的光線經(jīng)反射后的出射光角度可縮至20-60°范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光線聚集輸出；
LED發(fā)光芯片經(jīng)金線電極7與圖形化的銅箔電路層2相連，用透明樹脂或硅膠填充 圓弧形凹槽覆蓋LED發(fā)光芯片，直至該填充層5與金屬基板1的上表面呈同一水平面；
為使光線分布均勻，在平整的透明樹脂或硅膠層填充層5上方覆蓋一層散光層6， 該散光層采用添加氧化硅微粒的透明樹脂或硅膠固化而成，氧化硅顆粒大小為1-10 ym，通 過反射與折射作用使光源發(fā)光均勻；再在散光層6上方直接涂覆固化制作作為發(fā)光層的熒 光粉層9，散光層與發(fā)光層結(jié)合使用，使出射光分布均勻。 由公式rf:-^ + ^^可見，在芯片厚度h相同的情況下，可根據(jù)需要調(diào)整LED
妙
發(fā)光芯片的中心點(diǎn)與反光點(diǎn)切線面之間的水平間距a、 LED光線入射到凹槽內(nèi)側(cè)壁形成的 光反射點(diǎn)切線面與LED發(fā)光芯片側(cè)面的夾角a 、凹槽的深度d，從而來控制LED發(fā)光芯片表 面光線的出射光角度P，進(jìn)而來控制白光LED平面光源模塊發(fā)出的發(fā)射光角度，使其光線 均勻，不產(chǎn)生眩光，且實(shí)現(xiàn)最大外出光效率。 將上述實(shí)施例中制得的白光LED平面光源模塊，通過拼接工藝組成形狀各異、發(fā) 光均勻的白光LED平面光源，如圖4所示，如將尺寸同為12mm X 90mm的白光矩形LED平面光 源模塊IO拼接，可形成尺寸為24mmX 270mm的平面光源，該類平面光源厚度小，面積可擴(kuò)性 強(qiáng)，能夠在長的時(shí)間周期內(nèi)獲得高亮度、高均勻性、穩(wěn)定的用于通用照明的LED平面光源。
權(quán)利要求
一種高可靠白光LED平面光源模塊，包括金屬基板、電路層、絕緣層、LED發(fā)光芯片、散光層、熒光粉層、電極，其特征在于金屬基板(1)的上表面均布有凹槽(8)，金屬質(zhì)的凹槽內(nèi)壁形成光反射面，每個(gè)凹槽(8)內(nèi)的底部放置LED發(fā)光芯片(4)，在金屬基板(1)內(nèi)毗鄰兩個(gè)凹槽之間的部分嵌有圖形化的電路層(2)，電路層(2)上設(shè)有絕緣層(3)，LED發(fā)光芯片(4)頂部兩端分別采用電極(7)連通兩旁的電路層(2)，采用透明樹脂或硅膠填充金屬基板(1)的凹槽，形成的透明樹脂或硅膠填充層(5)上表面與金屬基板(1)上表面在同一水平面，在該水平面上再依次涂覆散光層(6)和熒光粉層(9)；LED光線入射到凹槽內(nèi)側(cè)壁形成的光反射點(diǎn)的切線面與凹槽底部相交形成的交點(diǎn)與LED發(fā)光芯片的中心點(diǎn)的水平間距為a、凹槽內(nèi)側(cè)壁的光反射面上的反射點(diǎn)切線面與LED發(fā)光芯片側(cè)面的夾角為α、LED發(fā)光芯片表面光線的出射光角度為β、LED發(fā)光芯片厚度為h、凹槽的深度為d；經(jīng)凹槽反射后光線的出射角度為β-2α；凹槽的深度d大于芯片厚度h，則有公式
2. 如權(quán)利要求1所述的一種高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于所述的凹槽 (8)為梯形或半圓形或半橢圓形，當(dāng)凹槽為梯形時(shí)，a角度為0-70° ;當(dāng)凹槽為半圓形或半 橢圓形時(shí)，a角度為0-135° 。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于所述的金屬 基板(1)為鋁基板或銅基板。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于所述的散光 層(6)是由透明樹脂或硅膠添加粒徑為20-500nm的納米金剛石或粒徑為1_10 y m的氧化 硅微粒形成的厚為1 P m-lmm的薄膜。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于毗鄰兩 個(gè)LED發(fā)光芯片的安裝間距為3-8毫米，LED發(fā)光芯片的寬度與該安裝間距的比例為 10_30踐3000-5500 ii m。
6. 權(quán)利要求1所述的一種高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于所述的電極(7) 采用金線電極。
7. 權(quán)利要求1所述的一種高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于所述的電路層 (2)采用銅箔電路層。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED光源技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種采用特殊槽形結(jié)構(gòu)金屬基板的高可靠白光LED平面光源模塊，其特征在于金屬基板上表面具有特殊凹槽形結(jié)構(gòu)，金屬基板內(nèi)含有圖形化的電路層和具有高反射率的絕緣層，金屬基板凹槽內(nèi)直接裝有LED發(fā)光芯片，并采用透明樹脂或硅膠填充凹槽，并覆蓋LED發(fā)光芯片形成填充層，填充層上還依次設(shè)有散光層、熒光粉層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用激光雕刻或干濕蝕刻法等自動(dòng)化加工工藝制作特殊的凹槽，以營造芯片良好的安裝環(huán)境，加上散光層與發(fā)光層的結(jié)合使用，組成的平面光源厚度小，面積可擴(kuò)性強(qiáng)，且穩(wěn)定、亮度高、均勻性好；LED芯片直接固定在具有電路層的金屬基板上，導(dǎo)熱性能好。
文檔編號F21V9/10GK101696777SQ20091019767
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者孫卓, 孫鵬, 張哲娟 申請人:華東師范大學(xué);上海芯光科技有限公司;