專利名稱：發(fā)光二極管封裝模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管光源，特別涉及一種能實(shí)現(xiàn)高空間顏色均勻性的發(fā)光二極管封裝模塊。
背景技術(shù)：
LED透鏡從應(yīng)用角度上可以分為一次透鏡和二次透鏡。一次透鏡直接用于封裝在LED芯片支架上，用以保護(hù)芯片的同時(shí)，也保證出光效率。二次透鏡用于將光線折射到預(yù)設(shè)的目標(biāo)平面上，對(duì)整個(gè)LED燈的光強(qiáng)分布、色溫分布等進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足不同的應(yīng)用要求。LED芯片是一塊很小的固體，它的兩個(gè)電極要在顯微鏡下才能看見(jiàn)，加入電流后它才會(huì)發(fā)光。在制作工藝上，除了要對(duì)芯片的兩個(gè)電極進(jìn)行焊接，從而引出正、負(fù)電極之外，同 時(shí)還要對(duì)芯片和兩個(gè)電極進(jìn)行保護(hù)，所以需要一次透鏡封裝，并在一次透鏡與芯片間灌入硅膠，既高效的導(dǎo)出可見(jiàn)光，也是對(duì)芯片很好的保護(hù)。傳統(tǒng)的一次透鏡是半球形透鏡，透鏡出光面為半球形曲面，曲面圓心在LED芯片中心，所以出光效率高、透鏡也易于制作。然而因?yàn)閭鹘y(tǒng)的白光LED所使用的熒光粉涂覆方式是自流點(diǎn)膠涂覆法，即直接將熒光粉與膠體的混合物噴涂到LED芯片表面，讓熒光粉膠自由流動(dòng)，直到膠體的表面達(dá)到平衡，然后加熱固化。自流點(diǎn)膠涂覆法有其優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)膠設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單，一般的氣動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備即可；但是這種熒光粉涂覆方法，由于其各處激發(fā)光不同，對(duì)于側(cè)發(fā)光相對(duì)較多的水平電極LED芯片往往容易形成黃色光圈，而對(duì)于正發(fā)光較多的垂直電極LED芯片同樣會(huì)出現(xiàn)黃色光圈,無(wú)法得到光色品質(zhì)較好的白光LED。改進(jìn)照明品質(zhì)，很多公司從熒光粉涂覆工藝上進(jìn)行改進(jìn)。Lumileds公司提出了保形涂覆的熒光粉涂覆方式，它在倒樁芯片表面覆蓋一層厚度一致的熒光粉薄層，提高了白光LED的光色穩(wěn)定性與均勻性；可以通過(guò)電泳法工藝實(shí)現(xiàn)保形涂覆，也可以通過(guò)溶液蒸發(fā)法實(shí)現(xiàn)。無(wú)論哪種方式實(shí)現(xiàn)，都會(huì)有工藝復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難、控制要求高、成本高等弊端，并且因?yàn)闊晒夥叟c芯片接觸的近場(chǎng)激發(fā)方法增加了激發(fā)光的背向散射損耗，降低了白光LED的光效。除此之外，也有人提出一種遠(yuǎn)場(chǎng)激發(fā)方式，將熒光粉層遠(yuǎn)離芯片可以減少LED芯片對(duì)熒光粉后向散射光的吸收作用，同時(shí)較遠(yuǎn)的距離也可以改善熒光粉的顏色穩(wěn)定性。在LED芯片封裝模塊中引入擴(kuò)散劑或者擴(kuò)散介質(zhì)也可以提高白光LED的顏色空間均勻度。但是擴(kuò)散劑會(huì)影響LED封裝模塊的光效，不能同時(shí)兼顧顏色空間均勻度和光效。無(wú)論是研究新型的熒光粉涂覆方式，還是摻入納米顆粒，相對(duì)于目前的狀況，LED封裝模塊，或者成本會(huì)增加不少，或者光效降低，不利于市場(chǎng)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，針對(duì)傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式“自流點(diǎn)膠涂覆法”所導(dǎo)致的顏色空間不均勻，提供一種發(fā)光二極管封裝模塊。本發(fā)明包括:支架、發(fā)光二極管芯片、熒光粉膠、封裝膠體和封裝透鏡，發(fā)光二極管芯片底部焊接在支架中心處，發(fā)光二極管芯片的上表面點(diǎn)膠涂覆熒光粉膠形成熒光粉膠層，其特征在于所述封裝透鏡安裝在發(fā)光二極管芯片之上，封裝透鏡與熒光粉膠層之間充有封裝膠體，封裝透鏡的出光面為非連續(xù)曲面，封裝透鏡上的非連續(xù)曲面由頂部曲面和側(cè)壁曲面兩個(gè)連續(xù)曲面組成，封裝透鏡的內(nèi)壁為半球形入光面。支架為大功率發(fā)光二級(jí)管支架，可將芯片熱量導(dǎo)出，并且所有材料可通過(guò)260°C回流焊接，發(fā)光二極管芯片底部點(diǎn)上焊錫，焊接在支架中心處。封裝透鏡的頂部曲面和側(cè)壁曲面為自由曲面或球面，兩個(gè)曲面分別控制光束出射方向，以得到不同照明需求的光能量分布，包括提高顏色空間均勻度或得到等照度照明，但不限于以上兩種能量分布。當(dāng)封裝透鏡的頂部曲面和側(cè)壁曲面為球面時(shí)，其球面的球心位于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸之上。熒光粉類白光LED的原理是芯片發(fā)出的藍(lán)光一部分被黃色熒光粉吸收再輻射出黃光，另一部分藍(lán)光與再輻射的黃光在空間中混合便形成了白光。而自流點(diǎn)膠涂覆法容易造成芯片發(fā)出的藍(lán)光分布與熒光粉發(fā)出的黃光分布不匹配，這樣混合產(chǎn)生的白光顏色就不 均勻，甚至可能因?yàn)榇蠼嵌忍廃S光過(guò)多，黃藍(lán)光混合后依然呈現(xiàn)黃色，也就是所謂的光斑邊緣有黃色光圈。為了改善白光LED的照明品質(zhì)，使用本發(fā)明的封裝透鏡封裝的LED能夠?qū)⒋蠼嵌鹊墓饩€折射到目標(biāo)平面的中間區(qū)域，將中間光線折射到大角度處，實(shí)現(xiàn)混光。透鏡出光面由兩個(gè)曲面構(gòu)成，頂部曲面和側(cè)壁曲面，可將光線偏折到預(yù)設(shè)的照明區(qū)域，相比于傳統(tǒng)的半球形透鏡有更高的控制力。頂部曲面可將本來(lái)輻射在中間區(qū)域的光線折射到大角度處，側(cè)壁面將大角度光線折射到中間區(qū)域，這樣混光后，光質(zhì)量會(huì)有很大提高，同時(shí)控制光線輻射的目標(biāo)區(qū)域，也容易實(shí)現(xiàn)等照度照明。本發(fā)明所述的封裝透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與透鏡的中心線重疊。其出光效率高，為傳統(tǒng)半球形透鏡的95%左右,從系統(tǒng)上來(lái)說(shuō),省略了一部分二次光學(xué)設(shè)計(jì),所以加載此透鏡的LED系統(tǒng)，整體上效率反而有所提高。改變頂部曲面和側(cè)壁曲面的發(fā)散角或者半徑(當(dāng)是自由曲面時(shí)，改變發(fā)散角；當(dāng)是球面時(shí)，改變半徑)，混光的效果就不一樣。頂部曲面與側(cè)壁曲面的交界處與垂直方向的夾角也可變化。透鏡材料為對(duì)300nm 800nm波長(zhǎng)光具有高透光率的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或PC聚碳酸酯或玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠，但不限于上述幾種材料，折射率范圍為I. 3 2. 5。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是改變傳統(tǒng)的封裝方法，采用由兩個(gè)曲面構(gòu)成發(fā)光面的封裝透鏡直接對(duì)LED芯片進(jìn)行封裝，通過(guò)光線混合改善LED芯片光源的不均勻度，提高白光LED封裝模塊的空間顏色均勻度。


圖I實(shí)施例一的封裝透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖2實(shí)施例一的封裝透鏡立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3實(shí)施例二的封裝透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖4實(shí)施例二的封裝透鏡立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5實(shí)施例三的封裝透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖6實(shí)施例三的封裝透鏡立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7實(shí)施例一的封裝透鏡剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1內(nèi)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封裝透鏡、9藍(lán)光LED芯片、10自流點(diǎn)膠涂覆的熒光粉膠層、11封裝的硅膠、12支架示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖I、圖2、圖7，本實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片為藍(lán)光LED芯片9、藍(lán)光LED發(fā)光二極管芯片9的上表面為自流點(diǎn)膠涂覆的熒光粉膠層10，本實(shí)施例封裝透鏡8的頂部曲面為內(nèi)凹的自由曲面I，側(cè)壁曲面也為自由曲面2，封裝透鏡8安裝在藍(lán)光LED發(fā)光二極管芯片9之上，封裝透鏡8的內(nèi)壁為半球形入光面3，封裝透鏡8為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，即圓對(duì)稱透鏡，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與透鏡的中心線重疊。封裝透鏡8與自流點(diǎn)膠涂覆的熒光粉膠層10之間充有封裝的硅膠11。封裝透鏡8的材質(zhì)為對(duì)300nm 800nm波長(zhǎng)光具有高透光率的PMMA聚甲基丙烯酸甲酯材料，折射率范圍為I. 3 2. 5。
實(shí)施例二實(shí)施例二與實(shí)施例一相同，所不同的是封裝透鏡8的頂部曲面為半徑為20mm的球面4，側(cè)壁曲面為自由曲面5，封裝透鏡8的頂部球面4的球心位于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸之上，參見(jiàn)圖
3、圖 4。實(shí)施例三實(shí)施例三與實(shí)施例一相同，所不同的是封裝透鏡8的頂部曲面為半徑為4mm的球面6，側(cè)壁曲面為半徑8mm的球面7，封裝透鏡8的頂部球面6和側(cè)壁球面7的球心位于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸之上，參見(jiàn)圖5、圖6。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管封裝模塊，包括支架、發(fā)光二極管芯片、熒光粉膠、封裝膠體和封裝透鏡，發(fā)光二極管芯片底部焊接在支架中心處，發(fā)光二極管芯片的上表面點(diǎn)膠涂覆熒光粉膠形成熒光粉膠層，其特征在于所述封裝透鏡安裝在發(fā)光二極管芯片之上，封裝透鏡與熒光粉膠層之間充有封裝膠體，封裝透鏡的出光面為非連續(xù)曲面，封裝透鏡上的非連續(xù)曲面由頂部曲面和側(cè)壁曲面兩個(gè)連續(xù)曲面組成，封裝透鏡的內(nèi)壁為半球形入光面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管封裝模塊，其特征在于所述封裝透鏡的頂部曲面為自由曲面或球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管封裝模塊，其特征在于所述封裝透鏡的側(cè)壁曲面為自由曲面或球面，兩個(gè)曲面分別控制光束出射方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管封裝模塊，其特征在于所述封裝透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與透鏡的中心線重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的發(fā)光二極管封裝模塊，其特征在于所述封裝透鏡的頂部曲面和側(cè)壁曲面為球面，其球面的球心位于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管封裝模塊，其特征在于所述封裝透鏡的材質(zhì)為對(duì)300nm 800nm波長(zhǎng)光具有高透光率的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料，包括PMMA聚甲基丙烯酸甲酯或PC聚碳酸酯或玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠，材料折射率范圍為I. 3 2. 5。
全文摘要
一種發(fā)光二極管封裝模塊，包括支架、發(fā)光二極管芯片、熒光粉膠、封裝膠體和封裝透鏡，發(fā)光二極管芯片底部焊接在支架中心處，發(fā)光二極管芯片的上表面點(diǎn)膠涂覆的熒光粉膠，形成熒光粉膠層，其特征在于所述封裝透鏡安裝在發(fā)光二極管芯片之上，封裝透鏡與熒光粉膠層之間充有封裝膠體，封裝透鏡的出光面為非連續(xù)曲面，封裝透鏡上的非連續(xù)曲面由頂部曲面和側(cè)壁曲面兩個(gè)連續(xù)曲面組成，封裝透鏡的內(nèi)壁為半球形入光面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是改變傳統(tǒng)的封裝方法，采用由兩個(gè)曲面構(gòu)成發(fā)光面的封裝透鏡直接對(duì)LED芯片進(jìn)行封裝，通過(guò)光線混合改善LED芯片光源的不均勻度，提高白光LED封裝模塊的空間顏色均勻度。
文檔編號(hào)H01L33/58GK102867899SQ20111018466
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉勝, 李水明, 王愷, 吳丹, 陳飛, 羅小兵 申請(qǐng)人:劉勝