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：
本實用新型涉及一種發(fā)光二極管光源，特別涉及一種能實現(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，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，對整個LED燈的光強分布、色溫分布等進(jìn)行設(shè)計，以滿足不同的應(yīng)用要求。LED芯片是一塊很小的固體，它的兩個電極要在顯微鏡下才能看見，加入電流后它才會發(fā)光。在制作工藝上，除了要對芯片的兩個電極進(jìn)行焊接，從而引出正、負(fù)電極之外，同時還要對芯片和兩個電極進(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)出可見光，也是對芯片很好的保護(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。然而因為傳統(tǒng)的白光LED所使用的熒光粉涂覆方式是自流點膠涂覆法，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，直到膠體的表面達(dá)到平衡，然后加熱固化。自流點膠涂覆法有其優(yōu)點點膠設(shè)備與工藝簡單，一般的氣動點膠設(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，對于側(cè)發(fā)光相對較多的水平電極LED芯片往往容易形成黃色光圈，而對于正發(fā)光較多的垂直電極LED芯片同樣會出現(xiàn)黃色光圈，無法得到光色品質(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；可以通過電泳法工藝實現(xiàn)保形涂覆，也可以通過溶液蒸發(fā)法實現(xiàn)。無論哪種方式實現(xiàn)，都會有工藝復(fù)雜、實現(xiàn)困難、控制要求高、成本高等弊端，并且因為熒光粉與芯片接觸的近場激發(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)場激發(fā)方式，將熒光粉層遠(yuǎn)離芯片可以減少LED芯片對熒光粉后向散射光的吸收作用，同時較遠(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)散劑會影響LED封裝模塊的光效，不能同時兼顧顏色空間均勻度和光效。無論是研究新型的熒光粉涂覆方式，還是摻入納米顆粒，相對于目前的狀況，LED 封裝模塊，或者成本會增加不少，或者光效降低，不利于市場化。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的針對已有技術(shù)中存在的缺陷，針對傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式“自流點膠涂覆法”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。本實用新型包括支架、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)光二級管支架，可將芯片熱量導(dǎo)出，并且所有材料可通過260°C回流焊接，發(fā)光二極管芯片底部點上焊錫，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，其球面的球心位于旋轉(zhuǎn)對稱軸之上。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，甚至可能因為大角度處黃光過多，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)，使用本實用新型的封裝透鏡封裝的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，實現(xiàn)混光。透鏡出光面由兩個曲面構(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)量會有很大提高，同時控制光線輻射的目標(biāo)區(qū)域，也容易實現(xiàn)等照度照明。本實用新型所述的封裝透鏡為旋轉(zhuǎn)對稱體，其旋轉(zhuǎn)對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)上來說，省略了一部分二次光學(xué)設(shè)計，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，改變發(fā)散角；當(dāng)是球面時，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300nm SOOnm波長光具有高透光率的有機或無機材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或PC聚碳酸酯或玻璃或環(huán)氧樹脂或硅膠，但不限于上述幾種材料，折射率范圍為1. 3 2. 5。本實用新型的優(yōu)點是改變傳統(tǒng)的封裝方法，采用由兩個曲面構(gòu)成發(fā)光面的封裝透鏡直接對LED芯片進(jìn)行封裝，通過光線混合改善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1實施例一的封裝透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖2實施例一的封裝透鏡立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3實施例二的封裝透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖4實施例二的封裝透鏡立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5實施例三的封裝透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖6實施例三的封裝透鏡立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7實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L ED芯片、10自流點膠涂覆的熒光粉膠層、11封裝的硅膠、12支架示意圖。
具體實施方式
實施例一
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型的實施例參見圖1、圖2、圖7，本實施例的發(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的上表面為自流點膠涂覆的熒光粉膠層10，本實施例封裝透鏡8的頂部曲面為內(nèi)凹的自由曲面1，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)對稱體，即圓對稱透鏡， 其旋轉(zhuǎn)對稱軸與透鏡的中心線重疊。封裝透鏡8與自流點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300nm SOOnm波長光具有高透光率的PMMA聚甲基丙烯酸甲酯材料，折射率范圍為1. 3 2. 5。實施例二實施例二與實施例一相同，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)對稱軸之上，參見圖 3、圖 4。實施例三實施例三與實施例一相同，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)對稱軸之上，參見圖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1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1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，兩個曲面分別控制光束出射方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1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)對稱體，其旋轉(zhuǎn)對稱軸與透鏡的中心線重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1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)對稱軸之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1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 300nm 800nm波長光具有高透光率的有機或無機材料，包括PMMA聚甲基丙烯酸甲酯或PC 聚碳酸酯或玻璃或環(huán)氧樹脂或硅膠，材料折射率范圍為1. 3 2. 5。
專利摘要一種發(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)壁曲面兩個連續(xù)曲面組成，封裝透鏡的內(nèi)壁為半球形入光面。本實用新型的優(yōu)點是改變傳統(tǒng)的封裝方法，采用由兩個曲面構(gòu)成發(fā)光面的封裝透鏡直接對LED芯片進(jìn)行封裝，通過光線混合改善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H01L33/48GK202134573SQ201120231939
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉勝, 吳丹, 李水明, 王愷, 羅小兵, 陳飛 申請人:劉勝