一種非對稱的矩形光斑的led封裝結構的製作方法
2023-05-25 08:01:46 1
一種非對稱的矩形光斑的led封裝結構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，包括具有高反射面的散熱鋁槽、高導熱透明陶瓷片，LED晶片、均勻噴塗的螢光粉，矩形光斑配光均勻的透明矽膠透鏡。這樣的封裝結構，在不影響向上方向的光線出射的情況下，有效地把向下發射的光線引導出，大大提高了LED的燈珠的光效；另外，通過對調整鋁熱沉的反射面角度，高度以及灌封矽膠的外形，得到非對稱的向左或向右單方向的矩形光斑。這種封裝結構的LED可以獲取更高的光效，更大程度地利用LED光能量滿足複雜道路照明的要求。
【專利說明】一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及LED封裝結構，特別涉及一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構。
【背景技術】
[0003]近幾年來，LED照明技術得到了突飛猛進的發展，隨著功率型LED器件技術的發展，使得LED在戶外照明領域中得到巨大的應用，特別是應用到道路照明的路燈領域。LED以其發光效率高、壽命長、色域廣、可工作頻率高、無汞等優點將逐漸取代傳統的白熾燈，滷素燈甚至高壓鈉燈，必將成為道路照明的路燈光源的主流。
[0004]LED路燈的表現在一定程度上取決於LED燈珠封裝品質。有的燈珠的光斑是圓形的，有點是橢圓形的，比較新的一種是長方形的。路燈燈罩對改變光斑的形狀一般不會起很大的作用，特別是在不損失太大光效的情況下，因此與LED燈珠光斑相應的LED路燈的光斑往往也是圓形的、橢圓形的或長方形的。
[0005]對於圓形光斑的LED路燈，因為光斑與道路形狀偏差大，並且光強分布很不均勻，應用的範圍很有限；對於橢圓光斑的LED路燈，光型與光強的均勻度都比圓形光斑的有所改進，但是還是沒有完全發揮LED的優勢；左右對稱的矩形光斑的LED路燈，光能量基本投放到筆直的道路上，並且配光曲線形如蝙蝠狀，使得在燈具照射範圍內，光強基本均勻。而左右對稱的矩形光斑的對於筆直的道路是很好的配光，但是，對於大量存在的彎道，分道，環島等形狀的道路，左右對稱性矩形光斑由於光斑形狀與道路形狀的不匹配性，必須加大使用路燈的密度，往往需要增加一倍以上的密度,大大增大道路的建設成本，同時也造成巨大的光能量浪費。
`[0006]另外，目前封裝基本是鋁基板上焊接LED晶片，使得LED晶片向基板方向的光線沒辦法得到有效地導出，從而基本被轉化為熱能。這樣的封裝，既是對光能量的浪費，也同時增加了器件對散熱的負擔。
[0007]
【發明內容】
[0008]為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的目的在於提供一種非對稱矩形光斑的LED封裝結構，實現了非對稱矩形光斑的、高功率、高光效的要求。
[0009]本發明的目的通過以下技術方案實現:
一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，包括具有反射面的散熱鋁槽、設置於散熱鋁槽的凹槽底部的透明導熱陶瓷，所述透明導熱陶瓷上設置有嵌入式銅箔片，所述嵌入式銅箔片連接貼裝在透明導熱陶瓷上的LED晶片，所述LED晶片上均勻噴塗有螢光粉，所述散熱鋁槽開口處灌封地設置有透明矽膠，LED晶片與銅箔片電極用金線連接，所述透明導熱陶瓷上端設有傾斜面，所述LED晶片傾斜地貼裝在所述傾斜面上，所述傾斜面與凹槽底平面的夾角為14.5度，所述凹槽包括前後側反射面、右側反射面7和左側反射部，所述凹槽的前後側反射面與凹槽底平面的夾角均為37度，右側反射面7與凹槽底平面的夾角為28.5-32度，右側反射面的最大出射角為61飛8.2度，所述凹槽的左側反射部分包括上下連接的左側上段反射面和左側下段反射面，所述左側下段反射面與與凹槽底平面的夾角為29度，所述左側上段反射面與凹槽底平面的夾角為7912.8度。
[0010]進一步地，所述透明導熱陶瓷的材料為MgAl2O4,導熱係數約為17 w/m.K。
[0011]進一步地，所述嵌入式銅箔片的厚度為50微米，用於焊接LED晶片的電極與外驅動電源的電路。
[0012]進一步地，所述LED晶片為GaN基藍光LED晶片。
[0013]進一步地，所述螢光粉為YAG =Ce0
[0014]進一步地，所述透明矽膠透過率為91%。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
(I)本發明通過對散熱鋁槽上各個反射面做成不同高度，不同傾斜度的反射面，並在矽膠的出射面上，根據光折射原理，設計出相應的形貌的曲率，使得LED發出的光線形成矩形型的光斑，單邊即左邊或右邊，25米或者25米內某一長度範圍的矩形平面，光強強度基本一致。滿足了道路照明行業對分叉道路，彎曲道路上的亮度均勻，長期穩定，高效節能等照明要求。
[0016](2)本發明在LED晶片的基底上，用了一塊一邊厚另一邊薄，摻有螢光粉的透明陶瓷MgAl2O4，使得LED向基底發出光線能有效地引導出來，並反射回去，大大提高LED的整體光效。
[0017](3)本發明的LED晶片是傾斜放置，使得更有利於發射的光斑非對稱性，有利於複雜道路燈具的配光設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1非對稱矩形光斑LED縱剖結構示意圖。
[0019]圖2非對稱矩形光斑LED縱剖反射結構示意圖。
[0020]圖3非對稱矩形光斑LED橫剖面結構示意圖。
[0021]圖4非對稱矩形光斑LED的光折射示意圖。
[0022]圖中所示為:1_透光矽膠；2-電極連接金線；3_螢光粉；4_LED晶片；5_透明導熱陶瓷；6_散熱鋁槽；7_右側反射面；8_傾斜面；9_左側下段反射面；10-右側上段反射面；11-前後側反射面。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0024]實施例1 如圖1至圖4所示，一種非對稱矩形光斑的LED封裝結構，包括具有反射面的散熱鋁槽
6、設置於散熱鋁槽6的凹槽底部的透明導熱陶瓷5，所述透明導熱陶瓷5上設置有嵌入式銅箔片，所述嵌入式銅箔片連接著貼裝在透明導熱陶瓷上的LED晶片4，所述LED晶片4上均勻噴塗有螢光粉3，所述散熱鋁槽6開口處灌封地設置有透明矽膠I，LED晶片4與電極連接金線2相連接，。考慮到路燈高度為10米，間距為50米，為4條車道，每條車道3.75米寬的道路照明的要求，所述透明導熱陶瓷5上端設有傾斜面8，所述LED晶片4傾斜地貼裝在所述傾斜面8上，所述傾斜面8與凹槽底平面的夾角為14.5度，所述凹槽包括前後側反射面11、右側反射面7和左側反射部，所述凹槽的前後側反射面11與凹槽底平面的夾角均為37度，右側反射面7與凹槽底平面的夾角為28.5度，右側反射面的最大出射角為68.2度，所述凹槽的左側反射部包括上下連接的左側上段反射面10和左側下段反射面9，所述左側下段反射面9與與凹槽底平面的夾角為29度，所述左側上段反射面10與凹槽底平面的夾角為79度。
[0025]進一步地,所述透明導熱陶瓷5的材料為MgAl2O4,導熱係數約為17 w/m.K。
[0026]進一步地，所述嵌入式銅箔片的厚度為50微米，用於焊接LED晶片4的電極與外驅動電源的電路。
[0027]進一步地，所述LED晶片4為GaN基藍光LED晶片。
[0028]進一步地，所述螢光粉3為YAG:Ce。
[0029]進一步地，所述透明矽膠I透過率為91%。
[0030]本發明的非對稱矩形光斑的LED，對於LED晶片上灌封的矽膠形成的透鏡，如圖4所示，中間區域對光線有明顯的發散作用，右側則對光線有明顯的會聚作用，左側區域對光線的稍有會聚作用。在左側出射光線最大角度為22.5度，在右側光線最大角度可達到68.2度。而更大的角度光線將被晶片側邊的鋁反射板反射回到要求出射光線的角度範圍中去。設計過程中，在縱向矽膠透鏡截面曲線上，除了邊緣的68.2度的光線是以法線方向出射夕卜，其他的角度都是以一定的傾斜度折射出來的。透明矽膠I的曲面是按照自由曲面配光的辦法來設計的，在有效的照明面積上，要求光線照度相等。
[0031]如圖4示意圖，決定著照明照度均勻度的因素有:折射角Θ，照射角度α，以及光線的透過率。
[0032]其中折射公式是Ii1Sinθ J=Ii0Sin θ。，n0為娃膠的折射率，n1為空氣折射率。
[0033]透射率公式是:
Tl=2n0n1Cos θ Ocos θ j/[ (n0cos θ Jn1Cos θ 0)'2+ (n0cos θ Jn1Cos θ J '2]
藍光LED晶片發出的光線經過螢光粉吸收散射，部分轉變為黃光之後，各個方向的發光強度是基本相同的。這樣，只要任意兩條光線的光強值相等，即:Tlsina =TZsin α2。整個矩形光斑的光強度將是均勻的。在實際的計算過程中，可以計算曲線各點的光線與右側68.2度的光線照度相等。計算出滿足光線照度相等的各點光線折射角Qtl, Q1值之後，就可以計算曲線相應點的法線以及切線斜角度，隨著計算點的增加，各點切線連接形成光滑曲線，即可得到矽膠透鏡的縱向截面曲線形狀。對於透明矽膠I的橫截面的曲線形狀，如圖3所示，在管芯發射角±37度的範圍內，出射面橫截弧線是以管芯為圓心的一段圓弧，即為了讓光線可以最大程度地出射，儘可能讓更多光線以法線方向出射的；對於大於±37度這個角度範圍的光線，將會打到曲線曲率突然變化、迅速回收的邊緣傾斜面或者管芯側邊得反射面上，光線將被高反射或全反射的方式反射到±37的角度範圍裡來。
[0034]實施例2
本實施例除以下特徵外，其餘特徵均與實施例1同: 本實施例的右側最大出射角為61度，左側上段反射面10與凹槽底平面的夾角為82.8度，右側反射面7與凹槽底平面的夾角為32度，此時照明矩形光斑右側長度縮短到18米，左側仍然約為4米。
[0035] 本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，包括具有反射面的散熱鋁槽(6)、設置於散熱鋁槽出)的凹槽底部的透明導熱陶瓷(5)，所述透明導熱陶瓷(5)上設置有嵌入式銅箔片，所述嵌入式銅箔片連接著貼裝在透明陶瓷上的LED晶片(4)，所述LED晶片(4)上均勻噴塗有螢光粉(3)，所述散熱鋁槽(6)開口處灌封地設置有透明矽膠(1)，LED晶片(4)與電極連接金線(2)相連接,其特徵在於: 所述透明導熱陶瓷(5)上端設有傾斜面(8)，所述LED晶片(4)傾斜地貼裝在所述傾斜面(8)上，所述傾斜面(8)與凹槽底平面的夾角為14.5度，所述凹槽包括前後側反射面(11)、右側反射面(7)和左側反射部，所述凹槽的前後側反射面(11)與凹槽底平面的夾角均為37度，右側反射面(7)與凹槽底平面的夾角為28.5-32度，右側反射面的最大出射角為61飛8.2度，所述凹槽的左側反射部包括上下連接的左側上段反射面(10)和左側下段反射面(9)，所述左側下段反射面(9)與與凹槽底平面的夾角為29度，所述左側上段反射面(10)與凹槽底平面的夾角為79?82.8度。
2.根據權利要求1所述的一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，其特徵在於:所述透明導熱陶瓷(5)的材料為MgAl2O4，導熱係數約為17 w/m.K。
3.根據權利要求1所述的一種非對稱矩形光斑的LED封裝結構，其特徵在於:所述嵌入式銅箔片的厚度為50微米，用於焊接LED晶片(4)的電極與外驅動電源的電路。
4.根據權利要求1所述的一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，其特徵在於:所述LED晶片⑷為GaN基藍光LED晶片。
5.根據權利要求1所述的一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，其特徵在於:所述螢光粉(3)為YAG =Ce0
6.根據權利要求1所述的一種非對稱的矩形光斑的LED封裝結構，其特徵在於:所述透明矽膠(I)透過率為91%。
【文檔編號】H01L33/50GK103441211SQ201310386885
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】鄧雲龍, 文尚勝 申請人:華南理工大學