一種改善大功率led光斑的方法

2023-10-29 22:06:22 3

專利名稱：一種改善大功率led光斑的方法
技術領域：
本發明涉及LED(Light-Emitting Diode,發光二極體),尤其涉及一種改善大功率LED光斑的LED封裝結構。
背景技術：
利用螢光粉轉換的方法實現LED發出白光是目前研究得最多最熱的一種方法。在實現LED發出白光過程中，螢光材料(螢光粉)覆蓋LED的封裝結構及工藝技術則是白光LED製成的關鍵核心。例如，對於用於照明領域的功率型白光LED，其色溫與色度的空間分布均勻性是產品性能的重要指標。人眼能分辨的色溫差異為50-100K，目前普通LED器件色度的均勻性仍不理想，甚至單顆LED的角向色溫差異可大到800K。可見，對於白光LED，出射白光光斑均勻性研究與改善是一個重要課題。現有對改善光斑的方法，基本上是從螢光膠工藝方面著手，例如申請日為2011. 12. 28、申請號為201110445591. X的發明專利，公開了一種LED光斑改善方法，該方法包括步驟I :選料選擇杯深為O. 46±0. 02mm，杯口角度為135度的支架，並選擇粒徑17-19um和粒徑4-5um的螢光粉相互搭配；步驟2 :點膠用黃色螢光膠點成半球形結構，與透鏡成近似平行的兩個面。上述方法通過選擇粒徑17-19um和粒徑4-5um的螢光粉相互搭配，有效提高了光通量，且將黃色螢光膠點成半球形結構，增大了發光區域。上述專利對光斑的改善有一定的效果，但無法消除LED的邊緣黃斑現象，因為邊緣黃斑現象是由於LED的邊緣藍光出射少，而螢光粉發出的黃光出射多造成的。另外也有在螢光膠中加入擴散粉來緩解光斑的問題，但是由於光無法通過擴散粉，光在擴散粉的表面發生漫反射，則會降低光通量。因此，一專利申請號為200910251589. I的發明專利，公開了一種LED螢光膠，該發明是通過擴散粉和增白粉的結合，來提升擴散性並利於光體的折射。其中，擴散粉是以內徑小於5微米的可融性TO粉，將該擴散粉充分混合於矽膠以提升擴散性，達到光斑擴散，提升其一致性。增白粉是由菱形體SiO2與Al2O3結合形成的，增白粉可於混合體中形成一面堅實的屏障，以便於光體的折射。該專利中，需要將擴散粉和增白粉結合使用才能達到緩解光斑的效果。且SiO2的折射率約為I. 55，經過其折射後再經過Al2O3粉劑(金屬球形顆粒)的金屬表面反射，使得光得以擴散，因此需要SiO2和Al2O3搭配使用；另外，Al2O3易受粉塵汙染不易儲存，需要即取即用，因此工藝複雜，製備不易。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種改善大功率LED光斑的方法，通過多種混合顆粒的配合，代替SiO2和Al2O3搭配使用，在保證光通量的前提下，改善大功率LED光斑的問題，解決邊緣黃斑問題，同時簡化工藝，使得製備變得簡單。為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是，一種改善大功率LED光斑的方法，在LED封裝結構中的矽膠層和/或螢光膠層內均勻分布多面體結構的透明顆粒，所述透明顆粒佔填充膠的2%-10%重量比。所述透明顆粒是SiO2透明顆粒、PC (聚碳酸脂)透明顆粒和PMMA (聚甲基丙烯酸甲脂)透明顆粒的混合顆粒；所述SiO2透明顆粒佔填充膠的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明顆粒佔填充膠的O. 2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明顆粒佔填充膠的I. 2%-6. 3%重量比。其中，PMMA透明顆粒是凹透鏡形狀(中間薄兩邊厚形狀)，SiO2透明顆粒是3至8面體形狀，PC透明顆粒是大於8面的多面體形狀(例如六稜柱、七稜維、七稜柱、八稜柱等等)。其中LED封裝結構包括LED晶片、支架、螢光膠層、光學透鏡，以及矽膠層。其中，矽膠層和/或螢光膠層均勻分布了多面體結構的透明顆粒。支架上設有放置LED晶片的杯碗、將LED晶片的正負極通過導線引出的正導電腳和負導電腳、以及包覆上述正導電腳和負導電腳的基座；所述LED晶片放置於所述支架的杯碗內，所述螢光膠層完全覆蓋所述LED晶片，所述矽膠層位於螢光膠層和光學透鏡之間。通過在原有的LED封裝結構中的填充膠散布多面體結構的透明顆粒，改善大功率LED光斑現象。其中，PMMA透明顆粒的折射率為I. 49，SiO2透明顆粒折射率為I. 55，PC透明顆粒·的折射率為I. 5872，根據折射率從大到小，其顆粒的多面體的表面也更多。且上述材料的折射率與矽膠層的填充膠折射率(I. 4)以及螢光膠折射率(I. 5)接近，膨脹係數接近，且三個混合顆粒的結合，使得光線在不同折射率顆粒間相互折射，其擴散性更好。具體的，光線經過折射率較小的凹透鏡形狀的PMMA透明顆粒時，由光學原理，光線折射範圍有限；光線經過折射率較大的3至8面體形狀的SiO2透明顆粒時，光線折射範圍擴大；光線經過折射率更大的大於8面的多面體形狀的PC透明顆粒時，光線折射更分散，但有些光線向下折射，而造成一定的光線損失。而通過上述三種透明顆粒的結合，使得光線均勻擴散效果最好，且光線損失最小。當然，該透明顆粒還可以選擇折射率為I. 5左右的其他顆粒。通過在上述矽膠層和/或螢光膠層散布有多面體結構的透明顆粒，可改變光的行進路線，使光均勻分散。作為更進一步的技術方案，所述透明顆粒的最大直徑為100-500um，上述透明顆粒可以通過雷射切割實現，也可用氫氟酸腐蝕的方法實現。實驗證明，選擇該直徑範圍的透明顆粒，使得光的擴散最為均勻。作為更進一步的技術方案，所述光學玻璃的出光面是粗糙的。該粗糙的出光面具體是若干個半球形突起形成。這樣，經過該粗糙面，光的出射角度更大，減少光的全反射。增加出光角度(即光的出射角度)，可以提高光通量。同時由於全反射主要是發生在LED晶片的邊緣位置(光的入射角大造成的)，減少全反射的同時亦可以減少光斑的產生。本發明採用上述方案，LED晶片發出的光可穿過透明顆粒，出光率高，對光通量影響小，同時，由於透明顆粒和矽膠層的填充膠之間存在折射率差異(以及透明顆粒和螢光膠層的螢光膠之間存在折射率差異)，光在通過兩者的界面時發生折射，而改變了出光角度，從而使光線更加均勻與柔和。另外，藍光和被激發後的螢光粉所發出的光在LED各個發光角度均勻混合，有效的增加了藍光在LED邊緣的出射率，從而解決了邊緣黃斑問題。


圖I是本發明的實施例的支架結構示意圖(含LED晶片)。
圖2是本發明的實施例的結構示意圖。圖3是本發明的實施例的光學透鏡的剖面示意圖。圖4是本發明的實施例的凹透鏡形狀的透明顆粒改變光線路徑的示意圖。圖5是本發明的實施例的三稜錐形狀的透明顆粒改變光線路徑的示意圖。圖6是本發明的實施例的八面體形狀的透明顆粒的截面圖。
具體實施例方式現結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。本發明的一種改善大功率LED光斑的方法，其通過現有的LED封裝結構中的矽膠層和/或螢光膠層內均勻散布多面體結構的透明顆粒來實現。所述透明顆粒佔填充膠的2%-10%重量比。那麼填充膠佔90%-98%重量比，具體的，所述透明顆粒是凹透鏡形狀的PMMA透明顆粒、3至8面體形狀的SiO2透明顆粒和大於8面的多面體形狀的PC透明顆粒的混合顆粒；所述SiO2透明顆粒佔填充膠的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明顆粒佔填充膠的
O.2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明顆粒佔填充膠的I. 2%_6. 3%重量比。上述所述透明顆粒的最大直徑為100-500um。通過在矽膠層和/或螢光膠層散布有上述多面體結構的透明顆粒，可改變光的行進路線，使光均勻分散。作為一個具體實施例，如圖I-圖3所示，該LED封裝結構包括LED晶片I、支架2、螢光膠層5、光學透鏡4、以及由分布了多面體結構的透明顆粒的填充膠組成的矽膠層3。支架2上設有放置LED晶片I的杯碗、將LED晶片I的正負極通過導線13引出的正導電腳11和負導電腳12、以及包覆上述正導電腳11和負導電腳12的基座14 ;所述LED晶片I放置於所述支架2的杯碗內，所述螢光膠層5完全覆蓋所述LED晶片I，所述矽膠層3位於螢光膠層5和光學透鏡4之間。所述支架2上還設有通孔16，用於注入填充膠。其中，所述矽膠層3包括填充膠，填充膠內均勻分布有多面體結構的透明顆粒，本實施例中，選取SiO2透明顆粒佔填充膠的2%重量比，所述PC透明顆粒佔填充膠的I. 5%重量比，所述PMMA透明顆粒佔填充膠的3%重量比。透明顆粒選用SiO2透明顆粒、PC透明顆粒和PMMA透明顆粒，上述材料的折射率與矽膠層的填充膠折射率接近，膨脹係數接近。也可以選取其他折射率約在I. 5左右的透明材料顆粒。具體的，由於SiO2透明顆粒折射率(I. 55)、PC透明顆粒折射率(I. 5872)和PMMA透明顆粒折射率(I. 49)均略高於填充膠的折射率(一般為I. 4)，光線在通過透明顆粒和填充膠兩者之間的界面時，光線發生偏移。圖4為凹透鏡形狀的PMMA透明顆粒改變光線路徑的示意圖。根據折射定律，光在凹透鏡形狀的透明顆粒介質中角度小，在矽膠介質中的角度大。平行光線通過凹透鏡形狀的透明顆粒後，光線向各個方向發散。光線再經過折射率較大的3至8面體形狀的SiO2透明顆粒以及折射率更大的大於8面的多面體形狀的PC透明顆粒等一定數量的透明顆粒後，經過多次的發散作用後，發散角度變得更大，光在各個角度達到均勻分布的效果。因此，通過本發明可以獲得一種均勻發光的LED。圖5為三稜錐形狀的透明顆粒改變光線路徑的示意圖。圖6為八面體形狀的PC透明顆粒的截面圖。所述光學玻璃的出光面是粗糙的。該粗糙的出光面具體是若干個半球形突起形 成。該粗糙的出光面可以由光刻實現或者模具實現。這樣，經過該粗糙面，光的出射角度更大，減少光的全反射。
為了檢驗LED出射光斑的光學一致性，任意選取5個樣品，通過9點法測得每個LED的色坐標空間分布值，根據公式計算其色坐標的標準差及主波長分布，結果如下表所示
權利要求
1.一種改善大功率LED光斑的方法，其特徵在於在LED封裝結構中的矽膠層和/或螢光膠層內均勻分布多面體結構的透明顆粒，所述透明顆粒佔填充膠的2%-10%重量比；所述透明顆粒是凹透鏡形狀的PMMA透明顆粒、3至8面體形狀的SiO2透明顆粒和大於8面的多面體形狀的PC透明顆粒的混合顆粒；所述SiO2透明顆粒佔填充膠的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明顆粒佔填充膠的O. 2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明顆粒佔填充膠的I.2%-6. 3% 重量比; 所述LED封裝結構包括LED晶片、支架、螢光膠層、光學透鏡以及矽膠層；支架上設有放置LED晶片的杯碗、將LED晶片的正負極通過導線引出的正導電腳和負導電腳、以及包覆上述正導電腳和負導電腳的基座；LED晶片放置於所述支架的杯碗內，螢光膠層完全覆蓋所述LED晶片,所述娃膠層位於突光膠層和光學透鏡之間。
2.根據權利要求I所述的一種改善大功率LED光斑的方法，其特徵在於所述透明顆粒的最大直徑為100-500um。
3.根據權利要求I所述的一種改善大功率LED光斑的方法,其特徵在於所述光學玻璃的出光面是粗糙的。
4.根據權利要求3所述的一種改善大功率LED光斑的方法，其特徵在於該粗糙的出光面具體是若干個半球形突起形成。
全文摘要
本發明涉及LED，尤其涉及一種改善大功率LED光斑的LED封裝結構。本發明的一種改善大功率LED光斑的方法，在LED封裝結構中的填充膠內均勻分布多面體結構的透明顆粒，所述透明顆粒佔填充膠的2%-10%重量比。所述透明顆粒是凹透鏡形狀的PMMA透明顆粒、3至8面體形狀的SiO2透明顆粒和大於8面的多面體形狀的PC透明顆粒的混合顆粒;所述SiO2透明顆粒佔填充膠的0.6%-3.7%重量比,所述PC透明顆粒佔填充膠的0.2%-2.3%重量比,所述PMMA透明顆粒佔填充膠的1.2%-6.3%重量比;。本發明應用於改善大功率LED的光斑。
文檔編號H01L33/58GK102945919SQ201210403009
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者蘇水源 申請人:廈門多彩光電子科技有限公司