CN103094268A - 应用于商业照明的led模组及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于商业照明的LED模组，包括 若干LED芯片、线路板，还包括连体超薄透镜片，连体超薄透镜片上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，LED芯片设置在线路板上，一出光超薄透镜对应一LED芯片，在每一出光超薄透镜的凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，所述连体超薄透镜片与线路板固定。本发明采用一体制成的连体超薄透镜片，上面设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，一出光超薄透镜对应一LED芯片，大大增加出光率，最重要的是，出光超薄透镜可以一体成型，即预先大批生成出来后后续仅做一个组装加胶工艺。整个LED模组的生产时间可以缩短，成本可降低，并可提高出货时间。

Description

应用于商业照明的LED模组及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体应用和封装领域，更加具体地说是涉及一种LED（发光二极管）模组及其制造工艺。

背景技术

随着LED芯片技术与封装技术的发展，越来越多的LED产品应用于照明领域，尤其是商业照明。由于LED具有高光效、长寿命、节能环保、合适调光控制、不含汞等污染物质的特点，成为继白炽灯、荧光灯等传统光源之后的新一代照明光源。

LED产品在商业照明上，主要应用有LED筒灯，LED日光灯，LED球泡灯等。此类LED产品，大致包含壳体，电源，线路板，LED光源等。LED光源通常为3528封装形式、或者3014封装形式，其特征为出光面为一平面，LED光源焊接到线路板上，由电源驱动，形成LED照明灯具。这种传统的LED照明灯具，存在几点问题，一是3528、3014封装形式，再焊接到线路板，如图1所示，101为LED光源，102为线路板，导热通道复杂，散热不佳；二是，3528、3014封装形式的出光面是平面，光不容易从LED光源内部出来，出光效率低。

在此基础，已有公开专利力求解决以上问题，如图2所示，将LED芯片202，直接封装在线路板201上，并在线路板的凹杯内用Molding胶体填平。这种形式解决了散热问题，但是每个LED芯片上方的Molding胶体仍然是平面的，不利于出光。申请号201010104682.2公开一种LED模组，即使该方案的典型例子。

此外，也有公开的专利和论文，采用在单颗封装体上，每颗上点上球顶硅胶，或者加盖透镜等方式，但是该方式只适合光源数目较少的情况，比如大功率照明模组，对于商业照明的产品，光源数目往往高达几百颗，该方式加工复杂繁琐，成本非常高。

总之，现在的应用于商业照明的LED模组存在以下缺点：

首先：LED模组出光面为平台，出光效率极其低，现有某些LED模组在LED芯片上点上球顶硅胶或加盖透镜，也是以单颗LED芯片为单位进行处理的，效率低，成本高。特别是应用于商业照明的LED模组中LED颗粒的个数是以百颗来计算的，效率极其低，由此导致生产成本高。

接着，现有应用于商业照明的LED模组中LED颗粒数量非常大，使得现有的封装形式造成散热不佳，影响整个LED模组的散热性能及使用寿命。

发明内容

   本发明的第一目的在于提供一种应用于商业照明的LED模组，以解决现有技术中出光效率极其低，而要导致出光效率高但是生产成本高的技术问题。

    本发明的第二目的在于提供一种应用于商业照明的LED模组的制作方法，，以解决现有技术中出光效率极其低，而要导致出光效率高但是生产成本高的技术问题。

一种应用于商业照明的LED模组，包括若干LED芯片、线路板，还包括连体超薄透镜片，连体超薄透镜片上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，且超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合光形要求进行设计，LED芯片设置在线路板上，一出光超薄透镜对应一LED芯片，在每一出光超薄透镜的凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，所述连体超薄透镜片与线路板固定。

所述连体超薄透镜片上设置至少一排出光超薄透镜，该排出光超薄透镜上出光超薄透镜的个数与线路板上一列或一行上的LED芯片个数相同，而且该排出光超薄透镜的出光超薄透镜之间的间距与线路板该列/行上的LED芯片之间的间距一致。

该连体超薄透镜片为PC塑料、PMMA塑料、玻璃或有机玻璃任意一种一体成型。

所述连体超薄透镜片上设置注胶孔和排气孔，在通过注胶孔进行注塑过程中，荧光粉混设在原材料中，使荧光粉分布在出光超薄透镜内部。

较佳地，荧光粉预先涂覆在各个该出光超薄透镜的凹坑内表面。

所述荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到出光超薄透镜的凹坑表面，呈中心厚四周渐薄的分布。

并且，线路板从电气层起向内开有未穿透的若干凹杯，凹杯的底部为平面结构，各个LED芯片分别覆载在一凹杯底部，通过引线焊接到线路板电气层的焊盘上，LED芯片与凹杯底部形成面接触。

凹杯的杯壁设置出光层。

一种应用于商业照明的LED模组的制作工艺，包括以下步骤：

(1)将LED芯片焊接在线路板上；

(2)连体超薄透镜片固定在线路板上，直至线路板上所有LED芯片被连体超薄透镜片全部覆盖透镜片上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，且超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合光形要求进行设计；

(3)在连体超薄透镜片的出光超薄透镜的凹坑与LED芯片之间的空间内通过注胶孔全部填满molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气。

该工艺还包括设置荧光粉工艺步骤，其为以下步骤中的其中之一：

在连体超薄透镜片的各个出光超薄透镜的凹坑处分别注入混有荧光粉的molding胶体，静置后使荧光粉沉降到凹坑表面，荧光粉呈中心厚四周渐薄的分布；

在各个出光超薄透镜的凹坑内表面分别喷涂荧光粉，再向凹坑注入molding胶体；

在连体超薄透镜片注塑过程中，在原材料中混合荧光粉，使荧光粉分布在出光超薄透镜内部，再向凹坑注入molding胶体。

并且，在步骤(1)之前还包括：

线路板从电气层起向内开有未穿透的若干凹杯，凹杯的底部为平面结构，杯壁设置出光层，各个LED芯片分别覆载在一凹杯底部，通过引线焊接到线路板电气层的焊盘上，LED芯片与凹杯底部形成面接触。

 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，本发明采用在LED出光面上加盖仅用于出光的出光超薄透镜，在这个行业内，现有其它LED应用领域的透镜模组的厚度非常厚，可以实现配光功能，但是盖设在商照这个领域的LED芯片的出光面，不具有实用性，且成本较高。为此，现有技术才采用一颗一颗LED芯片的出光面点上球顶硅胶，这种工序复杂且生成高、效率低，但是，本发明采用一体制成的连体超薄透镜片 上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，一出光超薄透镜对应一LED芯片，大大增加出光率，最重要的是，出光超薄透镜可以一体成型，即预先大批成产出来后后续仅做一个组装加胶工艺。整个LED模组的生产时间可以缩短，成本可降低，并可提高出货时间。

其次，本发明采用连体超薄透镜片，透镜是超薄，且材料少，且超薄透镜的内外光学透镜面为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损进行设计，所以有以下几个好处：

1．         因为现有的透镜D1距离越大，材料越厚，光被吸收的越多，再加上折射角度越大，导致光损越多，

2．         本发明的超薄透镜D2距离小，材料很薄，光被吸收的越少，光损小，且超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合照明场所的光形需求；

3．         本发明因为材料少，所以成本降低；同时分量也会轻，尤其是透镜多的灯，也会因分量轻便于使用和运输。

 

再次，连体超薄透镜片 上设置至少一排出光超薄透镜，该排出光超薄透镜上出光超薄透镜的个数与线路板上一列或一行上的LED芯片个数相同，而且该排出光超薄透镜的出光超薄透镜之间的间距与线路板该列/行上的LED芯片之间的间距一致，这种设计使得线路板上有几列/几行，即可选择对应数量的连体超薄透镜片 安装，可达到模块化生产的功效。甚至一个线路板只要一块连体超薄透镜片 。当然，为了每列或每行之间的散热性，也可以是一排或一列上设置一连体超薄透镜片 ，各个连体超薄透镜片 之间有用于散热的空隙，此时连体超薄透镜片 上仅为一排出光超薄透镜。

然后，荧光粉与LED芯片远离，两者发热互不影响，LED芯片和荧光粉的光衰变慢，荧光粉的转换效率高。

随后，传统的封装的理念都是把LED芯片封装到器件的支架上，而大量的封装相关的科研工作都围绕支架展开，包括支架的热性能、反光性能、材料的稳定性都成为研究的重点而投入巨大的人力物力而本发明跳出了该思维模式的定势，彻底抛弃了LED器件的支架，LED芯片直接封装在线路板上，省略了包含有热沉的支架，使LED芯片的热量不经过热沉这一中间层，直接扩散到高导热率的线路板及散热器，散热效果好。

最后，连体超薄透镜片与LED芯片之间，仅有molding胶体，而molding胶体折射率在1.4和1.6之间，光线经过介质少，透过率高，并且molding胶体与透连体超薄透镜片的折射率匹配，反射损失少，提高了LED模组的出光效率。

另外，连体超薄透镜片灌入molding胶体，并注满整个出光超薄透镜内腔，固化成型，或者是直接是先灌入molding胶体，再倒扣紧固，均无脱模过程，不损伤内引线。

附图说明

图1为现有的LED应用示意图;

图2为本发明线路板实施例示意图;

图3为本发明LED模组一实施示意图;

图4A为现有的LED透镜的出光示意图；图4B为本发明的LED出光超薄透镜的出水示意图;

图5为本发明LED模组另一实施示意图。

 

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请参阅图3，一种应用于商业照明的LED模组，包括若干LED芯片303、线路板304，还包括连体超薄透镜片302，连体超薄透镜片302上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜301，LED芯片303设置在线路板304上，一出光超薄透镜301对应一LED芯片303，在每一出光超薄透镜301的凹坑与LED芯片303之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片303且之间未留空气，连体超薄透镜片302与线路板304固定。

先介绍出光超薄透镜301。出光超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合照明场所特定的光形要求进行设计。请参阅图4A和图4B，图4A是现有的一种透镜中的光路示意图，透镜比较厚，厚度为D2，光损比较大。而图4B是本发明出光超薄透镜的光路线示意图，透镜的厚度为D1，D1远远小于D2,则光路中是低光损的。另外，照明现场对光形是有要求的，一般都是按照光形来设计对应的光斑形状，同理，本发明的出光超薄透镜也需要满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合光形要求进行设计。

连体超薄透镜片301上设置至少一排出光超薄透镜，该排出光超薄透镜上出光超薄透镜302的个数与线路板304上一列或一行上的LED芯片303个数相同，而且该排出光超薄透镜的出光超薄透镜302之间的间距与线路板304该列/行上的LED芯片303之间的间距一致。每排出光超薄透镜对应线路板304的一行或一列，每一连体超薄透镜片301上可以设置一排出光超薄透镜，也可以设置二个并列的排出光超薄透镜，甚至更多。每排出光超薄透镜的长度与线路板304上对应列或对应行的长度相同，这样，便于在线路板304设置卡扣部件，以便将连体超薄透镜片301卡扣在线路板304。从以上分析可以，一线路板304可以安装整体一块连体超薄透镜片301，也可以安装若干块连体超薄透镜片301，每一块连体超薄透镜片301对应覆盖一至若干对应行或对应列的LED芯片303。

另外，每一块连体超薄透镜片301的形状与线路板的形状一致，比如图5所示，连体超薄透镜片301为圆形，与线路板的形状一致。即，连体超薄透镜片301不仅可以是方形、圆形等常规形状，也可以是与线路板的形状一致的其它形状。

该连体超薄透镜片301可以为PC塑料、PMMA塑料、玻璃或有机玻璃任意一种一体成型，这种生产工艺非常简单，同时也降低成本。连体超薄透镜片301上设置出光超薄透镜302的地方从底部往上看表现为凹坑，其它地方为平面结构，便于与线路板304的贴合。

连体超薄透镜片301上可以设置注胶孔。当连体超薄透镜片301与线路板304贴合固定后，通过该注胶孔或该些注胶孔向每一出光超薄透镜301的凹坑与LED芯片303之间的空间内填充molding胶体。

连体超薄透镜片301上还可以设置排气孔。出光超薄透镜301与LED芯片303之间的空间在注胶过程可通过排气孔排出。

为了增加出光率，本发明还设置了荧光粉。

第一种方式：荧光粉预先涂覆在各个该出光超薄透镜302的凹坑内表面。

第二种方式：荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到出光超薄透镜302的凹坑表面，最佳方式为呈中心厚四周渐薄的分布。

第三种方式：在连体超薄透镜片301注塑过程中，荧光粉混设在原材料中，使荧光粉分布在出光超薄透镜302内部。

荧光粉与LED芯片303远离，两者发热互不影响，LED303芯片和荧光粉的光衰慢，荧光粉的转换效率高。

为了具有更佳的出光率，线路板304从电气层起向内开有未穿透的若干凹杯305，凹杯305的底部为平面结构，各个LED芯片303分别覆载在一凹杯305底部，通过引线焊接到线路板电气层的焊盘上，LED芯片303与凹杯305底部形成面接触。并且，凹杯的杯壁设置出光层。

第一种LED制作工艺

一种应用于商业照明的LED模组的制作工艺，包括以下步骤：

(1)将LED芯片焊接在线路板上；

(2)连体超薄透镜片固定在线路板上，直至线路板上所有LED芯片被连体超薄透镜片 全部覆盖LED芯片，透镜片上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜, 超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合光形要求进行设计；

 (3)在连体超薄透镜片 的出光超薄透镜的凹坑与LED芯片之间的空间内通过注胶孔全部填满molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气。

以上步骤可包括设置荧光粉工艺步骤，其为以下步骤中的其中之一：

在连体超薄透镜片 的各个出光超薄透镜的凹坑处分别注入混有荧光粉的molding胶体，静置后使荧光粉沉降到凹坑表面，较佳地荧光粉呈中心厚四周渐薄的分布；

在各个出光超薄透镜的凹坑内表面分别喷涂荧光粉，再向凹坑注入molding胶体；

在连体超薄透镜片 注塑过程中，在原材料中混合荧光粉，使荧光粉分布在出光超薄透镜内部，再向凹坑注入molding胶体。

步骤(1)之前还包括：

线路板从电气层起向内开有未穿透的若干凹杯，凹杯的底部为平面结构，杯壁设置出光层，各个LED芯片分别覆载在一凹杯底部，通过引线焊接到线路板电气层的焊盘上，LED芯片与凹杯底部形成面接触。

第二种LED制作工艺

一种应用于商业照明的LED模组的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将LED芯片焊接在线路板上；

(2)连体超薄透镜片倒置，在各个0.2-2mm厚度的出光超薄透镜的凹坑内注入填入molding胶体；

(3)将线路板倒扣在连体超薄透镜片之上，填充molding胶体的凹坑与LLED芯片位置对应后压紧，LED芯片由molding胶体全部包覆，之间未留空气；

(4) 连体超薄透镜片和散热器固定，取新的连体超薄透镜片 ，重复步骤(2)、(3)直至线路板上所有LED芯片被连体超薄透镜片全部覆盖LED芯片。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种应用于商业照明的LED模组，包括若干LED芯片、线路板，其特征在于，还包括连体超薄透镜片，连体超薄透镜片上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，且出光超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合光形要求进行设计，LED芯片设置在线路板上，一出光超薄透镜对应一LED芯片，在每一出光超薄透镜的凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，所述连体超薄透镜片与线路板固定。

2.如权利要求1所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，所述连体超薄透镜片上设置至少一排出光超薄透镜，该排出光超薄透镜上出光超薄透镜的个数与线路板上一列或一行上的LED芯片个数相同，而且该排出光超薄透镜的出光超薄透镜之间的间距与线路板该列/行上的LED芯片之间的间距一致。

3.如权利要求1或2所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，连体超薄透镜片为PC塑料、PMMA塑料、玻璃或有机玻璃任意一种一体成型。

4.如权利要求1或2所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，所述连体超薄透镜片上设置注胶孔和排气孔，在通过注胶孔进行注塑过程中，荧光粉混设在原材料中，使荧光粉分布在出光超薄透镜内部。

5.如权利要求1或2所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，荧光粉预先涂覆在各个该出光超薄透镜的凹坑内表面。

6.如权利要求1或2所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，所述荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到出光超薄透镜的凹坑表面，呈中心厚四周渐薄的分布。

7. 如权利要求1或2所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，线路板从电气层起向内开有未穿透的若干凹杯，凹杯的底部为平面结构，各个LED芯片分别覆载在一凹杯底部，通过引线焊接到线路板电气层的焊盘上，LED芯片与凹杯底部形成面接触。

8.如权利要求4所述的应用于商业照明的LED模组，其特征在于，凹杯的杯壁设置出光层。

9.一种应用于商业照明的LED模组的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将LED芯片焊接在线路板上；

(2)连体超薄透镜片固定在线路板上，直至线路板上所有LED芯片被连体超薄透镜片全部覆盖透镜片上设置若干0.2-2mm厚度的出光超薄透镜，且超薄透镜的内外光学面设计为按照光源从LED芯片到超薄透镜出光的低光损，并满足从超薄透镜折射出去的光斑形状符合光形要求进行设计；

(3)在连体超薄透镜片的出光超薄透镜的凹坑与LED芯片之间的空间内通过注胶孔全部填满molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气。

10.如权利要求9所述的一种应用于商业照明的LED模组的制作工艺，其特征在于，包括设置荧光粉工艺步骤，其为以下步骤中的其中之一：

在连体超薄透镜片的各个出光超薄透镜的凹坑处分别注入混有荧光粉的molding胶体，静置后使荧光粉沉降到凹坑表面，荧光粉呈中心厚四周渐薄的分布；

在各个出光超薄透镜的凹坑内表面分别喷涂荧光粉，再向凹坑注入molding胶体；

在连体超薄透镜片注塑过程中，在原材料中混合荧光粉，使荧光粉分布在出光超薄透镜内部，再向凹坑注入molding胶体。

11.如权利要求9所述的LED模组的制作工艺，其特征在于，步骤(1)之前还包括：

线路板从电气层起向内开有未穿透的若干凹杯，凹杯的底部为平面结构，杯壁设置出光层，各个LED芯片分别覆载在一凹杯底部，通过引线焊接到线路板电气层的焊盘上，LED芯片与凹杯底部形成面接触。

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