CN107731992A - Led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED封装结构,该结构包括:LED基板(11);透镜区和硅胶层,依次交叉设置于所述LED基板(11)上。本发明提供的LED封装结构在光源上采用交叉叠加的透镜层和硅胶层的多层结构;利用多层结构的硅胶折射率不同,在硅胶中形成透镜,改善LED芯片发光分散的问题,使光源发出的光能够更加集中;可以保证LED芯片的能够更多的透过封装材料照射出去。
Description
技术领域
本发明属LED封装技术领域,特别涉及一种LED封装结构。
背景技术
上世纪末,以GaN基材料为代表的III-V族化合物半导体在蓝光芯片领域的突破,带来了一场照明革命,这场革命的标志是以大功率发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)为光源的半导体照明技术(Solid State Lighting,SSL)。
LED具有寿命长、发光效率高、显色性好、安全可靠、色彩丰富和易于维护的特点。在当今环境污染日益严重,气候变暖和能源日益紧张的背景下,基于大功率LED发展起来的半导体照明技术已经被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。这是自煤气照明、白炽灯和荧光灯之后,人类照明史上的一次大飞跃,迅速提升了人类生活的照明质量。
现在,LED多采用GaN基蓝光灯芯加黄色荧光的方式产生白光,以实现照明,这种方式具有以下几个问题。
1、目前,芯片多数是封装在薄金属散热基板上,由于金属散热基板较薄、热容较小,而且容易变形,导致其与散热片底面接触不够紧密而影响散热效果。
2、由于LED光源发出的光一般呈发散式分布,即朗伯分布,这引起光源照明亮度不够集中,一般需要通过外部透镜进行二次整形,以适应具体场合的照明需求,这增加了生产成本。
发明内容
为了提高LED芯片的工作性能,本发明提供了一种LED封装结构;本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明的实施例提供了一种LED封装结构,包括:
LED基板11;
透镜区和硅胶层,依次交叉设置于所述LED基板11上。
在本发明的一个实施例中,所述透镜区和硅胶层包括:
第一透镜层12,设置于所述LED基板11上;
第一硅胶层13,设置于所述第一透镜层12上;
第二透镜层14,设置于所述第一硅胶层13上;
第二硅胶层15,设置于所述第二透镜层14上。
在本发明的一个实施例中,所述第一透镜层12和所述第一硅胶层13不含荧光粉;所述第二透镜层14和所述第二硅胶层15均含有黄色荧光粉。
在本发明的一个实施例中,所述第一硅胶层13的折射率小于所述第二硅胶层15和所述第一透镜层12的折射率,所述第二透镜层14的折射率大于所述第一硅胶层13和所述第二硅胶层15的折射率。
在本发明的一个实施例中,在所述第二硅胶层之上还包括第三透镜层16和第三硅胶层17;其中,所述第三透镜层16和所述第三硅胶层17均含有黄色荧光粉。
在本发明的一个实施例中,在所述第三硅胶层之上还包括第四透镜层18和第四硅胶层19;其中,所述第四透镜层18和所述第四硅胶层19均含有黄色荧光粉。
在本发明的一个实施例中,所述LED基板11包括铝材料散热基板和LED芯片,其中,所述LED芯片设置于所述散热基板上。
在本发明的一个实施例中,所述LED芯片为蓝光LED芯片,包括:蓝宝石衬底和依次层叠于所述蓝宝石衬底上的GaN稳定层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱结构、P型AlGaN阻挡层以及P型GaN层;以及,设置于所述P型GaN层表面的正电极和设置于所述N型GaN层表面的负电极。
在本发明的一个实施例中,所述散热基板设置有若干圆槽;其中,所述圆槽沿所述散热基板宽度方向且与所述散热基板平面平行。
在本发明的一个实施例中,所述圆槽的厚度为0.5-10毫米,直径为0.3-2毫米、圆槽之间的间距为0.5-10毫米。
在本发明的一个实施例中,所述透镜区均包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶半球。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提供的LED封装结构,其散热基板上采用中间通孔的方式,在强度几乎没有变化的同时,降低了散热基板成本,同时,增加空气流通的通道,利用空气的热对流,增加了散热效果。
2、本发明提供的LED封装结构,在光源上采用第一透镜层、第一硅胶层、第二透镜层及第二硅胶层的多层结构;利用多层结构中不同种类硅胶折射率不同的特点,在硅胶中形成透镜,改善LED芯片发光分散的问题,使光源发出的光能够更加集中;同时,可以保证LED芯片的能够更多的透过封装材料照射出去。
3、本发明提供的硅胶半球可以呈矩形均匀排列,或者菱形排列。可以保证光源的光线在集中区均匀分布。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
通过以下参考附图的详细说明,本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道,该附图仅仅为解释的目的设计,而不是作为本发明的范围的限定,这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道,除非另外指出,不必要依比例绘制附图,它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
图1为本发明一实施例提供的LED封装结构流程示意图;
图2为本发明一实施例提供的LED芯片的结构示意图;
图3为本发明一实施例提供的LED封装的散热基板示意图;
图4为本发明另一实施例提供的三层透镜LED封装结构示意图;
图5为本发明再一实施例提供的四层透镜LED封装结构示意图;
图6为本发明又一实施例提供的LED封装方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1,图1为本发明一实施例提供的LED封装结构示意图,包括:
LED基板11;
透镜区和硅胶层,依次交叉设置于所述LED基板11上。
具体地,所述透镜区和硅胶层包括:
第一透镜层12,设置于所述LED基板11上;
第一硅胶层13,设置于所述第一透镜层12上;
第二透镜层14,设置于所述第一硅胶层13上;
第二硅胶层15,设置于所述第二透镜层14上。
优选地,所述第一透镜层12和所述第一硅胶层13不含荧光粉;所述第二透镜层14和所述第二硅胶层15均含有黄色荧光粉。
具体地,所述第一硅胶层13的折射率小于所述第二硅胶层15和所述第一透镜层12的折射率,所述第二透镜层14的折射率大于所述第一硅胶层13和所述第二硅胶层15的折射率。
优选地,所述LED基板11包括铝材料散热基板和LED芯片,其中,所述LED芯片设置于所述散热基板上。
优选地,第一透镜层12和第二透镜层14均采用聚碳酸脂或聚甲基丙烯酸甲脂或玻璃等材料;第一硅胶层13可以采用改性环氧树脂或有机硅材料等;第二硅胶层15优选采用甲基折光率为1.41的硅橡胶、苯基高折射率(例如1.54)的有机硅橡胶等。
进一步地,在该LED封装结构中第一透镜层12可以看作为“平凸镜”,其焦距优选为满足公式①:
R1/(n2-n1);------------①
其中,n1为第一硅胶层13中硅胶的折射率,n2为形成第一透镜层12的硅胶材料的折射率,R1为第一透镜层12中硅胶球的半径;
第二透镜层14焦距优选为满足公式②:
R2/(n4-n3);------------②
其中,n3为第二硅胶层15中硅胶的折射率,n4为形成第二透镜层14的硅胶材料的折射率,R2为第二透镜层14中硅胶球的半径。这样才能很好地保证LED的出光率最高。
另外,通过实验证明,出光率最优的LED的其他参数还包括:
第一硅胶层13的厚度H1应满足公式③:
R1/2+2×R1/(n2-n1)≥H1≥R1/2;----------------③
其中,H1为第一硅胶层13的厚度;
第二硅胶层15的厚度应满足公式④:
R2/2+2×R2/(n4-n3)≥H2≥R2/2;----------------④
其中,H2为第二硅胶层15的厚度。当然,第一硅胶层13和第二硅胶层15的厚度也不能太厚,太厚也会影响其出光率。
优选地,R1=R2=R,且R优选为5μm~100μm,且球间距A优选为5μm~100μm。LED基板11的宽度优选为:W=5mil(1mil=1/45mm),其厚度D优选为90μm~140μm。
其中,在光源上采用多层结构的透镜层和硅胶层;利用多层结构中不同种类硅胶折射率不同的特点,在硅胶中形成透镜,改善LED芯片发光分散的问题,使光源发出的光能够更加集中。
具体地,请参见图2,图2为本发明一实施例提供的LED芯片的结构示意图,所述LED芯片为蓝光LED芯片,包括:蓝宝石衬底101和依次层叠于所述蓝宝石衬底上的GaN稳定层102、GaN缓冲层103、N型GaN层104、InGaN/GaN多量子阱结构105、P型AlGaN阻挡层106以及P型GaN层107。
进一步地,所述LED芯片还包括正电极108和负电极109,其中,所述正电极设置于所述P型GaN层107表面上,所述负电极109设置于所述N型GaN层104表面上。
优选地,请参见图3,图3为本发明一实施例提供的LED封装的散热基板示意图,所述散热基板设置有若干圆槽;其中,所述圆槽沿所述散热基板宽度方向且与所述散热基板平面平行。
其中,所述散热基板厚度为0.5-10毫米,所述圆槽的直径为0.3-2毫米、圆槽之间的间距为0.5-10毫米。
优选地,所述透镜区均包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶半球。
本实施例提供的LED封装结构及其方法,采用散热基板上采用具有圆槽的厚铝材料散热基板,解决了由于金属散热基板较薄、热容较小,而且容易变形,导致其与散热片底面接触不够紧密而影响散热效果的问题;采用厚铝材基板热容大,导热效果好;厚铝材基板,不容易变形,与散热装置接触紧密,散热效果好;同时,采用圆槽的方式,在强度几乎没有变化的同时,降低了铝材成本;采用圆槽的方式,增加空气流通的通道,利用空气的热对流,增加了散热效果。
实施例二
进一步地,请参照图4,图4为本发明另一实施例提供的三层透镜LED封装结构示意图,在上述实施例的基础上,LED封装结构在第二硅胶层15之上还包括第三透镜层16和第三硅胶层17。
优选地,第一透镜层12、第二透镜层14和第三透镜层16包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶半球。
实施例三
进一步地,请参照图5,图5为本发明再一实施例提供的四层透镜LED封装结构示意图,在上述实施例的基础上,LED封装结构在第三硅胶层17之上还包括第四透镜层18和第四硅胶层19。
优选地,第一透镜层12、第二透镜层14、第三透镜层16和第四透镜层18包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶半球。
实施例四
请参照图6,图6为本发明又一实施例提供的LED封装方法流程图,本实施例在上述实施例的基础上,对本发明的LED封装方法进行详细描述如下。具体地,包括如下步骤:
S21、选取LED芯片;
S22、选取散热基板和支架;
S23、将所述LED芯片焊接于所述散热基板;
S24、在所述LED芯片上依次交叉制备多个透镜区和硅胶层;
S25、在100-150℃温度下,烘烤4-12小时以完成所述LED封装。
其中,在多个透镜区和硅胶层的多层结构中硅胶层的折射率依次增加,可以有效抑制光线的全反射,透镜层的折射率大于其相邻硅胶层的折射率,可以保证LED芯片的能够更多的透过封装材料照射出去。
具体地,所述LED芯片为蓝光LED芯片。
具体地,步骤S22可以包括:
S221、选取支架和散热基板;
S222、清洗所述支架和所述散热基板;
S223、将所述支架和所述散热基板烘烤干。
优选地,所述散热基板采用带有圆槽的铁材料;
其中,采用圆槽的方式,在强度几乎没有变化的同时,降低了散热基板成本;同时增加空气流通的通道,利用烟囱效应提升空气的热对流速率,增加了散热效果。
具体地,步骤S23可以包括:
S231、印刷焊料并检验所述焊料的固晶:
S232、采用回流焊接工艺,将所述LED芯片焊接于所述散热基板,并将所述散热基板安装于所述支架。
具体地,步骤S24可以包括:
S241、在所述LED芯片上制备第一透镜层;
S242、在所述第一透镜层上涂敷第一硅胶形成第一硅胶层;
S243、在所述第一硅胶层上制备第二透镜层;
S244、在所述第二透镜层上涂敷第二硅胶形成第二硅胶层。
优选地,所述第一透镜层不含荧光粉,所述第一硅胶层、所述第二透镜层和所述第二硅胶层均含有黄色荧光粉。
进一步地,在步骤S244之后还可以包括:
S245、在所述第二硅胶层上制备第三透镜层;
S246、在所述第三透镜层上涂敷第三硅胶形成第三硅胶层。
优选地,所述第三透镜层和所述第三硅胶层均含有黄色荧光粉。
优选地,在步骤S246之后还可以包括:
S247、在所述第三硅胶层上制备第四透镜层;
S248、在所述第四透镜层上涂敷第四硅胶形成第四硅胶层。
优选地,所述第四透镜层和所述第四硅胶层均含有黄色荧光粉。
优选地,步骤S241可以包括:
S2411、在所述LED芯片上涂敷第五硅胶;
S2412、利用半球形模具在所述第五硅胶上制备若干第一半球形透镜;
S2413、带模具烘烤后去掉模具形成所述第一透镜层。
优选地,步骤S242可以包括:
S2421、在所述第一透镜层上涂敷所述第一硅胶;
S2422、烘烤后形成所述第一硅胶层;
进一步地,步骤S243可以包括:
S2431、在所述LED芯片上涂敷第六硅胶;
S2432、利用半球形模具在所述第六硅胶上制备若干第二半球形透镜;
S2433、带模具烘烤后去掉模具形成所述第二透镜层具。
优选地,当所述第二硅胶层为LED封装结构的最外层时,步骤S244可以包括:
S2441、在所述第二透镜层上涂敷所述第二硅胶;
S2442、采用半球形模具在所述第二硅胶上形成外层半球;
S2443、带模具烘烤后去掉模具形成所述第二硅胶层。
优选地,当所述第三硅胶层为LED封装结构的最外层时,步骤S246可以包括:
S2461、在所述第二硅胶层和所述第三透镜层上涂敷所述第三硅胶;
S2462、采用半球形模具在所述第三硅胶上形成外层半球;
S2463、带模具烘烤后去掉模具形成所述第三硅胶层。
优选地,当所述第四硅胶层为LED封装结构的最外层时,步骤S248可以包括:
S2481、在所述第三硅胶层和所述第四透镜层上涂敷所述第四硅胶;
S2482、采用半球形模具在所述第四硅胶上形成外层半球;
S2483、带模具烘烤后去掉模具形成所述第四硅胶层。
具体地,步骤S25之后还包括:对所述LED封装结构进行检测包装。
综上所述,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制,本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (10)
1.一种LED封装结构,其特征在于,包括:
LED基板(11);
透镜区和硅胶层,依次交叉设置于所述LED基板(11)上。
2.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述透镜区和硅胶层包括:
第一透镜层(12),设置于所述LED基板(11)上;
第一硅胶层(13),设置于所述第一透镜层(12)上;
第二透镜层(14),设置于所述第一硅胶层(13)上;
第二硅胶层(15),设置于所述第二透镜层(14)上。
3.根据权利要求2所述的封装结构,其特征在于,所述第一透镜层(12)和所述第一硅胶层(13)不含荧光粉;所述第二透镜层(14)和所述第二硅胶层(15)均含有黄色荧光粉。
4.根据权利要求2所述的封装结构,其特征在于,所述第一硅胶层(13)的折射率小于所述第二硅胶层(15)和所述第一透镜层(12)的折射率,所述第二透镜层(14)的折射率大于所述第一硅胶层(13)和所述第二硅胶层(15)的折射率。
5.根据权利要求2所述的封装结构,其特征在于,在所述第二硅胶层之上还包括第三透镜层(16)和第三硅胶层(17);其中,所述第三透镜层(16)和所述第三硅胶层(17)均含有黄色荧光粉。
6.根据权利要求5所述的封装结构,其特征在于,在所述第三硅胶层(17)之上还包括第四透镜层(18)和第四硅胶层(19);其中,所述第四透镜层(18)和所述第四硅胶层(19)均含有黄色荧光粉。
7.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述LED基板(11)包括铝材料散热基板和LED芯片,其中,所述LED芯片设置于所述散热基板上。
8.根据权利要求7所述的封装结构,其特征在于,所述LED芯片为蓝光LED芯片且包括:蓝宝石衬底和依次层叠于所述蓝宝石衬底上的GaN稳定层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱结构、P型AlGaN阻挡层以及P型GaN层;以及,设置于所述P型GaN层表面的正电极和设置于所述N型GaN层表面的负电极。
9.根据权利要求7所述的封装结构,其特征在于,所述散热基板设置有若干圆槽;其中,所述圆槽沿所述散热基板宽度方向且与所述散热基板平面平行。
10.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述透镜区均包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶半球。
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