專利名稱：一種改善大功率led光斑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED(Light-Emitting Diode,發(fā)光二極管),尤其涉及一種改善大功率LED光斑的LED封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
利用熒光粉轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)LED發(fā)出白光是目前研究得最多最熱的一種方法。在實(shí)現(xiàn)LED發(fā)出白光過(guò)程中，熒光材料(熒光粉)覆蓋LED的封裝結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)則是白光LED制成的關(guān)鍵核心。例如，對(duì)于用于照明領(lǐng)域的功率型白光LED，其色溫與色度的空間分布均勻性是產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)。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?？梢?jiàn)，對(duì)于白光LED，出射白光光斑均勻性研究與改善是一個(gè)重要課題。現(xiàn)有對(duì)改善光斑的方法，基本上是從熒光膠工藝方面著手，例如申請(qǐng)日為2011. 12. 28、申請(qǐng)?zhí)枮?01110445591. X的發(fā)明專利，公開(kāi)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，并選擇粒徑17-19um和粒徑4-5um的熒光粉相互搭配；步驟2 :點(diǎn)膠用黃色熒光膠點(diǎn)成半球形結(jié)構(gòu)，與透鏡成近似平行的兩個(gè)面。上述方法通過(guò)選擇粒徑17-19um和粒徑4-5um的熒光粉相互搭配，有效提高了光通量，且將黃色熒光膠點(diǎn)成半球形結(jié)構(gòu)，增大了發(fā)光區(qū)域。上述專利對(duì)光斑的改善有一定的效果，但無(wú)法消除LED的邊緣黃斑現(xiàn)象，因?yàn)檫吘夵S斑現(xiàn)象是由于LED的邊緣藍(lán)光出射少，而熒光粉發(fā)出的黃光出射多造成的。另外也有在熒光膠中加入擴(kuò)散粉來(lái)緩解光斑的問(wèn)題，但是由于光無(wú)法通過(guò)擴(kuò)散粉，光在擴(kuò)散粉的表面發(fā)生漫反射，則會(huì)降低光通量。因此，一專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910251589. I的發(fā)明專利，公開(kāi)了一種LED熒光膠，該發(fā)明是通過(guò)擴(kuò)散粉和增白粉的結(jié)合，來(lái)提升擴(kuò)散性并利于光體的折射。其中，擴(kuò)散粉是以內(nèi)徑小于5微米的可融性TO粉，將該擴(kuò)散粉充分混合于硅膠以提升擴(kuò)散性，達(dá)到光斑擴(kuò)散，提升其一致性。增白粉是由菱形體SiO2與Al2O3結(jié)合形成的，增白粉可于混合體中形成一面堅(jiān)實(shí)的屏障，以便于光體的折射。該專利中，需要將擴(kuò)散粉和增白粉結(jié)合使用才能達(dá)到緩解光斑的效果。且SiO2的折射率約為I. 55，經(jīng)過(guò)其折射后再經(jīng)過(guò)Al2O3粉劑(金屬球形顆粒)的金屬表面反射，使得光得以擴(kuò)散，因此需要SiO2和Al2O3搭配使用；另外，Al2O3易受粉塵污染不易儲(chǔ)存，需要即取即用，因此工藝復(fù)雜，制備不易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種改善大功率LED光斑的方法，通過(guò)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(wèn)題，解決邊緣黃斑問(wèn)題，同時(shí)簡(jiǎn)化工藝，使得制備變得簡(jiǎn)單。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種改善大功率LED光斑的方法，在LED封裝結(jié)構(gòu)中的硅膠層和/或熒光膠層內(nèi)均勻分布多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，所述透明顆粒占填充膠的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透明顆粒占填充膠的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明顆粒占填充膠的O. 2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明顆粒占填充膠的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透明顆粒是大于8面的多面體形狀(例如六棱柱、七棱維、七棱柱、八棱柱等等)。其中LED封裝結(jié)構(gòu)包括LED芯片、支架、熒光膠層、光學(xué)透鏡，以及硅膠層。其中，硅膠層和/或熒光膠層均勻分布了多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒。支架上設(shè)有放置LED芯片的杯碗、將LED芯片的正負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線引出的正導(dǎo)電腳和負(fù)導(dǎo)電腳、以及包覆上述正導(dǎo)電腳和負(fù)導(dǎo)電腳的基座；所述LED芯片放置于所述支架的杯碗內(nèi)，所述熒光膠層完全覆蓋所述LED芯片，所述硅膠層位于熒光膠層和光學(xué)透鏡之間。通過(guò)在原有的LED封裝結(jié)構(gòu)中的填充膠散布多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，改善大功率LED光斑現(xiàn)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?！さ恼凵渎蕿镮. 5872，根據(jù)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硅膠層的填充膠折射率(I. 4)以及熒光膠折射率(I. 5)接近，膨脹系數(shù)接近，且三個(gè)混合顆粒的結(jié)合，使得光線在不同折射率顆粒間相互折射，其擴(kuò)散性更好。具體的，光線經(jīng)過(guò)折射率較小的凹透鏡形狀的PMMA透明顆粒時(shí)，由光學(xué)原理，光線折射范圍有限；光線經(jīng)過(guò)折射率較大的3至8面體形狀的SiO2透明顆粒時(shí)，光線折射范圍擴(kuò)大；光線經(jīng)過(guò)折射率更大的大于8面的多面體形狀的PC透明顆粒時(shí)，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(guò)上述三種透明顆粒的結(jié)合，使得光線均勻擴(kuò)散效果最好，且光線損失最小。當(dāng)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(guò)在上述硅膠層和/或熒光膠層散布有多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，可改變光的行進(jìn)路線，使光均勻分散。作為更進(jìn)一步的技術(shù)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(guò)激光切割實(shí)現(xiàn)，也可用氫氟酸腐蝕的方法實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明，選擇該直徑范圍的透明顆粒，使得光的擴(kuò)散最為均勻。作為更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述光學(xué)玻璃的出光面是粗糙的。該粗糙的出光面具體是若干個(gè)半球形突起形成。這樣，經(jīng)過(guò)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(shí)由于全反射主要是發(fā)生在LED芯片的邊緣位置(光的入射角大造成的)，減少全反射的同時(shí)亦可以減少光斑的產(chǎn)生。本發(fā)明采用上述方案，LED芯片發(fā)出的光可穿過(guò)透明顆粒，出光率高，對(duì)光通量影響小，同時(shí)，由于透明顆粒和硅膠層的填充膠之間存在折射率差異(以及透明顆粒和熒光膠層的熒光膠之間存在折射率差異)，光在通過(guò)兩者的界面時(shí)發(fā)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(lán)光和被激發(fā)后的熒光粉所發(fā)出的光在LED各個(gè)發(fā)光角度均勻混合，有效的增加了藍(lán)光在LED邊緣的出射率，從而解決了邊緣黃斑問(wèn)題。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施例的支架結(jié)構(gòu)示意圖(含LED芯片)。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)透鏡的剖面示意圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)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(fā)明的實(shí)施例的三棱錐形狀的透明顆粒改變光線路徑的示意圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的八面體形狀的透明顆粒的截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的一種改善大功率LED光斑的方法，其通過(guò)現(xiàn)有的LED封裝結(jié)構(gòu)中的硅膠層和/或熒光膠層內(nèi)均勻散布多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述透明顆粒占填充膠的2%-10%重量比。那么填充膠占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透明顆粒和大于8面的多面體形狀的PC透明顆粒的混合顆粒；所述SiO2透明顆粒占填充膠的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明顆粒占填充膠的
O.2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明顆粒占填充膠的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(guò)在硅膠層和/或熒光膠層散布有上述多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，可改變光的行進(jìn)路線，使光均勻分散。作為一個(gè)具體實(shí)施例，如圖I-圖3所示，該LED封裝結(jié)構(gòu)包括LED芯片I、支架2、熒光膠層5、光學(xué)透鏡4、以及由分布了多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒的填充膠組成的硅膠層3。支架2上設(shè)有放置LED芯片I的杯碗、將LED芯片I的正負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線13引出的正導(dǎo)電腳11和負(fù)導(dǎo)電腳12、以及包覆上述正導(dǎo)電腳11和負(fù)導(dǎo)電腳12的基座14 ;所述LED芯片I放置于所述支架2的杯碗內(nèi)，所述熒光膠層5完全覆蓋所述LED芯片I，所述硅膠層3位于熒光膠層5和光學(xué)透鏡4之間。所述支架2上還設(shè)有通孔16，用于注入填充膠。其中，所述硅膠層3包括填充膠，填充膠內(nèi)均勻分布有多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，本實(shí)施例中，選取SiO2透明顆粒占填充膠的2%重量比，所述PC透明顆粒占填充膠的I. 5%重量比，所述PMMA透明顆粒占填充膠的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硅膠層的填充膠折射率接近，膨脹系數(shù)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，由于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)均略高于填充膠的折射率(一般為I. 4)，光線在通過(guò)透明顆粒和填充膠兩者之間的界面時(shí)，光線發(fā)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(jù)折射定律，光在凹透鏡形狀的透明顆粒介質(zhì)中角度小，在硅膠介質(zhì)中的角度大。平行光線通過(guò)凹透鏡形狀的透明顆粒后，光線向各個(gè)方向發(fā)散。光線再經(jīng)過(guò)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于8面的多面體形狀的PC透明顆粒等一定數(shù)量的透明顆粒后，經(jīng)過(guò)多次的發(fā)散作用后，發(fā)散角度變得更大，光在各個(gè)角度達(dá)到均勻分布的效果。因此，通過(guò)本發(fā)明可以獲得一種均勻發(fā)光的LED。圖5為三棱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(xué)玻璃的出光面是粗糙的。該粗糙的出光面具體是若干個(gè)半球形突起形 成。該粗糙的出光面可以由光刻實(shí)現(xiàn)或者模具實(shí)現(xiàn)。這樣，經(jīng)過(guò)該粗糙面，光的出射角度更大，減少光的全反射。
為了檢驗(yàn)LED出射光斑的光學(xué)一致性，任意選取5個(gè)樣品，通過(guò)9點(diǎn)法測(cè)得每個(gè)LED的色坐標(biāo)空間分布值，根據(jù)公式計(jì)算其色坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差及主波長(zhǎng)分布，結(jié)果如下表所示
權(quán)利要求
1.一種改善大功率LED光斑的方法，其特征在于在LED封裝結(jié)構(gòu)中的硅膠層和/或熒光膠層內(nèi)均勻分布多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，所述透明顆粒占填充膠的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透明顆粒和大于8面的多面體形狀的PC透明顆粒的混合顆粒；所述SiO2透明顆粒占填充膠的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明顆粒占填充膠的O. 2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明顆粒占填充膠的I.2%-6. 3% 重量比; 所述LED封裝結(jié)構(gòu)包括LED芯片、支架、熒光膠層、光學(xué)透鏡以及硅膠層；支架上設(shè)有放置LED芯片的杯碗、將LED芯片的正負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線引出的正導(dǎo)電腳和負(fù)導(dǎo)電腳、以及包覆上述正導(dǎo)電腳和負(fù)導(dǎo)電腳的基座；LED芯片放置于所述支架的杯碗內(nèi)，熒光膠層完全覆蓋所述LED芯片,所述娃膠層位于突光膠層和光學(xué)透鏡之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善大功率LED光斑的方法，其特征在于所述透明顆粒的最大直徑為100-500um。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善大功率LED光斑的方法,其特征在于所述光學(xué)玻璃的出光面是粗糙的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種改善大功率LED光斑的方法，其特征在于該粗糙的出光面具體是若干個(gè)半球形突起形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED，尤其涉及一種改善大功率LED光斑的LED封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一種改善大功率LED光斑的方法，在LED封裝結(jié)構(gòu)中的填充膠內(nèi)均勻分布多面體結(jié)構(gòu)的透明顆粒，所述透明顆粒占填充膠的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透明顆粒和大于8面的多面體形狀的PC透明顆粒的混合顆粒;所述SiO2透明顆粒占填充膠的0.6%-3.7%重量比,所述PC透明顆粒占填充膠的0.2%-2.3%重量比,所述PMMA透明顆粒占填充膠的1.2%-6.3%重量比;。本發(fā)明應(yīng)用于改善大功率LED的光斑。
文檔編號(hào)H01L33/58GK102945919SQ201210403009
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者蘇水源 申請(qǐng)人:廈門多彩光電子科技有限公司