CN101246945A - 一种边发射型led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边发射型LED的封装结构，包括LED芯片、基座、旋转抛物面的反光碗、透明介质支撑结构、锥顶角为θ的倒圆锥形结构、倒圆锥形结构表面的反光层，其中：所述旋转抛物面的反光碗位于基座内，所述LED芯片固定在反光碗底部，所述反光碗内填充树脂，所述锥顶角为θ的倒圆锥形结构通过透明介质支撑结构连接在树脂表面。本发明采用全反射及镜面反射相结合的技术方案，实现了对光强角分布的控制，能够通过改变圆锥形反射面的锥顶角实现对光强角分布的控制。
Description
技术领域
本发明是涉及LED(发光二极管)封装结构。更具体的说，本发明涉及一种边发射型LED封装结构。
背景技术
LED作为一种发光的光源，具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、寿命长、光色纯以及环保等诸多优点。目前，白光LED已经广泛用在各个领域，具有巨大的市场前景。图1所示为LED芯片1的光强分布，LED所发出的光按LED表面法线方向2呈近似的朗伯型分布3。图2所示为传统LED的封装方式，包括LED的半球型透镜结构5、基座6，这种封装结构使LED发出的光沿着LED表面法线方向2汇聚起来，从而使得多数的光沿法线方向分布4，只有少数的光从其侧面出射。
随着LED在各个领域的广泛应用，为了满足一些特殊照明的需求，出现了边反射型LED封装方式，这种封装方式将LED发出的光导向垂直于LED表面法线方向。
2003年美国Lumileds公司的Robert S.West等人利用透明介质的全发射以及抛物面反射面的光学性质发明了一种边发射型LED的封装结构(参考文献Robert S.West，GaryD.Sasser，James W.Stewart，US Patent 6607286(2003))，随后该公司的Robert S.West等人于2004年将他们先前提出的边发射型LED结构进行了简化(参考文献Robert S.West，Gary D.Sasser，James W.Stewart，US Patent 6679621(2003))。之后2006年台湾的Epistar公司的Min-Hsun Hsieh等人也利用透明介质的全反射提出一种边发射型LED的封装结构(参考文献Min-Hsun Hsieh，Chou-Chih Yin，US Patent 7142769(2006))。另外，2007年，美国Illmination Management Solution公司的Greg Rhoads等人利用抛物面反光面及倒锥形结构反光面的性质提出一种边发射型的LED封装结构(参考文献GregRhoads，Garrison Holder，US Patent 7246917(2006))。
美国Lumileds公司的两项专利和台湾Epistar公司的专利由于多采用全反射的原理，其光强角分布的峰值角度不易控制；而美国Illumination Management Solution公司的专利利用支架将LED固定在抛物面焦点处，其结构比较复杂。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足之处，提供了一种边发射型LED的结构，同时该结构实现了对边发射型LED光强角分布峰值角度的控制。
本发明的技术方案是：
一种边发射型LED的封装结构，包括LED芯片、基座、旋转抛物面的反光碗、透明介质支撑结构、锥顶角为θ的倒圆锥形结构、倒圆锥形结构表面的反光层，其中：
所述旋转抛物面的反光碗位于基座内，所述LED芯片固定在反光碗底部，所述反光碗内填充树脂，所述锥顶角为θ的倒圆锥形结构通过透明介质支撑结构连接在树脂表面。
所述LED芯片为单色LED芯片或者蓝光LED芯片或者红绿蓝三基色LED芯片阵列。
所述LED芯片正面中心与旋转抛物面焦点关于树脂表面镜面对称。
所述透明介质支撑结构为树脂或者玻璃。
所述透明介质支撑结构用胶水粘贴在填充树脂的表面中心位置。
所述透明介质支撑结构上有与椎顶角θ配合的凹槽。
与现有技术相比，本发明采用全反射及镜面反射相结合的技术方案，实现了对光强角分布的控制，能够通过改变圆锥形反射面的锥顶角实现对光强角分布的控制。
附图说明
图1是LED芯片的光强角分布示意图
图2是传统封装的LED光强角分布示意图
图3是本发明中LED封装剖面的示意图
图4是本发明中所设计的LED光路图
图5是本发明中封装后的光强分布示意图
图6是单颗LED封装剖面的示意图(锥顶角为90°)
图7是白光LED封装剖面的示意图(锥顶角为90°)
图8是RGB三基色LED封装剖面的示意图(锥顶角为90°)
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图3所示，本发明主要由LED芯片1、基座12、基座内的旋转抛物面的反光碗7、基座内填充的树脂8、透明介质支撑结构9、锥顶角为θ的倒圆锥形结构10、倒圆锥形结构表面的反光层11等部分组成。其中LED正面中心13与旋转抛物面焦点15关于封装树脂表面14对称。
如图4所示，本发明中LED所发出光线分为四个部分考虑。第一部分光线为：LED芯片1发出的光线18，这部分光线首先被圆锥体反光表面11所反射，在透明介质支撑结构表面17处经过一次折射；第二部分光线为：LED芯片发出的光线19，这部分光线首先经过透明介质支撑结构表面17处的折射，然后被圆锥体反光表面11反射；第三部分光线为：LED芯片1发出的光线20，这部分光线首先在封装树脂表面14处经历一次全反射，然后被旋转抛物面反光碗7反射，最后被圆锥体反光表面11反射后出射；第四部分光线为：LED芯片1发出的光线21，这部分光线首先被旋转抛物面反光碗7反射，然后在封装树脂表面14处经过一次折射。其中光线18、光线19及光线20均平行于与LED芯片表面法线方向2呈θ角的方向16出射，这三部分光的光强占LED芯片1所发出光强的大部分；而光线21这部分光的光强只占LED芯片1所发出光强的很小一部分，所以对光强分布影响并不大。
如图5所示，含有锥顶角为θ度的圆锥结构10的封装结构，其光强分布22的峰值在与LED表面法线方向2夹角为θ度的方向16上。通过改变θ角，以及相应的改变透明介质支撑结构，就能够控制光强角分布的光强峰值的角度。
实例一
如图6所示为单颗边发射型LED封装结构，各组成部分分别为：单色LED芯片1、抛物面反光碗7、填充的环氧树脂8(一般是用各种环氧树脂封装)、透明介质支撑结构9(注：可以通过树脂加工成透明介质结构，也可以通过玻璃等其它透明介质)、锥顶角为90°的圆锥结构23、抛物面焦点15。
通过这样封装的LED的光强峰值位置在与LED表面法线方向呈90°的方向上。
本发明的具体工艺步骤为：
1)将LED芯片固定在反光碗底部并用导线(LED工艺中一般使用金线作为电极的导线，从原理上讲只要是导线都可以)将电极引出
2)将透明的环氧树脂填充在抛物面反光碗中直至环氧树脂表面14成为LED芯片表面中心13与抛物面焦点15的对称面为止
3)将环氧树脂固化
4)用透明胶水将支撑结构粘贴在环氧树脂表面中心位置
5)通过透明胶水将锥形反光面固定在支撑结构上。
实例二
如图7所示为白光边发射型LED封装结构，各组成部分分别为：蓝光LED芯片24、抛物面反光碗7、混合有黄光荧光粉的环氧树脂层25、环氧树脂层8、透明介质支撑结构9、锥顶角为90°的圆锥结构23、抛物面焦点15。
通过这样封装的白光LED的光强峰值位置在与LED表面法线方向呈90°的方向上。
本发明的具体工艺步骤为：
1)将蓝光LED芯片固定在反光碗底部并用导线将电极引出
2)将混有黄光荧光粉的环氧树脂灌入抛物面反光碗中，直至没过蓝光LED芯片20微米至200微米为止
3)将混有黄光荧光粉的环氧树脂固化
4)将环氧树脂填充在抛物面反光碗中直至环氧树脂表面成为LED芯片与抛物面焦点的对称面为止
5)将环氧树脂固化
6)用透明胶水将支撑结构粘贴在环氧树脂表面中心位置
7)通过透明胶水将锥形反光面固定在支撑结构上。
实例三
如图8所示为对于RGB(红绿蓝三基色)LED阵列的封装结构，各组成部分分别为：RGB(红绿蓝三基色)LED芯片阵列26、抛物面反光碗7、填充的环氧树脂8、透明介质支撑结构9、锥顶角为90°的圆锥结构23、抛物面焦点15。
通过这样封装的RGB三基色LED的光强峰值位置在与LED表面法线方向呈90°的方向上。
本发明的具体工艺步骤为：
1)将RGB(红绿蓝三基色)LED芯片固定在反光碗底部并用导线将电极引出
2)将透明的环氧树脂填充在抛物面反光碗中直至环氧树脂表面成为LED芯片与抛物面焦点的对称面为止
3)将环氧树脂固化
4)用透明胶水将支撑结构粘贴在环氧树脂表面中心位置
5)通过透明胶水将锥形反光面固定在支撑结构上
Claims (6)
1、一种边发射型LED的封装结构，其特征在于包括LED芯片、基座、旋转抛物面的反光碗、透明介质支撑结构、锥顶角为θ的倒圆锥形结构、倒圆锥形结构表面的反光层，其中：
所述旋转抛物面的反光碗位于基座内，所述LED芯片固定在反光碗底部，所述反光碗内填充树脂，所述锥顶角为θ的倒圆锥形结构通过透明介质支撑结构连接在树脂表面。
2、如权利要求1所述的边发射型LED的封装结构，其特征在于所述LED芯片为单颗LED芯片或者蓝光LED芯片或者红绿蓝三基色LED芯片阵列。
3、如权利要求1所述的边发射型LED的封装结构，其特征在于所述LED芯片正面中心与旋转抛物面焦点关于树脂表面镜面对称。
4、如权利要求1所述的边发射型LED的封装结构，其特征在于所述透明介质支撑结构采用树脂或者玻璃。
5、如权利要求1所述的边发射型LED的封装结构，其特征在于所述透明介质支撑结构用胶水粘贴在填充树脂的表面中心位置。
6、如权利要求1所述的边发射型LED的封装结构，其特征在于所述透明介质支撑结构上有与锥顶角θ配合的凹槽。
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