CN101858556B - 多透镜led集成光源板、专用模具及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成本低、生产效率高、能够提高发光效率和配光精确性的多透镜LED集成光源板及其专用模具和制造方法。光源板包括表面敷设电路连线(2)的导热绝缘基板(1)、LED光源单元(30)，LED光源单元(30)包括若干由多颗LED芯片(3)或由单颗LED芯片(3)构成的LED模组(31)，LED模组(31)出光方向覆有球面透镜(41)，LED光源单元(30)的所有LED模组(31)对应的球面透镜(41)相连成一体构成透镜单元(4)；专用模具包括下模板(6)、上模板(7)、透镜成型模(8)，透镜成型模(8)上设有与LED模组(31)的布局一一对应的球面模头(81)，球面模头(81)相联构成模头单元；制造方法包固晶、合模、灌胶、初烤、脱模、硬化的步骤。

Description

多透镜LED集成光源板、专用模具及制造方法

技术领域

本发明涉及一种多透镜LED集成光源板；另外，本发明还涉及一种制造多透镜LED集成光源板的专用模具；另外，本发明还涉及一种多透镜LED集成光源板的制造方法。

背景技术

LED作为一种新型照明光源以其节能、环保、发光效率高、寿命长等突出优点正越来越广泛地应用在各种场合。采用大功率LED光源应用在灯具中现在已经可以作为路灯、洗墙灯等大型灯具使用。在大功率LED光源中普遍将LED芯片及透镜先封装成直插式灯珠或是贴片式封装，这通常称为第一次光源封装，再将封装好的LED焊接在导热绝缘基板如铝基板、铜基板上形成的一个光源板，称作第二次光源封装，并通过导热绝缘基板进行散热及作为电路连接的基板。由于其必须经过二次光源封装，其工序复杂，成本高，生产效率低；透镜与LED芯片之间的相对位置不好控制，影响配光，导致发光效率降低。

将LED芯片直接焊接或是胶粘在导热绝缘基板或是普通电路板上的技术称作平面集成光源的技术，由于借用一次封装即可形成光源板，所以其成本低、生产效率高，但是目前平面集成光源的技术需要在LED芯片涂上一层硅胶或树脂作为保护层，尚未能在其表面形成有效的球面透镜，充其量仅能形成平面型透镜，其发光效率低，大多数出光全反射进入覆盖在其表面的硅胶或树脂体内，或是向周围散开而无法向前或向上发光，如图1所示。另外，对于球面透镜，如果球面透镜的焦点O在LED芯片发光水平面之下，如图2所示，其出光大多会向周围侧面散发，而无法向上或向前发射，因此出光不理想，称作散光型透镜，故理想的球面透镜其球面焦点O应位于LED芯片发光水平面上，如图3所示，其发光角度虽大，但多向前射出形成大角度透镜，如果球面透镜的焦点O位于LED芯片发光水平面之上，则大多数出光会向前或向上射出形成聚光型透镜，如图4所示。

对于平面集成LED光源，若采用多芯片LED模组或者采用多颗小芯片LED集成块作为光源的单元，目前普遍采用如图5所示的方法，通过一个透镜将单元中的所有LED芯片覆盖，即采用单透镜配多芯片的模式，为了覆盖所有的LED芯片，单透镜的半径变得很大，使得整个透镜的体积较大，材料用量较大，由于透镜的材料采用光学硅胶或树脂，这种材料价格昂贵，使得透镜的成本高，不经济；而且单透镜使得其中各LED芯片的光学中心不一致，透镜配光的精确性受到一定的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、生产效率高、能够提高发光效率和配光精确性的多透镜LED集成光源板。

另外，本发明还提供一种多透镜LED集成光源板的专用模具。

另外，本发明还提供一种多透镜LED集成光源板的制造方法。

本发明的多透镜LED集成光源板所采用的技术方案是：本发明的多透镜LED集成光源板包括表面敷设有电路连线的导热绝缘基板、至少一个LED光源单元，所述LED光源单元包括若干个LED模组，每个所述LED模组由多颗LED芯片集成构成或由单颗LED芯片单独构成，所述LED模组与所述电路连线相电连接，所述电路连线引出正负极端子，每个所述LED模组的出光方向均覆有球面透镜，每个所述LED光源单元的所有所述LED模组对应的所述球面透镜相连成一体构成透镜单元，所述透镜单元采用模具成型灌注固化形成。

所述导热绝缘基板上设有若干用于与成型模具相定位的基板定位孔。

所述导热绝缘基板为金属基板或陶瓷基板或PCB电路板。

所述球面透镜的焦点位于所述LED芯片的出光表面的同一平面内或者位于所述LED芯片的出光表面之上。

所述球面透镜由硅胶或树脂固化形成。

本发明的多透镜LED集成光源板的专用模具所采用的技术方案是：本发明的多透镜LED集成光源板的专用模具包括下模板、上模板、透镜成型模，所述导热绝缘基板定位于所述下模板内，所述导热绝缘基板上依次压盖所述透镜成型模、所述上模板，所述上模板与所述下模板之间通过若干个螺栓与螺母相紧固，所述透镜成型模上设有若干个与所述LED模组的布局一一对应的球面模头，所述球面模头相联构成模头单元，所述模头单元上设有注胶孔、排气孔，所述上模板上设有用于避让所述模头单元空间的让位孔。

所述下模板的侧边设有若干螺栓孔，所述上模板的侧边设有若干螺栓槽。

所述多透镜LED集成光源板的专用模具还包括锁紧块，所述锁紧块上设有偏心孔，所述螺栓依次穿过所述螺栓孔、所述螺栓槽、所述偏心孔后与所述螺母相紧固连接，所述下模板的侧边设有侧沿。

所述导热绝缘基板上设有若干用于与成型模具相定位的基板定位孔，所述下模板上设有若干销孔，所述透镜成型模上设有成型模定位孔，所述定位销依次穿过所述销孔、所述基板定位孔、所述成型模定位孔并与所述上模板相配合定位。

所述透镜成型模采用塑料或金属一体成型制成。

本发明的多透镜LED集成光源板的制造方法所采用的技术方案是：包括以下步骤：

(a)在表面敷设有电路连线的导热绝缘基板上将由多颗LED芯片集成构成或由单颗LED芯片单独构成所述LED模组直接固定在各自独立的散热金属箔片上，通过打线将所述LED模组的正负极与所述电路连线的金属箔片相电连接构成多透镜LED集成光源板，再在所述LED芯片模组上涂覆荧光粉；

(b)将所述多透镜LED集成光源板定位于所述下模板内，并在所述导热绝缘基板上依次压盖所述透镜成型模、所述上模板，并将所述上模板与所述下模板紧固合模；

(c)通过所述注胶孔向各所述球面模头内灌注硅胶或树脂，使其覆盖在各所述LED芯片模组上形成多个联体的小球形胶体；

(d)在80～130℃下对所述球形胶体烘烤15～60分钟，使其表面固化；

(e)脱模，将所述上模板、所述透镜成型模取下，取出所述导热绝缘基板；

(f)将所述导热绝缘基板置于烤箱内烘烤，使所述球形胶体完全硬化固化，形成所述球面透镜及所述透镜单元。

本发明的有益效果是：由于本发明的多透镜LED集成光源板包括表面敷设有电路连线的导热绝缘基板、至少一个LED光源单元，所述LED光源单元包括若干个LED模组，每个所述LED模组由多颗LED芯片集成构成或由单颗LED芯片单独构成，所述LED模组与所述电路连线相电连接，所述电路连线引出正负极端子，每个所述LED模组的出光方向均覆有球面透镜，每个所述LED光源单元的所有所述LED模组对应的所述球面透镜相连成一体构成透镜单元，所述透镜单元采用模具成型灌注固化形成，本发明采用集成电路的制造工艺，在所述导热绝缘基板上同步平面封装所述LED模组，并在各所述LED模组上覆有球面透镜，避免了平面型透镜在发光角度较大时固有的全反射现象，因此提高了光源的发光效率，另外通过模具成型，使得透镜的定位准确，精度高，易于达到设计的配光要求，另外本发明采用所述LED模组及其球面透镜同步封装的方法，在应用于灯具中时，只需模块化直接安装即可，克服了现有技术中单颗LED芯片独立贴片封装成本高、生产效率低的弊端；而且，将每个所述LED光源单元的所有所述LED模组对应的所述球面透镜相连成一体构成透镜单元，在保证覆盖所有的LED芯片的情况下，将大半径大体积的单透镜变为多个小半径的透镜形式，使得整个透镜的体积减少，材料用量减少，节省了价格昂贵的光学硅胶或树脂的用量，使得透镜的成本大大降低，经济性得到明显提升，另外多透镜使得其中各LED芯片的光学中心更加精确，透镜配光的精确性更高，故本发明的多透镜LED集成光源板成本低、生产效率高、能够提高发光效率和配光精确性。

附图说明

图1是LED芯片位于平面透镜内的发光示意图；

图2是LED芯片位于球形透镜的焦点O上方的发光示意图；

图3是LED芯片位于球形透镜的焦点O处的发光示意图；

图4是LED芯片位于球形透镜的焦点O下方的发光示意图；

图5是单透镜配多芯片的模式的结构示意图；

图6是本发明实施例一的多透镜LED集成光源板的专用模具的爆炸结构示意图；

图7是本发明实施例一的多透镜LED集成光源板未灌胶的结构示意图；

图8是图7所示的多透镜LED集成光源板灌胶后的结构示意图；

图9是图8所示多透镜LED集成光源板的N-N断面结构示意图；

图10是本发明实施例一的透镜成型模与多透镜LED集成光源板连接的结构示意图；

图11是图10所示M-M的断面结构示意图；

图12是本发明实施例二的多透镜LED集成光源板未灌胶的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图7～图9所示，本实施例的多透镜LED集成光源板是一种平面LED集成光源板，包括表面敷设有电路连线2的导热绝缘基板1、六个LED光源单元30，所述LED光源单元30包括若干个LED模组31，每个所述LED模组31由单颗LED芯片3单独构成，所述LED模组31与所述电路连线2相电连接，所述电路连线2引出正负极端子5，当然，LED照明电路还可能包括其他必要的电子元件及模块，在此不予赘述，每个所述LED模组31的出光方向均覆有球面透镜41，即每个所述LED芯片3的出光方向均覆有球面透镜41，每个所述LED光源单元30的所有所述LED模组31对应的所述球面透镜41相连成一体构成透镜单元4，所述透镜单元4采用模具成型灌注固化形成，所述导热绝缘基板1上设有若干用于与成型模具相定位的基板定位孔11，所述导热绝缘基板1为铝基板，当然也可以采用铜基板等金属基板或Al₂O₃、AlN等陶瓷基板或PCB电路板或其它导热绝缘基板，所述球面透镜41的焦点位于所述LED芯片3的出光表面的同一平面内，如图3所示，此时LED芯片发出的光都能有效射出，不会有全反射现象，是一种大角度透镜的配光设计，此时光源的发光效率最高，当然所述球面透镜41的焦点也可以位于所述LED芯片3的出光表面之上，如图4所示，此时LED芯片发出的光能有效发散出来，并且缩小了发光角度，以达到聚光的效果，是一种聚光型透镜的配光设计，所述球面透镜4由硅胶或树脂固化形成。

如图6、图10、图11所示，本实施例的多透镜LED集成光源板的专用模具包括下模板6、上模板7、透镜成型模8、锁紧块110，所述导热绝缘基板1定位于所述下模板6内，所述导热绝缘基板1上依次压盖所述透镜成型模8、所述上模板7，所述上模板7与所述下模板6之间通过若干个螺栓9与螺母10相紧固，所述透镜成型模8上设有若干个与所述LED模组31的布局一一对应的球面模头81，所述球面模头81相联构成模头单元，所述模头单元上设有注胶孔83、排气孔84，所述注胶孔83注胶时，所述排气孔84将所述模头单元内的空气排出，所述透镜成型模8采用塑料一体成型制成，其成本低、效率高，当然所述透镜成型模8也可以采用金属一体成型制成，所述上模板7上设有用于避让所述模头单元空间的让位孔73，所述下模板6的侧边设有若干螺栓孔61，所述上模板7的侧边设有若干螺栓槽71，所述锁紧块110上设有偏心孔111，使得所述锁紧块110远离所述偏心孔111的一端在转动到与所述上模板7重合时锁紧所述上模板7，在转动到所述上模板7外部时，所述上模板7容易取下，所述螺栓9依次穿过所述螺栓孔61、所述螺栓槽71、所述偏心孔111后与所述螺母10相紧固连接，所述下模板6的侧边设有侧沿63，用于将所述导热绝缘基板1包围，所述导热绝缘基板1上设有若干用于与成型模具相定位的基板定位孔11，所述下模板6上设有若干销孔62，所述透镜成型模8上设有成型模定位孔82，所述定位销60依次穿过所述销孔62、所述基板定位孔11、所述成型模定位孔82并与所述上模板7相配合定位，使得所述导热绝缘基板1与所述透镜成型模8之间定位准确，形成的所述球面透镜41与所述LED芯片3之间相对位置符合配光的精度要求，配光准确性好。

本实施例的多透镜LED集成光源板的制造方法包括以下步骤：

(a)在表面敷设有电路连线2的导热绝缘基板1上将若干个LED芯片3直接固定在各自独立的散热金属箔片上，通过打线将若干个所述LED芯片3的正负极与所述电路连线2的金属箔片相电连接构成多透镜LED集成光源板，再在所述LED芯片3上涂覆荧光粉；

(b)将所述多透镜LED集成光源板定位于所述下模板6内，并在所述导热绝缘基板1上依次压盖所述透镜成型模8、所述上模板7，并将所述上模板7与所述下模板6紧固合模；

(c)通过所述注胶孔83向各所述球面模头81内灌注硅胶或树脂，使其覆盖在各所述LED芯片3上形成多个联体的小球形胶体；

(d)在80～130℃下对所述球形胶体烘烤15～60分钟，使其表面固化；

(e)脱模，将所述上模板7、所述透镜成型模8取下，取出所述导热绝缘基板1；

(f)将所述导热绝缘基板1置于烤箱内烘烤，使所述球形胶体完全硬化固化，形成所述球面透镜41及所述透镜单元4。

实施例二：

如图12所示，本实施例的多透镜LED集成光源板与实施例一的区别在于：本实施例中每个所述LED模组31由多颗LED芯片3集成构成，即用多个功率较小的LED芯片通过串、并联组合代替一个功率较大的LED芯片，使得光源的效率更高，同时用一个球面透镜41覆盖一个所述LED模组31。同理，本实施例的多透镜LED集成光源板的制造方法只是将实施例一中的单颗所述LED芯片3用由多颗LED芯片3构成的所述LED模组31代替，其余均相同。

本发明采用集成电路的制造工艺，在所述导热绝缘基板1上同步平面封装所述LED模组31，并在各所述LED模组31上覆有球面透镜，避免了平面型透镜在发光角度较大时固有的全反射现象，因此提高了光源的发光效率，另外通过模具成型，使得透镜的定位准确，精度高，易于达到设计的配光要求，另外本发明采用所述LED模组31及其球面透镜41同步封装的方法，在应用于灯具中时，只需模块化直接安装即可，克服了现有技术中单颗LED芯片独立贴片封装成本高、生产效率低的弊端；而且，将每个所述LED光源单元30的所有所述LED模组31对应的所述球面透镜41相连成一体构成透镜单元4，在保证覆盖所有的LED芯片的情况下，将大半径大体积的单透镜变为多个小半径的透镜形式，使得整个透镜的体积减少，材料用量减少，节省了价格昂贵的光学硅胶或树脂的用量，使得透镜的成本大大降低，经济性得到明显提升，另外多透镜使得其中各LED芯片的光学中心更加精确，透镜配光的精确性更高，因此本发明的多透镜LED集成光源板成本低、生产效率高、能够提高发光效率和配光精确性。

本发明可广泛应用于LED光源领域。

Claims (7)

1.一种制造多透镜LED集成光源板的专用模具，所述多透镜LED集成光源板包括表面敷设有电路连线(2)的导热绝缘基板(1)、至少一个LED光源单元(30)，所述LED光源单元(30)包括若干个LED模组(31)，每个所述LED模组(31)由多颗LED芯片(3)集成构成或由单颗LED芯片(3)单独构成，所述LED模组(31)与所述电路连线(2)相电连接，所述电路连线(2)引出正负极端子(5)，每个所述LED模组(31)的出光方向均覆有球面透镜(41)，每个所述LED光源单元(30)的所有所述LED模组(31)对应的所述球面透镜(41)相连成一体构成透镜单元(4)，所述透镜单元(4)采用模具成型灌注固化形成，其特征在于：所述多透镜LED集成光源板的专用模具包括下模板(6)、上模板(7)、透镜成型模(8)，所述导热绝缘基板(1)定位于所述下模板(6)内，所述导热绝缘基板(1)上依次压盖所述透镜成型模(8)、所述上模板(7)，所述上模板(7)与所述下模板(6)之间通过若干个螺栓(9)与螺母(10)相紧固，所述透镜成型模(8)上设有若干个与所述LED模组(31)的布局一一对应的球面模头(81)，所述球面模头(81)相联构成模头单元，所述模头单元上设有注胶孔(83)、排气孔(84)，所述上模板(7)上设有用于避让所述模头单元空间的让位孔(73)；所述下模板(6)的侧边设有若干螺栓孔(61)，所述上模板(7)的侧边设有若干螺栓槽(71)；所述多透镜LED集成光源板的专用模具还包括锁紧块(110)，所述锁紧块(110)上设有偏心孔(111)，所述螺栓(9)依次穿过所述螺栓孔(61)、所述螺栓槽(71)、所述偏心孔(111)后与所述螺母(10)相紧固连接，所述下模板(6)的侧边设有侧沿(63)。

2.根据权利要求1所述的多透镜LED集成光源板的专用模具，其特征在于：所述导热绝缘基板(1)上设有若干用于与成型模具相定位的基板定位孔(11)，所述下模板(6)上设有若干销孔(62)，所述透镜成型模(8)上设有成型模定位孔(82)，若干定位销(60)依次穿过所述销孔(62)、所述基板定位孔(11)、所述成型模定位孔(82)并与所述上模板(7)相配合定位。

3.根据权利要求1所述的多透镜LED集成光源板的专用模具，其特征在于：所述透镜成型模(8)采用塑料或金属一体成型制成。

4.根据权利要求1所述的多透镜LED集成光源板的专用模具，其特征在于：所述导热绝缘基板(1)上设有若干用于与成型模具相定位的基板定位孔(11)。

5.根据权利要求1所述的多透镜LED集成光源板的专用模具，其特征在于：所述导热绝缘基板(1)为金属基板或陶瓷基板或PCB电路板。

6.根据权利要求1所述的多透镜LED集成光源板的专用模具，其特征在于：所述球面透镜(41)的焦点位于所述LED芯片(3)的出光表面的同一平面内或者位于所述LED芯片(3)的出光表面之上，所述球面透镜(41)由硅胶或树脂固化形成。

7.一种采用权利要求1所述的多透镜LED集成光源板的专用模具制造多透镜LED集成光源板的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)在表面敷设有电路连线(2)的导热绝缘基板(1)上将由多颗LED芯片(3)集成构成或由单颗LED芯片(3)单独构成所述LED模组(31)直接固定在各自独立的散热金属箔片上，通过打线将所述LED模组(31)的正负极与所述电路连线(2)的金属箔片相电连接构成多透镜LED集成光源板，再在所述LED芯片模组(31)上涂覆荧光粉；

(b)将所述多透镜LED集成光源板定位于所述下模板(6)内，并在所述导热绝缘基板(1)上依次压盖所述透镜成型模(8)、所述上模板(7)，并将所述上模板(7)与所述下模板(6)紧固合模；

(c)通过所述注胶孔(83)向各所述球面模头(81)内灌注硅胶或树脂，使其覆盖在各所述LED芯片模组(31)上形成多个联体的小球形胶体；

(d)在80～130℃下对所述球形胶体烘烤15～60分钟，使其表面固化；

(e)脱模，将所述上模板(7)、所述透镜成型模(8)取下，取出所述导热绝缘基板(1)；

(f)将所述导热绝缘基板(1)置于烤箱内烘烤，使所述球形胶体完全硬化固化，形成所述球面透镜(41)及所述透镜单元(4)。

Images