CN101867004B

CN101867004B - 一种基于远荧光粉的光源模组

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Publication number: CN101867004B
Application number: CN 201010193730
Authority: CN
Inventors: 李骋翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: CN101867004A

Abstract

本发明涉及多芯片LED光源及其封装技术，尤其涉及一种基于远荧光粉的光源模组。基于远荧光粉的光源模组包括基板和连接于基板的侧壁，还包括设置于侧壁顶部的光学板，基板、侧壁、光学板共同界定出该基于远荧光粉的光源模组的容置腔，容置腔底部之基板表面设置若干独立封装的LED发光管；每个LED发光管进一步包括LED芯片、支架、一次封胶，支架内壁构成反光杯，LED芯片设置于反光杯的底部；光学板的内侧具有荧光粉层；容置腔内设置二次封胶。本发明提供一种能够有效利用LED芯片侧出光的基于远荧光粉的光源模组。

Description

一种基于远荧光粉的光源模组

技术领域

本发明涉及多芯片LED光源及其封装技术，尤其涉及一种基于远荧光粉的光源模组。

背景技术

传统的多芯片LED光源模组，LED芯片直接设置于基板表面，通过微焊金线形成电路，然后封胶而成。

例如中国专利文献CN1945099于2007年4月1日公开的一种LED面光源，其包括LED基板和安装在LED基板上的若干个LED，LED基板上设置一围绕所述LED的荧光粉板支架，所述荧光粉板支架具有一向外开口的内锥型反射面，反射面上具有反光材料，所述荧光粉板支架上安装一覆盖所述LED并与所述LED有一定间隔的荧光粉板，荧光粉板朝向所述LED的一面涂敷荧光粉。该专利文献同时公开了所述荧光粉板采用透光材料制成，所述LED基板采用导热材料制成，所述LED基板通过导热材料固定于壳体上，所述荧光粉板支架由塑料制成。

前述结构是现有多芯片封装的主流，被广泛应用。然而前述技术中，LED芯片侧面出光未得到有效利用，光源模组的总体出光效率低；另一方面，相邻LED芯片之间的侧出光相互干涉，对相邻LED芯片的工作环境严重干扰，景响相邻LED芯片出光效率且直接导致相邻LED芯片产生温升。其结果是整个模组出光效率低，LED芯片过早出现光衰。

前述专利文献中，为提高显色性，设置了荧光粉层，然而荧光粉与空气接触会产生氧化，取光效率逐渐降低，并且LED未经处理光斑直接打在荧光粉层，光斑严重不均匀，荧光粉激发出光的效率不高，光线不够均匀和柔和。

综上，现有多芯片光源模组的缺陷表现为二个方面：一是LED芯片侧出光未加利用，模块总体出光效率低且成为相邻LED芯片温升的原因；二是荧光粉易老化，导致模组出光效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种基于远荧光粉的光源模组。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于远荧光粉的光源模组，包括基板和连接于基板的侧壁，还包括设置于侧壁顶部的光学板，基板、侧壁、光学板共同界定出该基于远荧光粉的光源模组的容置腔，其特征在于：容置腔底部之基板表面设置若干独立封装的LED发光管；每个LED发光管进一步包括LED芯片、支架、一次封胶，支架内壁构成反光杯，LED芯片设置于反光杯的底部；光学板的内侧具有荧光粉层；容置腔内设置二次封胶。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述基板还具有二个连通所述容置腔内外的通孔，用于二次封胶的灌胶与排气。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述支架顶部之一次封胶顶面是一平面。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述支架顶部之一次封胶顶面是一弧面。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：二次封胶之折射率等于一次封胶之折射率。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：二次封胶之折射率大于一次封胶之折射率。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述侧壁内表面及所述基板的表面设置反射层。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述侧壁的内表面之纵向截面是竖直的直线，或底部向内倾斜的直线，或底部向内倾斜的弧线。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述侧壁与所述基板之间的连接方式是通过侧壁底部的柱销与基板上的孔过盈连接方式；或通过螺丝钉锁紧；或侧壁底部设置一与基板形状相匹配的下凹的台阶，基板以过盈配合方式镶嵌于台阶内。

基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述基板还具有二个连通所述容置腔内外的孔，用于二次封胶的灌胶与排气；所述支架顶部之一次封胶顶面是一平面；二次封胶之折射率大于一次封胶之折射率；所述侧壁内表面及所述基板的表面设置反射层；所述侧壁的内表面之纵向截面是竖直的直线；所述侧壁与所述基板之间的连接方式是通过侧壁底部的柱销与基板上的孔过盈连接方式，光学板与侧壁之间采用胶粘或螺丝钉连接。

本发明的基于远荧光粉的光源模组，支架内壁构成反光杯，LED芯片设置于反光杯的底部，对LED芯片侧出光进行有效利用，同时避免了对相邻LED芯片的干涉，与现有技术相比，具有整个模块出光效率高，LED芯片不易产生光衰的特点。独立地，本发明的基于远荧光粉的光源模组，光学板的内侧具有荧光粉层，容置腔内设置二次封胶，荧光粉不直接接触空气，大大减少了荧光粉被氧化的机率，与现有技术相比，可以长期保证整个光源模组出光的效率和显色性。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的示意图。

图2是本发明第一个实施例的分解示意图。

图3是本发明第一个实施例之LED管示意图。

图4是本发明第一个实施例之LED管的一种变换方案示意图。

图5是本发明第一个实施例之LED管不加二次封胶状况下光路径示意图。

图6是本发明第一个实施例之LED管二次封胶折射率小于一次封胶折射率状况下示意图。

图7是本发明第一个实施例之LED管二次封胶折射率等于一次封胶折射率状况下示意图。

图8是本发明第一个实施例之LED管二次封胶折射率大于一次封胶折射率状况下示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详述。

参考图1、图2、图3、图4，本发明的第一个实施例是一种基于远荧光粉的光源模组，包括基板101和连接于基板101的侧壁102，还包括设置于侧壁102顶部的光学板103，基板101、侧壁102、光学板103共同界定出该基于远荧光粉的光源模组的容置腔，容置腔底部之基板101表面设置若干独立封装的LED发光管105；每个LED发光管105进一步包括LED芯片1052、支架1051、一次封胶1053，支架1051内壁设置反射层，并形成反光杯，LED芯片1052设置于反光杯的底部；光学板103的内侧具有荧光粉层104；容置腔内设置二次封胶106。

本实施例的基于远荧光粉的光源模组，所述基板101还具有二个连通所述容置腔内外的通孔1012，用于二次封胶的灌胶与排气；所述支架顶1051部之一次封胶1053顶面10531是一平面，当然，为了取得不同的出光路径，作为本实施例的一种变换方案，一次封胶1053顶面10531是一弧面，具体结构再次参考图4；本实施例中，二次封胶106之折射率大于一次封胶1053之折射率，通过折射实现充分匀光。当然，作为本实施例的另一种变换方案，也可一次封胶和二次封胶以采用折射率相同的材料。本实施例中，所述侧壁102内表面及所述基板101的表面设置反射层，以利于光充分利用；本实施例中，所述侧壁102的内表面之纵向截面是竖直的直线，当然，为了取得不同的出光路径，侧壁102内表面也可以倾斜设置，形成一个反光碗；本实施例中，所述侧壁102与所述基板101之间的连接方式是通过侧壁102底部的柱销1021与基板101上的孔1011过盈连接方式，本实施例中，光学板与侧壁之间采用胶粘，当然，也可以采用螺丝钉连接等常用的连接方式。

本实施例中，基板101是普通的PCB板，LED发光管105的底面具有电极，LED发光管105采用表面贴片工艺设置于基板101。

根据发明人的进一步测试和研究发现：本发明可以对芯片的侧面发光进行合理的利用。通常地，在集成封装中，很多情况需要获得功率较小的面光源模块，这就意味着需要对多颗小芯片进行集成封装。而传统的对小芯片的集成封装采用的是在一块基板上焊接多颗小芯片进行统一封装的办法，除会在芯片发光位置出现亮点缺陷外，小芯片的侧面出光往往由于基板反射率难以做高而造成反射损耗。经过研究发现，芯片侧面出光占据芯片整体出光的很大比例，对于颗粒较小的情况尤其如此。由于基板要考虑绝缘及走电路等问题，底面反射率往往无法做到单管封装支架的水平。实验结果表明，差距往往达到20％以上，这很大程度上降低了集成光效。通过单管封装的LED组成的模组，在光效上会较芯片阵列进行一次封装的光效更高，侧面光的利用效率会因此提高30％以上。

关于二次封胶的目的，如前所述，首先可以保护荧光粉膜不让空气潮气进入。荧光粉膜在空气中会进潮气被氧化，通过上表面的PMMA或玻璃材料隔离和下面的树脂材料，对荧光粉膜片形成了一个夹层，让它彻底与空气隔绝，有利于维护荧光粉膜片的寿命。

其次，二次封胶还有利于增加LED芯片的光提取效率，其原因在于，通常可以表面贴装的LED的出射表面都是平面，如图5所示；也可以将该平面做成有一定弧度，但弧面的曲率通常都很小。这样造成的结果是，即使LED芯片在一次封胶后由于胶体折射率大于空气而能提取更多的光线，这些光线大部分都会在出射界面遇到全反射而不能射出LED封装体。这也是业界使用同样的芯片封装时，表面贴装的LED光效往往低于使用top仿流明封装形式低的最主要原因。然而，在本发明中，如果使用二次封胶填充光学板、侧壁、基板之间的空腔，这部分由于表面贴装LED上表面出光面曲率太小而无法出射的芯片的光线，就可能会进一步进入二次封胶介质中。进入到二次封胶的光通量与一次封胶提取出的芯片光通量的比值η将取决于二次封胶折射率的大小和具体的一次封胶形状的表面曲率，如图6、图7、图8所示。二次封胶材料折射率越小，一次封胶曲率越小，则提取效率越小。当二次封胶的材料折射率大于或等于单管LED一次封胶的折射率，那么这些无法出射的光线会完全被提取到二次封胶中，也就是说无论单管LED一次封胶形成的形状如何，η＝1。这时，被一次封胶提取出来的芯片的光都能完全被提取出来到达荧光粉层去激发荧光粉，如图2所示，再提高二次封胶的折射率也不会增加芯片的提取效率。

由此可见，本发明强调：“二次封胶之材料折射率不小于一次封胶之材料折射率”就是旨在最充分地将经过一次封胶提取的蓝光提取进入二次封胶从而最终进入荧光粉层激发荧光粉。反之，如果二次封胶的折射率小于一次封胶的折射率，那么就可能会有部分一次封胶的光线仍然无法提取出来进入二次封胶介质中，造成损失。

值得注意的是，在本发明中，要求二次封胶折射率大于一次封胶，但对二次封胶胶体材料的性能要求比一次封胶要低，因为二次封胶不直接接触芯片和金线，从热学分析来说，受芯片的热影响也远远小于一次封胶，这就是说二次封胶的材料仅仅要求较高的透过率和不小于一次封胶材料的折射率就可以，至于性能可靠性稳定性热膨胀系数等方面没有特别要求，因此其成本可以远低于使用一次封胶材料。考虑到这部分胶水用量很大，胶水性能要求的降低对于模组成本的贡献将相当显著。

为了取得更好的散热效果，本实施例的基板101也可以采用铝或陶瓷等高导热材料，因本发明的LED芯片105之侧出光已经充分利用，荧光粉层104氧化的机率也降至很低，LED芯片工作时的发热已经很小，在LED芯片的排列密度不是非常大的情况下，没有必要采用价格昂贵的铝基板或陶瓷基板。

以下为本方案的技术特点及优点总结：采用单管LED排成阵列的方式，充分利用了芯片的侧面光，较多芯片阵列形式的集成封装形式光效更高；同时，由于单管LED制作和光源模块的制作在工艺上可以分离，进一步增大分工程度，有利于发挥规模效益。

通过在热隔离荧光粉和LED中填充树脂胶，达到了两个重要目标：保护荧光粉膜不让空气潮气进入、将芯片的光进行有效提取；通过使用较一次封胶折射率更高的胶体对LED进行二次封胶，使得LED采用任何形式的出射表面封装形式都能获得相似的光提取效率，同时增加了LED封装形式的选择范围。

在基板的选择上，由于采用单管器件组合方式，在基板材料的选择空间加大，对很多应用场合可以使用PCB的基板形式仍可获得与昂贵的铝基板或陶瓷基板相同的光电性能。

综上所述，本发明热隔离荧光粉涂敷技术的采用，可以增加光出射均匀性，克服传统集成封装在芯片位置出现亮点的缺陷，是一种性能优良、加工成本低廉、材料选择范围广泛、便于大规模生产的LED柔性面光源技术方案。

Claims

1.一种基于远荧光粉的光源模组，包括基板和连接于基板的侧壁，还包括设置于侧壁顶部的光学板，基板、侧壁、光学板共同界定出该基于远荧光粉的光源模组的容置腔，其特征在于：容置腔底部之基板表面设置若干独立封装的LED发光管；每个LED发光管进一步包括LED芯片、支架、一次封胶，支架内壁构成反光杯，LED芯片设置于反光杯的底部；光学板的内侧具有荧光粉层；容置腔内设置二次封胶。

2.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述基板还具有二个连通所述容置腔内外的通孔，用于二次封胶的灌胶与排气。

3.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述支架顶部之一次封胶顶面是一平面。

4.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述支架顶部之一次封胶顶面是一弧面。

5.根据权利要求1或3或4所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：二次封胶之折射率等于一次封胶之折射率。

6.根据权利要求1或3或4所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：二次封胶之折射率大于一次封胶之折射率。

7.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述侧壁内表面及所述基板的表面设置反射层。

8.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述侧壁的内表面之纵向截面是竖直的直线，或底部向内倾斜的直线，或底部向内倾斜的弧线。

9.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述侧壁与所述基板之间的连接方式是通过侧壁底部的柱销与基板上的孔过盈连接方式；或通过螺丝钉锁紧；或侧壁底部设置一与基板形状相匹配的下凹的台阶，基板以过盈配合方式镶嵌于台阶内。

10.根据权利要求1所述的基于远荧光粉的光源模组，其特征在于：所述基板还具有二个连通所述容置腔内外的孔，用于二次封胶的灌胶与排气；所述支架顶部之一次封胶顶面是一平面；二次封胶之折射率大于一次封胶之折射率；所述侧壁内表面及所述基板的表面设置反射层；所述侧壁的内表面之纵向截面是竖直的直线；所述侧壁与所述基板之间的连接方式是通过侧壁底部的柱销与基板上的孔过盈连接方式，光学板与侧壁之间采用胶粘或螺丝钉连接。