CN102354693B - 一种含有多个反射杯的面光源封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含有多个反射杯的面光源封装结构，包括基板以及设置在基板上的电极，在基板上设有多个小反射杯，小反射杯的内腔底部设有LED芯片，LED芯片上覆设有折射率为n的封装材料，其中，所述小反射杯的内腔为上大下小的圆台体形，所述小反射杯的内腔锥角2β的大小应满足：π/2-arcsin(1/n)＜2β＜2arcsin(1/n)，其中，β为小反射杯内壁与基板垂直方向的夹角。本发明由于在基板上设置多个小反射杯，在小反射杯的内腔底部设置LED芯片，同时对小反射杯的内腔锥角进行恰当设置，因而能够大大地提高出光效率。

Description

一种含有多个反射杯的面光源封装结构

技术领域

本发明涉及LED封装领域的LED面光源，尤其涉及一种根据封装材料的折射率确定反射杯内腔锥角取值范围的含有多个反射杯的面光源封装结构。

背景技术

传统的多芯片LED光源模块，LED芯片直接设置于基板表面上，即芯片在同一平面，通过微焊金线形成电路，然后封胶而成。

例如专利申请号为200610062089.X的中国专利文献公开的一种LED面光源，如图1a所示，采用金属导热材料作为基板3，塑料作为反射杯6，若干个LED芯片4直接设于反射杯底部的基板表面上，其还设置荧光粉支架5、荧光粉板7以及荧光粉，该种多芯片安装方式是现有多芯片封装的主流，然而采用该种芯片安装方式的面光源却有以下几个方面的缺陷：

1、LED芯片发出的一部分光在面光源顶部容易发生全反射，影响面光源的出光效率；

2、LED芯片侧面出光未得到有效利用，且LED芯片之间相互吸收损失了部分光，影响面光源出光效率；

3、相邻LED芯片之间相互干扰，影响彼此的工作环境，直接导致相邻LED芯片的温度升高，进而影响相邻LED芯片的出光效率；

另外，专利申请号为200910187255.2的中国专利文献提出了在基板上设置至少一个小凹杯2，在小凹杯2的底部设置芯片1，如图1b所示，其中凹杯2的内壁表面与小凹杯2杯底的夹角大于90度，该结构设计主要用于解决LED芯片之间相互干扰的问题。然而，在LED器件封装材料的折射率n未知的情况下，限定内壁表面与凹杯杯底的夹角或锥角的大小(大于90度)，仍然不能解决LED芯片发出的部分光线将会在LED器件光学透镜表面发生全反射的问题，仍然存在影响LED器件的出光效率的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含有多个反射杯的面光源封装结构，提高出光效率。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术解决方案来实现上述目的：

一种含有多个反射杯的面光源封装结构，包括基板以及设置在基板上的电极，在基板上设有多个小反射杯，小反射杯的内腔底部设有LED芯片，LED芯片上覆设有折射率为n的封装材料，其中，所述小反射杯的内腔为上大下小的圆台体形，所述小反射杯的内腔锥角2β的大小应满足：π/2-arcsin(1/n＜2β＜2arcsin(1/n，其中，β为小反射杯内壁与基板垂直方向的夹角。

优选地，所述小反射杯高度的最小值H_min应满足其中，h为芯片的高度；D为LED芯片底部与小反射杯内壁水平方向的最大距离。

优选地，相邻的小反射杯相互连接。

优选地，相邻的小反射杯通过条状连接部连接在一起。

优选地，所述基板上表面还设有大反射杯，所述小反射杯置于大反射杯内，所述大反射杯和/或小反射杯采用粘贴或注塑的方式成型于基板表面。

优选地，所述大反射杯的内腔为上大下小的圆台体形，所述大反射杯的内腔锥角2δ应满足π-2arcsin(1/n)＜2δ＜π/2+arcsin(1/n)。

优选地，靠近大反射杯内腔的小反射杯与大反射杯内腔连接在一起。

优选地，小反射杯中设置的LED芯片为两个以上。

优选地，同一小反射杯中的各LED芯片通过引线连接，相邻小反射杯中的LED芯片通过引线串联或并联。

优选地，所述大反射杯还设有一标准接口。

与现有技术相比，本发明提供的含有多个反射杯的面光源封装结构具有以下优点：

1、由于在基板上设置多个小反射杯，LED芯片设置在小反射杯的内腔底部，同时根据封装材料的折射率n，通过计算式π/-arcsin(1/n)＜2β＜2arcsin(1/n)确定小反射杯内腔合理的锥角范围，因而能够避免LED芯片发出的一部分光在光学透镜顶部发生全反射；

2、由于将LED芯片置于小反射杯内，侧面光被小反射杯内壁反射可以有效利用，同时可避免LED芯片之间相互吸收一部分光，提高面光源出光效率；

3、由于LED芯片置于小反射杯内，所以相邻LED芯片之间不会相互干扰LED芯片的工作环境，比如不会直接导致相邻LED芯片的温度升高。

通过以上各个环节的设置，使得本发明的含有多个反射杯的面光源封装结构的出光效率相比于现有技术大为提高。

进一步地，再结合计算式

确定小反射杯高度最小值，更进一步地避免LED芯片发出的一部分光在光学透镜顶部发生全反射，更进一步地提高出光效率。

附图说明

图1a为现有技术中一种多芯片封装模块结构示意图；

图1b为现有技术中另一种多芯片封装模块结构示意图；

图2为本发明含有多个反射杯的面光源封装结构实施例一的部分结构示意图；

图3a～图3c为图2中M处得局部放大图及小反射杯内部光线反射示意图；

图4为实施例一中小反射杯内部含2个LED芯片示意图；

图5a～5b为本发明实施例一小反射杯之间连接方式示意图；

图5c为图5b中的A-A面剖视图；

图6为本发明含有多个反射杯的面光源封装结构的实施例二的结构示意图；

图7a至图7c为本发明实施例二大反射杯与基板连接方式示意图；

图8为本发明含有多个反射杯的面光源封装结构实施例三剖视图；

图9为本发明实施例三小反射杯底部设多个LED芯片的面光源封装结构剖视图；

图10a至10b为本发明实施例三小反射杯放大图；

图11为本发明实施例三的面光源封装结构的俯视图；

附图标记说明：

11-小反射杯；12-芯片；13-基板；14-封装材料；15-连接部分；

21-大反射杯；22-电极；31-封装材料；32-荧光胶层；33-内引线；

34-标准接口；H-小反射杯的高度；

β-小反射杯内壁与基板垂直方向的夹角；2β-小反射杯内腔锥角；

h-芯片的高度；α-光线射出角；γ-光线的入射角；

D-LED芯片底部与小反射杯内壁水平方向的最大距离。

具体实施方式

本发明的基本构思是在基板上设置多个小反射杯，在小反射杯的内腔底部设置LED芯片，同时对小反射杯的锥角进行恰当设置，从而尽可能的提高出光效率。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和一优选实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

结合图2～图5c对本实施例进行详细说明。

如图2所示，本实施例中的含有多个反射杯的面光源封装结构，包括一基板13，设于基板上的电极(图中未示出)；采用粘贴或者注塑方式成型于所述基板上表面的大反射杯(图中未示出)以及置于大反射杯内腔底部的若干个小反射杯11；设于小反射杯底部的LED芯片12及折射率为n的封装材料14。

图3a至图3c所示小反射杯11内部的光线反射示意图。小反射杯内腔锥角2β决定于封装材料的折射率n，n的取值范围为1＜n＜2。

如图3a所示，小反射杯11对LED芯片12发射出的光线起有效反射的作用时，

γ＜arcsin(1/n)≤α≤π/2；

如图3b所示，当LED芯片12发出的光从芯片a点发射到小反射杯11时，

α-arcsin(1/n)＜2β；

如图3c所示，当LED芯片12发出的光从芯片b点发射到小反射杯11时，

2β＜α+arcsin(1/n)；

因此可得到光线通过小反射杯11控制到全反射临界角以内时，由封装材料的折射率n确定的小反射杯内腔锥角2β取值范围的计算式为：

π/2-arcsin(1/n)＜2β＜2arcsin(1/n)，1＜n＜2。

本实施例采用的封装材料的折射率n为1.41或者1.51。当n＝1.41时，2β_min＝44.829°；当n＝1.51时，2β_min＝48.528°。

小反射杯高度H决定于封装材料的折射率n、LED芯片的高度h，以及LED芯片12底部与小反射杯11内壁水平方向的最大距离D。

小反射杯的高度H的最小值H_min的计算式为：

$H_{\min }=\frac{(h+D\sqrt{n^2-1})\cot \mathrm{\β}}{\cot \mathrm{\β}-\sqrt{n^2-1}};$

当小反射杯的高度H取特定值时，小反射杯11可把LED芯片12发出的绝大部分光进行控光，避免光线发生全反射。在本实施例中，大反射杯锥角没有限定。

小反射杯的内腔锥角2β取值范围的计算式及小反射杯高度H的取值计算式同样适用小反射杯11底部设置多个LED芯片12的情况，如图4所示，区别在于参数D改变为边缘LFD芯片12底部到小反射杯11内壁水平方向的最大距离D。

本实施例采用的封装材料折射率n，考虑1×1×0.2mm³的芯片，参见图3a，忽略OP之间的距离，当n＝1.41时，小反射杯锥角2β的取值范围为44.829°-90.342°，H_min＝2.72mm；当n＝1.51时，小反射杯锥角2β的取值范围48.528°-82.944°，H_min＝3.67mm。

如图5a和图5c所示，小反射杯11可以呈“一”字形、方形、或者其他根据具体需要所设计的形状排列。小反射杯11之间可以相互独立，也可以相互连接；小反射杯11之间相互连接的方式可以为部分连接，如图5a，即一排或者一列中相邻的小反射杯11之间通过其外侧连接，或者全部小反射杯11之间相邻的两外侧均相连，连接部分15可以小于或等于小反射杯11的外壁宽度，呈条形状；小反射杯11之间还可以呈面状连接，如图5b和图5c所示，连接部分15的高度小于或等于小反射杯11的高度。

大反射杯及小反射杯11的材料可为塑料，可以采用粘贴的方式固定于基板上，也可以采用注塑成型于基板上表面的方法。优选采用注塑成型的方法。

根据具体的需要，基板可选择铝基板或者带热沉的PCB基板以及陶瓷基板等。

本实施例的有益效果在于：

1、由于根据封装材料的折射率n，通过计算式π/2-arcsin(1/n)＜2β＜2arcsin(1/n)确定小反射杯合理的锥角范围及通过计算式

确定小反射杯高度最小值，因而能够避免LED芯片发出的一部分光在光学透镜顶部发生全反射；

2、通过将LED芯片置于小反射杯内，侧面光被小反射杯壁反射可以有效利用，同时可避免LED芯片之间相互吸收一部分光，提高面光源出光效率；

3、由于LED芯片置于小反射杯内，所以相邻LED芯片之间不会相互干扰LED芯片的工作环境，比如不会直接导致相邻LED芯片的温度升高。

实施例二

如图6所示，本实施例中的含有多个反射杯的面光源封装结构，其包括一基板11，设于基板上的电极22；采用粘贴或者注塑方式成型于所述基板上表面的大反射杯21，以及大反射杯21底部的若干个小反射杯11。

本实施例的封装结构与实施例一的区别在于，在基板上设有角度在一定范围内的大反射杯21，所述的若干小反射杯11按一定的形状排列置于大反射杯21底部。

小反射杯的内腔锥角的大小可依照实施例一中给出的公式进行确定，此处不再赘述。小反射杯的高度H可根据具体需要调整，本实施例小反射杯的高度H优选1-2mm。

LED芯片发出的光线将有一部分在光学透镜表面发生全反射，此时，发生全反射的部分光线将由大反射杯21反射出光学透镜表面，因此，大反射杯的内腔锥角2δ的大小同样决定于封装材料的折射率n。δ为大反射杯内壁与基板垂直方向的夹角，大反射杯的内腔锥角2δ取值范围的计算式为：

π-2arcsin(1/n)＜2δ＜π/2+arcsin(1/n)，1＜n＜2

通过上述计算式设定大反射的内腔锥角2δ的角度后，可将发生全反射的部分光线反射出光学透镜表面，提高出光效率。

如图6至图7c所示，大反射杯21与所述的基板13的以下几种连接方式：

1、大反射杯21的两个下端部覆盖所述基板13的两个侧表面的全部或部分，另外两个下端部覆盖所述基板13的两个侧表面的全部或部分，如图6示出的是大反射杯的两个下端部覆盖基板两个侧表面的全部；

2、大反射杯21全部位于基板13的上表面，如图7a所示；

3、大反射杯21的两个相对的下端部形成在所述基板13的上表面，另外两个相对的下端部覆盖所述基板13的两个侧表面的全部或部分，如图7b所示；

4、大反射杯21的两个下端部形成在所述基板13的上表面，另外两个下端部覆盖所述基板13的两个侧表面的全部以及底部，所述基板13底部的电极22暴露在大反射杯21之外，如图7c所示。

本实施例除了具有实施例一的所有有益效果外，还具有如下有益效果：

1、采用计算式π/2-arcsin(1/n)＜2β＜2arcsin(1/n)与H＝1～2mm确定小反射杯内腔的具体锥角与高度后，通过计算式π-2arcsin(1/n)＜2δ＜π/2+arcsin(1/n)设定大反射杯的内腔锥角角度，控制小反射杯不能控制的部分发生全反射的光，从而提高出光效率；

2、大反射杯对基板呈包封结构，可提高器件的气密性；

3、大小反射杯可一次成型，制作工艺简单，成本低，器件可靠性高。

实施例三

如图8至11所示，本实施例的含有多个反射杯的面光源封装结构，其包括一基板13，设于基板13上的电极22；采用粘贴或者注塑方式成型于所述基板13上表面的大反射杯21以及置于大反射杯内腔底部的若干个小反射杯11；每个小反射杯11的内腔底部设置至少1个LED芯片12，小反射杯11内部设有荧光胶层32，大反射杯21内腔填充有折射率为n的封装材料31；在本实施例的面光源结构上还设有标准接口34。在其它实施例中，小反射杯内不一定是荧光胶层，可以用同一种封装材料同时覆盖大、小反射杯。

所述的小反射杯的高度H优先为1-2mm，小反射杯的内腔锥角2β取值及所述的大反射杯的内腔锥角2δ取值的计算式与实施例一、实施例二相同。

如图9所示，本实施例中，每个小反射杯底部设2个LED芯片12，小反射杯11底部的LED芯片12由内引线33连接；小反射杯11之间的LED芯片可通过内引线33采用并联，串联或串并联结合的方式进行连连接，本实施例采用的是串并联结合的方式。

小反射杯11的排列方式，小反射杯11与大反射杯21的连接方式，小反射杯11与大反射杯21的成型及固定方式，大反射杯21与基板13的连接方式等均与实施例一、实施例二相同，这里不再赘述。

荧光胶层32用于实现白光光源，可采用点胶或者喷涂的方式覆盖于LED芯片12的表面。

如图10a至10b所示的是本实施例小反射杯11两种结构的内部放大结构，与实施例一和实施例二的区别在于：设置小反射杯的内腔锥角大小时的参数为：小反射杯11的有效高度H为小反射杯真实高度与荧光胶层的高度之差；实施例一及实施例二提到的LED芯片12底部与小反射杯11杯内壁水平方向的最大距离D在实施例三为荧光胶层的水平距离D。

鉴于点胶的方式使所述的荧光胶层32的厚度大，从而使小反射杯的有效高度H变小，优选采用直接向LED芯片12喷涂荧光粉的方式。

封装材料31为透明材料，填满大反射杯21内部形成光学透镜结构。

如图11所示，标准接口34设于大反射杯两侧，标准接口34为圆形螺丝孔接口，用于面光源在应用时用螺丝钉安装固定。

本实施例的有益效果在于：除了包括实施例二的所有有益效果外，在面光源结构上设置标准接口，方便用户安装使用。

以上对本发明进行了详细介绍，文中应用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的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种含有多个反射杯的面光源封装结构，包括基板以及设置在基板上的电极，其特征在于，在基板上设有多个小反射杯，小反射杯的内腔底部设有LED芯片，LED芯片上覆设有折射率为n的封装材料，其中，所述小反射杯的内腔为上大下小的圆台体形，所述小反射杯的内腔锥角2β的大小应满足：π/2-arcsin(1/n)<2β<2arcsin(1/n)，其中，β为小反射杯内壁与基板垂直方向的夹角；所述小反射杯高度的最小值H_min应满足其中，h为芯片的高度；D为LED芯片底部与小反射杯内壁水平方向的最大距离。 

2.如权利要求1所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，相邻的小反射杯相互连接。 

3.如权利要求2所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，相邻的小反射杯通过条状连接部连接在一起。 

4.如权利要求1所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，所述基板上表面还设有大反射杯，所述小反射杯置于大反射杯内，所述大反射杯和/或小反射杯采用粘贴或注塑的方式成型于基板表面。 

5.如权利要求4所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，所述大反射杯的内腔为上大下小的圆台体形，所述大反射杯的内腔锥角2δ应满足π-2 arcsin(1/n)<2δ<π/2+arcsin(1/n)。 

6.如权利要求4所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，靠近大反射杯内腔的小反射杯与大反射杯内腔连接在一起。 

7.如权利要求1所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，小反射杯中设置的LED芯片为两个以上。 

8.如权利要求7所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，同一小反射杯中的各LED芯片通过引线连接，相邻小反射杯中的LED芯片通过引线 串联或并联。 

9.如权利要求4所述的含有多个反射杯的面光源封装结构，其特征在于，所述大反射杯还设有一标准接口。 

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