CN102938442B - Led封装单元及包括其的led封装系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED封装单元及包括其的LED封装系统。该LED封装单元包括：具有发光功能的第一功能层，具有一个或呈阵列分布的多个LED芯片；具有光转换功能的第二功能层，具有一个或呈阵列分布的多个荧光粉层，第二功能层固定在第一功能层的上方，且荧光粉层设置在LED芯片的正上方。本发明的LED封装单元包括叠加独立的具有发光功能的第一功能层与具有光转换功能的第二功能层，荧光粉层与LED芯片设在各自的功能层中，形成了远程荧光粉结构，进而避免了由于荧光粉自发热与LED芯片发热之间的相互影响，改善了LED封装单元的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，具体而言，涉及一种LED封装单元及包括其的LED封装系统。
背景技术
目前，LED照明模组正朝着多功能、小体积、低成本的方向发展，但是，现有的集成技术不能满足未来LED照明的需要。因为，如图1所示，现有的LED照明模组中LED芯片11’与荧光粉层21’或过载保护元件封装后形成LED封装系统后与电路元件4’组装到一个散热基板1’上，如金属基印刷电路板上，在上述现有的LED封装系统中，集成了LED芯片、荧光粉、过载保护元件的有限功能，但大量的电路元件4’还处于LED封装系统之外，这些处于LED封装系统之外的电路元件4’通过电路板或引线与LED封装相连。由此可见，现有的封装形式限制了LED照明模组的封装集成度，使得模组尺寸大、成本高。
而且，以目前的封装技术而言，实现不同功能的元件在封装和组装过程中可能需要不同的封装工艺，比如封装环境不同、焊接材料温度要求不同，是否需要模塑、模塑材料和参数不一致等，因此，在组装LED系统的过程中，各个元件需要依次组装，造成整体封装工艺较长；而且，先安装的元件要能够经受后续封装工艺的影响才能得到性能优良的封装系统，当后一程序的组装对已经封装完成的元件造成不利影响时，容易造成产品不合格，不利于保证产品良率，造成一些不必要的浪费。
发明内容
本发明旨在提供一种LED封装单元及包括其的LED封装系统，得到了性能优良的LED封装单元。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种LED封装单元，该LED封装单元包括：具有发光功能的第一功能层，具有一个或呈阵列分布的多个LED芯片；具有光转换功能的第二功能层，具有一个或呈阵列分布的多个荧光粉层，第二功能层固定在第一功能层的上方，且荧光粉层设置在LED芯片的正上方。
进一步地，上述第一功能层还包括：第一封装主体，LED芯片封装在第一封装主体内；第一导电层，封装在第一封装主体内，LED芯片与第一导电层电互联；第二功能层，包括：载体，具有一个或呈阵列分布的多个容纳腔，荧光粉层设置在容纳腔内，载体的下表面与第一功能层的上表面贴合。
进一步地，上述第一功能层的部分第一导电层的上表面裸露在第一封装主体的外部，上述第二功能层具有与第一导电层裸露的部分对应的通孔。
进一步地，上述第一功能层还包括一个或多个第一导体，任意一个第一导体的一端设置在第一导电层上，另一端延伸至第一封装主体的上表面；上述第二功能层还包括与第一导体对应的第二导体，第二导体由载体的下表面延伸至载体的上表面，第一导体和第二导体电互联。
进一步地，上述第一功能层还包括第一电路元件，第一电路元件封装在第一封装主体内并与第一导电层电互联。
进一步地，上述LED封装单元还包括一层或多层附加功能层，附加功能层堆叠地设置在第一功能层与第二功能层之间和/或第一功能层的下方，各附加功能层包括：附加封装主体；附加导电层，封装在附加封装主体内，且与第一导电层电互联；附加电路元件，封装在附加封装主体内，且与附加导电层电互联。
进一步地，固定在上述第一功能层与第二功能层之间的附加功能层的附加封装主体的与荧光粉层对应的区域透明或具有通孔，附加导电层与附加电路元件均封装在附加封装主体的与载体对应的区域内；固定在第一功能层下方的附加功能层的附加封装主体的与LED芯片）对应的区域具有导热功能。
进一步地，各附加功能层还包括与第一导体位置对应的附加导体，附加导体与附加导电层电互联并向上延伸至附加功能层的上表面，相邻的附加功能层的附加导体之间电互联，且各附加功能层分别通过附加导体与第一导电层电互联。
进一步地，上述第一电路元件和附加电路元件分别包括驱动电路元件、控制电路元件、传感器和/或通讯模块。
进一步地，上述LED封装单元还包括光学功能层，光学功能层包括透镜或散射层，透镜或散射层罩设在荧光粉层的正上方。
进一步地，上述LED封装单元还包括光学功能层导体，光学功能层导体与第二导体的对应设置且电互联。
进一步地，上述LED封装单元还包括表面绝缘的导热基板，导热基板设置在LED封装单元的底部。
根据本发明的另一方面，还提供了一种LED封装系统，包括一个或多个LED封装单元，该LED封装单元为上述的LED封装单元，且各LED封装单元呈二维阵列排布。
进一步地，上述LED封装单元为多个，各LED封装单元一体设置或相互隔离设置，各LED封装单元之间电互联或独立工作。
本发明的LED封装单元包括叠加独立的具有发光功能的第一功能层与具有光转换功能的第二功能层，荧光粉层与LED芯片设在各自的功能层中，形成了远程荧光粉结构，进而避免了由于荧光粉自发热与LED芯片发热之间的相互影响，改善了LED封装单元的稳定性和可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中LED封装系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图3示出了根据本发明的另一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图4示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图5示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图6示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图7示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图8示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图9示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图10示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；
图11示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装单元的结构示意图；以及
图12示出了根据本发明的又一种优选的实施例中的LED封装系统的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图2和图3所示，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种LED封装单元，该LED封装单元包括具有发光功能的第一功能层1和具有光转换功能的第二功能层2，第一功能层1具有一个或呈阵列分布的多个LED芯片11；第二功能层2具有一个或呈阵列分布的多个荧光粉层21，第二功能层2固定在第一功能层1的上方，且荧光粉层21设置在LED芯片11的正上方。
具有上述结构的LED封装单元，由包括叠加独立的具有发光功能的第一功能层1与具有光转换功能的第二功能层2，荧光粉层21与LED芯片11设在各自的功能层中，形成了远程荧光粉结构，进而避免了由于荧光粉自发热与LED芯片11发热之间的相互影响，改善了LED封装单元稳定性和可靠性。
制备上述LED封装单元时，由于各功能层进行分开制作，一方面各功能层可以采用独立的流水线进行并行生产，相互之间不受影响，因而提高了LED封装单元的制作效率；另一方面，制作完成的各功能层可以依照客户的需求进行组装，灵活性增加；此外，各功能层进行独立检测，保证合格后再组装，相对于传统结构的LED封装单元的组装之后再检测的方式，提高了成品良率，减少了不必要的浪费。
如图2和图3所示，上述LED封装单元的第一功能层1还包括第一封装主体14和第一导电层12，LED芯片11封装在第一封装主体14内；第一导电层12沿第一封装主体14的下表面设置，LED芯片11与第一导电层12电互联；第二功能层2包括载体22，载体22具有一个或呈阵列分布的多个容纳腔，荧光粉层21设置在容纳腔内，载体21的下表面与第一功能层1的上表面贴合。
将第一导电层12和LED芯片11一起封装在第一封装主体14内形成一个带有发光功能的第一功能层1，第一导电层12可以和外界的电路比如驱动电路或控制电路、甚至是散热结构相连；荧光粉层21设置在载体22的容纳腔内，一方面便于荧光粉层21的制作以及封装时与LED芯片11的对正，另一方面载体22对荧光粉层21起到一定的保护作用，避免其在运输、储藏等过程中受到污染，第二功能层2不仅结构简单，完全能够满足LED封装单元的需要。
上述载体22主要是作为荧光粉层区21的承载物而设置，只要是适应于LED封装单元的材料都可作为形成载体22的原料，而且出于出光效果的考虑，载体22的设置不能妨碍光线透过荧光粉层21，因此优选载体22为透明的载体或将载体22的容纳腔设置为连通载体22上表面和下表面的连通孔。
如图2所示，在本发明的一种优选的实施例中，上述LED封装单元的第一功能层1的部分第一导电层12的上表面裸露在第一封装主体14的外部，第二功能层2具有与第一导电层12裸露的部分对应的通孔。
在制作第一功能层1的第一封装主体14和第二功能层2的载体22时，利用模塑法将与第一导电层12裸露的部分对应的区域空置，使部分第一导电层12裸露在第一封装主体14的外部，且第二功能层2与第一导电层12裸露的部分对应的部分具有通孔，便于将LED封装单元与其它电路进行电互联。
在本发明另一种优选的实施例中，为了便于将上述的LED封装单元与其它的结构相连以满足更多的功能需求，如图3所示，优选第一功能层1还包括一个或多个第一导体13，任意一个第一导体13的一端设置在第一导电层12上，另一端延伸至第一封装主体14的上表面；第二功能层2还包括与第一导体13对应的第二导体23，第二导体23由载体22的下表面延伸至载体22的上表面，第一导体13和第二导体23电互联。第二功能层2的第二导体23远离第一功能层1的上表面还可以与其它的LED结构进行电互联，以完成功能更加全面的LED封装单元的封装。
为了进一步提高本发明的LED封装单元的集成度，简化LED封装单元的封装工艺，如图2和图3所示，LED封装单元的第一功能层1还包括第一电路元件16，第一电路元件16封装在第一封装主体14内并与第一导电层12电互联。如果第二功能层2的载体22的体积足够大，也可以将第一电路元件6封装在载体22内并与第二导体23电互联。
当所需的LED封装单元的功能更全面时，并且在不增加第一功能层1和第二功能层2的二维封装面积的前提下，在本发明又一种优选的实施例中，如图4至图8所示的LED封装单元还包括一层或多层附加功能层3，附加功能层3堆叠地设置在第一功能层1与第二功能层2之间和/或第一功能层1的下方，各附加功能层3包括附加封装主体34、附加导电层31和附加电路元件32；附加导电层31封装在附加封装主体34内，且与第一导电层12电互联；附加电路元件32封装在附加封装主体34内，且与附加导电层31电互联。
增加的附加功能层3的二维封装面积和第一功能层1、第二功能层2的二维封装面积几乎相等，将附加电路元件32单独封装在附加功能层3中，并且与附加导电层31电互联，由于附加导电层31与第一导电层12电互联，因此将附加导电层31与外界的电路连通后即可实现对LED封装单元的控制。而且，将附加电路元件32与LED芯片11、荧光粉层21分开设置，避免了将它们集中设置时造成的热量集中不易散热的问题，进而提高了LED封装单元的散热性能，延长了LED封装单元的使用寿命。
在本发明又一种优选的实施例中，如图4至图8所示，固定在第一功能层1与第二功能层2之间的附加功能层3的附加封装主体34的与荧光粉层21对应的区域透明或具有通孔，附加导电层31与附加电路元件32均封装在附加封装主体34的与载体22对应的区域内；固定在第一功能层1下方的附加功能层3的附加封装主体34为具有导热功能的封装主体。
上述实施例中，设置在第一功能层1与第二功能层2之间的附加功能层3不仅不会阻挡LED芯片11发出的光，而且将荧光粉层21与LED芯片11隔离，避免了LED芯片11工作时的热量集中在荧光粉层21中造成LED封装单元过热所带来的一系列问题；同时，固定在第一功能层1下方的附加功能层3具有导热功能进一步改善了该LED封装单元的散热效果。
如图4至图8所示，各附加功能层3还包括与第一导体13位置对应的附加导体33，附加导体33与附加导电层31电互联并向上延伸至附加功能层3的上表面，相邻的附加功能层3的附加导体33之间电互联，且各附加功能层3分别通过附加导体33与第一导电层12电互联。
为了便于各功能层之间的电互联，在各附加功能层3上设置附加导体33，以便于将第一功能层1与附加功能层3、外界电路进行电互联。
本发明中的第一电路元件16和附加电路元件32分别包括驱动电路元件、控制电路元件传感器和/或通讯模块。其中，可用于本发明的驱动电路元件包括但不限于驱动芯片、电阻、电容和电感等分立元件；控制电路元件包括但不限于控制芯片、电阻、电容和电感等元件，各电路元件的之间的连接方式以能实现其功能为基础采用现有技术中的连接方式即可。
如图9和图10所示，在本发明又一种优选的实施例中，上述LED封装单元还包括光学功能层4，光学功能层4包括透镜41或散射层42，透镜41或散射层42罩设在荧光粉层21的正上方。将光学功能层4设置为具有聚光功能或者散射功能的光学功能层，使得LED封装单元的功能进一步多样化。
为了使上述实施例中的LED封装单元的结构更加完善便于直接应用，优选光学功能层4还包括光学功能层导体43，光学功能层导体43与第二导体23对应设置且电互联。
如图11所示，为了进一步改善本发明的LED封装单元的散热效果，优选上述LED封装单元还包括表面绝缘的导热基板5，导热基板5设置在LED封装单元的底部。
导热基板5的上表面与位于LED封装单元最下层的功能层的下表面贴合，将功能层产生的热量从底部扩散，优化了整个LED封装单元的散热效果。优选导热基板5横向尺寸与封装单元大小一致，且上述导热基板5可以采用导热陶瓷片或表面覆盖有电绝缘层的硅材料，绝缘层的厚度较薄，一般为几微米到几十微米，以降低对导热性能的影响。
上述本发明的LED封装单元的各功能层的功能也不仅限于上述所描述的功能，本领域技术人员根据实际的产品功能和结构需求对各功能层的功能或数量进行变化得到的LED封装单元都在本发明的保护范围之内。而且，上述本发明的LED封装单元采用目前的制作LED封装单元封装方法进行简单的变换即可实现，但为了保证本领域技术人员的制作上述LED封装单元，以下将举例说明经发明人优选出的制作本发明的LED封装单元的方法。
具有上述结构的LED封装单元的各功能层的制备方法如下：
第一功能层1采用下述方法制备：A1、在第一基板上设置第一导电层12，并将第一导电层12图形化；A2、在第一基板上设置LED芯片11，并将LED芯片11与第一导电层12电连接；A3、将第一导电层12和LED芯片11封装在第一封装主体14内，形成第一功能层1。当需要在第一功能层1内设置第一电路元件16时，将第一电路元件16与LED芯片11采用同样的方法设置在第一基板上，并将第一电路元件16与第一导电层12电互联。
第二功能层2采用下述方法制备：B1、在第二基板上模塑出具有容纳腔的载体22；B2、在载体22的容纳腔内采用印刷等方法制作荧光粉层21。
附加功能层3采用如下方法制备：C1、在附加功能层基板上设置附加导电层31，并将第附加导电层31图形化；C2、在附加功能层基板上设置附加电路元件32，并将附加电路元件32与附加导电层31电连接；C3、将附加电路元件32和附加导电层31封装在附加封装主体34内，形成附加功能层。
光学功能层采用如下方法制备：在光学功能层基板上模塑出透镜层41或散射层42。
上述各功能层之间的固定方法如下：将LED芯片11与荧光粉层21、透镜层41的突起部对正，然后利用LED封装常用的粘结胶进行粘结，再根据需要将粘结后的各功能层进行切割，得到多个如图2和/或如图3所示的LED封装单元。
上述各功能层的封装主体可以采用LED封装用常用的高分子材料，而且在制作时所用到的基板在功能层制作完成后可以去除，使各功能层成为具有可挠性的柔性功能层，进而所得的LED封装单元为柔性封装单元，凭借其可挠性可以将本发明的LED封装单元安装在平面或曲面的结构上。
如果需要在第一功能层1、第二功能层2、附加功能层3和光学功能层4中设置导体时，其中第一功能层1的第一导体13和附加功能层3的附加导体33的设置方法类似，以第一导体13的设置为例进行说明：在设置第一封装主体14之前在第一导电层12上设置第一导体13，且使第一导体13的高度等于欲形成的第一封装主体14的高度。第二功能层2的第二导体23的设置采用如下方法：在设置载体22之前在第二基板上设置第二导体23，并使第二导体23的高度等于欲形成的载体22的高度。光学功能层4的光学功能层导体43的设置采用如下方法：在光学功能层基板上设置光学功能层导体43并使光学功能层导体43的上表面裸露在透镜层41或散射层42的外部。所制作的第一导体13、第二导体23、附加导体33、光学功能层导体43之间采用焊接的方式使其电互联。
上述方法中各导电层采用溅射法、蒸发法或电镀法进行制作，而且可以采用光刻结合湿法腐蚀、光刻结合干法腐蚀或压掩模对各导电层进行图形化处理。第一电路元件16和附加电路元件32可以采用贴片胶粘结配合引线键合或倒装焊或印刷焊高粘结配合回流焊的方式固定在基板上。LED芯片11、第一电路元件16和附加电路元件32与导电层的连接均可采用引线键合、倒装焊或回流焊等方式。
上述方法均是采用现有的工艺技术分别制作各功能层，因此使得本发明的LED封装单元的制作在原有的生产设备的基础上即可完成，不需要进行另外的技术和设备投资进一步节约了制作LED封装单元的成本。
如图12所示，在本发明另一种典型的实施方式中，还提供了一种LED封装系统，包括一个或多个LED封装单元，该LED封装单元为上述的LED封装单元，且各LED封装单元呈二维阵列排布。
由本发明的LED封装单元二维阵列排布组成的LED封装系统，集合了各LED封装单元的功能，提高了LED封装系统的集成度。
在本发明又一种优选的实施例中，上述LED封装系统的LED封装单元为多个，各LED封装单元一体设置或相互隔离设置，各LED封装单元之间电互联或独立工作。当各LED封装单元电互联，实现了将各LED封装单元统一控制的目的；当各LED封装单元独立工作时，采用不同的控制系统进行控制可以实现更多的功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种LED封装单元，其特征在于，所述LED封装单元包括：
具有发光功能的第一功能层(1)，具有一个或呈阵列分布的多个LED芯片(11)；
具有光转换功能的第二功能层(2)，具有一个或呈阵列分布的多个荧光粉层(21)，所述第二功能层(2)固定在所述第一功能层(1)的上方，且所述荧光粉层(21)设置在所述LED芯片(11)的正上方，
所述第一功能层(1)还包括：
第一封装主体(14)，所述LED芯片(11)封装在所述第一封装主体(14)内；
第一导电层(12)，封装在第一封装主体(14)内，所述LED芯片(11)与所述第一导电层(12)电互联；
第二功能层(2)，包括：
载体(22)，具有一个或呈阵列分布的多个容纳腔，所述荧光粉层(21)设置在所述容纳腔内，所述第一功能层(1)的部分所述第一导电层(12)的上表面裸露在所述第一封装主体(14)的外部，所述第二功能层(2)具有与所述第一导电层(12)裸露的部分对应的通孔。
2.根据权利要求1所述的LED封装单元，其特征在于，
所述第一功能层(1)还包括一个或多个第一导体(13)，任意一个所述第一导体(13)的一端设置在所述第一导电层(12)上，另一端延伸至所述第一封装主体(14)的上表面；
所述第二功能层(2)还包括与所述第一导体(13)对应的第二导体(23)，所述第二导体(23)由所述载体(22)的下表面延伸至所述载体(22)的上表面，所述第一导体(13)和所述第二导体(23)电互联。
3.根据权利要求2所述的LED封装单元，其特征在于，所述第一功能层(1)还包括第一电路元件(16)，所述第一电路元件(16)封装在所述第一封装主体(14)内并与所述第一导电层(12)电互联。
4.根据权利要求3所述的LED封装单元，其特征在于，所述LED封装单元还包括一层或多层附加功能层(3)，所述附加功能层(3)堆叠地设置在所述第一功能层(1)与所述第二功能层(2)之间和/或第一功能层(1)的下方，各所述附加功能层(3)包括：
附加封装主体(34)；
附加导电层(31)，封装在所述附加封装主体(34)内，且与所述第一导电层(12)电互联；
附加电路元件(32)，封装在所述附加封装主体(34)内，且与所述附加导电层(31)电互联。
5.根据权利要求4所述的LED封装单元，其特征在于，
固定在所述第一功能层(1)与第二功能层(2)之间的所述附加功能层(3)的附加封装主体(34)的与所述荧光粉层(21)对应的区域透明或具有通孔，所述附加导电层(31)与所述附加电路元件(32)均封装在所述附加封装主体(34)的与所述载体(22)对应的区域内；
固定在所述第一功能层(1)下方的所述附加功能层(3)的附加封装主体(34)的与所述LED芯片(11)对应的区域具有导热功能。
6.根据权利要求5所述的LED封装单元，其特征在于，
各所述附加功能层(3)还包括与所述第一导体(13)位置对应的附加导体(33)，所述附加导体(33)与所述附加导电层(31)电互联并向上延伸至所述附加功能层(3)的上表面，相邻的所述附加功能层(3)的附加导体(33)之间电互联，且各所述附加功能层(3)分别通过所述附加导体(33)与所述第一导电层(12)电互联。
7.根据权利要求4所述的LED封装单元，其特征在于，所述第一电路元件(16)和所述附加电路元件(32)分别包括驱动电路元件、控制电路元件、传感器和/或通讯模块。
8.根据权利要求4所述的LED封装单元，其特征在于，所述LED封装单元还包括光学功能层(4)，所述光学功能层(4)包括透镜(41)或散射层(42)，所述透镜(41)或所述散射层(42)罩设在所述荧光粉层(21)的正上方。
9.根据权利要求8所述的LED封装单元，其特征在于，所述LED封装单元还包括光学功能层导体(43)，所述光学功能层导体(43)与所述第二导体(23)对应设置且电互联。
10.根据权利要求8所述的LED封装单元，其特征在于，所述LED封装单元还包括表面绝缘的导热基板(5)，所述导热基板(5)设置在所述LED封装单元的底部。
11.一种LED封装系统，包括一个或多个LED封装单元，其特征在于，所述LED封装单元为权利要求1至10中任一项所述的LED封装单元，且各所述LED封装单元呈二维阵列排布。
12.根据权利要求11所述的LED封装系统，其特征在于，所述LED封装单元为多个，各所述LED封装单元一体设置或相互隔离设置，各所述LED封装单元之间电互联或独立工作。
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