CN103441211B - 一种非对称的矩形光斑的led封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，包括具有高反射面的散热铝槽、高导热透明陶瓷片，LED芯片、均匀喷涂的荧光粉，矩形光斑配光均匀的透明硅胶透镜。这样的封装结构，在不影响向上方向的光线出射的情况下，有效地把向下发射的光线引导出，大大提高了LED的灯珠的光效；另外，通过对调整铝热沉的反射面角度，高度以及灌封硅胶的外形，得到非对称的向左或向右单方向的矩形光斑。这种封装结构的LED可以获取更高的光效，更大程度地利用LED光能量满足复杂道路照明的要求。

Description

一种非对称的矩形光斑的LED封装结构

技术领域

本发明涉及LED封装结构，特别涉及一种非对称的矩形光斑的LED封装结构。

背景技术

近几年来，LED照明技术得到了突飞猛进的发展，随着功率型LED器件技术的发展，使得LED在户外照明领域中得到巨大的应用，特别是应用到道路照明的路灯领域。LED以其发光效率高、寿命长、色域广、可工作频率高、无汞等优点将逐渐取代传统的白炽灯，卤素灯甚至高压钠灯，必将成为道路照明的路灯光源的主流。

LED路灯的表现在一定程度上取决于LED灯珠封装品质。有的灯珠的光斑是圆形的，有点是椭圆形的，比较新的一种是长方形的。路灯灯罩对改变光斑的形状一般不会起很大的作用，特别是在不损失太大光效的情况下，因此与LED灯珠光斑相应的LED路灯的光斑往往也是圆形的、椭圆形的或长方形的。

对于圆形光斑的LED路灯，因为光斑与道路形状偏差大，并且光强分布很不均匀，应用的范围很有限；对于椭圆光斑的LED路灯，光型与光强的均匀度都比圆形光斑的有所改进，但是还是没有完全发挥LED的优势；左右对称的矩形光斑的LED路灯，光能量基本投放到笔直的道路上，并且配光曲线形如蝙蝠状，使得在灯具照射范围内，光强基本均匀。而左右对称的矩形光斑的对于笔直的道路是很好的配光，但是，对于大量存在的弯道，分道，环岛等形状的道路，左右对称性矩形光斑由于光斑形状与道路形状的不匹配性，必须加大使用路灯的密度，往往需要增加一倍以上的密度，大大增大道路的建设成本，同时也造成巨大的光能量浪费。

另外，目前封装基本是铝基板上焊接LED芯片，使得LED芯片向基板方向的光线没办法得到有效地导出，从而基本被转化为热能。这样的封装，既是对光能量的浪费，也同时增加了器件对散热的负担。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种非对称矩形光斑的LED封装结构，实现了非对称矩形光斑的、高功率、高光效的要求。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，包括具有反射面的散热铝槽、设置于散热铝槽的凹槽底部的透明导热陶瓷，所述透明导热陶瓷上设置有嵌入式铜箔片，所述嵌入式铜箔片连接贴装在透明导热陶瓷上的LED芯片，所述LED芯片上均匀喷涂有荧光粉，所述散热铝槽开口处灌封地设置有透明硅胶，LED芯片与铜箔片电极用金线连接，所述透明导热陶瓷上端设有倾斜面，所述LED芯片倾斜地贴装在所述倾斜面上，所述倾斜面与凹槽底平面的夹角为14.5度，所述凹槽包括前后侧反射面、右侧反射面7和左侧反射部，所述凹槽的前后侧反射面与凹槽底平面的夹角均为37度，右侧反射面7与凹槽底平面的夹角为28.5~32度，右侧反射面的最大出射角为61~68.2度，所述凹槽的左侧反射部分包括上下连接的左侧上段反射面和左侧下段反射面，所述左侧下段反射面与与凹槽底平面的夹角为29度，所述左侧上段反射面与凹槽底平面的夹角为79~82.8度。

进一步地，所述透明导热陶瓷的材料为MgAl₂O₄，导热系数为17w/m·K。

进一步地，所述嵌入式铜箔片的厚度为50微米，用于焊接LED芯片的电极与外驱动电源的电路。

进一步地，所述LED芯片为GaN基蓝光LED芯片。

进一步地，所述荧光粉为YAG：Ce。

进一步地，所述透明硅胶透过率为91%。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明通过对散热铝槽上各个反射面做成不同高度，不同倾斜度的反射面，并在硅胶的出射面上，根据光折射原理，设计出相应的形貌的曲率，使得LED发出的光线形成矩形型的光斑，单边即左边或右边，25米或者25米内某一长度范围的矩形平面，光强强度基本一致。满足了道路照明行业对分叉道路，弯曲道路上的亮度均匀，长期稳定，高效节能等照明要求。

（2）本发明在LED芯片的基底上，用了一块一边厚另一边薄，掺有荧光粉的透明陶瓷MgAl₂O₄，使得LED向基底发出光线能有效地引导出来，并反射回去，大大提高LED的整体光效。

（3）本发明的LED芯片是倾斜放置，使得更有利于发射的光斑非对称性，有利于复杂道路灯具的配光设计。

附图说明

图1非对称矩形光斑LED纵剖结构示意图。

图2非对称矩形光斑LED纵剖反射结构示意图。

图3非对称矩形光斑LED横剖面结构示意图。

图4非对称矩形光斑LED的光折射示意图。

图中所示为：1-透光硅胶；2-电极连接金线；3-荧光粉；4-LED芯片；5-透明导热陶瓷；6-散热铝槽；7-右侧反射面；8-倾斜面；9-左侧下段反射面；10-左侧上段反射面；11-前后侧反射面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图4所示，一种非对称矩形光斑的LED封装结构，包括具有反射面的散热铝槽6、设置于散热铝槽6的凹槽底部的透明导热陶瓷5，所述透明导热陶瓷5上设置有嵌入式铜箔片，所述嵌入式铜箔片连接着贴装在透明导热陶瓷上的LED芯片4，所述LED芯片4上均匀喷涂有荧光粉3，所述散热铝槽6开口处灌封地设置有透明硅胶1，LED芯片4与电极连接金线2相连接，。考虑到路灯高度为10米，间距为50米，为4条车道，每条车道3.75米宽的道路照明的要求，所述透明导热陶瓷5上端设有倾斜面8，所述LED芯片4倾斜地贴装在所述倾斜面8上，所述倾斜面8与凹槽底平面的夹角为14.5度，所述凹槽包括前后侧反射面11、右侧反射面7和左侧反射部，所述凹槽的前后侧反射面11与凹槽底平面的夹角均为37度，右侧反射面7与凹槽底平面的夹角为28.5度，右侧反射面的最大出射角为68.2度，所述凹槽的左侧反射部包括上下连接的左侧上段反射面10和左侧下段反射面9，所述左侧下段反射面9与与凹槽底平面的夹角为29度，所述左侧上段反射面10与凹槽底平面的夹角为79度。

进一步地，所述透明导热陶瓷5的材料为MgAl₂O₄，导热系数为17w/m·K。

进一步地，所述嵌入式铜箔片的厚度为50微米，用于焊接LED芯片4的电极与外驱动电源的电路。

进一步地，所述LED芯片4为GaN基蓝光LED芯片。

进一步地，所述荧光粉3为YAG：Ce。

进一步地，所述透明硅胶1透过率为91%。

本发明的非对称矩形光斑的LED，对于LED芯片上灌封的硅胶形成的透镜，如图4所示，中间区域对光线有明显的发散作用，右侧则对光线有明显的会聚作用，左侧区域对光线的稍有会聚作用。在左侧出射光线最大角度为22.5度，在右侧光线最大角度可达到68.2度。而更大的角度光线将被芯片侧边的铝反射板反射回到要求出射光线的角度范围中去。设计过程中，在纵向硅胶透镜截面曲线上，除了边缘的68.2度的光线是以法线方向出射外，其他的角度都是以一定的倾斜度折射出来的。透明硅胶1的曲面是按照自由曲面配光的办法来设计的，在有效的照明面积上，要求光线照度相等。

如图4示意图，决定着照明照度均匀度的因素有：折射角θ，照射角度α，以及光线的透过率。

其中折射公式是n₁sinθ₁=n₀sinθ₀，n₀为硅胶的折射率，n₁为空气折射率。

透射率公式是:

T1=2n₀n₁cosθ₀cosθ₁/[(n₀cosθ₁+n₁cosθ₀)^2+(n₀cosθ₀+n₁cosθ₁)^2]

蓝光LED芯片发出的光线经过荧光粉吸收散射，部分转变为黄光之后，各个方向的发光强度是基本相同的。这样，只要任意两条光线的光强值相等，即：T1sinα₁=T2sinα₂。整个矩形光斑的光强度将是均匀的。在实际的计算过程中，可以计算曲线各点的光线与右侧68.2度的光线照度相等。计算出满足光线照度相等的各点光线折射角θ₀，θ₁值之后，就可以计算曲线相应点的法线以及切线斜角度，随着计算点的增加，各点切线连接形成光滑曲线，即可得到硅胶透镜的纵向截面曲线形状。对于透明硅胶1的横截面的曲线形状，如图3所示，在管芯发射角±37度的范围内，出射面横截弧线是以管芯为圆心的一段圆弧，即为了让光线可以最大程度地出射，尽可能让更多光线以法线方向出射的；对于大于±37度这个角度范围的光线，将会打到曲线曲率突然变化、迅速回收的边缘倾斜面或者管芯侧边得反射面上，光线将被高反射或全反射的方式反射到±37的角度范围里来。

实施例2

本实施例除以下特征外，其余特征均与实施例1同：

本实施例的右侧最大出射角为61度，左侧上段反射面10与凹槽底平面的夹角为82.8度，右侧反射面7与凹槽底平面的夹角为32度，此时照明矩形光斑右侧长度缩短到18米，左侧仍然约为4米。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，包括具有反射面的散热铝槽(6)、设置于散热铝槽(6)的凹槽底部的透明导热陶瓷(5)，所述透明导热陶瓷(5)上设置有嵌入式铜箔片，所述嵌入式铜箔片连接着贴装在透明陶瓷上的LED芯片(4)，所述LED芯片(4)上均匀喷涂有荧光粉(3)，所述散热铝槽(6)开口处灌封地设置有透明硅胶(1)，LED芯片(4)与电极连接金线(2)相连接，其特征在于：

所述透明导热陶瓷(5)上端设有倾斜面(8)，所述LED芯片(4)倾斜地贴装在所述倾斜面(8)上，所述倾斜面(8)与凹槽底平面的夹角为14.5度，所述凹槽包括前后侧反射面(11)、右侧反射面(7)和左侧反射部，所述凹槽的前后侧反射面(11)与凹槽底平面的夹角均为37度，右侧反射面(7)与凹槽底平面的夹角为28.5~32度，右侧反射面的最大出射角为61~68.2度，所述凹槽的左侧反射部包括上下连接的左侧上段反射面(10)和左侧下段反射面(9)，所述左侧下段反射面(9)与与凹槽底平面的夹角为29度，所述左侧上段反射面(10)与凹槽底平面的夹角为79~82.8度。

2.根据权利要求1所述的一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，其特征在于：所述透明导热陶瓷(5)的材料为MgAl₂O₄，导热系数为17w/m·K。

3.根据权利要求1所述的一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，其特征在于：所述嵌入式铜箔片的厚度为50微米，用于焊接LED芯片(4)的电极与外驱动电源的电路。

4.根据权利要求1所述的一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片(4)为GaN基蓝光LED芯片。

5.根据权利要求1所述的一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，其特征在于：所述荧光粉(3)为YAG：Ce。

6.根据权利要求1所述的一种非对称的矩形光斑的LED封装结构，其特征在于：所述透明硅胶(1)透过率为91%。