CN104409619A - 一次光学透镜的直下式背光led结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一次光学透镜的直下式背光LED结构及封装方法，其结构包括陶瓷基板、金属导电层、LED芯片、金线、荧光粉混合物层、透镜、绝缘层，以陶瓷基板作为LED芯片封装的支撑支架和散热通道，以一次成型的花瓣形透镜作为器件的密封结构并实现直下式背光所需的配光，同时光学结构与背光模组中的光学膜层进行了耦合设计，技术效果是LED二次光学结构与一次光学结构同步完成，与传统LED半导体工艺相兼容，提高了背光模组的发光效率，及空间亮度分布均匀、结构简单、成本低，易于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种直下式背光LED结构，特别涉及一种一次光学透镜的直下式背光LED结构及封装方法。
技术背景
目前，LED背光模组按光源的位置可以分为侧下式和直下式两大类，其中，直下式背光LED模组主要包括LED光源基板、LED光源、二次光学透镜、扩散膜、增亮膜，其中二次光学透镜按一定的距高比设计，安装在LED光源基板上，能够对LED光源的光能分布进行二次调整，使输出的光能量在扩散膜作用下分布均匀，再通过增亮膜后，得到均匀高亮度的光能分布，同时有效减少LED数量。但这种结构依然是在传统LED光源基础上进行二次光学透镜设计，成本较高，透镜材料会吸收部分光能，光在透镜表面光也会发生一部分全反射，光通过增亮膜时引起部分光的全反射，导致整个背光模组发光效率低。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种一次光学透镜的直下式背光LED结构，具体技术方案是，一种一次光学透镜的直下式背光LED结构，包括陶瓷基板、金属导电层、LED芯片、金线、荧光粉混合物层、透镜、绝缘层，其特征在于：金属导电层分为两部分并按LED芯片正负极走线及元件走线图形化的分别覆盖在陶瓷基板的表面并且互不导通，LED芯片安装在金属导电层上，使LED芯片直接与一金属导电层导通，LED芯片另一电极用金线将与金属导电层连接导通，荧光粉混合物层覆盖LED芯片表面，透镜包裹整个荧光粉混合物层并固化在陶瓷基板上，绝缘层覆盖在透镜相邻区域的陶瓷基板与金属导电层上。
所述的透镜外形由数块外边面为花瓣形曲面组成，用具有良好透射性的液体材料灌入透镜模具腔体，与LED芯片固化为一体。
封装方法包括以下步骤，
、在陶瓷基板上下、左右表面采用真空镀膜工艺分两部分淀积金属导电层，接触LED芯片表面部分淀积银铜复合层、另一部分淀积金铜复合层；
、分别对陶瓷基板上下表面的金属导电层刻蚀，上表面形成安装LED芯片所需的图形，下表面形成器件正负电极所需的图形 ；
、在与安装透镜相邻的金属导电层表面丝网印刷对300-800nm波长光具有高反射性的材料绝缘层；
、在金属导电层安装LED芯片位置处涂覆粘性导电材料，将镀有电极的LED芯片一面放置在该材料上，经高温回流工艺将LED芯片粘结在金属导电层；
、采用纯度99.99%以上的金线，通过打线机将LED芯片另一电极与金属导电层连接；
、将荧光粉同透明液体按比例混合均匀，置于真空容器中排出混合液中的气体，然后均匀的涂覆在LED芯片表面，然后通过紫外线照射或高温烘烤固化，形成荧光粉混合物层；
、将预先根据使用需求设计制造出的透镜模具腔体朝上，水平放置，在腔体表面吸附脱模薄膜，将对300-800nm波长光具有良好透射性的液体材料灌入透镜模具腔体，将安装有LED芯片的陶瓷基板水平向下放置，使LED芯片置于透光液体中心，然后压合陶瓷基板与模具，经高温固化后脱模成模形透镜包裹整个LED芯片与荧光粉混合物层并固化在陶瓷基板上，固化温度在110-150℃、时间1～3小时。
本发明的有益效果是提高了背光模组的发光效率，结构简单、成本降低。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明透镜结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1、2所示，本发明包括陶瓷基板1、金属导电层2、LED芯片3、金线4、荧光粉混合物层5、透镜6、绝缘层7，所述陶瓷基板1材料为氮化铝、形状正方体，金属导电层2分为两部分并按LED芯片3正负极走线及元件走线图形化的分别覆盖在陶瓷基板1的表面并且互不导通，LED芯片3安装在金属导电层2上，使LED芯片3直接与金属导电层2导通，LED芯片3另一电极用金线4将与金属导电层2连接导通，荧光粉混合物层5覆盖LED芯片3表面，透镜6包裹整个荧光粉混合物层2并固化在陶瓷基板上，绝缘层7覆盖在透镜6相邻区域的陶瓷基板1与金属导电层2上。
所述的透镜6由四部分构成，每部分外边面为花瓣形曲面，曲面各点计算方法根据以下公式得出，朗伯型LED光源原始的光线出射角度范围纬度角θ=0°~90°，经度角φ=0°~360°，每一条从朗伯LED光源出射的光线都偏折向新的方向θ，，φ，，出射光线与偏折光线的关系如下式：
其中θ1~θ2和φ1~φ2指在每一个部分中所需的高透过率角度范围。
（1）确定透镜中心点的高度h；
（2）在四分之一光源内，以(M+1)×(N+1)条的光线网格代替原先向θ=0°~90°，φ=0°~90°内连续出射光线的光源，M+1为光源φ方向上的分片数目，N+1为光源θ方向上的分片数目。每条光线入射到自由曲面透镜上，其单位矢量以下标ij记作I ij ，其中i=1,2,3…M+1，j=1,2,3…N+1，表征I ij 空间方向的θij和φij数值如式（2）所示，根据球坐标的简单换算，就可以得到I ij 的直角坐标表达形式，如式（3）所示，I i1 实际上为同一条入射光线；
(3)
（3）根据式（1），每条入射到自由曲面透镜的光线I ij 都对应唯一的出射光线，其单位矢量被记作O ij ，其数值如式（4）所示；
(4)
（4）根据式（5）所示的Snell 定律，就可以由式（3）和式（4）确定I ij 被自由曲面透镜折射面偏折为O ij 时的折射面法向矢量N ij ；
(5)
其中，η为环境介质相对于透镜材料的相对折射率。
（5）I 11 指向的透镜第一点P11的坐标为(0,0,h)，结合P11点处折射面的单位法矢N11，就可以得到P11点处的切平面S11；
（6）入射光线的φ角不变，沿θ角方向的第二条入射光线I 12 与S11交于P12，得到透镜第二点，进而可以由得到该点的切片面S12；
（7）重复步骤（2）和（3），就可以得到对应于的一系列透镜点，即为对应于φ角分割的第一条曲线；
（8）用类似的入射光线矢量与切平面相交的方法，可以由P12得到P22，然后逐个得到，P21点与P11点为同一点，这样就生成了对应于φ角分割的第二条曲线;
（9）使用类似方法就可以由对应于φ角分割的第二条曲线逐个得到对应于φ角分割的第三、第四、第五……第M+1条曲线，将这M+1条曲线计算机放样，就可以获得所需的透镜表面。
一次光学透镜的直下式背光LED结构封装方法，包括以下步骤，
、在陶瓷基板1上下、左右表面采用真空镀膜工艺分两部分淀积金属导电层2，接触LED芯片3表面部分淀积银铜复合层、另一部分淀积金铜复合层；
、分别对陶瓷基板1上下表面的金属导电层2刻蚀，上表面形成安装LED芯片所需的图形，下表面形成器件正负电极所需的图形 ；
、在与安装花瓣形透镜6相邻的金属导电层2表面丝网印刷对300-800nm波长光具有高反射性的材料绝缘层7；
、在金属导电层2安装LED芯片3位置处涂覆粘性导电材料，将镀有电极的LED芯片3一面放置在该材料上，经高温回流工艺将LED芯片3粘结在金属导电层2；
、采用纯度99.99%以上的金线，通过打线机将LED芯片3另一电极与金属导电层2连接；
、将荧光粉同透明液体按比例混合均匀，置于真空容器中排出混合液中的气体，然后均匀的涂覆在LED芯片3表面，然后通过紫外线照射或高温烘烤固化，形成荧光粉混合物层5；
、将预先根据使用需求设计制造出的透镜6模具腔体朝上，水平放置，在腔体表面吸附脱模薄膜，将对300-800nm波长光具有良好透射性的液体材料灌入透镜6模具腔体，将安装有LED芯片3的陶瓷基板1水平向下放置，使LED芯片3置于透光液体中心，然后压合陶瓷基板1与模具，经高温固化后脱模形成花瓣形透镜6包裹整个LED芯片3与荧光粉混合物层5并固化在陶瓷基板上，固化温度在110-150℃、时间1～3小时。
本发明使LED二次光学结构与一次光学结构同步完成，减少了传统背光模组中二次光学透镜设计，有利于降低背光模组的成本，减少了光透过两次光学透镜的吸收与全反射，提高背光模组的发光效率，花瓣形自由曲面透镜能够使LED芯片出光的能量空间分布与增亮膜透过率的角度特性相匹配，有效提高背光模组的轴向亮度。
Claims (3)
1.一种一次光学透镜的直下式背光LED结构，包括陶瓷基板（1）、金属导电层（2）、LED芯片（3）、金线（4）、荧光粉混合物层（5）、透镜（6）、绝缘层（7），其特征在于：金属导电层（2）分为两部分并按LED芯片（3）正负极走线及元件走线图形化的分别覆盖在陶瓷基板（1）的表面并且互不导通，LED芯片（3）安装在金属导电层（2）上，使LED芯片（3）直接与金属导电层（2）导通，LED芯片（3）另一电极用金线（4）将与金属导电层（2）连接导通，荧光粉混合物层（5）覆盖LED芯片（3）表面，透镜（6）包裹整个荧光粉混合物层（2）并固化在陶瓷基板上，绝缘层（7）覆盖在透镜（6）相邻区域的陶瓷基板（1）与金属导电层（2）上。
2.如权利要求1所述的一次光学透镜的直下式背光LED结构，其特征在于：所述的透镜（6）外形由数块外边面为花瓣形曲面组成，用具有良好透射性的液体材料灌入透镜（6）模具腔体，与LED芯片（3）固化为一体。
3.一种一次光学透镜的直下式背光LED结构的封装方法，其特征在于：封装方法包括以下步骤，
、在陶瓷基板（1）上下、左右表面采用真空镀膜工艺分两部分淀积金属导电层（2），接触LED芯片（3）表面部分淀积银铜复合层、另一部分淀积金铜复合层；
、分别对陶瓷基板（1）上下表面的金属导电层（2）刻蚀，上表面形成安装LED芯片所需的图形，下表面形成器件正负电极所需的图形 ；
、在与安装透镜（6）相邻的金属导电层（2）表面丝网印刷对300-800nm波长光具有高反射性的材料绝缘层（7）；
、在金属导电层（2）安装LED芯片（3）位置处涂覆粘性导电材料，将镀有电极的LED芯片（3）一面放置在该材料上，经高温回流工艺将LED芯片（3）粘结在金属导电层（2）；
、采用纯度99.99%以上的金线，通过打线机将LED芯片（3）另一电极与金属导电层（2）连接；
、将荧光粉同透明液体按比例混合均匀，置于真空容器中排出混合液中的气体，然后均匀的涂覆在LED芯片（3）表面，然后通过紫外线照射或高温烘烤固化，形成荧光粉混合物层（5）；
、将预先根据使用需求设计制造出的透镜（6）模具腔体朝上，水平放置，在腔体表面吸附脱模薄膜，将对300-800nm波长光具有良好透射性的液体材料灌入透镜模具腔体，将安装有LED芯片（3）的陶瓷基板（1）水平向下放置，使LED芯片（3）置于透光液体中心，然后压合陶瓷基板（1）与模具，经高温固化后脱模成模形透镜（6）包裹整个LED芯片（3）与荧光粉混合物层（5）并固化在陶瓷基板上，固化温度在110-150℃、时间1～3小时。
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