CN105679919B - 一种led产品制造方法及led产品 - Google Patents

Abstract

一种LED产品及其制造方法，包括步骤：基于LED产品的出光要求，根据LED芯片的发光原理、LED芯片激发荧光粉生成白光的机理和光学设计方法等生成出光装置设计数据，出光装置用于吸收激发光，发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理；根据出光装置设计数据生成三维实体模型，并利用离散程序将三维实体模型进行处理以获得3D打印数据；控制3D打印机根据3D打印数据和预定材质堆叠出出光装置，出光装置可以直接覆盖在LED芯片上，也可以与LED芯片是分离的。本发明能够实现荧光粉颗粒、荧光粉层型态与透镜层型态的可控分布，从而实现出光的可控分布。本发明将荧光粉涂敷技术、一次光学设计和二次光学设计有机糅合在一起，有效节省灯具空间结构。

Description

一种LED产品制造方法及LED产品

技术领域

本发明涉及照明领域，具体涉及一种LED产品制造方法及LED产品。

背景技术

LED具有节能、环保和寿命长等诸多优点，特别是它与太阳能电池、电磁感应电池联合使用后，更是一种具有竞争力的绿色光源。LED封装实现白光的过程是：当LED芯片发出的蓝光入射到荧光粉层中时，由于蓝光光谱在荧光粉的激发光谱内，荧光粉会对蓝光产生强烈的吸收作用，吸收的一部分蓝光转化为黄色荧光激发光后，与直接从荧光粉层透射出去的蓝光混合形成白光，因此荧光粉的涂覆方法在一定程度上决定了白光LED光色品质的好坏。如果形成白光的荧光粉厚度不均匀及形状有偏差，将导致出射光局部偏黄或偏蓝，形成的白光光斑不均匀。

因此，LED荧光粉涂敷技术是白光LED光源的一个重要技术环节，传统的制造方法采用的是自由点胶法，该制造方法简单、成本低，也是目前最普遍的制造方法，但是空间颜色均匀性差，而且无法满足晶圆级封装的紧凑和产品一致性要求。目前比较流行的制造方法是保型涂覆技术，如图1所示，将LED芯片11放置在热沉10上，随后采用该制造方法荧光粉胶可以均匀地包覆在LED芯片11表面形成荧光粉层12，然后再在荧光粉层12的外面制作透镜层13，以对混光进行匀光。但是在LED器件的使用过程中，在二次配光中依然会产生“黄绿圈”或“蓝斑”等光色不均匀问题。LED荧光粉涂敷技术与光学设计浪费了大量的人力、物力和财力，但是不能从根源有效解决LED的光色不均匀问题，给LED光源的应用端带来了极大的困扰。

发明内容

针对现有的LED产品制造方法产生的光色不均匀问题，本申请提供一种LED产品制造方法及LED产品。

根据第一方面，一种实施例中提供一种LED产品制造方法，包括步骤：

根据LED产品的出光要求和LED芯片激发荧光粉的混光原理生成出光装置设计数据，所述出光装置用于吸收激发光，发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理；

根据所述出光装置设计数据生成三维实体模型，并利用离散程序将所述三维实体模型进行处理以获得3D打印数据；

将3D打印数据输出至3D打印机；

控制3D打印机根据所述3D打印数据和预定材质堆叠出用于覆盖在LED芯片或LED模组上的出光装置。

根据第二方面，一种实施例中提供一种LED产品，包括：LED芯片，用于发出激发光；出光装置，所述出光装置经3D打印成型并覆盖在LED芯片上，所述出光装置用于吸收激发光发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理。

依据上述实施例的LED产品制造方法和LED产品，由于将荧光粉涂覆方法和光学设计揉合在一起，有效地简化工艺流程，同时利用3D制造技术打印生成LED的出光装置，实现了LED产品出光的可控分布，从根源上解决“黄绿圈”和“蓝斑”等光色不均匀问题，并且能够有效地防止荧光粉的沉降现象，从而实现荧光粉颗粒的可控分布。

附图说明

图1为LED产品示意图；

图2为LED产品制造方法流程图；

图3为矩形荧光粉层示意图；

图4为凹形荧光粉层示意图；

图5为花生形叠加矩形荧光粉层示意图；

图6为矩形叠加的荧光粉层示意图；

图7为荧光粉层和透镜层层叠分布的示意图。

附图标记：10是热沉、11是LED芯片、12是荧光粉层、13是透镜层、30是LED芯片、31是矩形荧光粉层、40是LED芯片、41是凹形荧光粉层、50是LED芯片、51是矩形荧光粉层、52是花生形荧光粉层、60是LED芯片、61是矩形荧光粉层、62是矩形荧光粉层、70是热沉、71是LED芯片、72是荧光粉层、73是第一透镜层、74是第二透镜层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

3D制造技术是一种由点到线，由线到面，完成一个层面的作业后，在垂直方向移动一个层面的高度，再重复作业，层层叠加，精确地获得了事先设计好的三维实体。

在本发明实施例中，利用3D制造技术，实现荧光粉颗粒分布和荧光粉层型态的可控分布，以及配光结构的可控成型，从而实现出光的可控分布，从根源上解决困扰产业界的“黄绿圈”和“蓝斑”等光色不均匀问题。

实施例一：

本例提供一种LED产品制造方法，流程图如图2所示，具体包括如下步骤。

步骤1：根据LED产品的出光要求，设计出光装置。

为了使LED芯片发出的光能够更好地输出，得到最大程度的利用，并且在照明区域内满足设计要求，需要对LED进行光学系统的设计。其中，在封装过程中的设计被称为一次光学设计；而在LED封装之外进行的光学设计被称为二次光学设计，也称为二次配光设计，经过两次设计完成LED终端产品的混光和匀光。LED的颜色与能量转换由荧光粉层实现，LED的混光和匀光都由透镜层实现。本实施例中，将荧光粉涂敷技术和光学设计揉合在一起考虑，期望在LED芯片上覆盖一层结构，该结构既可以实现LED芯片发出光的颜色转换，也可以实现混光与匀光，该结构层在本文中被称为出光装置。当LED芯片或集成模组发出的光通过所述出光装置时，就能获得LED产品或系统终端需要的出光效果以及光强与色温的分布等。出光装置的设计过程如下：

根据LED芯片的发光特性(例如发光波长、发光亮度等特性)、LED产品的使用要求等生成出光装置设计数据，该出光装置用于覆盖在LED芯片上，该出光装置用于吸收激发光，发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理，从而使LED产品发射的光为混匀后的光。

具体的，根据LED产品的出光要求，设计出光路径。其中，设计出光装置具体需要考虑的因素包括：设计出光路径、设计荧光粉层形态和设计荧光粉颗粒的分布，以及配光结构，设计出光装置的过程中还进一步考虑选取荧光粉种类、荧光粉颗粒尺寸和荧光粉颗粒载体等；荧光粉颗粒载体为光敏树脂材料或无机物，无机物与光敏树脂材料相比，能有效提升LED的光效和可靠性，无机物可以优选为玻璃。荧光粉层形态包括荧光粉层形状和厚度，其中，荧光粉层形状根据实际应用设计，如纵向截面形状可以为矩形、凹形、凸形或花生形等形状，矩形荧光粉层31如图3所示，凹形荧光粉层41如图4所示，另外，根据实际需要，还可以将不同的荧光粉层进行叠加，其中将花生形荧光粉层51与矩形荧光粉层52进行叠加，如图5所示，叠加的矩形荧光粉层61和62如图6所示。

步骤2：根据出光装置设计数据生成三维实体模型，并利用离散程序将三维实体模型进行处理以获得3D打印数据。

具体的，根据出光装置设计数据通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生3D打印数据，该数据将精确控制3D制造过程。

步骤3：利用3D打印技术在LED芯片上打印出光装置。

首先将3D打印数据输出至3D打印机，然后，控制3D打印机在LED芯片上根据所述3D打印数据和预定材质堆叠出出光装置，以使出光装置覆盖在LED芯片上。

具体的，3D打印机根据3D打印数据和采用预定的材质在LED芯片上由点到线、由线到面先打印第一层面。当第一层加工完毕后，3D打印机在垂直方向移动一个层面的高度，再根据3D打印数据和采用预定的材质在第一层面上打印第二层面；当一层加工完毕后，就生成荧光粉层的一个横向截面，如此层层叠加，直至形成出光装置。

本实施例中，由于利用3D制造技术可由点到线、由线到面、层层叠加地进行材料涂覆，可对每一层面的荧光粉颗粒的分布和形态进行精确控制，从而可生成任意形态和分布的荧光粉层。由于3D打印数据是根据LED产品的出光要求进行设计的，因此打印生成的出光装置可符合LED产品的出光要求，从而实现LED出光的可控分布，从根源上解决困扰产业界的“黄绿圈”和“蓝斑”等光色不均匀问题；另一方面，本实施例将LED荧光粉涂覆方法和光学设计揉合在一起，有效地简化了方法流程，同时使LED应用产品结构更紧凑，有效降低热阻和出光路径，提高光效和可靠性。

采用本实施例中方法，可在LED芯片上打印出如图3、4中所示的矩形荧光粉层31、凹形荧光粉层41，以及图6中所示的不同材质的两层矩形荧光粉层61、62，由于荧光粉层的形态和荧光粉的分布根据LED产品的出光要求和混光原理设计，因此激发光经荧光粉涂层后可发出符合出光要求的混合光。

基于上述LED产品制造方法，本例还提供一种LED产品，包括：LED芯片，用于发出激发光；出光装置，所述出光装置经3D打印成型并覆盖在LED芯片上，所述出光装置用于吸收激发光发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理。出光装置可以只包括由3D打印成型的一层荧光粉层，也可以包括多层荧光粉层，多层荧光粉层呈层叠分布，如图5所示，花生形荧光粉层52覆盖在矩形荧光粉层51上。其中，凹形、凸形或花生透镜型形荧光粉层还能够具有透镜功能。

在有的实施例中，出光装置还可以是荧光粉层和透镜层混杂在一起的出光装置模组，如图7所示。71是LED芯片，72是荧光粉层，73是第一透镜层，74是第二透镜层。本实施例采用了荧光粉远离涂敷技术，且具有模组特征。在LED芯片71上顺次打印了第一透镜层73、荧光粉层72、第二透镜层74。因此荧光粉层72与LED芯片71被第一透镜层73隔开，即是采用了荧光粉远离涂覆技术。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种LED产品制造方法，其特征在于，包括步骤：

根据LED产品的出光要求和LED芯片激发荧光粉的混光原理生成出光装置设计数据，所述出光装置用于吸收激发光，发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理；

根据所述出光装置设计数据生成三维实体模型，并利用离散程序将所述三维实体模型进行处理以获得3D打印数据；

将3D打印数据输出至3D打印机；

控制3D打印机根据所述3D打印数据和预定材质堆叠出用于覆盖在LED芯片或LED模组上的出光装置；根据LED产品的出光要求和LED芯片激发荧光粉的混光原理生成出光装置设计数据包括：根据LED产品的出光要求设计出光路径,根据出光要求、出光路径和混光原理设计荧光粉涂层形态、荧光粉颗粒分布，以及配光结构，从而生成出光装置设计数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述荧光粉涂层形态包括荧光粉涂层形状和厚度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还根据选取的荧光粉种类、荧光粉颗粒尺寸和荧光粉颗粒载体设计荧光粉涂层形态和设计荧光粉颗粒的分布。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据LED产品的出光要求和LED芯片激发荧光粉的混光原理生成出光装置设计数据还包括：根据出光路径和混光原理设计透镜层的形态和分布，根据荧光粉涂层形态和荧光粉颗粒分布以及透镜层的形态和分布生成出光装置设计数据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述3D打印机根据预设的荧光粉材料和荧光粉的形态和分布数据打印荧光粉层，根据预设的透镜材料和透镜的形态和分布数据打印透镜层。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，3D打印机直接在LED芯片上打印出光装置。

7.一种LED产品，其特征在于包括：

LED芯片，用于发出激发光；

出光装置，所述出光装置根据LED产品的出光要求设计出光路径,根据出光要求、出光路径和混光原理设计荧光粉涂层形态、荧光粉颗粒分布，以及配光结构，从而生成出光装置设计数据，经3D打印成型并覆盖在LED芯片上，所述出光装置用于吸收激发光发出受激光，并对受激光和激发光的混合光进行匀光处理。

8.如权利要求7所述的LED产品，其特征在于，所述出光装置包括由3D打印成型的一层荧光粉层或多层荧光分层，或所述出光装置包括由3D打印成型的荧光粉层和透镜层，所述荧光粉层和透镜层呈层叠分布。

9.如权利要求8所述的LED产品，其特征在于，所述荧光粉层的纵向截面形状为矩形、凹形、凸形或花生形，其中凹形、凸形或花生形荧光粉层能够具有透镜功能，荧光粉层直接覆盖在芯片上，或者采用远离涂敷法覆盖在芯片上。