CN109979927A - 一种用于远距离可见光通信的led发光模组及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED光源技术领域,具体涉及一种用于远距离可见光通信的LED发光模组及其制备方法,包括有LED基板、若干个LED芯片和电极,还包括有光学碗杯、负菲尼尔小透镜、反光杯和正菲尼尔大透镜,实现LED发光模组光照面积小、光输出集中、及发光均匀和光照度高,从而使LED发光模组发出的可见光实现长距离传输,本发明的制备方法,采用LED基板、两次光学透镜、LED倒装Flip Chip的散热结构和互连封装工艺,实现高散热、大功率、小角度、高光效、远距离通信LED发光模组的可靠封装。
Description
技术领域
本发明涉及LED光源技术领域,特别是涉及一种用于远距离可见光通信的LED发光模组及其制备方法。
背景技术
近年来,室外可见光通信技术受到了广泛地关注,室外可见光通信潜在应用广泛,比如应用于室外智能交通等领域。
但室外可见光通信相比于室内可见光通信,存在着没有统一的光照信号、信号不足、可见光模组光电子功率不够及LED光源漫反射影响等问题,在室外可见光通信技术领域,特别是关于可见光中继信息传输、可见光应急通信等,由于现有技术中的室外通信LED集成光源,采用的是面光源发光,导致光功率不够,且尺寸较大,不能作为一般点光源处理,难以满足大功率、非常小的发光角度的发射模组,所以无法满足在远距离可见光通信光源发射模组方面应用。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种用于远距离可见光通信的LED发光模组及其制备方法,其光源功率高、光照面积小、且光角度发散角小,可满足远距离可见光通信。
本发明采用的技术方案是:一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,包括有LED基板、若干个LED芯片和电极,若干个LED芯片和电极分别安装于LED基板,若干个LED芯片与电极连接,还包括有光学碗杯、负菲尼尔小透镜、反光杯和正菲尼尔大透镜,光学碗杯对应LED芯片设有若干个,若干个光学碗杯分别罩设于若干个LED芯片,负菲尼尔小透镜对应光学碗杯设有若干个,负菲尼尔小透镜罩设于光学碗杯,反光杯将若干LED芯片、若干光学碗杯和若干负菲尼尔小透镜罩设于杯体内,反光杯底部与LED基板连接,正菲尼尔大透镜罩设于反光杯,并与反光杯远离LED基板一侧连接,光学碗杯、负菲尼尔小透镜和LED芯片封装于LED基板形成LED发光光源,反光杯用于回收光,正菲尼尔大透镜用于调整光的出射角度。
对上述技术方案的进一步改进为,还包括有光学支撑架,光学支撑架与LED基板连接,且光学支撑架紧密贴合反光杯外侧。
对上述技术方案的进一步改进为,LED基板上设有限位孔,LED芯片经限位孔卡设于LED基板。
对上述技术方案的进一步改进为,LED基板未安装LED芯片的一侧设有金属导热层。
对上述技术方案的进一步改进为,LED基板为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。
对上述技术方案的进一步改进为,LED芯片设为倒装芯片,若干个LED芯片呈拓扑结构分布于LED基板。
对上述技术方案的进一步改进为,LED芯片设为Flip Chip。
一种用于远距离可见光通信LED发光模组的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
步骤一:依据远距离可见光通信LED光源要求对LED基板进行光学设计,并对LED基板进行金属化处理,在LED基板上形成金属导热层;
步骤二:按照步骤一的光学设计要求在LED基板上开设限位孔并装入电极,在限位孔内封装LED芯片,在LED芯片上罩设光学碗杯;
步骤三:在光学碗杯上粘接负菲尼尔小透镜,形成LED发光光源;
步骤四:在发光光源上罩设反光杯,并在反光杯上连接正菲尼尔大透镜,形成远距离可见光通信LED发光模组。
对上述技术方案的进一步改进为,步骤二中的LED芯片采用Flip Chip的晶圆化封装工艺。
对上述技术方案的进一步改进为,在步骤二中,LED芯片为倒装芯片,采用拓扑结构分布于LED基板,LED基板、LED芯片及光学碗杯均采用MCOB封装结构。
本发明的有益效果如下:
本发明公开了一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,通过设置若干LED芯片,实现光照面积小、光输出集中、及发光均匀和光照度高,再经过反光杯将发光光源发出的光回收光,反光杯尽可能多的将光能反射回LED芯片表面,实现光回收,将芯片亮度提高约1倍,进一步增强本发明的光源光照强度,正菲尼尔大透镜配合反光杯变焦调节光的出射角度,使光源发散角不大于5度,实现在不同距离下的有效可见光的传输和发射,形成可以长距离传输的光源功率高、光照面积小、发散角小的LED发光模组。
本发明还公开了一种用于远距离可见光通信的LED发光模组的制备方法,采用LED基板、两次光学透镜、LED倒装Flip Chip的散热结构和互连封装工艺,实现高散热、大功率、小角度、高光效、远距离通信LED发光模组的可靠封装。
附图说明
图1为本发明的俯视图;
图2为本发明的剖视图;
图3为本发明的光学线路设计示意图。
附图标记说明:1.LED芯片、2.LED基板、3.负菲尼尔小透镜、4.反光杯、5.光学支撑架、6.正菲尼尔大透镜、7.电极、8.金属导热层、9.光学碗杯、10.限位孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1至图3,一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,包括有LED基板2、若干个LED芯片1和电极7分别安装于LED基板2,电极7与若干个LED芯片1电性连接,还包括有光学碗杯9、负菲尼尔小透镜3、反光杯4和正菲尼尔大透镜6,光学碗杯9对应LED芯片1设有若干个,若干个光学碗杯9分别罩设于若干个LED芯片1,负菲尼尔小透镜3分别罩设于光学碗杯9反光杯4将若干LED芯片1、若干光学碗杯9和若干负菲尼尔小透镜3罩设于杯体内,反光杯4底部与LED基板2连接,正菲尼尔大透镜6罩设于反光杯4,并与反光杯4远离LED基板2一侧连接,光学碗杯9、负菲尼尔小透镜3和LED芯片1封装于LED基板2形成LED发光光源,反光杯4用于回收光,正菲尼尔大透镜6用于调整光的出射角度,本发明采用将光学碗杯9、负菲尼尔小透镜3和LED芯片1封装于LED基板2形成LED发光光源,通过设置若干LED芯片1,实现光照面积小、光输出集中、及发光均匀和光照度高,再经过反光杯4将发光光源发出的光回收光,反光杯4尽可能多的将光能反射回LED芯片1表面,实现光回收,将芯片亮度提高约1倍,进一步增强本发明的光源光照强度,正菲尼尔大透镜6配合反光杯4变焦调节光的出射角度,使光源发散角不大于5度,实现在不同距离下的有效可见光的传输和发射,形成可以长距离传输的光源功率高、光照面积小、发散角小的LED发光模组。
还包括有光学支撑架5,光学支撑架5与LED基板2连接,且光学支撑架5紧密贴合反光杯4外侧,这样的设置,结构简单,可以有效保证本发明的连接稳固性。
LED基板2上设有限位孔10,LED芯片1经限位孔10卡设于LED基板2,这样的设置,结构简单,便于将LED芯片1按光照需求设置于LED基板2上。
LED基板2未安装LED芯片1的一侧设有金属导热层8,这样的设置,可以增加本发明的光源的导热性能。
LED基板2为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板,这样的设置,基板的导热性高,可以提高光源的导热能力,并减少热岛效应,进一步增强和保证本发明的高功率发光。
LED芯片1设为倒装芯片,若干个LED芯片1呈拓扑结构分布于LED基板2,通过将若干个LED芯片拓扑分布,并与光学碗杯9采用MCOB结构封装,这样的设置,可以实现光照面积小、光输出集中、发光均匀、光照度高。
LED芯片1设为Flip Chip,采用Flip Chip,可以减少LED光源的外形尺寸和发光面积尺寸,有利于配合光学杯和正菲尼尔大透镜6对LED发光光源进一步优化设计。
一种用于远距离可见光通信LED发光模组的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
步骤一:依据远距离可见光通信LED光源要求对LED基板2进行光学设计,并对LED基板2进行金属化处理,在LED基板2上形成金属导热层8,可以增强可见光通信LED光源的导热能力,减小封装的热岛效应,进而满足发光均匀性要求,以及配光设计对发光面几何尺寸和强度的要求。
步骤二:按照步骤一的光学设计要求在LED基板2上开设限位孔10并装入电极7,在限位孔10内封装LED芯片1,在LED芯片1上罩设光学碗杯9;
步骤三:在光学碗杯9上粘接负菲尼尔小透镜3,形成LED发光光源;
步骤四:在发光光源上罩设反光杯4,并在反光杯4上连接正菲尼尔大透镜6,形成远距离可见光通信LED发光模组。
在本实施例中,步骤二中的LED芯片1选用Flip Chip,并采用Flip Chip的晶圆化封装工艺,可以减少LED光源的外形尺寸和发光面积尺寸,有利于二次光学设计。
在本实施例中,在步骤二中,LED芯片1为倒装芯片,采用拓扑结构分布于LED基板2,LED基板2、LED芯片1及光学碗杯9均采用MCOB封装结构,通过光学碗杯9和负菲尼尔小透镜3的一次光学设计,与LED封装工艺形成LED发光光源,并优化封装芯片数量及采用多芯片拓扑分布,以实现光照面积小、光输出集中、发光均匀、光照度高的光源。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,包括有LED基板、若干个LED芯片和电极,若干个LED芯片和电极分别安装于LED基板,若干个LED芯片与电极连接,其特征在于,还包括有光学碗杯、负菲尼尔小透镜、反光杯和正菲尼尔大透镜,光学碗杯对应LED芯片设有若干个,若干个光学碗杯分别罩设于若干个LED芯片,负菲尼尔小透镜对应光学碗杯设有若干个,负菲尼尔小透镜罩设于光学碗杯,反光杯将若干LED芯片、若干光学碗杯和若干负菲尼尔小透镜罩设于杯体内,反光杯底部与LED基板连接,正菲尼尔大透镜罩设于反光杯,并与反光杯远离LED基板一侧连接,光学碗杯、负菲尼尔小透镜和LED芯片封装于LED基板形成LED发光光源,反光杯用于回收光,正菲尼尔大透镜用于调整光的出射角度。
2.根据权利要求1所述的一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,其特征在于,还包括有光学支撑架,光学支撑架与LED基板连接,且光学支撑架紧密贴合反光杯外侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,其特征在于,LED基板上设有限位孔,LED芯片经限位孔卡设于LED基板。
4.根据权利要求1所述的一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,其特征在于,LED基板未安装LED芯片的一侧设有金属导热层。
5.根据权利要求1所述的一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,其特征在于,LED基板为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。
6.根据权利要求1所述的一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,其特征在于,LED芯片设为倒装芯片,若干个LED芯片呈拓扑结构分布于LED基板。
7.根据权利要求6所述的一种用于远距离可见光通信的LED发光模组,其特征在于,LED芯片设为Flip Chip。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于远距离可见光通信LED发光模组的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
步骤一:依据远距离可见光通信LED光源要求对LED基板进行光学设计,并对LED基板进行金属化处理,在LED基板上形成金属导热层;
步骤二:按照步骤一的光学设计要求在LED基板上开设限位孔并装入电极,在限位孔内封装LED芯片,在LED芯片上罩设光学碗杯;
步骤三:在光学碗杯上粘接负菲尼尔小透镜,形成LED发光光源;
步骤四:在发光光源上罩设反光杯,并在反光杯上连接正菲尼尔大透镜,形成远距离可见光通信LED发光模组。
9.根据权利要求8所述的一种形成远距离可见光通信LED发光模组的制备方法,其特征在于,步骤二中的LED芯片采用Flip Chip的晶圆化封装工艺。
10.根据权利要求8所述的一种形成远距离可见光通信LED发光模组的制备方法,其特征在于,在步骤二中,LED芯片为倒装芯片,采用拓扑结构分布于LED基板,LED基板、LED芯片及光学碗杯均采用MCOB封装结构。
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Application publication date: 20190705 Assignee: DONGGUAN SINO-BRIGHT LIGHTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: DONGGUAN INSTITUTE OF OPTO-ELECTRONICS PEKING University Contract record no.: X2020440000149 Denomination of invention: An LED light emitting module for long distance visible light communication and its preparation method License type: Common License Record date: 20201208 |