CN115966646A - 一种led封装体 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种LED封装体，其中的LED芯片具有圆形的发光面，并且半球形透光镜在垂直于所述基板的方向上，距离所述半球形透镜的球心3/4半径处的第一截面圆在所述基板的正面上的投影覆盖所述LED芯片的圆形发光面。该设置使得本发明的LED封装体具有更高的光提取效率，其光提取效率能够高达93.29％；更小的光束角，更高的亮度。本发明的LED芯片还具有更圆的投射距离及形状更加规则的光斑，本发明的LED封装体的光斑在1m距离处0.2*0.2m的区域中的光斑接近圆形，并且光斑的颜色一致性更好。本发明的LED封装体在LED芯片的四周还设置有反射层，该反射层能够进一步反射LED芯片发出的光，使得光能够最大可能地沿LED封装体的正面出射，提高LED芯片封装体的出光效率。

Description

一种LED封装体

技术领域

本发明涉及半导体器件及装置技术领域，特别涉及一种LED封装体。

背景技术

LED因其亮度高、能耗低等优点，广泛用于照明行业。目前，作为照明用的手电及商业照明等领域，广泛使用具有方形发光面的LED产品，具有方形发光面的LED芯片发光体边缘的光经过一次/二次光学透镜折射后，导致光斑边缘颜色不均匀，光斑形状不规则，光品质差，二次光学后发光角度大导致投射距离短。

为了改善照明用LED芯片存在的上述缺陷，提供一种能够有效提高LED芯片的光斑质量的方案实属必要。

发明内容

鉴于现有技术中LED芯片存在的上述缺陷，本发明提供一种LED封装体，以解决上述一个或多个问题。

本发明的一实施例，提供一种LED封装体，其包括：

基板，具有相对设置的正面及背面；

LED芯片，位于所述基板的正面，所述LED芯片的发光面为圆形发光面；

透光单元，位于所述基板的正面，覆盖所述LED芯片，所述透光单元为半球形透镜，在垂直于所述基板的方向上，距离所述半球形透镜的球心1/2半径处的第一截面圆在所述基板的正面上的投影覆盖所述LED芯片的圆形发光面。

可选地，距离所述半球形透镜的球心3/4半径处的第二截面圆在所述基板的正面上的投影覆盖所述LED芯片的圆形发光面。

可选地，在垂直于所述基板的方向上，距离所述半球形透镜的球心1/2半径处的第一截面圆及所述第二截面圆与所述LED芯片的圆形发光面为同心圆。

可选地，并且所述LED芯片的几何中心与所述基板的几何中心重合。

可选地，所述基板的正面具有固晶区及连线区，所述LED芯片的圆形发光面四周设置有所述LED芯片的电极，所述固晶区设置在所述基板的中间区域，所述LED芯片固定在所述固晶区，所述LED芯片的电极电连接至所述连线区。

可选地，所述透光单元为硅胶或石英玻璃或环氧树脂。

可选地，所述第一截面圆的第一圆心、所述第二截面圆的第二圆心及所述LED芯片的圆形发光面的圆心在所述基板的正面上的投影之间的偏移距离不超过30μm。

可选地，所述LED上方还形成有波长转换层，所述波长转换层包括荧光粉。

可选地，所述波长转换层在所述基板的正面上的投影面积大于所述LED芯片的发光面在所述基板的正面上的投影面积。

可选地，还包括反射层，所述反射层位于所述LED芯片的四周，并且所述反射层的高度不高于所述波长转换层的高度。

可选地，所述反射层与所属透光单元、所述LED芯片及所述基板接触。

可选地，所述透光单元还包括自所述半球形透镜的边缘延伸的支撑部，在平行于所述基板的方向上，所述反射层远离所述LED芯片一侧的侧壁由所述支撑部包裹。

可选地，在平行于所述基板的方向上，所述反射层远离所述LED芯片一侧的侧壁与所述基板的侧壁之间的距离大于或等于零。

如上所述，本申请的LED封装体，具有以下有益效果：

本申请的LED封装体具有圆形的发光面，并且半球形透光镜在垂直于所述基板的方向上，距离所述半球形透镜的球心3/4半径处的第一截面圆在所述基板的正面上的投影覆盖所述LED芯片的圆形发光面。该设置使得本发明的LED封装体具有更高的光提取效率，其光提取效率能够高达93.29％；更小的发光角度及光束角，例如，本发明的LED封装体的发光角度在1.559°左右，光束角在2.77°左右；更高的亮度，例如本发明的LED芯片的K值为521.94Cd/lm；本发明的LED芯片还具有更原的投射距离及形状更加规则的光斑，本发明的LED封装体的光斑在1m距离处0.2*0.2m的区域中的光斑接近圆形，并且光斑的颜色一致性更好。

本发明的LED封装体在LED芯片的四周还设置有反射层，该反射层能够进一步反射LED芯片发出的光，使得光能够最大可能地沿LED封装体的正面出射，提高LED芯片封装体的出光效率。

附图说明

图1显示为现有技术中用于手电及商业照明等领域的LED封装结构的示意图。

图2显示为本发明实施例一提供的LED封装体的立体结构示意图。

图3显示为图2所示LED封装体的俯视结构示意图。

图4显示为图2所示LED封装体的纵向截面结构示意图。

图5显示为图4所示结构的不同截面的俯视示意图。

图6显示为以可选实施例提供的LED封装体的纵向截面结构示意图。

图7a图7b分别显示为本实施例的LED封装体和对比例的LED封装体的可视化光线路径模拟图，其中，对比例的LED封装体中，LED芯片同样具有圆形发光面，但是，其中LED芯片的圆形发光面的面积大于第一截面圆的面积。

图8a和图8b分别显示为本实施例的LED封装体和对比例的LED封装体搭配二次光学透镜后的光学线路轨迹。

图9a和图9b分别显示为本实施例的LED封装体和对比例的LED封装体搭配二次光学透镜后的光学线路的极坐标分布图。

图10a和图10b分别显示为在距离LED封装体1m距离处，本实施例的LED封装体和对比例的LED封装体搭配二次光学透镜后的光斑模拟图。

元件标号说明

10，LED封装结构；11，LED芯片；100，LED封装体；101，基板；1011，固晶区；1012，连线区；1013，焊盘；102，LED芯片；1021，圆形发光面；1022，电极区；103，透光单元；1030，空腔；1031，第一截面圆；1032，第二截面圆；1033，支撑部；104，金线；105，反射层；106，波长转换层。110，基板的正面；120，基板的背面。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1所述，在手电照明以及一些对光斑品质要求高的酒店及商业照明中，目前通常采用的LED封装体10中的LED芯片11为矩形发光面，该矩形发光面的出光角较大，亮度不够，并且光斑颜色一致性较差，影响照明效果。针对上述缺点，本发明提供一种具有圆形发光面的LED芯片的封装结构，现结合以下实施例及附图，对本申请提供的LED封装体进行详细描述。

实施例一

本实施例提供一种LED封装体，如图2和3所示，本实施例的LED封装体100包括基板101，基板101具有相对设置的正面110和背面120；设置在基板101的正面110的LED芯片102，以及位于基板101的正面110并覆盖LED芯片102的透光单元103，该透光单元103形成为半球形透镜。LED芯片102通过金线104与基板101中的线路层电连接。

图4以纵向截面的方式示出了LED封装体100的结构。本实施例中，基板101可以是陶瓷基板、EMC基板、铜基板或者其他任意适合用于LED封装的基板。本实施例以陶瓷基板为例。如图4所示，LED芯片102位于基板101的正面110的中间位置，优选地，LED芯片102的几何中心与基板101的几何中心重合。优选地，基板101的正面110设置有固晶区1011及连线区1012，LED芯片102固定在固晶区1011，LED芯片的电极与连线区1012电连接，例如图2和3所示，LED芯片102的电极通过金线104与连线区1012电连接。基板101的背面120设置有与正面110的连线区1012电连接的焊盘1013，经过该焊盘1013向LED芯片102提供电压以点亮LED芯片102。

结合图2和3，本实施例中LED芯片102具有圆形出光面，圆形出光面的四周为电极区1022。如图4和图5所示，在垂直于所述基板101的方向上，即图4所示的Z方向上，在距离半球形透镜的球心1/2半径处，定义第一截面圆1031，该第一截面圆1031在基板101的正面110上的投影覆盖LED芯片102的圆形发光面1021在基板101的正面110上的投影，即该第一截面圆1031在基板101的正面110上的投影面积大于LED芯片102的圆形发光面1021在基板101的正面110上的投影面积。

可选地，在垂直于所述基板101的方向上，即图4所示的Z方向上，在距离半球形透镜的球心3/4半径处，定义第二截面圆1032。该第二截面圆1032在基板101的正面110上的投影覆盖LED芯片102的圆形发光面1021在基板101的正面110上的投影，即该第二截面圆1032在基板101的正面110上的投影面积大于LED芯片102的圆形发光面1021在基板101的正面110上的投影面积。并且上述第一截面圆1031的第一圆心在基板101的正面110上的投影、第二截面圆1032的第二圆心在基板101的正面110上的投影及LED芯片102的圆形发光面1021的圆心在基板101的正面110上的投影之间的偏移距离不超过30μm。优选地，上述第一截面圆1031、第二截面圆1032及LED芯片102的圆形发光面1021为同心圆，即第一圆心在基板101的正面110上的投影、第二圆心在基板101的正面110上的投影及LED芯片102的圆形发光面1021的圆心在基板101的正面110上的投影重合。LED芯片102的圆形发光面1021与上述第一截面圆1031和第二截面圆1032为同心圆有利于提高LED封装体100的光斑质量，使得光斑为圆形。

上述LED芯片102可以是发射任意色光的芯片，在LED芯片102的中间定义出上述圆形发光面1021，圆形发光面1021的周围作为电极区1022，形成分别连接LED芯片102的第一半导体层和第二半导体层的电极。该电极与基板101的连线区1012连接，如上所述通过金线104连接到连线区1012。LED芯片102的圆形发光面1021可以通过刻蚀LED芯片102的外延层形成，由此使得圆形发光区周边的电极区1022低于圆形发光面1021。可选地，为了获得期望色光的LED芯片102封装体，在LED芯片102的圆形发光区上方还可以形成波长转换层106，该波长转换层106包括荧光粉。波长转换层106的面积大于发光面的面积同时小于LED芯片102的面积。上述波长转换层106在基板101的正面110上的投影形状可以为圆形、矩形或其他形状，只需保证波长转换层106的面积大于发光面的面积即可，优选地，波长转换层106在基板101的正面110上的投影形状为圆形，由此避免边缘过多的波长转换层106可能会受光折射的激发，影响光型。可选地，对于圆形发光面1021及圆形波长转换层106来说，圆形波长转换层106层的直径大于圆形发光面1021的直径3μm左右，对于厚度为60μm～90μm的LED芯片102，波长转换层106的厚度可以根据色温的选择，选择不同的厚度，例如，对于冷白光，波长转换层106的厚度会小一些，通常介于40μm～80μm，对于暖白光，波长转换层106的厚度大一些，通常介于60μm～120μm。

可选实施例中，上述透光单元103可以是硅胶、石英玻璃、环氧树脂等任意透光材料。以硅胶为例，如图4所示，硅胶覆盖在LED芯片102上方及裸露的基板101的正面110上方，通过模压方式形成半球形透镜。自半球形透镜的边缘延伸形成支撑部1033，支撑部1033与基板101的正面110接触以连接至基板101。

在可选实施例中，如图4所示，LED芯片102的周边还形成有反射层105，该反射层105用于将入射到该区域的光进行反射，使其沿图4中箭头R所示自半球形透光镜出射，保证LED封装体100较小的出光角，及较高的光取出率。如图4所示，反射层105填充于LED芯片102的周围，并且不高于波长转换层106，例如自圆形发光面1021的侧壁覆盖LED芯片102的侧壁并且填充透光单元103与基板101之间的区域。反射层105与透光单元103、LED芯片102及基板101相接触，由此进一步增加透光单元103与基板101的粘附性。优选地，在平行于所述基板101的方向上，反射层105远离LED芯片102一侧的侧壁位于透光单元103的下方。优选地，反射层105远离LED芯片102一侧的侧壁与基板101的侧壁之间的距离大于或等于零，更加优选地，反射层105远离LED芯片102一侧的侧壁与基板101的侧壁之间的距离大于零，即，反射层105远离LED芯片102一侧的侧壁由透光单元103的支撑部1033包裹。可选地，反射层105远离LED芯片102一侧的侧壁与基板101的侧壁之间的距离小于或等于100μm，例如可以是10μm、20μm、30μm等。如上所述，LED芯片102固定在基板101的正面110的固晶区1011，通常情况下，上述固晶区1011的金属层厚度在60μm左右，因此该反射层105的厚度至少大于60μm，以保证LED芯片102发射的光能够照射到该反射层105上。本实施例中，该反射层105为白胶，一方面起到反射的作用，另一方面还能够增加透光单元103与基板101之间的粘结力。

本实施例的另一可选实施例中，上述透光单元103为石英玻璃。如图6所示，该石英玻璃透光单元103同样形成为半球形透光镜，自半球形透光镜的边缘延伸形成有支撑部1033。透光单元103通过支撑部1033粘附于基板101的正面110。透光单元103的透镜部分形成有空腔1030，以容纳LED芯片102，防止LED芯片102被透光单元压迫损坏。优选地，该支撑部1033通过白胶粘附至基板101的正面110，该白胶同时起到上述的反射作用。

本实施例的LED封装体100比现有的发光面为矩形的LED封装体具有更小的发光角度，更高的亮度，以及更高的光取出率。为了进一步验证本实施例的LED封装体100的发光效果，对本实施例的LED封装体100及对比例的LED封装体进行了光学模拟。其中，对比例的LED封装体中，LED芯片同样具有圆形发光面，但是，其中LED芯片的圆形发光面的面积大于上述第二截面圆的面积。

图7a和图7b分别示出了本实施例的LED封装体100和对比例的LED封装体的可视化光线路径模拟图。经上述模拟后可知，本发明的LED封装体100具有更高的光提取效率，对比例中LED封装体的光提取效率大约为92.4％，而本申请的LED封装体100的光提取效率大于93.2％；本发明的LED封装体100具有更小的出光角度及更高的K值，对比例中LED封装体的光束角为3.13°，本发明的LED封装体100的光束角为2.77°；对比例LED封装体的K值大约为182.15(Cd/lm)，本实施例的LED封装体100的K值大约为242.36(Cd/lm)。

图8a和图8b分别示出了本实施例的LED封装体100和对比例的LED封装体搭配二次光学透镜后的光学线路轨迹。可见，搭配二次光学透镜后，本实施例的LED封装体100的中心光强度更强，对比例中LED封装体的中心光强为1.1852e+005cd，本实施例的LED封装体100的中心光强为1.5786e+005cd；如图9a和图9b所示，本实施例的LED封装体100的具有更小的光束角，并且光束的能量更加集中。

另外，如图10a和图10b所示，在距离LED封装体1001m距离处，0.2m×0.2m的区域内，本发明的LED芯片102封装体的光斑更小，光斑形状更加接近圆形，并且光斑的一致性更强，这也说明了本实施例的LED封装体100的能量约集中，其射程也更远。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种LED封装体，其特征在于，包括：

基板，具有相对设置的正面及背面；

LED芯片，位于所述基板的正面，所述LED芯片的发光面为圆形发光面；

透光单元，位于所述基板的正面，覆盖所述LED芯片，所述透光单元为半球形透镜，在垂直于所述基板的方向上，距离所述半球形透镜的球心1/2半径处的第一截面圆在所述基板的正面上的投影覆盖所述LED芯片的圆形发光面。

2.根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，距离所述半球形透镜的球心3/4半径处的第二截面圆在所述基板的正面上的投影覆盖所述LED芯片的圆形发光面。

3.根据权利要求2所述的LED封装体，其特征在于，在垂直于所述基板的方向上，距离所述半球形透镜的球心1/2半径处的第一截面圆及所述第二截面圆与所述LED芯片的圆形发光面为同心圆。

4.根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，并且所述LED芯片的几何中心与所述基板的几何中心重合。

5.根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，所述基板的正面具有固晶区及连线区，所述LED芯片的圆形发光面四周设置有所述LED芯片的电极，所述固晶区设置在所述基板的中间区域，所述LED芯片固定在所述固晶区，所述LED芯片的电极电连接至所述连线区。

6.根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，所述透光单元为硅胶或石英玻璃或环氧树脂。

7.根据权利要求2所述的LED封装体，其特征在于，所述第一截面圆的第一圆心、所述第二截面圆的第二圆心及所述LED芯片的圆形发光面的圆心在所述基板的正面上的投影之间的偏移距离不超过30μm。

8.根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，所述LED上方还形成有波长转换层，所述波长转换层包括荧光粉。

9.根据权利要求8所述的LED封装体，其特征在于，所述波长转换层在所述基板的正面上的投影面积大于所述LED芯片的发光面在所述基板的正面上的投影面积。

10.根据权利要求8所述的LED封装体，其特征在于，还包括反射层，所述反射层位于所述LED芯片的四周，并且所述反射层的高度不高于所述波长转换层的高度。

11.根据权利要求10所述的LED封装体，其特征在于，所述反射层与所属透光单元、所述LED芯片及所述基板接触。

12.根据权利要求10所述的LED封装体，其特征在于，所述透光单元还包括自所述半球形透镜的边缘延伸的支撑部，在平行于所述基板的方向上，所述反射层远离所述LED芯片一侧的侧壁由所述支撑部包裹。

13.根据权利要求10或12所述的LED封装体，其特征在于，在平行于所述基板的方向上，所述反射层远离所述LED芯片一侧的侧壁与所述基板的侧壁之间的距离大于或等于零。

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