CN201590432U

CN201590432U - 高出光率的单色led封装结构及使用其的投影光学引擎

Info

Publication number: CN201590432U
Application number: CN2009202057723U
Authority: CN
Inventors: 曲鲁杰; 黄鹏; 廖深财
Original assignee: Butterfly Technology Shenzhen Ltd
Current assignee: Butterfly Technology Shenzhen Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2019-09-30

Abstract

一种高出光率的单色LED封装结构，包括基板，至少一个设置于所述基板表面的LED芯片，以及包覆所述LED芯片的透明封装胶体。其中，所述封装胶体的折射率大于空气的折射率，同时小于LED芯片的折射率。本实用新型的封装结构，通过在单色LED芯片上涂覆封装胶体，缩小临界物质的折射率差异，减小全反射损耗，提高出光效率，且，结构简单，成本低廉，易于生产。同时，由于封装胶体的保护，提高了LED封装结构的可靠性。另外，还提供一种使用该高出光率的单色LED封装结构的投影光学引擎。

Description

高出光率的单色LED封装结构及使用其的投影光学引擎

技术领域

本实用新型涉及LED封装结构及投影显示技术，尤其涉及一种高出光率的单色LED封装结构及使用其的投影光学引擎。

背景技术

近年来，由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发光效率高、寿命长、反应灵敏、不含有毒物质等特点，使得其的应用越来越广泛，被认为是继白炽灯、荧光灯以后的第三代照明光源，被广泛应用在液晶投影装置、手机背光源、显示屏幕等。随着科技的发展，LED也朝着高亮度、低损耗的方向发展。然而，要提高LED的亮度，降低其光损失，除了从LED本身结构改进以外，LED芯片的封装方式更是影响其发光亮度、发光均匀度的关键。

通常，LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料。传统的单色LED封装结构是直接把LED芯片固定在基板上，之后再通过金线连接LED芯片上的电极和基板上的导电层。然而，由于光线由光密介质(芯片出光层)进入光疏介质(空气)，光线会发生偏离法线方向的折射现象，且，当折射率差越大时，折射现象越厉害，一方面使光线在出射界面由于折射率差引起反射损失，出光效率较低；另一方面，当入射角大于临界角时，会产生全反射，使很多光线由于全反射而损耗掉，无法从芯片中出射到外部，进一步降低出光效率；此外，传统的单色LED封装结构使LED芯片和金线均裸露在空气中，可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、高可靠性、高出光率的单色LED封装结构。

另外，还需提供一种成本较低、投影显示效果好的投影光学引擎。

本实用新型的发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高出光率的单色LED封装结构，包括基板，至少一个设置于所述基板表面的LED芯片，以及包覆所述LED芯片的透明封装胶体。其中，所述封装胶体的折射率大于空气的折射率，同时小于LED芯片的折射率。

一种投影光学引擎，包括微显示面板，投影镜头以及照明装置。其中，微显示面板对入射光进行调制，并调制出携有图像信息的图像光。投影镜头用于将所述微显示面板上的图像信息投影成像到屏幕上。照明装置照射所述微显示面板。该照明装置包括多个上述所述的高出光率的单色LED封装结构。

本实用新型的封装结构，通过在单色LED芯片上涂覆封装胶体，缩小临界物质的折射率差异，减小全反射损耗，提高出光效率，且，结构简单，成本低廉，易于生产。同时，由于封装胶体的保护，提高了LED封装结构的可靠性。而使用这种封装结构的投影光学引擎，单色LED封装结构出射的高出光率的光照射微显示面板，之后，由微显示面板调制出图像光，从投影镜头输出到外部屏幕，结构简单，光能利用率高，生产成本较低，投影显示效果好。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1a为本实用新型第一实施方式的高出光率的单色LED封装结构的俯视结构示意图。

图1b为图1a的剖视结构示意图。

图2为本实用新型第二实施方式的高出光率的单色LED封装结构的剖视结构示意图。

图3为本实用新型第三实施方式的高出光率的单色LED封装结构的剖视结构示意图。

图4为本实用新型第四实施方式的高出光率的单色LED封装结构的剖视结构示意图。

图5为本实用新型投影光学引擎的平面结构示意图。

具体实施方式

图1a所示为本实用新型第一实施方式的高出光率的单色LED封装结构的俯视结构示意图，同时参阅图1b，为图1a的剖视结构示意图。高出光率的单色LED封装结构包括基板10，LED芯片20，金线30以及封装胶体40。

基板10为金属基板，其上设置有电路层(图中未示出)。LED芯片20设置于基板10的表面，通过金线30连接LED芯片20上的电极(图中未示出)和基板10上的电路层。封装胶体40包覆LED芯片20以及金线30。本实施方式中，封装胶体40为透明胶体，其折射率大于空气的折射率，同时小于LED芯片20的折射率。由于封装胶体40处于LED芯片20与空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，提高了出光效率，同时，将LED芯片20的180°的发散角调整到约120°；此外，封装胶体40同时包覆LED芯片20以及金线30，进行机械保护，提高LED封装的可靠性。

又，基板10的表面设置有凸台101，LED芯片20设置于凸台101上，采用凸台101的结构，有利于最大限度的收集LED芯片20发出的光。本实用新型实施方式中，凸台101与基板10一体成型。

本实用新型其它实施方式中，凸台101与基板10也可以分离设置。当然，该凸台101也可以省略。

本实用新型实施方式中，封装胶体40为半球形，其外径略大于LED芯片20的对角线距离，为LED芯片20提供可靠的保护，且，有利于LED芯片20的出光。参阅图1b，封装胶体40的周边延伸有凸缘401，采用凸缘401的结构，有利于增加封装胶体40与基板10的可靠连接。当然，当LED封装结构对连接的要求不高，该凸缘401也可以省略。

表格1

项目	红光芯片	绿光芯片	蓝光芯片
项目	红光芯片	绿光芯片	蓝光芯片	单芯片未封胶亮度(lm)	29.9	61.8	11.3
单芯片完全封装亮度(lm)	47.1	74.2	12.5	单芯片未封胶亮度(lm)	29.9	61.8	11.3
单芯片完全封装亮度(lm)	47.1	74.2	12.5	效率提升	57.5％	20％	10.6％

参阅表格1，均采用单个LED芯片，其中，红光芯片未封胶时亮度为29.9lm，绿光芯片未封胶时的亮度为61.8lm，而蓝光芯片未封胶时亮度为11.3lm；采用同样的芯片，用本实用新型的封装结构，红光芯片的亮度则提升为47.1lm，比未封胶时提升了57.5％，绿光芯片的亮度提升为74.2lm，比未封胶时提升了20％，蓝光芯片的亮度提升为12.5lm，比未封胶时提升了10.6％。因此，本实用新型的封装结构，通过在单色LED芯片上涂覆封装胶体，缩小临界物质的折射率差异，减小全反射损耗，提高出光效率，且，结构简单，成本低廉，易于生产。同时，由于封装胶体的保护，提高了LED封装结构的可靠性。

图2所示为本实用新型第二实施方式的高出光率的单色LED封装结构的剖视结构示意图。该单色LED封装结构与第一实施方式的封装结构基本相同，区别在于图2所示的LED芯片20’的数量为多个，呈矩阵或圆形排列。即，图2的单色LED封装结构为阵列封装，此时，封装胶体40包覆所有LED芯片20’以及金线30。

图3所示为本实用新型第三实施方式的高出光率的单色LED封装结构的剖视结构示意图。该单色LED封装结构与第一实施方式的封装结构基本相同，区别在于图3所示的封装胶体40’为倒U型，其横截面形状为圆形。由于封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，通常，采用尖形，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部为圆形或平面型，其相应视角将增大。本实用新型实施方式采用倒U型，比半球型的发散角小。

图4所示为本实用新型第四实施方式的高出光率的单色LED封装结构的剖视结构示意图。该单色LED封装结构与第一实施方式的封装结构基本相同，区别在于图4所示的封装胶体40”为球缺型，其横截面形状为圆形。采用球缺型的封装胶体，比半球型的发散角大。

图5所示为本实用新型投影光学引擎的平面结构示意图。投影光学引擎包括照明装置50，偏振分光器60，微显示面板70以及投影镜头80。其中，照明装置50照射微显示面板70，其包括多个上述任一实施方式的单色LED封装结构以及对出射光进行整形的各种整形镜组(图中未示出)。

偏振分光器60设置于照明装置50的输出光路上，本实用新型实施方式中，偏振分光器60为棱镜式偏振分光器，由二个三角棱镜胶合成立方体形状，在其中间接触面上镀有偏振分光膜层，由该偏振分光膜层形成一个偏振分光面，该偏振分光面可以将非偏振光转换为偏振光并分离出S偏振光和P偏振光。当然，偏振分光器60也可以由其它棱镜胶合成其它形状，只要满足入射的非偏振光被转化为偏振光出射即可。

本实用新型其它实施方式中，该偏振分光器60也可以由平板式偏振分光器来代替。

微显示面板70的数量为一个，设置于偏振分光器60与照明装置的非相邻的一侧，用于对所接收到的入射光进行调制，并调制出携有图像信息的图像光。本实用新型实施方式中，微显示面板70为反射式硅基液晶面板(LiquidCrystal on Silicon，LCOS)，当微显示面板70接收到的光为S偏振光时，经过微显示面板70的调制后，则反射出携有图像信息的另一偏振光P偏振光，经由偏振分光器60折叠光路后，将该P偏振光透射至投影镜头80上。本实用新型的实施方式中的投影镜头80与微显示面板70相对平行设置，用于将微显示面板70上的图像信息投影成像到屏幕上。

本实用新型其它实施方式中，微显示面板70’(图5的虚线所示)所接收到的偏振光也可以为P偏振光，经过微显示面板70’的调制后，转换为携有图像信息的S偏振光，且将其反射回偏振分光器60上，由偏振分光器60将该S偏振光反射至投影透镜80上。换句话说，投影透镜80与微显示面板70’相邻发置于偏振分光器60的一侧，即，投影透镜80与微显示面板70’分别设置于偏振分光器60的相邻两侧面上。此时，投影透镜80是用于接收并投射携有图像信息的S偏振光。

因此，本实施方式的投影光学引擎，单色LED封装结构出射的高出光率的光通过整形镜组的整形，偏振分光器的偏振分离，照射微显示面板，之后，微显示面板调制出图像光再次进入偏振分光器，由偏振分光器从投影镜头输出到外部屏幕，结构简单，光能利用率高，生产成本较低，投影显示效果好。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，例如，微显示面板为透射式液晶面板(Liquid Crystal Display，LCD)，此时，省略偏振分光器，透射式液晶面板设置于照明装置的出射光路上，对入射光进行调制，并透射出携有图像信息的光。凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均包含本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种高出光率的单色LED封装结构，包括基板以及至少一个设置于所述基板表面的LED芯片，其特征在于，还包括包覆所述LED芯片的透明封装胶体，所述封装胶体的折射率大于空气的折射率，同时小于LED芯片的折射率。

2.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片还焊接有金线，所述封装胶体包覆所述金线。

3.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述封装胶体为半球形，其外径略大于LED芯片的对角线距离。

4.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述封装胶体为倒U型或球缺型，其横截面形状为圆形。

5.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述封装胶体的周边延伸有凸缘。

6.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述封装胶体为硅胶。

7.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述基板为金属基板。

8.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述基板的表面具有凸台，所述LED芯片设置于所述凸台上。

9.根据权利要求1所述的高出光率的单色LED封装结构，其特征在于，所述凸台与基板一体成型。

10.一种投影光学引擎，包括：

微显示面板，对入射光进行调制，并调制出携有图像信息的图像光；

投影镜头，用于将所述微显示面板上的图像信息投影成像到屏幕上；以及

照明装置，照射所述微显示面板，其特征在于，所述照明装置包括多个根据权利要求1至9中任意一项所述的高出光率的单色LED封装结构。

11.根据权利要求10所述的投影光学引擎，其特征在于，所述微显示面板为LCOS，其入射光路上还设置有偏振分光器。

12.根据权利要求10所述的投影光学引擎，其特征在于，所述微显示面板为LCD。