CN203774371U - 一种荧光透镜应用于大功率led的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，包括基座和设置在基座上的支架、LED芯片、电极以及荧光透镜，所述的支架中间开设有放置电极的通孔；所述的LED芯片通过键合方式固设在所述的电极上，并通过透明填充物倒装封装在所述的支架内；所述的透明填充物上方的支架上固定有所述的荧光透镜，所述的电极的下方与所述的基座连接。本实用新型的封装结构提高了芯片的光取出效率，增大了发光辐照角度，提高了器件发光的稳定性，适合大功率LED的封装要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构。
背景技术
LED作为一种新型光源，其具有高效、响应快、环保、节能、寿命长等优势,相比于传统光源在近年来得到了空前的发展.而随着LED应用的普及，对LED性能的要求从一开始高光通量、高光效等单一指标的要求逐渐转变到对光效、色温、显色指数、寿命、稳定性等多元化的要求。
普通的大功率LED芯片发光是从芯片发出先经过LED灌封胶，激发胶体内的荧光粉后,从胶体发出再经过胶体与透镜之间的空隙（一般为空气）进入透镜将光路扩散开的，而这一过程的光取出效率约为60-70%，造成这一现象的主要原因有以下两方面：第一，荧光粉体与LED灌封胶混合后的透明度不高，即在可见光范围内的透过率不高；第二，芯片本身的发光受与芯片相邻介质的折射率的直接影响。一般市场上常见的蓝光芯片其半导体发光位置折射率约为2.5，而一般用的LED灌封胶的折射率为1.3-1.5，其直接光取出角度大约为37°，其余的光被界面反射回芯片，经过内部多次反射后射出。而以YAG为光传输介质的荧光体其折射率为1.7-1.8，相比于有机树脂可以获得更大的光取出角度。同时YAG晶体的热导率为10W/mk-1，远高于玻璃透镜的1W/mk-1和硅胶透镜的3W/mk-1，在散热方面更有优势。
发明内容
为了克服现有LED芯片光取出效率低、不稳定等的缺点，本实用新型提出一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构。
本实用新型采用的技术方案是：
一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，包括基座和设置在基座上的支架、LED芯片、电极以及荧光透镜，其特征在于：所述的支架中间开设有放置电极的通孔；所述的LED芯片通过键合方式固设在所述的电极上，并通过透明填充物倒装封装在所述的支架内；所述的透明填充物上方的支架上固定有所述的荧光透镜，所述的电极的下方与所述的基座连接。
进一步，所述的支架上部为斜面，所述的斜面上设有限定荧光透镜位置的凹槽，所述的荧光透镜的两端设置在所述的凹槽内。
进一步，所述的凹槽深度为0.1mm-0.5mm。
本实用新型优选凹槽深度为0.2mm-0.25mm。
进一步，所述的电极下方设有硅衬底，所述的硅衬底与所述的基座相连，所述的基座外接有铝制散热器。
进一步，所述的荧光透镜的外表面遵循公式：
r=(nL-1)f
其中r为荧光透镜凸面曲率半径，nL为荧光透镜材料的折射率，f为荧光透镜的焦距。荧光透镜不同的外表面曲率满足不同的发光角度要求。
进一步，所述的荧光透镜的外表面为经过磁流体抛光的光学曲面，内表面为经过光学抛光的平面。
进一步，所述的荧光透镜的直径大于LED芯片最大边长的10倍。
本实用新型优选的荧光透镜的直径为LED芯片最大边长的15～25倍。
进一步，所述的透明填充物是具有高光学透过率、高折射率的气体、热塑性或热固性材料。优选地，透明填充物可以是环氧树脂，硅氧烷，聚硅氧烷，四乙基硅烷，聚甲基丙烯酸甲酯或者丙烯酸树脂，用以提供更大的光取出效率。
本实用新型中，所述荧光透镜为一种含有多种稀土元素掺杂的钇铝石榴石的YAG晶体，通过改变掺杂元素含量可以使整个器件的光电参数可调变化，满足不同参数LED的需求。所述支架的材质为高热导率的金属，其内表面为铝制或钢制。
本实用新型荧光透镜通过键合的方式与支架紧密相连并限制在凹槽内，满足了大角度的出光要求。荧光透镜通过与支架直接接触，利用YAG荧光透镜本身高于硅胶与气体的热导率辅助整个器件散热。通过外设散热器提高了整个器件的散热性能。
本实用新型中封装效率的定义：如果所有封装所产生和漏出的射线未被吸收，那么封装效率为LED的实际光输出与所获得的光的比率。本实用新型由于采用了折射率更大的光传播介质，可以获得更大的光取出角度，减少了封装结构内部由于多次反射造成的发光自吸收损耗，提高了封装效率。
本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型的封装结构提高了芯片的光取出效率，增大了发光辐照角度，提高了LED器件发光的稳定性。
2、由于采用倒装芯片，避免了复杂的金线结构，使芯片发光更容易穿过中间介质达到透镜。
3、一般荧光粉LED是将荧光粉混合于灌封胶中注入支架内，荧光粉浓度太高会阻碍胶体介质的透光性，本实用新型的封装结构中，荧光物质位于整个器件上方的透镜中，故芯片周围的灌封胶只起到隔绝空气、保护电气结构的作用，所以整个灌封胶层厚度小于0.5mm，缩短了出光路径，且LED灌封胶在整个封装结构中热导率最低，减小灌封胶的用量对整个器件的散热性能有一定程度的提高。
4、通过改变支架内部倾斜角度，使LED芯片的激发光能以更小的入射角进入荧光透镜中，一定程度上减少了激发光在支架内产生的大量折射损耗，同时YAG晶体的折射率高于LED灌封胶，提高了光取出效率。
5、由于整个器件的发光中心位于支架上方的透镜内，所以LED器件发光角度更大，可达260～270°，发光更均匀且不会形成光斑。
6、芯片下方衬底外侧有铜质基座，外接栅格状铝合金散热器，增加了器件散热面积，提高了散热效果。
附图说明
图1为本实用新型的封装结构示意图。
图2为本实用新型封装结构中芯片发光传达至荧光透镜的光路图。
具体实施方式
实施例1
参照图1和图2，一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，包括基座8和设置在基座8上的支架3、LED芯片6、电极4以及荧光透镜1，所述的支架3中间开设有放置电极4的通孔31；所述的LED芯片6通过键合方式固设在所述的电极4上，并通过透明填充物2倒装封装在所述的支架3内；所述的透明填充物2上方的支架上固定有所述的荧光透镜1，所述的电极4的下方与所述的基座8连接。
进一步，所述的支架3上部为斜面32，所述的斜面32上设有限定荧光透镜1位置的凹槽33，所述的荧光透镜1的两端设置在所述的凹槽33内。
进一步，所述的凹槽33深度为0.1mm-0.5mm。
本实用新型优选地，所述的凹槽33深度为0.2mm-0.25mm。
进一步，所述的电极4下方设有硅衬底7，所述的硅衬底7与所述的基座8相连，所述的基座8外接有铝制散热器5。
进一步，所述的荧光透镜1的外表面遵循公式：
r=(nL-1)f
其中r为荧光透镜凸面曲率半径，nL为荧光透镜材料的折射率，f为荧光透镜的焦距。荧光透镜不同的外表面曲率满足不同的发光角度要求。
进一步，所述的荧光透镜1的外表面为经过磁流体抛光的光学曲面，内表面为经过光学抛光的平面。
进一步，所述的荧光透镜1的直径大于LED芯片6最大边长的10倍。
本实用新型优选地，所述的荧光透镜的直径为LED芯片最大边长的15～25倍。
进一步，所述的透明填充物2是具有高光学透过率、高折射率的气体、热塑性或热固性材料。优选地，透明填充物可以是环氧树脂，硅氧烷，聚硅氧烷，四乙基硅烷，聚甲基丙烯酸甲酯或者丙烯酸树脂，用以提供更大的光取出效率。
本实用新型中，所述荧光透镜1为一种含有多种稀土元素掺杂的钇铝石榴石的YAG晶体，通过改变掺杂元素含量可以使整个器件的光电参数可调变化，满足不同参数LED的需求。所述支架的材质为高热导率的金属，其内表面为铝制或钢制。
本实用新型荧光透镜1通过键合的方式与支架紧密相连并限制在凹槽内，满足了大角度的出光要求。荧光透镜通过与支架直接接触，利用YAG荧光透镜本身高于硅胶与气体的热导率辅助整个器件散热。通过外设散热器提高了整个器件的散热性能。
实施例2
采用流体抛光制备荧光透镜1，荧光透镜平面半径R=5mm，球面曲率半径r=8.5mm，材料为Ce掺杂的钇铝石榴石的YAG晶体。将LED芯片6通过键合的方式倒装封装在设置在通孔内的电极4上，在通孔内部灌入透明填充物2以隔断芯片与空气，其中透明填充物成分为聚硅氧烷，将荧光透镜1通过聚硅氧烷粘结固定在支架3上，整个支架通过底部铜质基座8外接到散热器5上，光电测试结果，光效105，色温6500K，显色指数72。
实施例3
采用流体抛光的荧光透镜1，荧光透镜平面半径R=5mm，球面曲率半径r=5.5mm，材料为Ce、Mn掺杂的钇铝石榴石的YAG晶体。将LED芯片6通过键合的方式倒装封装在设置在通孔内的电极4上，在通孔内部灌入透明填充物2以隔断芯片与空气，其中透明填充物成分为聚甲基丙烯酸甲酯，将荧光透镜1通过聚甲基丙烯酸甲酯粘结固定在支架3上，整个支架通过底部铜质基座8外接到散热器5上，光电测试结果，光效100，色温4200K，显色指数78。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，包括基座和设置在基座上的支架、LED芯片、电极以及荧光透镜，其特征在于：所述的支架中间开设有放置电极的通孔；所述的LED芯片通过键合方式固设在所述的电极上，并通过透明填充物倒装封装在所述的支架内；所述的透明填充物上方的支架上固定有所述的荧光透镜，所述的电极的下方与所述的基座连接。
2.如权利要求1所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的支架上部为斜面，所述的斜面上设有限定荧光透镜位置的凹槽，所述的荧光透镜的两端设置在所述的凹槽内。
3.如权利要求2所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的凹槽深度为0.1mm-0.5mm。
4.如权利要求3所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的凹槽深度为0.2mm-0.25mm。
5.如权利要求1～4之一所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的电极下方设有硅衬底，所述的硅衬底与所述的基座相连，所述的基座外接有铝制散热器。
6.如权利要求5所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的荧光透镜的外表面遵循公式：
r=(nL-1)f
其中r为荧光透镜凸面曲率半径，nL为荧光透镜材料的折射率，f为荧光透镜的焦距。
7.如权利要求6所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的荧光透镜的外表面为经过磁流体抛光的光学曲面，内表面为经过光学抛光的平面。
8.如权利要求7所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的荧光透镜的直径大于LED芯片最大边长的10倍。
9.如权利要求8所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的荧光透镜的直径为LED芯片最大边长的15～25倍。
10.如权利要求8或9所述的一种荧光透镜应用于大功率LED的封装结构，其特征在于：所述的透明填充物是具有高光学透过率、高折射率的气体、热塑性或热固性材料。
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Granted publication date: 20140813 |