CN207233768U - 一种基于折反射式透镜的led封装结构 - Google Patents

一种基于折反射式透镜的led封装结构 Download PDF

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张丽君
裴小明
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Abstract

本实用新型公开了一种基于折反射式透镜的LED封装结构,包括基板和位于所述基板上的LED光源,其还包括设置在所述LED光源上方的一透明镜体,所述透明镜体具有底面、全反射面和出射面,所述底面向着透明镜体内部方向设置有用于容纳所述光源的入射凹槽,所述入射凹槽的侧壁为入射面。其中通过入射面与反射面及出射面的设计,光源小角度范围的光两次折射后近准直出射,光源大角度范围的光先折射再反射又折射后近准直出射,使得光源可满足小角度出光,达到汇聚的出光效果,可实现在满足小角度出光的条件下更小的封装体积,更有利于其在红外光源、成像及探测系统中的应用。广泛应用于LED封装领域。

Description

一种基于折反射式透镜的LED封装结构
技术领域
本实用新型涉及LED封装领域,具体为一种基于折反射式透镜的LED封装结构。
背景技术
LED光源近似朗伯型发光体,光能量不够集中。为提升光传递效率及配合实际光学应用系统,需在封装时对LED光源进行一次配光以实现小角度光分布。现有的LED一次封装结构一般为折射式结构,即光线经一次或二次折射后出射以形成特定角度的出射光。折射式封装结构虽封装工艺简单,但收光效果较差,为实现小角度出光往往封装体高度较高,难以满足小型化集成式系统应用需求。
因此该技术有必要进行改进。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本实用新型的目的是提供一种封装体积小的光汇聚效果好的基于折反射透镜的LED封装结构。
本实用新型所采用的技术方案是:
一种基于折反射式透镜的LED封装结构,包括基板和位于所述基板上的LED光源,其还包括设置在所述LED光源上方的一透明镜体,所述透明镜体具有底面、全反射面和出射面,所述底面向着透明镜体内部方向设置有用于容纳所述光源的入射凹槽,所述入射凹槽的侧壁为入射面。
作为该技术方案的改进,所述LED封装结构还包括透镜支撑体,所述透镜支撑体位于所述基板的上方,且位于所述透明镜体的外侧。
作为该技术方案的改进,所述支撑体可成型后通过粘接剂与基板粘接或直接在基板上注塑成形。
作为该技术方案的改进,所述基板包括带有固焊功能区的陶瓷基板或纤维板。
进一步地,所述全反射面包括抛物面或椭球面。
进一步地,所述出射面包括球面、椭球面、平面、菲涅尔结构曲面和自由曲面中的至少一种。
进一步地,所述出射面包括平面,在所述平面上还设置有带倾角的斜面。
进一步地,所述透明镜体还包括用于透镜支撑的支撑面,所述支撑面为位于所述全反射面顶端的平面。
本实用新型的有益效果是:本实用新型提供的基于折反射的自由曲面透镜的LED封装结构,包括基板、LED光源、透镜,所述透镜包括入射面、全反射面和出射面,其中通过光源与透镜尺寸、入射面与反射面及出射面的设计,光源小角度范围的光两次折射后近准直出射,光源大角度范围的光先折射再反射又折射后近准直出射,使得光源可满足小角度出光,达到汇聚的出光效果,可实现在满足小角度出光的条件下更小的封装体积。
另一方面,通过在出射面设置带有倾角的斜面,通过改变透镜表面结构使光源峰值光强方向与发光面法向方向有一偏角,更有利于其在成像系统中的应用。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明:
图1是本实用新型的基于折反射透镜封装结构的第一实施例的主视剖面图;
图2是本实用新型第一实施例的结构俯视图;
图3是本实用新型第二实施例的LED中心光线光路图;
图4是本实用新型第二实施例的支撑体注塑成形与支架的示意图;
图5是本实用新型第三实施例的偏光式LED封装结构的主视剖面图;
图6是本实用新型第三实施例的结构俯视图;
图7是本实用新型第三实施例的LED中心光线线路图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参照图1-3,一种基于折反射式透镜的LED封装结构,包括基板8,其中LED光源7位于所述基板8上,在所述LED光源7上方还设置有一透明镜体1,所述透明镜体1具有底面、全反射面5和出射面3,所述底面向着透明镜体1内部方向设置有用于容纳光源的入射凹槽,所述入射凹槽的侧壁为入射面。
所述LED封装结构还包括设置在所述透明镜体侧面的支撑体6。优选的,所述支撑体6与透镜1之间通过胶水11进行粘固。
根据实际需求,所述透镜底部部分位置设有被挖空的凹槽10,其用于容纳LED光源与基板链接的键合线或齐纳等其他光电元件。为实现LED光源键合,透镜底部留有LED键合线过线位置或避开其他光电器件的容纳空间。
所述入射面包括第一入射面2和第二入射面4。
作为该技术方案的改进,所述第一入射面2用于小角度光线折射;所述第二入射面4用于大角度光线折射。
作为该技术方案的改进,所述第一入射面2包括椭球面、球面或平面。
作为该技术方案的改进,所述第二入射面4包括斜面、椭球面或球面。
进一步地,所述全反射面5包括抛物面或椭球面。
所述出射面3包括球面、椭球面、平面、菲涅尔结构曲面和自由曲面中的至少一种。
进一步地,所述出射面3包括球面和/或椭球面和/或平面。出(折)射面3为自由曲面,可为曲率为正的球面、椭球面与平面组成的非连续表面。
进一步地,所述透明镜体(透镜)1的材料为硅胶、环氧树脂或PMMA。
作为一实施例,一种基于折反射式透镜的LED封装结构,封装体高度为1~3mm,直径为1~5mm,发光角10°~50°。
基于折反射式透镜的LED封装结构包括:波长范围为300-1100nm的LED光源7,支架包括基板8、支撑体6;以及折反射式自由曲面透镜1。其将芯片发出的近朗伯型光源汇聚成小角度出光分布的实现方式为:以点光源为光源设计透镜面型以实现近准直出射,其中,光源小角度范围的光经第一折射面2折射,然后经出射面3中心部分区域折射后近准直出射,大角度范围的光经第二折射面4折射后经全反射面5发生全反射,然后通过出射面3折射后近准直出射;以该方式设计的透镜1在使用LED光源7时即可实现小角度出光。
其中支架由两部分组成,固焊区基板8及透镜支撑体6,其中,支架底部固焊区基板8作为封装体的外部电气连接接口,而透镜支撑体6使透镜1位于LED光源7上方。
其中支架可为环氧树脂或塑胶等聚合物材料注塑成型制成或支撑体单独成形后与陶瓷板或纤维板等粘合制成。
作为一替换方案,参照图4,所述出射面3为球面与平面组成的曲面。采用该结构设计,使得出光近准直效果更好。采用平面设计,在透镜曲面设计时便于曲面的反向求解,通过设定任一内曲面,通过折射定律求解光线走向,在明确了出光近准直的效果后,反向推导得出透镜曲面。
一种基于所述折反射透镜的封装结构,其包括所述透镜1,还包括LED光源7,所述LED光源7位于基板8上。所述透镜1还设有支撑体6,所述支撑体6位于所述透镜1的侧面。
其中,所述支撑体6的材料可设置为吸光材料,以便将LED光源7未经全反射面5反射而发出的杂散光吸收,或增加蒸镀层,以便将LED光源7未经透镜1入射而发出的杂散光反射。
参照图5-7,作为一优选实施例,所述出射面3包括平面,在所述平面上还设置有带倾角的斜面9。可在出射面3的平面部分布满或设置部分带倾角斜面9,该斜面9设置为非旋转对称设计。其可实现出射光中心光强方向与出射面轴线方向呈1~10°夹角。使光源峰值光强方向与发光面法向方向有一偏角,更有利于其在成像系统中的应用。所述斜面9的设计,其倾斜方向可随意设置。
该折反射式透镜起整合出光分布的作用,其中,透镜1的折射面2可为椭球面、球面或平面,曲率可正可负,折射面3为自由曲面,可为曲率为正的球面、椭球面与平面组成的非连续表面,但不限于此;折射面4可为斜面、椭球面或球面,曲率可正可负,反射面5可为抛物面或椭球面的全反射面;透镜1的材料为全波段或仅部分波段透过率大于70%的硅胶、环氧树脂或PMMA等有机聚合物材料或玻璃等无机材料。
本实用新型提供的基于折反射透镜的LED封装结构,包括基板、LED光源、透镜,所述透镜包括入射面、全反射面和出射面,其中通过入射面与反射面及出射面的设计,光源小角度范围的光两次折射后近准直出射,光源大角度范围的光先折射再反射又折射后近准直出射,使得光源可满足小角度出光,达到汇聚的出光效果,可实现在满足小角度出光的条件下更小的封装体积。
另一方面,通过在出射面设置带有倾角的斜面,通过改变透镜表面结构使光源峰值光强方向与发光面法向方向有一偏角,更有利于其在红外光源、成像及探测系统中的应用。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种基于折反射式透镜的LED封装结构,其特征在于:包括基板和位于所述基板上的LED光源,其还包括设置在所述LED光源上方的一透明镜体,所述透明镜体具有底面、全反射面和出射面,所述底面向着透明镜体内部方向设置有用于容纳所述光源的入射凹槽,所述入射凹槽的侧壁为入射面;所述出射面包括菲涅尔结构曲面和/或椭球面/球面。
2.根据权利要求1所述的基于折反射式透镜的LED封装结构,其特征在于:所述LED封装结构还包括透镜支撑体,所述透镜支撑体位于所述基板的上方,且位于所述透明镜体的外侧。
3.根据权利要求2所述的基于折反射式透镜的LED封装结构,其特征在于:所述支撑体可成型后通过粘接剂与基板粘接或直接在基板上注塑成形。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于折反射式透镜的LED封装结构,其特征在于:所述基板包括带有固焊功能区的陶瓷基板或纤维板。
5.根据权利要求4所述的基于折反射式透镜的LED封装结构,其特征在于:所述全反射面包括抛物面或椭球面。
6.根据权利要求5所述的基于折反射式透镜的LED封装结构,其特征在于:所述透明镜体还包括用于透镜支撑的支撑面,所述支撑面为位于所述全反射面顶端的平面。
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CN112648562A (zh) * 2020-12-28 2021-04-13 苏州视奥光电科技有限公司 一种激光照明模组

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