CN221080039U - 一种具有聚光效果的平杯led灯珠 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有聚光效果的平杯LED灯珠，包括壳形支架、发光芯片组件以及光学透镜组件，壳形支架具有腔体，腔体具有腔口、腔底以及腔壁，腔口正对腔底，腔壁的两边缘分别延伸至腔口和腔底，发光芯片组件安装于腔底，光学透镜组件包括依次接收发光芯片组件发出的光的凹透镜和凸透镜，凹透镜的出光面为内凹曲面，凸透镜的入光面为外凸曲面，内凹曲面与外凸曲面贴合，凸透镜的出光面为平面，凹透镜的折射率小于凸透镜的折射率。本实用新型中，凸透镜的高折胶层，结合折射率相对更低的大气层和折射率相对较低的凹透镜(密封胶层)，实际形成了平凸透镜，本身拥有了聚光效果，同时可以和一般的平杯LED灯珠一样正常贴片使用。

Description

一种具有聚光效果的平杯LED灯珠

技术领域

本实用新型涉及LED技术领域，尤其是涉及一种具有聚光效果的平杯LED灯珠。

背景技术

LED应用广泛，不同类型的LED产品在不同行业得到应用，包括信号指示、显示、背光及照明灯等。一般来说，对于一款特定芯片的LED产品，其综合发光角度与正面发光亮度呈负相关，在一些特定的LED使用场景下，需要LED封装后的灯珠具有更大的发光角度，而在另一些特定的LED使用场景下，需要LED封装后的灯珠拥有更高的正面发光亮度。

现有的技术路线中，为了提高正面发光亮度，一般会设计，在灯珠的点胶或模压成型中，使胶体在支架表面凸起，形成半球形凸透镜结构，或者其他类似的组合透镜结构，起到聚光效果，如图1所示为球形透镜，图2为菲涅尔透镜，图3为拉伸透镜，现有的几种透镜聚光方案，都是基于胶体高于支架的设计，此类设计有以下几个缺陷：1)由于一般表面为大弧度球面，因此需要专用或定制SMT吸嘴进行贴片，且对吸嘴真空度要求高，贴片速率受影响；2)灯珠内整体光程相比于平杯更大，因此光路在胶体内的损耗相对更多，综合亮度受到影响；3)做出特殊形态凸透镜时，需要使用到模压或注塑工艺，对支架加工精度要求比较高，整体胶体浪费相比于点胶相对更严重，且存在脱模不良的风险；4)凸杯的外观，限制了其使用领域，很难使用到高密度的LED显示屏上。如何使灯珠起到聚光效果的同时，可以和一般的平杯LED灯珠一样正常贴片使用是本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于如何提供一种起到聚光效果的同时，可以和一般的平杯LED灯珠一样正常贴片使用的具有聚光效果的平杯LED灯珠。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有聚光效果的平杯LED灯珠，包括壳形支架、发光芯片组件以及光学透镜组件，所述壳形支架具有腔体，所述腔体具有腔口、腔底以及腔壁，所述腔口正对所述腔底，所述腔壁连接于所述腔口和所述腔底之间，所述发光芯片组件安装于所述腔底，所述光学透镜组件包括依次接收所述发光芯片组件发出的光的凹透镜和凸透镜，所述凹透镜的出光面为内凹曲面，所述凸透镜的入光面为外凸曲面，所述内凹曲面与所述外凸曲面贴合，所述凸透镜的出光面为平面，所述凹透镜的折射率小于所述凸透镜的折射率。

在本实用新型的一个实施例中，所述凹透镜的折射率小于1.55，所述凸透镜的折射率为1.55-1.8。

在本实用新型的一个实施例中，所述凹透镜将所述发光芯片组件封装于所述腔底。

在本实用新型的一个实施例中，所述凹透镜的胶体为环氧树脂层。

在本实用新型的一个实施例中，所述凸透镜的胶体为环氧树脂固化体、硅胶固化体、丙烯酸树脂固化体、热固性聚氨酯固化体或环硫树脂固化体。

在本实用新型的一个实施例中，所述腔体为圆台形，所述凹透镜包括圆台本体，所述圆台本体的大端面为所述内凹曲面，所述内凹曲面为内凹球面。

在本实用新型的一个实施例中，所述腔体为棱台形，所述凹透镜包括棱台本体，所述棱台本体的大端面为所述内凹曲面，所述内凹曲面为内凹弧形面。

在本实用新型的一个实施例中，所述平面不凸出于所述腔口。

在本实用新型的一个实施例中，所述发光芯片组件为发散出光或平行出光的发光芯片组件。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本实用新型所述的具有聚光效果的平杯LED灯珠，光学透镜组件包括凹透镜和凸透镜，凸透镜的折射率大于凹透镜的折射率，凸透镜的高折胶层，结合折射率相对更低的大气层和折射率相对较低的凹透镜(密封胶层)，实际形成了平凸透镜，本身拥有了聚光效果，同时可以和一般的平杯LED灯珠一样正常贴片使用。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为现有技术中的球形透镜；

图2为现有技术中的菲涅尔透镜；

图3为现有技术中的拉伸透镜；

图4为本实用新型实施例一公开的平杯LED灯珠的示意图；

图5为本实用新型实施例一公开的壳形支架的示意图；

图6为本实用新型实施例一公开的平杯LED灯珠的发光示意图；

图7为本实用新型实施例二公开的平杯LED灯珠的发光示意图；

图8为本实用新型实施例三公开的平杯LED灯珠的制作方法的流程图；

图9为本实用新型实施例三公开的磨砂表面的示意图；

图10为本实用新型实施例四公开的其中两个相对的磨砂表面的示意图；

图11为本实用新型实施例四公开的另两个相对的磨砂表面的示意图；

图12为本实用新型实施例五公开的磨砂表面的示意图；

图13为本实用新型实施例五公开的平杯LED灯珠的示意图。

说明书附图标记说明：1、壳形支架；11、腔体；12、腔口；13、腔底；14、腔壁；15、磨砂表面；2、发光芯片组件；3、凹透镜；4、凸透镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例一

参见图4至图6所示，一种具有聚光效果的平杯LED灯珠，包括壳形支架1、发光芯片组件2以及光学透镜组件，壳形支架1具有腔体11，腔体11具有腔口12、腔底13以及腔壁14，腔口1正对腔底13，腔壁14连接于腔口12和腔底13之间，腔壁14与腔底13形成钝角夹角，发光芯片组件2安装于腔底13，光学透镜组件包括依次接收发光芯片组件2发出的光的凹透镜31和凸透镜4，凹透镜31的出光面为内凹曲面，凸透镜4的入光面为外凸曲面，内凹曲面与外凸曲面贴合，凸透镜4的出光面为平面，凹透镜31的折射率小于凸透镜4的折射率。

上述壳形支架为PPA支架、PCT支架或EMC支架，腔体一般为锥台形，腔口大于腔底，腔壁与腔底形成钝角夹角，上述凹透镜的内凹曲面为内凹弧形面或内凹球形面。上述凸透镜的外凸曲面与上述凹凸镜的内凹曲面贴合匹配。凸透镜的高折胶层，结合折射率相对更低的大气层和折射率相对较低的凹透镜(密封胶层)，实际形成了平凸透镜，本身拥有了聚光效果。

本实施例中优选的实施方式，凹透镜31的折射率小于1.55，凸透镜4的折射率为1.55-1.8。根据凹透镜和凸透镜的制作材料和方法，发现，凹透镜的折射率小于1.55最为合适，凸透镜的折射率为1.55-1.8最为合适。

本实施例中优选的实施方式，凹透镜31将发光芯片组件2封装于腔底13。凹透镜作为发光芯片组件的封装层，其符合封装层的材料和密封要求。

本实施例中优选的实施方式，凹透镜31的胶体为环氧树脂层。凹透镜所用的胶水需直接满足LED封装的密封性要求，同时满足热膨胀、吸水率等特性要求，一般选用环氧树脂和其他粉体、改性添加剂等，一般采用热固化；从实际生产实践结果看，一般折射率N1很难超过1.55；

本实施例中优选的实施方式，凸透镜4的胶体为环氧树脂固化体、硅胶固化体、丙烯酸树脂固化体、热固性聚氨酯固化体或环硫树脂固化体。凸透镜的胶体折射率N2大于1.55，胶体类型不局限于环氧树脂，可包括引入苯环、硫元素、卤素等高折基团的环氧树脂、硅胶、丙烯酸树脂、热固性聚氨酯、环硫树脂等，固化方式，根据实际胶体特性，采用热固化、UV固化或湿气固化等；最终，获得的N2一般在1.55～1.8之间。

本实施例中优选的实施方式，凸透镜4的胶体中含有高折射填料。可添加ZnO、ZrO2、T iO2、Ta2O5、Nb2O5等高折超细粉体或纳米粉体作为填料。

本实施例中优选的实施方式，腔体11为圆台形，凹透镜31包括圆台本体，圆台本体的大端面为内凹曲面，内凹曲面中间低且四周高。

本实施例中优选的实施方式，平面不凸出于腔口。上述平面不凸出于腔口，使得平杯LED灯珠便于点胶制作。

本实施例中优选的实施方式，发光芯片组件2为发散出光的发光芯片组件。发光芯片组件为中心发光的方式，即发光芯片组件发出发散光束，光学透镜组件将发散光束转换为平行光束，实现聚光效果。

以下表格对传统点胶方式获得的LED灯珠的发光角度与本实用新型点胶方式获得的LED灯珠的发光角度进行对比。

由于胶体存在表面张力和具有触变性，因此，点胶后形成的光学透镜组件的出光面可以与腔口齐平，也可以高出腔口一定的高度，主要与点胶量有关。从上述表格中可以看出，采用本实用新型的点胶方式制作的LED灯珠的发光角度明显小于采用传统点胶方式制作的LED灯珠的发光角度。

实施例二

参见图7，如其中的图例所示，其余与实施例一相同，不同之处在于，发光芯片组件2为平行出光的发光芯片组件，即发光芯片组件发出平行光束，光学透镜组件将平行光束转换为平聚集光束，实现聚光效果。

实施例三

参见图8和图9所示，其余与实施例一相同，不同之处在于，本实施例进一步公开上述平杯LED灯珠的制作方法，包括如下步骤：

第一步骤、制作壳形支架1，提供一壳形支架1，壳形支架1具有腔体11，腔体11具有腔口12、腔底13以及腔壁14，腔口12正对腔底13，腔壁14连接于腔口12和腔底13之间，在腔壁14上加工沿腔壁的周向首尾相接的一个磨砂表面15或沿腔壁的周向均布设置的多个磨砂表面15；

第二步骤、安装发光芯片组件2，将发光芯片组件2安装在腔底13；

第三步骤、制作凹透镜3，保持腔体的腔口朝上，从腔口12向腔体11中进行第一次点胶，使第一次点胶的胶体液面高于发光芯片组件2和磨砂表面15的下边缘并且高于磨砂表面15的上边缘以使第一次点胶的胶体能够沿磨砂表面15向上爬升，第一次点胶结束后进行第一次固化，第一次固化后形成内凹曲面朝上的凹透镜3；

第四步骤、制作凸透镜4，保持腔体的腔口朝上，从腔口12向腔体11中进行第二次点胶，第二次点胶结束后进行第二次固化，第二次固化后形成外凸曲面朝下的凸透镜4，凹透镜3与凸透镜4组成光学透镜组件。

壳形支架一般通过模具注塑、挤出或模压成型，模具具有用于成型上述壳形支架的腔体腔壁的模具表面，根据平杯LED灯珠的设计要求，在对应的模具表面做出磨砂表面，进而在壳形支架的腔体腔壁形成需要的磨砂表面，进而在凹透镜成型时引导胶水沿需要的路径爬升，从而形成需要形状的内凹曲面。受模具设计影响，壳形支架从模具固化并脱模后，壳形支架的腔壁也留下与模具的模具表面对应的磨砂表面。

上述腔体一般为锥台形腔体，腔口大于腔底，腔壁与腔底之间的夹角为钝角。

根据平杯LED灯珠的设计要求，可将壳形支架的腔体腔壁全部做成磨砂表面，也可以局部做成磨砂表面，根据前期模具及壳形支架磨砂表面的不同，最终凹透镜的内凹曲面可分为两类形态，当对壳形支架的四周腔壁均进行磨砂处理，壳形支架的四周腔壁均为磨砂表面时，第一次点胶后胶体沿四周的磨砂表面进行爬升，则凹透镜的内凹曲面表现为中间低，四周高；当只对壳形支架的其中两相对腔壁进行磨砂处理，壳形支架的其中两相对腔壁为磨砂表面，另外两相对腔壁为光滑表面，第一次点胶后胶体仅沿两相对的磨砂表面进行爬升，则凹透镜的内凹曲面表现为中间低，两端高；胶体最低处的厚度受胶量、胶水流变特性及另外两面腔壁的设计影响。

受所使用的发光芯片组件高度影响，需确保后续制作凹透镜后，凹透镜胶体的内凹曲面的最低点的预设位置高于发光芯片组件(发光芯片和焊线)。

第一次点胶时，使用相对较少的胶量，将胶水点在壳形支架内，点成凹透镜(凹杯形态)；第一次点胶完成并固化后，胶体实际形成了类凹透镜形态，凹透镜的曲面规格和焦距与胶水选型、胶量设定及磨砂面设计有关；

第二次点胶时，点平杯，并固化在凹杯已经满足可靠性需求的前提下，第二次点胶完成并固化后，胶体实际形成了类凸透镜形态，使LED灯珠实现平杯效果。

本实施例中优选的实施方式，第一次点胶的胶体液面与腔底13之间的距离为0.26-0.3毫米。具体的，距离为0.26毫米、0.27毫米、0.28毫米、0.29毫米或0.3毫米。通过试验可以得出磨砂表面的粗糙程度、第一次点胶的点胶量、第一次点胶的胶体粘度、爬升高度以及发光角度之间的关系，根据实际需要对磨砂表面、第一次点胶的点胶量、胶水粘度等进行选型。在试验中发现，磨砂表面的粗糙程度和第一次点胶的胶体粘度对爬升高度及发光角度的影响不大，主要在于第一次点胶的点胶量，第一次点胶的点胶量越少，胶体最低处厚度越小，则形成的内凹曲面的弧度越大；第一次点胶的胶体粘度越低或触变越低，则在壳形支架的磨砂表面上的爬升效果越好，可以实现的凹透镜极限最小厚度也相对越小(但胶体最小厚度，主要还是受初期设计的芯片及焊线高度影响)。

本实施例中优选的实施方式，第一次固化后形成的凹透镜3将发光芯片组件2封装在腔底13。第一次点胶所用的胶水需直接满足LED封装的密封性要求，同时满足热膨胀、吸水率等特性要求，一般选用环氧树脂和其他粉体、改性添加剂等，一般采用热固化的方式进行固化。

本实施例中优选的实施方式，壳形支架的腔体11为圆台形，凹透镜3包括圆台本体，圆台本体的大端面为内凹曲面，内凹曲面为第二内凹曲面，腔口12朝上时，第二内凹曲面中间低且四周高，其具有大致等高的等高边缘，腔壁14上加工有沿腔壁的周向首尾相接的一个磨砂表面15，腔口朝上时，磨砂表面15的下边缘延伸至腔底，磨砂表面15的上边缘延伸至腔口(如图7所示)。上文中，壳形支架的腔体为圆台形，即壳形支架具有垂直于腔体腔深的圆形横截面。

本实施例中优选的实施方式，第一次点胶采用接触式点胶方式或非接触式点胶方式，第一次固化采用热固化方式，第二次点胶采用接触式点胶方式或非接触式点胶方式，第二次固化采用热固化方式、UV固化方式或湿气固化方式。

本实施例中优选的实施方式，第二次点胶的胶体的折射率大于第一次点胶的胶体的折射率。上述平杯LED灯珠为具有聚光效果的LED灯珠。初次点胶所用的胶水需直接满足LED封装的密封性要求，同时满足热膨胀、吸水率等特性要求，一般选用环氧树脂和其他粉体、改性添加剂等，一般采用热固化；从实际生产实践结果看，一般折射率N1很难超过1.55；第二次点胶的胶体折射率N2大于1.55，胶体类型不局限于环氧树脂，可包括引入苯环、硫元素、卤素等高折基团的环氧树脂、硅胶、丙烯酸树脂、热固性聚氨酯、环硫树脂等，可添加ZnO、ZrO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5等高折超细粉体或纳米粉体作为填料；固化方式，根据实际胶体特性，采用热固化、UV固化或湿气固化等；最终，获得的N2一般在1.55～1.8之间。在第二次点胶固化后，上层的高折胶层，结合上下面折射率相对更低的大气层和胶体层，实际形成了平凸透镜，本身拥有了聚光效果。

实施例四

参见图10和图11所示，其余与实施例三相同，不同之处在于，壳形支架的腔体为棱台形，凹透镜包括棱台本体，棱台本体的大端面为内凹曲面，内凹曲面为第一内凹曲面，腔口朝上时，第一内凹曲面中间低且两端高，第一内凹曲面具有相对的两条下弯侧边缘和相对的两条高端边缘，腔壁14上加工有沿腔壁的周向连续相接的四个磨砂表面15，腔口朝上时，其中两个磨砂表面15(如图10所示)相对布置且上边缘与第一内凹曲面的下弯侧边缘的预设位置齐平，另外两个磨砂表面15(如图11所示)相对布置且上边缘高于第一内凹曲面的高端边缘的预设位置。

上文中，壳形支架的腔体为棱台形，即壳形支架具有垂直于腔体腔深的矩形横截面，四个磨砂表面分别设于腔壁的四面腔壁上。

本实施例中优选的实施方式，腔口朝上时，用于爬升第一内凹曲面的高端边缘的磨砂表面15的上边缘延伸至腔口。

本实施例中优选的实施方式，腔口朝上时，磨砂表面15的下边缘延伸至腔底。

本实施例中优选的实施方式，壳形支架具有垂直于腔体腔深的正方形横截面。

本实施例中优选的实施方式，腔壁的非磨砂表面均为光滑表面。

实施例五

参见图12和图13所示，其余与实施例三相同，不同之处在于，腔口朝上时，磨砂表面15的下边缘延伸至腔底，磨砂表面15的上边缘不低于第二内凹曲面的等高边缘的预设位置，磨砂表面15的上边缘与腔口相隔一定距离。

本实施例中优选的实施方式，腔口朝上时，磨砂表面15的上边缘均为直边，磨砂表面的上边缘与第二内凹曲面的等高边缘的预设位置齐平。

本实施例中优选的实施方式，腔口朝上时，腔壁14的靠上区域为光滑表面。

本实施例中，由于壳形支架1上的磨砂表面靠近腔底，凹透镜3的最低点的预设位置较低，但是仍比发光芯片组件2更高，凸透镜4的最低点的预设位置也较低。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种具有聚光效果的平杯LED灯珠，包括壳形支架、发光芯片组件以及光学透镜组件，所述壳形支架具有腔体，所述腔体具有腔口、腔底以及腔壁，所述腔口正对所述腔底，所述腔壁连接于所述腔口和所述腔底之间，所述发光芯片组件安装于所述腔底，其特征在于，所述光学透镜组件包括依次接收所述发光芯片组件发出的光的凹透镜和凸透镜，所述凹透镜的出光面为内凹曲面，所述凸透镜的入光面为外凸曲面，所述内凹曲面与所述外凸曲面贴合，所述凸透镜的出光面为平面，所述凹透镜的折射率小于所述凸透镜的折射率。

2.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述凹透镜的折射率小于1.55，所述凸透镜的折射率为1.55-1.8。

3.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述凹透镜将所述发光芯片组件封装于所述腔底。

4.根据权利要求3所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述凹透镜的胶体为环氧树脂层。

5.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述凸透镜的胶体为环氧树脂固化体、硅胶固化体、丙烯酸树脂固化体、热固性聚氨酯固化体或环硫树脂固化体。

6.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述腔体为圆台形，所述凹透镜包括圆台本体，所述圆台本体的大端面为所述内凹曲面，所述内凹曲面为内凹球面。

7.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述腔体为棱台形，所述凹透镜包括棱台本体，所述棱台本体的大端面为所述内凹曲面，所述内凹曲面为内凹弧形面。

8.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述平面不凸出于所述腔口。

9.根据权利要求1所述的平杯LED灯珠，其特征在于，所述发光芯片组件为发散出光或平行出光的发光芯片组件。