[發明專利]一種自由曲面透鏡及其實現保形涂覆的方法

有效

• 申請號: 201210013674.6
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102569615A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 羅小兵;胡潤;吳步龍;付星;劉勝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L33/58
• 分類號: H01L33/58;H01L33/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于LED封裝技術，涉及LED封裝中的一種自由曲面透鏡及其在LED封裝中控制熒光粉層的幾何形貌，特別應用于LED封裝中實現熒光粉層的保形涂覆和光束控制的方法。

背景技術

LED(Light?Emitting?Diode)是一種基于P-N結電致發光原理制成的半導體發光器件，具有電光轉換效率高、使用壽命長、環保節能、體積小等優點，被譽為21世紀綠色照明光源，如能應用于傳統照明領域將得到十分顯著的節能效果，這在全球能源日趨緊張的當今意義重大。隨著以氮化物為代表的第三代半導體材料技術的突破，基于大功率高亮度發光二極管(LED)的半導體照明產業在全球迅速興起，正成為半導體光電子產業新的經濟增長點，并在傳統照明領域引發了一場革命。LED由于其獨特的優越性，已經開始在許多領域得到廣泛應用，被業界認為是未來照明技術的主要發展方向，具有巨大的市場潛力。

大功率白光LED通常是由兩波長光(藍色光+黃色光)或者三波長光(藍色光+綠色光+紅色光)混合而成。目前廣泛采用的白光LED是通過藍色LED芯片(GaN)和黃色熒光粉(YAG或TAG)組成。在LED封裝中熒光粉的幾何形貌嚴重影響LED的出光效率、色溫、空間顏色均勻性等重要光學性能；在LED封裝過程中實現理想的熒光粉層形貌至關重要。

LED封裝最常用的熒光粉涂覆方式是通過點膠機將注射器中的熒光粉膠點涂在LED芯片周圍，熒光粉呈現球冠型，在實際的使用過程中常常會出現黃色的光斑。為了改善熒光粉點涂帶來的空間顏色不均勻性和提高LED的出光效率，熒光粉的保形涂覆是LED中較為理想涂覆方式。目前實現保形涂覆技術一般較為復雜，一些技術存在環保等問題，且成本較高，所以尋找一種工藝簡單、低成本、熒光粉分布均勻的涂覆方式在LED封裝中非常重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自由曲面透鏡，可以利用其內表面實現熒光粉層的保形涂覆，利用其外表面實現光束可控；本發明還提供了一種利用該自由曲面透鏡實現保形涂覆的方法，它可以有效的實現熒光粉硅膠的保形涂覆中硅膠的形貌控制。

本發明提供的一種自由曲面透鏡，它包括透鏡安裝面、透鏡外表面和透鏡內表面，透鏡安裝面為平面，其特征在于，所述透鏡外表面為自由曲面，作為自由曲面透鏡的光學出射面，所述透鏡內表面為向透鏡外表面延伸的平底凹槽，透鏡內表面作為自由曲面透鏡的光學入射面。

本發明提供的利用上述自由曲面透鏡實現保形涂覆的方法，其特征在于，在完成固定LED芯片和電路連接工序后，將自由曲面透鏡安裝在基板上，在自由曲面透鏡內表面與基板或支架之間的間隙內填充滿熒光粉膠，通過調節凹槽的高度控制熒光粉層的厚度，達到保形涂覆的效果。

本發明提供的自由曲面透鏡可以用于實現熒光粉層的保形涂覆，并且使用它可以易于控制照明設備光斑形狀和均勻度。本發明提供的保形涂覆的方法可以通過點膠機加注射器點膠或者噴涂等簡單的方式就能實現同其他復雜保形涂覆技術相同的熒光粉均勻分布的效果。由于這種方法僅僅對LED中的透鏡結構進行設計，熒光粉的涂覆方式和目前工業中廣泛采用LED熒光粉點涂相同，所以能夠很快地應用于工業中大規模的LED封裝，提升LED光源的出光效率、色溫、空間顏色均勻性等重要光學性能。

自由曲面透鏡的內表面高度可以根據不同LED封裝形式進行調節，高度可控，可以應用于LED支架式、板上芯片、陣列式、系統封裝、印刷電路板封裝和硅基封裝等封裝形式。

經過外表面能夠實現光束控制，滿足各種不同照明要求，實現多種不同的照明效果，如均勻圓形光斑、均勻矩形光斑、均勻多邊形光斑等。

附圖說明

圖1為本發明提供的自由曲面透鏡的結構示意圖；

圖2為第一實施例示意圖；

圖3為安裝自由曲面透鏡后熒光粉膠的填充過程；

圖4為第二實施例示意圖；

圖5為第三實施例示意圖；

圖6為第四實施例示意圖；

圖7(a)、7(b)、7(c)為第五實施例示意圖；

圖8(a)、8(b)為第六實施例示意圖；

圖9為采用所述的設計方法設計的一款軸對稱自由曲面透鏡及其照明效果；

圖10為將圖9中自由曲面替換成半球面的透鏡及其照明效果。

圖中符號說明，1由曲面透鏡，2透鏡內表面，3透鏡外表面，4透鏡安裝面，5透鏡安裝腳，6LED芯片，7金線，8熒光粉膠，9引線框架，10模塑料，11銅熱沉，12注射器，13注膠口，14硅基板，15印刷電路板，16銅柱。