专利名称：一种改善大功率led光斑的方法
技术领域：
本发明涉及LED(Light-Emitting Diode,发光二极管),尤其涉及一种改善大功率LED光斑的LED封装结构。
背景技术：
利用荧光粉转换的方法实现LED发出白光是目前研究得最多最热的一种方法。在实现LED发出白光过程中，荧光材料(荧光粉)覆盖LED的封装结构及工艺技术则是白光LED制成的关键核心。例如，对于用于照明领域的功率型白光LED，其色温与色度的空间分布均匀性是产品性能的重要指标。人眼能分辨的色温差异为50-100K，目前普通LED器件色度的均匀性仍不理想，甚至单颗LED的角向色温差异可大到800K。可见，对于白光LED，出射白光光斑均匀性研究与改善是一个重要课题。现有对改善光斑的方法，基本上是从荧光胶工艺方面着手，例如申请日为2011. 12. 28、申请号为201110445591. X的发明专利，公开了一种LED光斑改善方法，该方法包括步骤I :选料选择杯深为O. 46±0. 02mm，杯口角度为135度的支架，并选择粒径17-19um和粒径4-5um的荧光粉相互搭配；步骤2 :点胶用黄色荧光胶点成半球形结构，与透镜成近似平行的两个面。上述方法通过选择粒径17-19um和粒径4-5um的荧光粉相互搭配，有效提高了光通量，且将黄色荧光胶点成半球形结构，增大了发光区域。上述专利对光斑的改善有一定的效果，但无法消除LED的边缘黄斑现象，因为边缘黄斑现象是由于LED的边缘蓝光出射少，而荧光粉发出的黄光出射多造成的。另外也有在荧光胶中加入扩散粉来缓解光斑的问题，但是由于光无法通过扩散粉，光在扩散粉的表面发生漫反射，则会降低光通量。因此，一专利申请号为200910251589. I的发明专利，公开了一种LED荧光胶，该发明是通过扩散粉和增白粉的结合，来提升扩散性并利于光体的折射。其中，扩散粉是以内径小于5微米的可融性TO粉，将该扩散粉充分混合于硅胶以提升扩散性，达到光斑扩散，提升其一致性。增白粉是由菱形体SiO2与Al2O3结合形成的，增白粉可于混合体中形成一面坚实的屏障，以便于光体的折射。该专利中，需要将扩散粉和增白粉结合使用才能达到缓解光斑的效果。且SiO2的折射率约为I. 55，经过其折射后再经过Al2O3粉剂(金属球形颗粒)的金属表面反射，使得光得以扩散，因此需要SiO2和Al2O3搭配使用；另外，Al2O3易受粉尘污染不易储存，需要即取即用，因此工艺复杂，制备不易。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种改善大功率LED光斑的方法，通过多种混合颗粒的配合，代替SiO2和Al2O3搭配使用，在保证光通量的前提下，改善大功率LED光斑的问题，解决边缘黄斑问题，同时简化工艺，使得制备变得简单。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种改善大功率LED光斑的方法，在LED封装结构中的硅胶层和/或荧光胶层内均匀分布多面体结构的透明颗粒，所述透明颗粒占填充胶的2%-10%重量比。所述透明颗粒是SiO2透明颗粒、PC (聚碳酸脂)透明颗粒和PMMA (聚甲基丙烯酸甲脂)透明颗粒的混合颗粒；所述SiO2透明颗粒占填充胶的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明颗粒占填充胶的O. 2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明颗粒占填充胶的I. 2%-6. 3%重量比。其中，PMMA透明颗粒是凹透镜形状(中间薄两边厚形状)，SiO2透明颗粒是3至8面体形状，PC透明颗粒是大于8面的多面体形状(例如六棱柱、七棱维、七棱柱、八棱柱等等)。其中LED封装结构包括LED芯片、支架、荧光胶层、光学透镜，以及硅胶层。其中，硅胶层和/或荧光胶层均匀分布了多面体结构的透明颗粒。支架上设有放置LED芯片的杯碗、将LED芯片的正负极通过导线引出的正导电脚和负导电脚、以及包覆上述正导电脚和负导电脚的基座；所述LED芯片放置于所述支架的杯碗内，所述荧光胶层完全覆盖所述LED芯片，所述硅胶层位于荧光胶层和光学透镜之间。通过在原有的LED封装结构中的填充胶散布多面体结构的透明颗粒，改善大功率LED光斑现象。其中，PMMA透明颗粒的折射率为I. 49，SiO2透明颗粒折射率为I. 55，PC透明颗粒·的折射率为I. 5872，根据折射率从大到小，其颗粒的多面体的表面也更多。且上述材料的折射率与硅胶层的填充胶折射率(I. 4)以及荧光胶折射率(I. 5)接近，膨胀系数接近，且三个混合颗粒的结合，使得光线在不同折射率颗粒间相互折射，其扩散性更好。具体的，光线经过折射率较小的凹透镜形状的PMMA透明颗粒时，由光学原理，光线折射范围有限；光线经过折射率较大的3至8面体形状的SiO2透明颗粒时，光线折射范围扩大；光线经过折射率更大的大于8面的多面体形状的PC透明颗粒时，光线折射更分散，但有些光线向下折射，而造成一定的光线损失。而通过上述三种透明颗粒的结合，使得光线均匀扩散效果最好，且光线损失最小。当然，该透明颗粒还可以选择折射率为I. 5左右的其他颗粒。通过在上述硅胶层和/或荧光胶层散布有多面体结构的透明颗粒，可改变光的行进路线，使光均匀分散。作为更进一步的技术方案，所述透明颗粒的最大直径为100-500um，上述透明颗粒可以通过激光切割实现，也可用氢氟酸腐蚀的方法实现。实验证明，选择该直径范围的透明颗粒，使得光的扩散最为均匀。作为更进一步的技术方案，所述光学玻璃的出光面是粗糙的。该粗糙的出光面具体是若干个半球形突起形成。这样，经过该粗糙面，光的出射角度更大，减少光的全反射。增加出光角度(即光的出射角度)，可以提高光通量。同时由于全反射主要是发生在LED芯片的边缘位置(光的入射角大造成的)，减少全反射的同时亦可以减少光斑的产生。本发明采用上述方案，LED芯片发出的光可穿过透明颗粒，出光率高，对光通量影响小，同时，由于透明颗粒和硅胶层的填充胶之间存在折射率差异(以及透明颗粒和荧光胶层的荧光胶之间存在折射率差异)，光在通过两者的界面时发生折射，而改变了出光角度，从而使光线更加均匀与柔和。另外，蓝光和被激发后的荧光粉所发出的光在LED各个发光角度均匀混合，有效的增加了蓝光在LED边缘的出射率，从而解决了边缘黄斑问题。
图I是本发明的实施例的支架结构示意图(含LED芯片)。
图2是本发明的实施例的结构示意图。图3是本发明的实施例的光学透镜的剖面示意图。图4是本发明的实施例的凹透镜形状的透明颗粒改变光线路径的示意图。图5是本发明的实施例的三棱锥形状的透明颗粒改变光线路径的示意图。图6是本发明的实施例的八面体形状的透明颗粒的截面图。
具体实施例方式现结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。本发明的一种改善大功率LED光斑的方法，其通过现有的LED封装结构中的硅胶层和/或荧光胶层内均匀散布多面体结构的透明颗粒来实现。所述透明颗粒占填充胶的2%-10%重量比。那么填充胶占90%-98%重量比，具体的，所述透明颗粒是凹透镜形状的PMMA透明颗粒、3至8面体形状的SiO2透明颗粒和大于8面的多面体形状的PC透明颗粒的混合颗粒；所述SiO2透明颗粒占填充胶的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明颗粒占填充胶的
O.2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明颗粒占填充胶的I. 2%_6. 3%重量比。上述所述透明颗粒的最大直径为100-500um。通过在硅胶层和/或荧光胶层散布有上述多面体结构的透明颗粒，可改变光的行进路线，使光均匀分散。作为一个具体实施例，如图I-图3所示，该LED封装结构包括LED芯片I、支架2、荧光胶层5、光学透镜4、以及由分布了多面体结构的透明颗粒的填充胶组成的硅胶层3。支架2上设有放置LED芯片I的杯碗、将LED芯片I的正负极通过导线13引出的正导电脚11和负导电脚12、以及包覆上述正导电脚11和负导电脚12的基座14 ;所述LED芯片I放置于所述支架2的杯碗内，所述荧光胶层5完全覆盖所述LED芯片I，所述硅胶层3位于荧光胶层5和光学透镜4之间。所述支架2上还设有通孔16，用于注入填充胶。其中，所述硅胶层3包括填充胶，填充胶内均匀分布有多面体结构的透明颗粒，本实施例中，选取SiO2透明颗粒占填充胶的2%重量比，所述PC透明颗粒占填充胶的I. 5%重量比，所述PMMA透明颗粒占填充胶的3%重量比。透明颗粒选用SiO2透明颗粒、PC透明颗粒和PMMA透明颗粒，上述材料的折射率与硅胶层的填充胶折射率接近，膨胀系数接近。也可以选取其他折射率约在I. 5左右的透明材料颗粒。具体的，由于SiO2透明颗粒折射率(I. 55)、PC透明颗粒折射率(I. 5872)和PMMA透明颗粒折射率(I. 49)均略高于填充胶的折射率(一般为I. 4)，光线在通过透明颗粒和填充胶两者之间的界面时，光线发生偏移。图4为凹透镜形状的PMMA透明颗粒改变光线路径的示意图。根据折射定律，光在凹透镜形状的透明颗粒介质中角度小，在硅胶介质中的角度大。平行光线通过凹透镜形状的透明颗粒后，光线向各个方向发散。光线再经过折射率较大的3至8面体形状的SiO2透明颗粒以及折射率更大的大于8面的多面体形状的PC透明颗粒等一定数量的透明颗粒后，经过多次的发散作用后，发散角度变得更大，光在各个角度达到均匀分布的效果。因此，通过本发明可以获得一种均匀发光的LED。图5为三棱锥形状的透明颗粒改变光线路径的示意图。图6为八面体形状的PC透明颗粒的截面图。所述光学玻璃的出光面是粗糙的。该粗糙的出光面具体是若干个半球形突起形 成。该粗糙的出光面可以由光刻实现或者模具实现。这样，经过该粗糙面，光的出射角度更大，减少光的全反射。
为了检验LED出射光斑的光学一致性，任意选取5个样品，通过9点法测得每个LED的色坐标空间分布值，根据公式计算其色坐标的标准差及主波长分布，结果如下表所示
权利要求
1.一种改善大功率LED光斑的方法，其特征在于在LED封装结构中的硅胶层和/或荧光胶层内均匀分布多面体结构的透明颗粒，所述透明颗粒占填充胶的2%-10%重量比；所述透明颗粒是凹透镜形状的PMMA透明颗粒、3至8面体形状的SiO2透明颗粒和大于8面的多面体形状的PC透明颗粒的混合颗粒；所述SiO2透明颗粒占填充胶的O. 6%-3. 7%重量比，所述PC透明颗粒占填充胶的O. 2%-2. 3%重量比，所述PMMA透明颗粒占填充胶的I.2%-6. 3% 重量比; 所述LED封装结构包括LED芯片、支架、荧光胶层、光学透镜以及硅胶层；支架上设有放置LED芯片的杯碗、将LED芯片的正负极通过导线引出的正导电脚和负导电脚、以及包覆上述正导电脚和负导电脚的基座；LED芯片放置于所述支架的杯碗内，荧光胶层完全覆盖所述LED芯片,所述娃胶层位于突光胶层和光学透镜之间。
2.根据权利要求I所述的一种改善大功率LED光斑的方法，其特征在于所述透明颗粒的最大直径为100-500um。
3.根据权利要求I所述的一种改善大功率LED光斑的方法,其特征在于所述光学玻璃的出光面是粗糙的。
4.根据权利要求3所述的一种改善大功率LED光斑的方法，其特征在于该粗糙的出光面具体是若干个半球形突起形成。
全文摘要
本发明涉及LED，尤其涉及一种改善大功率LED光斑的LED封装结构。本发明的一种改善大功率LED光斑的方法，在LED封装结构中的填充胶内均匀分布多面体结构的透明颗粒，所述透明颗粒占填充胶的2%-10%重量比。所述透明颗粒是凹透镜形状的PMMA透明颗粒、3至8面体形状的SiO2透明颗粒和大于8面的多面体形状的PC透明颗粒的混合颗粒;所述SiO2透明颗粒占填充胶的0.6%-3.7%重量比,所述PC透明颗粒占填充胶的0.2%-2.3%重量比,所述PMMA透明颗粒占填充胶的1.2%-6.3%重量比;。本发明应用于改善大功率LED的光斑。
文档编号H01L33/58GK102945919SQ201210403009
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者苏水源 申请人:厦门多彩光电子科技有限公司