[发明专利]一种应用导向型发光二极管器件的封装结构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种应用导向型发光二极管器件的封装结构和方法。

技术背景

发光二极管(LED)是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的电致发光器件，其发光机理是利用电子和空穴的复合作用产生光子。LED相比传统光源具有发光效率高，显色性好，耗电量少，节能环保，安全可靠性高，使用寿命长的优势，并已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是照明光源市场的主要方向，具有巨大的市场潜力。

目前Lamp型小功率LED与Power型大功率LED基本采用球冠型或半球形或近似半球形的透镜封装，SMT型大功率LED大多采用平面透镜封装，CoB与SiP型大功率LED模组基本采用平面透镜或是球冠型透镜阵列封装。上述几种封装形式的LED出射的都为非均匀圆形光斑，但是这样的光斑不能满足实际照明的需求，很难直接应用，如道路照明、隧道照明、背光源、投影仪、汽车前灯等都需要均匀的矩形光斑，而一些室内照明、射灯、探照灯、舞台灯等则需要均匀的圆形或椭圆形光斑。因此，目前LED灯具都通过二次光学系统来对从LED封装模块发出的光束进行重新控制，使得灯具光斑满足不同照明场合的需要。

二次光学系统大致可以分为反光杯控制、透镜控制和反光杯+透镜控制三种。相比反光杯，透镜具有体积小、重量轻、可模块化设计、便于阵列安装等优点，是目前LED灯具主要采用的二次光学系统设计方法。然而，目前LED灯具多采用圆对称透镜，光斑基本为圆形，不能满足道路照明、隧道照明、背光源、投影仪、汽车前灯等照明要求，并且光损较大(>15％)，用户反馈较差。基于自由曲面表面的透镜在设计时可以兼顾光斑质量与透镜出光效率，从而有效地克服了圆对称透镜带来的问题，因此在LED路灯/隧道灯中采用自由曲面透镜控制光斑已成为一种发展趋势。目前采用该技术的国内企业主要有广东昭信光电、东莞勤上、深圳邦贝尔、台湾NeoPac等，国外主要有德国OSRAM等。

虽然采用透镜控制方法可以减小LED灯具体积，但外部安装的透镜仍属于二次光学系统。为了进一步减小LED灯具体积，同时减少光学界面和吸收损耗，本发明提出了将LED二次光学系统与一次光学系统集成的新型LED封装结构和方法。在LED模块封装时，采用自由曲面透镜，直接对LED芯片进行封装，得到应用导向型(Application Specific)LED模块，使单个LED模块出射的光斑就能满足不同照明场合的要求，从而无需安装其他二次光学系统，提高LED灯具效率，减小LED灯具体积，方便用户使用。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种应用导向型发光二极管器件封装结构和方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：包括：发光二极管芯片、封装管壳、荧光粉胶、封装胶体和透镜，其特征在于所述发光二极管芯片贴装在封装管壳内，芯片电极与封装管壳内电路层相连；所述发光二极管芯片被封装胶体或荧光粉胶封装；所述透镜如采用模具或精密加工方法制造，则其出光面与入光面中至少有一表面为自由曲面，由基面、入光面、出光面共同界定透镜本体；所述透镜如采用封装胶体灌注或自流成形方法制造，则其出光面为自由曲面，由封装管壳上表面与出光面共同界定透镜本体；出光面自由曲面为连续自由曲面或非连续自由曲面；透镜为单透镜或多个透镜组合或透镜阵列，多个透镜组合中至少有两种透镜曲面形状。

本发明所述自由曲面透镜用于提高发光二级器件的封装效率，控制光束出射方向，得到满足不同照明应用需求的光能量分布，包括对称或非对称矩形光斑或圆形光斑或椭圆形光斑或腰果形光斑，但不限于上述几种光斑形状。所述自由曲面透镜材料为对300nm～800nm波长光具有高透光率的有机或无机材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或玻璃或环氧树脂或硅胶，但不限于上述几种材料，折射率范围为1.3～2.5。

本发明所述新型应用导向型发光二极管器件封装结构，在完成发光二极管芯片贴装与电极互连加工工艺后，可以采用以下四种方法完成自由曲面透镜封装：

方法一：

1)通过模具制造或精密加工得到自由曲面透镜；

2)将自由曲面透镜固定于封装管壳上；

3)向封装管壳上表面、芯片上表面与透镜基面、入光面所包围的腔体中灌注封装胶体或荧光粉胶，使封装胶体包裹发光二极管芯片，或包裹已有荧光粉胶或封装胶体封装的发光二极管芯片，并使灌注封装胶体充满腔体；

4)固化，完成发光二极管自由曲面透镜封装。

方法二：

1)通过模具制造或精密加工得到自由曲面透镜；