[发明专利]一种自由曲面透镜及其实现保形涂覆的方法

说明书

技术领域

本发明属于LED封装技术，涉及LED封装中的一种自由曲面透镜及其在LED封装中控制荧光粉层的几何形貌，特别应用于LED封装中实现荧光粉层的保形涂覆和光束控制的方法。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管(LED)的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具有巨大的市场潜力。

大功率白光LED通常是由两波长光(蓝色光+黄色光)或者三波长光(蓝色光+绿色光+红色光)混合而成。目前广泛采用的白光LED是通过蓝色LED芯片(GaN)和黄色荧光粉(YAG或TAG)组成。在LED封装中荧光粉的几何形貌严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能；在LED封装过程中实现理想的荧光粉层形貌至关重要。

LED封装最常用的荧光粉涂覆方式是通过点胶机将注射器中的荧光粉胶点涂在LED芯片周围，荧光粉呈现球冠型，在实际的使用过程中常常会出现黄色的光斑。为了改善荧光粉点涂带来的空间颜色不均匀性和提高LED的出光效率，荧光粉的保形涂覆是LED中较为理想涂覆方式。目前实现保形涂覆技术一般较为复杂，一些技术存在环保等问题，且成本较高，所以寻找一种工艺简单、低成本、荧光粉分布均匀的涂覆方式在LED封装中非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自由曲面透镜，可以利用其内表面实现荧光粉层的保形涂覆，利用其外表面实现光束可控；本发明还提供了一种利用该自由曲面透镜实现保形涂覆的方法，它可以有效的实现荧光粉硅胶的保形涂覆中硅胶的形貌控制。

本发明提供的一种自由曲面透镜，它包括透镜安装面、透镜外表面和透镜内表面，透镜安装面为平面，其特征在于，所述透镜外表面为自由曲面，作为自由曲面透镜的光学出射面，所述透镜内表面为向透镜外表面延伸的平底凹槽，透镜内表面作为自由曲面透镜的光学入射面。

本发明提供的利用上述自由曲面透镜实现保形涂覆的方法，其特征在于，在完成固定LED芯片和电路连接工序后，将自由曲面透镜安装在基板上，在自由曲面透镜内表面与基板或支架之间的间隙内填充满荧光粉胶，通过调节凹槽的高度控制荧光粉层的厚度，达到保形涂覆的效果。

本发明提供的自由曲面透镜可以用于实现荧光粉层的保形涂覆，并且使用它可以易于控制照明设备光斑形状和均匀度。本发明提供的保形涂覆的方法可以通过点胶机加注射器点胶或者喷涂等简单的方式就能实现同其他复杂保形涂覆技术相同的荧光粉均匀分布的效果。由于这种方法仅仅对LED中的透镜结构进行设计，荧光粉的涂覆方式和目前工业中广泛采用LED荧光粉点涂相同，所以能够很快地应用于工业中大规模的LED封装，提升LED光源的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能。

自由曲面透镜的内表面高度可以根据不同LED封装形式进行调节，高度可控，可以应用于LED支架式、板上芯片、阵列式、系统封装、印刷电路板封装和硅基封装等封装形式。

经过外表面能够实现光束控制，满足各种不同照明要求，实现多种不同的照明效果，如均匀圆形光斑、均匀矩形光斑、均匀多边形光斑等。

附图说明

图1为本发明提供的自由曲面透镜的结构示意图；

图2为第一实施例示意图；

图3为安装自由曲面透镜后荧光粉胶的填充过程；

图4为第二实施例示意图；

图5为第三实施例示意图；

图6为第四实施例示意图；

图7(a)、7(b)、7(c)为第五实施例示意图；

图8(a)、8(b)为第六实施例示意图；

图9为采用所述的设计方法设计的一款轴对称自由曲面透镜及其照明效果；

图10为将图9中自由曲面替换成半球面的透镜及其照明效果。

图中符号说明，1由曲面透镜，2透镜内表面，3透镜外表面，4透镜安装面，5透镜安装脚，6LED芯片，7金线，8荧光粉胶，9引线框架，10模塑料，11铜热沉，12注射器，13注胶口，14硅基板，15印刷电路板，16铜柱。