專利名稱：一種集成led光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體照明及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及LED光源，尤其是一種應(yīng)用自由曲面聚光透鏡控制LED光源出光角度、光利用率高、集成度高的集成LED光源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light emitting diode-LED)是一種新型的半導(dǎo)體照明光源，它具有抗震、抗沖擊性好，體積小，光線能量集中度高，壽命長，響應(yīng)時間快，環(huán)保等優(yōu)點。LED光源的這些優(yōu)點，使它在性能以及制造等方面大大超越了白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源，因此被廣泛應(yīng)用于日常生活及工業(yè)生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。LED光源的最大價值體現(xiàn)在照明領(lǐng)域，它被廣泛應(yīng)用在路燈、裝飾燈、廣告牌、室內(nèi)照明、室內(nèi)裝飾等多種照明設(shè)備中，滿足了人們各種各樣的照明需求。隨著LED光源的廣泛應(yīng)用，人們對LED光源的光利用率提出了要求，由于LED 是平面光源，其發(fā)光角度為士90°，但是在很多照明設(shè)備中，只能夠用到一定角度范圍內(nèi)的光線，那么在角度范圍之外的光線就被損失了，這樣光的利用率就會大大降低。例如，當LED 光源應(yīng)用于路燈時，只有約士60°范圍內(nèi)的光能夠照射到路面上，光的利用率不高。因此就需要提供一種能夠控制出光角度的LED光源，以提高LED光源的光利用率。通過檢索，發(fā)現(xiàn)了一篇與本實用新型專利相近的一篇專利一種集成LED光源組件(CN201103857)，包括LED光源、金屬散熱底板，所述的金屬散熱底板面上涂覆有一散熱膠層，在散熱膠層面上設(shè)置有一由若干個并聯(lián)連接的LED芯片組成的光源層，所述的光源層面上封裝有一硅膠層，所述的金屬散熱底板面上一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置有與LED芯片導(dǎo)線電連接的正、負極焊盤，由于采用了上述結(jié)構(gòu)的集成LED光源組件具有亮度高、散熱效果好、體積小巧、使用壽命長等優(yōu)點。檢索到的專利存在的問題正是本實用新型所解決的問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種能夠控制出光角度、 光利用率高且聚光透鏡與LED芯片集成在一起、集成度高的集成LED光源系統(tǒng)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的—種集成LED光源系統(tǒng)，由襯底、LED芯片、硅膠、自由曲面聚光透鏡和引線構(gòu)成， 在襯底上固裝LED芯片，該LED芯片通過其焊墊采用引線與襯底電聯(lián)接，LED芯片及引線外罩有自由曲面聚光透鏡罩，該自由曲面聚光透鏡固化在襯底上，在LED芯片與自由曲面聚光透鏡之間填充硅膠。而且，所述LED芯片通過銀膠粘結(jié)固定在襯底上，并采用引線接合法將引線分別與芯片焊墊及襯底鍵合。而且，所述LED芯片選用紅/綠/藍單色光芯片，或者選用表面涂敷黃色熒光粉藍光LED芯片。而且，所述硅膠的折射率在1. 4 1. 7范圍內(nèi)。
3[0011]而且，所述自由曲面聚光透鏡的上、下表面均采用自由曲面形式，或者采用自由曲面/球面的組合形式，該自由曲面聚光透鏡通過AB膠或UV膠粘結(jié)固化在襯底上。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是1、本實用新型首先利用一片聚光透鏡控制LED光源的出光角度聚光透鏡利用自由曲面對光的匯聚作用，高效率地將LED芯片發(fā)出的士 90°的光根據(jù)需要匯聚成士 10° 士80°范圍內(nèi)的光，大大提高了光的利用率。2、本實用新型又將聚光透鏡與LED芯片封裝在一起，使聚光透鏡罩在LED芯片及引線上，對這一部分起保護作用，同時也使得LED光源集成度最高。3、本實用新型得到的集成LED光源無需利用二次光學(xué)設(shè)計提高出光效率，降低了照明系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度，減小了體積；而且聚光透鏡取代傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂封裝，具有光利用率高，集成度高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的優(yōu)點，可以直接應(yīng)用在路燈、裝飾燈、廣告牌、室內(nèi)照明、室內(nèi)裝飾等多種照明設(shè)備中，滿足人們的照明需求。

圖1為本實用新型集成LED光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。一種集成LED光源系統(tǒng)，參見圖1、2，由襯底1、LED芯片2、硅膠3、自由曲面聚光透鏡4和引線5構(gòu)成，襯底起支撐和導(dǎo)電的作用，LED芯片選用紅/綠/藍單色光芯片并通過銀膠粘結(jié)固定在襯底上，并采用引線接合法(wire-bonding)將引線分別與芯片焊墊及襯底鍵合，芯片焊墊與襯底的連接，實現(xiàn)了集成LED光源內(nèi)部的電導(dǎo)通；襯底通過外引線連接到金屬芯印制板(MCPCB)上，再通過MCPCB與外部電路連接，實現(xiàn)了集成LED光源外部的電導(dǎo)通。LED芯片及引線外罩有自由曲面聚光透鏡罩，該自由曲面聚光透鏡罩通過AB膠或 UV膠粘結(jié)固化在襯底上，自由曲面聚光透鏡的上、下表面均采用自由曲面設(shè)計，對光的控制能力強，收光效率高，聚光透鏡制備材料選用聚甲基丙烯酸甲酯(acrylic)，透過率較高，光損失相對較少；LED芯片與自由曲面聚光透鏡之間填充硅膠，該硅膠的折射率在1. 4 1. 7 范圍內(nèi)，它通過折射率匹配(index-matching)減少光的反射損失，同時還起到保護LED芯片的作用。自由曲面聚光透鏡通過其上、下表面對LED芯片發(fā)出的光進行匯聚，將LED芯片發(fā)出的士90°的光根據(jù)需要匯聚到士 10° 士80°范圍內(nèi)，同時自由曲面聚光透鏡對LED芯片及引線還起到保護作用。此外，LED芯片也可選用藍光LED芯片表面涂敷黃色熒光粉，藍光與黃光通過空間混色產(chǎn)生白光；自由曲面聚光透鏡的上、下表面也可分別采用自由曲面設(shè)計和球面設(shè)計，與上、下表面均采用自由曲面設(shè)計的聚光透鏡相比，收光效率有所降低，但是由于球面制備方法簡單，制備成本遠低于自由曲面的制備成本，這樣就在一定程度上降低了整個系統(tǒng)的成本；聚光透鏡制備材料也可選用聚碳酸酯(polycarbonate)，折射率較高，對光的控制能力相對較強，可以在一定程度上提高收光效率。本實用新型中采用的襯底、LED芯片、硅膠和引線等部件已為現(xiàn)有技術(shù)，因此沒有給出這些部件的具體結(jié)構(gòu)。本實用新型采用了一片聚光透鏡控制LED光源的出光角度聚光透鏡利用自由曲面或球面對光的匯聚作用，將LED芯片發(fā)出的士90°的光根據(jù)需要匯聚成士 10° 士80° 范圍內(nèi)的光，大大提高了光的利用率；同時，本實用新型將聚光透鏡與LED芯片封裝在一起，使聚光透鏡罩在LED芯片及引線上，對這一部分起保護作用，也使得LED光源集成度最
尚ο本實用新型既可以得到單色光集成LED光源，也可以得到白光集成LED光源；如果聚光透鏡上、下表面均采用自由曲面設(shè)計，對光的控制能力較強，因此可以得到具有較高收光效率的集成LED光源；如果聚光透鏡上、下表面分別采用自由曲面設(shè)計和球面設(shè)計，對光的控制能力較弱，但是制備簡單，可以降低整個系統(tǒng)的成本。可見本實用新型的LED光源都是出光角度可控制、光利用率高、集成度高的集成LED光源。本實用新型利用自由曲面聚光透鏡提高光的利用率，而且聚光透鏡取代傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂封裝，具有光利用率高，集成度高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的優(yōu)點，可以直接應(yīng)用在路燈、裝飾燈、廣告牌、室內(nèi)照明、室內(nèi)裝飾等多種照明設(shè)備中，滿足人們的照明需求。需要說明的是自由曲面的基本曲線沒有特定解析式的自由度束縛，它的每一點是依據(jù)光源全體光線的最佳聚光效果優(yōu)化而來的，因此此種設(shè)計可以達到光學(xué)聚光效率的理論極限。本實用新型的工作原理是本實用新型將半導(dǎo)體照明技術(shù)與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，用一片自由曲面聚光透鏡控制 LED芯片發(fā)出的士90°的光，根據(jù)需要將其匯聚成士 10° 士80°范圍內(nèi)的光；本實用新型又將聚光透鏡罩在LED芯片及引線上并封裝在一起，使得LED光源集成度最高。本實用新型的范圍并不限于以上所述之實施方式，還包括將襯底、LED芯片、硅膠、 自由曲面聚光透鏡和引線等按照不同方式組合所形成的集成LED光源。凡依照本實用新型之形狀、結(jié)構(gòu)所做的變化均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種集成LED光源系統(tǒng)，其特征在于由襯底、LED芯片、硅膠、自由曲面聚光透鏡和引線構(gòu)成，在襯底上固裝LED芯片，該LED芯片通過其焊墊采用引線與襯底電聯(lián)接，LED芯片及引線外罩有自由曲面聚光透鏡罩，該自由曲面聚光透鏡固化在襯底上，在LED芯片與自由曲面聚光透鏡之間填充硅膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成LED光源系統(tǒng)，其特征在于所述LED芯片通過銀膠粘結(jié)固定在襯底上，并采用引線接合法將引線分別與芯片焊墊及襯底鍵合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成LED光源系統(tǒng)，其特征在于所述LED芯片選用紅/ 綠/藍單色光芯片，或者選用表面涂敷黃色熒光粉藍光LED芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成LED光源系統(tǒng)，其特征在于所述硅膠的折射率在1.4 1. 7范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成LED光源系統(tǒng)，其特征在于所述自由曲面聚光透鏡的上、下表面均采用自由曲面形式，或者采用自由曲面/球面的組合形式，該自由曲面聚光透鏡通過AB膠或UV膠粘結(jié)固化在襯底上。
專利摘要本實用新型涉及一種集成LED光源系統(tǒng)，由襯底、LED芯片、硅膠、自由曲面聚光透鏡和引線構(gòu)成，在襯底上固裝LED芯片，該LED芯片通過其焊墊采用引線與襯底電聯(lián)接，LED芯片及引線外罩有自由曲面聚光透鏡罩，該自由曲面聚光透鏡固化在襯底上，在LED芯片與自由曲面聚光透鏡之間填充硅膠。本實用新型得到的集成LED光源無需利用二次光學(xué)設(shè)計提高出光效率，降低了照明系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度，減小了體積；而且聚光透鏡取代傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂封裝，具有光利用率高，集成度高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的優(yōu)點，可以直接應(yīng)用在路燈、裝飾燈、廣告牌、室內(nèi)照明、室內(nèi)裝飾等多種照明設(shè)備中，滿足人們的照明需求。
文檔編號F21V5/04GK201964190SQ20112000955
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者張寶龍, 李丹 申請人:天津科技大學(xué)