CN102130114A - 户外显示屏用的smd型led器件及使用其的显示模组 - Google Patents

Abstract

一种户外显示屏用的SMD型LED器件，包括至少一个LED芯片，承载LED芯片的下基座，与下基座结合的上基座，及设置于上基座上的封装胶体。其中，上基座设置有台阶。封装胶体包括覆盖台阶的封装基体及设置于封装基体上的光学透镜。本发明的SMD型LED器件，将台阶状上基座与具有一定高度的封装基体相结合，减小封装胶体的体积，减少光损耗，增强出光效率，且，结构简单；其次，通过上基座所设置的台阶结构，覆盖具有透镜结构的封装胶体，能够提供具有宽视角的光强分布，弥补直插式LED与TopLED的不足。另外，还提供一种使用这种户外显示屏用的SMD型LED器件的显示模组。

Description

户外显示屏用的SMD型LED器件及使用其的显示模组

技术领域

本发明涉及发光二极管(Light Emitting Diode，LED)及显示屏，尤其涉及一种户外显示屏用的SMD型LED器件及使用这种LED器件的显示模组。

背景技术

户外发光二极管(LED)显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，是利用LED构成的点阵模块或像素单元组成的显示屏幕。它的出现弥补了以往磁翻板，霓虹灯等信息发布媒体效果的缺陷，在铁路、高速公路、广场和大型商场中得到了广泛的应用。

通常，户外显示屏需要防水、防阳光直射、防尘、防高温、防风和防雷击等，因此要求其LED器件的环境适应性好。目前多采用直插式LED：直插式LED是将LED芯片封装在一个杯型环氧树脂框罩内，两条管脚分别为正负极，具有较好的防水、抗紫外线能力和良好散热效果，符合户外显示屏的应用要求。然而，直插式LED产品存在诸多缺陷，严重限制了户外显示屏的质量和产量的进一步提高，其存在的缺陷具体如下：

1)一致性差：在制造直插式LED器件的封装成型步骤中，由于带有LED芯片的杯型支架插入模具的深度难以控制，所以容易出现各批次产品间的LED芯片与封装透镜的距离不一致，严重影响产品发光亮度和发射角度的一致性。

2)制造工艺复杂、生产效率低：在制造户外显示屏时，由于直插式LED带有引脚且引脚有正、负极之分，所以生产者通常采用手工方式将直插式LED放置在显示屏的线路板上，生产效率较低；另外，直插式LED通过波峰焊焊接在线路板后还需要剪裁线路板背部多余的引脚，工艺程序繁琐。

3)安装工艺要求高、难以保证户外显示屏的质量：对于直插式LED来说，过炉时要有足够的工艺技术保证LED垂直于PCB板和控制各个LED具有一致的高度；任何偏差都会影响已经设置好的LED亮度一致性，出现亮度不均匀的“马赛克”色块。

4)体积大，不利于缩短显示屏的像素间距，从而限制了户外显示屏分辨率的提高。

而近年来市面上出现的用于替代直插式LED的表面贴装(SurfaceMounted Devices，SMD)型LED器件——“顶部发光LED(TopLED)”，属潮湿敏感型器件，封装胶体与反射杯塑料材质的热膨胀系数差异将容易引起封装胶体与反射杯的剥离，导致外部环境的潮气进入器件内部，从而缩短Top LED的寿命和影响其工作稳定性。当Top LED应用在户外显示模组上时，灌封胶体仅能填充Top LED之间的空隙，而Top LED的塑料反射杯上表面以及封装胶体裸露在外，所以灌封胶体不能对LED器件起到防潮防风的作用。其次，由于难以控制填涂各Top LED之间的灌封胶体的高度，容易使灌封胶体污染TOP LED的发光面，从而影响器件的出光效果。另外，由于Top LED是直接用封装胶体填满器件的反射腔即可，不能提供特定的光学透镜结构，视角受到限制，难以满足户外显示屏的宽视角要求。

发明内容

有鉴于此，须提供一种结构简单、宽视角、出光效果好的户外显示屏用的SMD型LED器件，能够弥补直插式LED与Top LED的不足。

另外，还需提供一种一致性好、工艺简单、体积小、防潮能力强、视角宽的显示模组。

一种户外显示屏用的SMD型LED器件，包括至少一个LED芯片，承载LED芯片的下基座，与所述下基座结合的上基座，以及设置于所述上基座上的封装胶体。其中，所述上基座设置有台阶。所述封装胶体包括覆盖所述台阶的封装基体及设置于所述封装基体上的光学透镜。

一种显示模组，包括：安装面板，外包围所述安装面板的壳体，贴装在所述安装面板上的多个上述的LED器件，以及填涂各LED器件之间的灌封胶体。其中，所述灌封胶体与部分封装胶体相结合，顶部介于封装基体的上表面与下表面之间。

本发明的户外显示屏用的SMD型LED器件及显示模组与现有技术相比具有以下有益效果：

1)在不牺牲增加封装胶体的体积和降低出光效率的前提下，本发明提供的SMD型LED器件将台阶状上基座与具有一定高度的封装基体相结合，增加了器件的封装胶体高度。当该器件应用在户外显示模组时，该结构将有利于生产者控制灌封胶体的高度，且可保证器件的封装胶体与灌封胶体相接合，能够保护显示模组和器件内部的结构，达到防风防潮的作用。

2)通过上基座所设置的台阶结构，覆盖具有透镜结构的封装胶体，能够提供具有宽视角的光强分布，改进传统Top LED器件的不足，可代替直插式LED应用在户外显示屏领域。

3)由于本发明的LED器件属于表面贴装型，可以直接通过回流焊批量安装，提高生产效率，有效地保证各器件的高度一致性，克服基于直插式LED的户外显示屏存在的亮度不均的“马赛克”现象。

4)基于本发明的SMD型LED器件制造的显示模组，通过控制灌封胶体的高度，保证LED器件的基座完全被封装胶体和灌封胶体覆盖，不裸露在空气之外，工艺简单，有利于保护LED器件免受外界潮气的影响，达到防潮的要求，同时确保灌封胶体的高度不影响出光面，使显示模组具有较高亮度的显示。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1a为本发明第一实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的立体分解图；

图1b为本发明第一实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的立体图；

图1c为图1b的正面剖视图；

图2为本发明第二实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的正面剖视图；

图3为本发明第三实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的正面剖视图；

图4为本发明第四实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的正面剖视图；

图5为本发明第五实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的立体分解图；

图6为本发明基于户外显示屏用的SMD型LED器件制造的显示模组结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1a所示为本发明第一实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的立体分解图。同时参阅图1b与图1c，其中，图1b为本发明第一实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的立体图；图1c为图1b的正面剖视图。该户外显示屏用的SMD型LED器件包括LED芯片1、基座2以及封装胶体3。其中，基座2包括承载LED芯片1的下基座22以及与下基座22结合的上基座21。本发明实施方式中，上基座21与下基座22之间通过粘合剂20(参阅图1c)结合。

本发明实施方式中，LED芯片1的数量为一个，其类型可以是红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片、紫光LED芯片的其中的一种。在其它实施例中，LED芯片1的数量可以为两个或以上，不限于本实施例。

上基座21的中央处设有杯状通孔211，四周边缘设置有台阶212。本发明实施方式中，杯状通孔211的纵截面呈倒梯形(参阅图1c)，即，靠近下基座22的一端的孔径(下孔径211b)大于杯状通孔另一端的孔径(上孔径211a)。杯状通孔211的内壁涂覆有反射材料211c，构成反射杯。其中，反射材料211c为银、铬或者反光油墨。采用上基座21、下基座22结合的封装结构，一方面能够让LED器件具有表面贴装型特点，另一方面，因采用的反射杯具有聚光作用，提高出光效率。

本发明其它实施方式中，杯状通孔211的纵截面呈矩形或者方形，即，靠近下基座22的一端的孔径(下孔径211b)等于杯状通孔另一端的孔径(上孔径211a)。

下基座22设有贴装LED芯片1的芯片安放部221和正电极部、负电极部222。其中，正电极部、负电极部222均设有打线部223(参阅图1a)，LED芯片1的电极与打线部223之间通过金属引线4实现电性连接。本发明中，上基座21、下基座22的材料可以相同，也可以不同。例如：上基座21、下基座22的材料均为玻璃纤维布基材料；或者上基座21为纯树脂类材料；下基座22为金属芯PCB板或者陶瓷材料。另外，上基座21、下基座22的材料等级可为FR-4，具有低价位，良好接着力，低吸湿性等优点。

参阅图1c，芯片安放部221包括覆盖下基座22上、下表面的导热层2211及贯穿下基座22的至少一个导热通孔2212。本发明实施方式中，导热通孔2212的数量为3个，其内壁设置有与前述导热层2211成一体结构的导热层2211，且，填充有与导热层2211成一体结构的导热材料2213。其中，导热层2211为铜，导热材料2213为银浆或铜粉。采用导热通孔2212，LED芯片1工作时释放的热量能迅速通过导热材料2213散失至外界，具有良好的散热效果。

本发明其它实施方式中，导热通孔2212的数量可以为1个，也可以为2个或者3个以上，这里不再赘述；导热通孔内壁不设置导热层2211，仅填充与导热层2211成一体结构的导热材料2213。

正电极部、负电极部222分别包括覆盖下基座22上、下表面的导电层2221及贯穿下基座22的至少一个导电通孔2222。本发明实施方式中，导热通孔2222的总数量为2个。导电通孔2222的内壁镀有或填充有导电材料2223。其中，导电层2221为铜箔，导电材料2223为银浆或铜粉，与导电层2221成一体结构。

本发明其它实施方式中，导电通孔2222的总数量也可以为3个，或者3个以上，这里不再赘述。

封装胶体3设置于上基座21上，包括覆盖台阶212的封装基体31及设置于封装基体31上的光学透镜32。其中，封装基体21的形状与上基座21形状相匹配；光学透镜32以椭圆柱为基座32a，以椭球体形为出光面32b。采用这种结构的封装胶体，能够提供X方向的半角值范围为70°～150°、Y方向的半角值范围为30°～90°的出光效果，满足户外显示屏宽视角的要求。本发明实施方式中，封装基体21与光学透镜32一体成型。封装胶体21的材料为环氧树脂。基座32a的侧壁与封装基体31的侧壁不平齐。封装基体31的侧壁31a与台阶212最外围的侧壁212a平齐。当然，封装基体31的侧壁31a与台阶212最外围的侧壁212a也可以不平齐。而封装胶体3的材料也不限于环氧树脂。

本发明中，上基座21采用台阶结构，而封装基体31覆盖上基座21的台阶212，相当于增加封装基体31的高度。若上基座21不采用台阶结构，而直接在其上覆盖具有光学透镜的封装胶体，则封装胶体的结构有如下两种情形：(1)封装胶体无非调光用的封装基体，或者该封装基体的高度很小，所以使灌封胶体(参阅图6)容易超出封装基体的高度影响光学透镜部分的调光作用；(2)为了克服上述问题，可以增加非调光用的封装基体高度，但是将增大封装胶体的体积、且由于光学透镜远离LED芯片，也进一步增加光损耗和降低出光效率。

因此，本发明的户外显示屏用的SMD型LED器件，将台阶状上基座与具有一定高度的封装基体相结合，减小封装胶体的体积，使光学透镜临近LED芯片，减少光损耗，增强出光效率，且，结构简单。其次，通过上基座所设置的台阶结构，覆盖具有透镜结构的封装胶体，能够提供具有宽视角的光强分布，改进传统Top LED器件的不足，可代替直插式LED应用在户外显示屏领域；另外，由于本发明的LED器件属于表面贴装型，可以直接通过回流焊批量安装，提高生产效率，有效地保证各器件的高度一致性，克服基于直插式LED的户外显示屏存在的亮度不均的“马赛克”现象。

图2所示为本发明第二实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的正面剖视图。该LED器件与第一实施方式的LED器件的结构基本相同，区别在于图2的芯片安放部221包括设置于下基座22上的通孔2214，装配于通孔2214内、与通孔2214形状相匹配的热沉2215，以及由热沉2215的上表面向内凹陷形成的小反射杯体2216。其中，热沉2215与通孔2214的装配方式可以为过盈配合或者采用粘合剂固定。LED芯片1安放在小反射杯体2216内。本发明实施方式中，热沉2215的形状为圆柱体，材质为导热材料，优选为铜或铝金属材料。采用热沉2215的结构，将LED芯片1直接安放在热沉上，致使LED芯片1发出的热量能迅速通过热沉传导出来，具有极佳的散热效果。

本发明其它实施方式中，热沉2215的形状还可以为台阶状、圆台状或者工字型。

图3所示为本发明第三实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的正面剖视图。该LED器件与第一实施方式的LED器件的结构基本相同，区别在于图3的芯片安放部221为覆盖下基座22的上表面、且与正电极的打线部223或负电极的打线部223电性连接的导电材料。LED芯片1安放在该芯片安放部221上，其电极通过金属引线4与负电极的打线部223或者正电极的打线部223相连。本发明实施方式中，芯片安放部221为铜箔，与正电极的打线部223或负电极的打线部223电性连接。在本实施例中，优选芯片安放部221与正电极的打线部223或负电极的打线部223成一体结构。这种LED器件的结构相对前述的LED器件的结构简单，成本低，生产效率高，尤其适合大规模制造。

图4所示为本发明第四实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的正面剖视图。该LED器件与第一实施方式的LED器件的结构基本相同，区别在于图4的封装胶体3中的光学透镜32的出光面为球缺型32b’(图中实线所示)或倒U型32b”(图中虚线所示)，其开口部与封装基体31的侧壁平齐。

图5所示为本发明第五实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件的立体分解图。该LED器件与第一实施方式的LED器件的结构基本相同，区别在于图5的下基座为支架23，上基座为半包封该支架23的外壳24。即，图5的LED器件的基座2是由承载LED芯片1的支架23以及半包封该支架23的外壳24组成。外壳24的中央处同样设有杯状通孔，杯状通孔的内壁涂覆有反射材料，构成反射杯体25。外壳24的四周边缘则设置台阶26，同样，台阶26最外围的侧壁26a与封装基体31的侧壁31a平齐。本发明实施方式中，外壳24的材料为塑料，通过模具对支架23塑模成型。当然，在其它实施方式中，外壳24的材料还可以为陶瓷。

支架23设有贴装LED芯片1的芯片安放部231和正电极部、负电极部232。正电极部、负电极部232分别设有正电极的打线部、负电极的打线部233。芯片安放部231与正电极的打线部或者负电极的打线部233电性连接。本发明实施方式中，芯片安放部231与正电极的打线部或者负电极的打线部233成一体结构，材质为铜。LED芯片1安放在芯片安放部231上，其电极通过金属引线4与负电极的打线部233或者正电极232的打线部233连接。

本发明其它实施方式中，芯片安放部231还可以与正电极的打线部或负电极的打线部233相互绝缘。LED芯片1安放在芯片安放部231上，且通过金属引线4实现LED芯片电极与正电极的打线部或负电极的打线部233的电性连接。

另外，本发明实施方式中，LED芯片1的数量为三个，其类型为红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片、紫光LED芯片的其中的一种或者其组合。

当然，本发明其它实施方式中，LED芯片的数量也可以为一个、两个或者三个以上，这里不再赘述。

图6所示为本发明基于户外显示屏用的SMD型LED器件制造的显示模组5结构示意图。该显示模组5包括安装面板51，外包围安装面板51的壳体52，贴装在在安装面板51上的多个LED器件6，以及填涂各LED器件之间的灌封胶体53。其中，该LED器件6为上述任一实施方式的户外显示屏用的SMD型LED器件。灌封胶体53与部分封装胶体61相结合，顶部介于封装基体610的上表面610a与下表面610b之间，保证被封装胶体61覆盖的基座62不裸露在灌封胶体53之外。

本发明实施方式中，安装面板51为线路板，并由该线路板上引出导线511，与外界相连，实现信号的传送。

本发明实施方式中，灌封胶体53为耐侯性的胶体，例如：硅胶、环氧树脂、硅胶的改性材料或者环氧树脂的改性材料，其中优选丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS胶)或者聚碳酸酯(PC胶)，能够抗阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件的影响，降低褪色、变色、龟裂、粉化和强度下降等一系列现象出现的几率。又，灌封胶体53的颜色为黑色，具有抗紫外线作用，同时增加显示模组5的对比度。本发明中，灌封胶体53的热膨胀系数与封装胶体61的热膨胀系数接近。由于LED器件6的封装胶体61与灌封胶体53接合在一起，而两者的热膨胀系数接近，所以两者边界出现裂开的情况较小。因此，可以避免外界雨水对LED器件6内部的侵害。同时，因LED器件6内部被其自身的封装胶体61和显示模组5的灌封胶体53包围，且封装胶体61与灌封胶体53接合在一起，所以，即使剥离，LED器件6内部仍然受到封装胶体61与灌封胶体53的保护。

本发明中，LED器件6为单色LED器件、双色LED器件、三色LED器件或者不同波段的单色LED器件的组合。详细说，显示模组5上设置有多个发光像素点，这些发光像素点是单色SMD型LED器件、或基于红光和绿光LED芯片的双色SMD型LED器件、或基于红光、绿光和蓝光LED芯片的三色SMD型LED器件、或者是由不同波段的单色SMD型LED器件的组合(例如：2R1G1B，其中的R代表红光SMD型LED器件，G代表绿光SMD型LED器件，B代表蓝光SMD型LED器件，即2个红光SMD型LED器件+1个绿光SMD型LED器件+1个蓝光SMD型LED器件。当然，其组合方式也可以为1R1G1B、2R1G或者3R6G。)。

因此，本发明的显示模组，采用SMD型LED器件，工艺简单，可以直接通过回流焊批量安装，提高生产效率，有效地保证各器件的高度一致性，克服基于直插式LED的户外显示屏存在的亮度不均的“马赛克”现象；其次，将台阶状上基座与具有一定高度的封装基体相结合，减小封装胶体的体积，使光学透镜临近LED芯片，减少光损耗，增强出光效率；同时，通过上基座所设置的台阶结构，覆盖具有透镜结构的封装胶体，能够提供具有宽视角的光强分布；另外，通过控制灌封胶体的高度，保证LED器件的基座完全被封装胶体和灌封胶体覆盖，不裸露在空气之外，工艺简单，有利于保护LED器件免受外界潮气的影响，达到防潮的要求，同时确保灌封胶体的高度不影响出光面，使显示模组具有较高亮度的显示。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式。凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均包含本发明的保护范围内。

Claims (21)

1.一种户外显示屏用的SMD型LED器件，包括至少一个LED芯片，承载LED芯片的下基座，与所述下基座结合的上基座，以及设置于所述上基座上的封装胶体，其特征在于，所述上基座设置有台阶，所述封装胶体包括覆盖所述台阶的封装基体及设置于所述封装基体上的光学透镜。

2.根据权利要求1所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述光学透镜的出光面为椭球体形、倒U型或球缺型。

3.根据权利要求1所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述封装基体与光学透镜一体成型。

4.根据权利要求1所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述台阶设置于所述上基座的四周边缘，所述上基座的中央处设有杯状通孔。

5.根据权利要求4所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述台阶最外围的侧壁与所述封装基体的侧壁平齐。

6.根据权利要求4所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述杯状通孔的纵截面呈矩形、方形或倒梯形，其内壁涂覆有反射材料。

7.根据权利要求6所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述反射材料为银、铬或者反光油墨；所述封装胶体的材料为环氧树脂。

8.根据权利要求1所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述下基座设有贴装LED芯片的芯片安放部和正电极部、负电极部。

9.根据权利要求8所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述芯片安放部包括覆盖下基座上、下表面的导热层及贯穿下基座的至少一个导热通孔。

10.根据权利要求9所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述导热通孔的内壁设置有与所述下基座上、下表面的导热层成一体结构的导热层，且/或，填充有与所述下基座上、下表面的导热层成一体结构的导热材料。

11.根据权利要求8所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述芯片安放部包括设置于所述下基座上的通孔，装配于所述通孔内、与通孔形状相匹配的热沉，以及由热沉的上表面向内凹陷形成的小反射杯体。

12.根据权利要求11所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述热沉的形状为圆柱状、台阶状、圆台状或者工字型。

13.根据权利要求8所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述正电极部、负电极部分别设有正电极的打线部、负电极的打线部；所述芯片安放部为覆盖下基座的上表面、且与正电极的打线部或负电极的打线部电性连接的导电材料。

14.根据权利要求8所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述正电极部、负电极部分别包括覆盖下基座上、下表面的导电层及贯穿下基座的至少一个导电通孔；所述导电通孔的内壁镀有或填充有与所述导电层成一体结构的导电材料。

15.根据权利要求1所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述上基座、下基座的材料均为玻璃纤维布基材料，或者上基座为纯树脂类材料，下基座为金属芯PCB板或者陶瓷材料；所述LED芯片为红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片、紫光LED芯片的其中的一种或者其组合。

16.根据权利要求1所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述下基座为支架，所述上基座为半包封该支架的外壳。

17.根据权利要求16所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述支架设有贴装LED芯片的芯片安放部和正电极部、负电极部；所述正电极部、负电极部分别设有正电极的打线部、负电极的打线部；所述芯片安放部与正电极的打线部或者负电极的打线部电性连接。

18.根据权利要求16所述的户外显示屏用的SMD型LED器件，其特征在于，所述外壳的材料为塑料或者陶瓷。

19.一种显示模组，包括：安装面板，外包围所述安装面板的壳体，其特征在于，所述显示模组还包括贴装在所述安装面板上的多个根据权利要求1至18中任意一项所述的LED器件，以及填涂各LED器件之间的灌封胶体；所述灌封胶体与部分封装胶体相结合，顶部介于封装基体的上表面与下表面之间。

20.根据权利要求19所述的显示模组，其特征在于，所述灌封胶体为耐侯性的胶体，其热膨胀系数与封装胶体的热膨胀系数接近。

21.根据权利要求20所述的显示模组，其特征在于，所述灌封胶体的颜色为黑色；所述LED器件为单色LED器件、双色LED器件、三色LED器件或者不同波段的单色LED器件的组合。

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