CN102176505A - 一种集成led光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成LED光源系统，由衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线构成，在衬底上固装LED芯片，该LED芯片通过其焊垫采用引线与衬底电联接，LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜固化在衬底上，在LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶。本发明得到的集成LED光源无需利用二次光学设计提高出光效率，降低了照明系统的设计复杂度，减小了体积；而且聚光透镜取代传统的环氧树脂封装，具有光利用率高，集成度高，结构简单，使用方便的优点，可以直接应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足人们的照明需求。

Description

一种集成LED光源系统

技术领域

本发明涉及半导体照明及光学技术领域，涉及LED光源，尤其是一种应用自由曲面聚光透镜控制LED光源出光角度、光利用率高、集成度高的集成LED光源系统。

背景技术

发光二极管(Light emitting diode-LED)是一种新型的半导体照明光源，它具有抗震、抗冲击性好，体积小，光线能量集中度高，寿命长，响应时间快，环保等优点。LED光源的这些优点，使它在性能以及制造等方面大大超越了白炽灯、荧光灯等传统光源，因此被广泛应用于日常生活及工业生产等多个领域。LED光源的最大价值体现在照明领域，它被广泛应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足了人们各种各样的照明需求。随着LED光源的广泛应用，人们对LED光源的光利用率提出了要求，由于LED是平面光源，其发光角度为±90°，但是在很多照明设备中，只能够用到一定角度范围内的光线，那么在角度范围之外的光线就被损失了，这样光的利用率就会大大降低。例如，当LED光源应用于路灯时，只有约±60°范围内的光能够照射到路面上，光的利用率不高。因此就需要提供一种能够控制出光角度的LED光源，以提高LED光源的光利用率。

通过检索，发现了一篇与本发明专利相近的一篇专利：一种集成LED光源组件(CN201103857)，包括LED光源、金属散热底板，所述的金属散热底板面上涂覆有一散热胶层，在散热胶层面上设置有一由若干个并联连接的LED芯片组成的光源层，所述的光源层面上封装有一硅胶层，所述的金属散热底板面上一侧或两侧设置有与LED芯片导线电连接的正、负极焊盘，由于采用了上述结构的集成LED光源组件具有亮度高、散热效果好、体积小巧、使用寿命长等优点。

检索到的专利存在的问题正是本发明所解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够控制出光角度、光利用率高且聚光透镜与LED芯片集成在一起、集成度高的集成LED光源系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种集成LED光源系统，由衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线构成，在衬底上固装LED芯片，该LED芯片通过其焊垫采用引线与衬底电联接，LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜固化在衬底上，在LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶。

而且，所述LED芯片通过银胶粘结固定在衬底上，并采用引线接合法将引线分别与芯片焊垫及衬底键合。

而且，所述LED芯片选用红/绿/蓝单色光芯片，或者选用表面涂敷黄色荧光粉蓝光LED芯片。

而且，所述硅胶的折射率在1.4～1.7范围内。

而且，所述自由曲面聚光透镜的上、下表面均采用自由曲面形式，或者采用自由曲面/球面的组合形式，该自由曲面聚光透镜通过AB胶或UV胶粘结固化在衬底上。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明首先利用一片聚光透镜控制LED光源的出光角度：聚光透镜利用自由曲面对光的汇聚作用，高效率地将LED芯片发出的±90°的光根据需要汇聚成±10°～±80°范围内的光，大大提高了光的利用率。

2、本发明又将聚光透镜与LED芯片封装在一起，使聚光透镜罩在LED芯片及引线上，对这一部分起保护作用，同时也使得LED光源集成度最高。

3、本发明得到的集成LED光源无需利用二次光学设计提高出光效率，降低了照明系统的设计复杂度，减小了体积；而且聚光透镜取代传统的环氧树脂封装，具有光利用率高，集成度高，结构简单，使用方便的优点，可以直接应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足人们的照明需求。

附图说明

图1为本发明集成LED光源系统结构示意图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种集成LED光源系统，参见图1、2，由衬底1、LED芯片2、硅胶3、自由曲面聚光透镜4和引线5构成，衬底起支撑和导电的作用，LED芯片选用红/绿/蓝单色光芯片并通过银胶粘结固定在衬底上，并采用引线接合法(wire-bonding)将引线分别与芯片焊垫及衬底键合，芯片焊垫与衬底的连接，实现了集成LED光源内部的电导通；衬底通过外引线连接到金属芯印制板(MCPCB)上，再通过MCPCB与外部电路连接，实现了集成LED光源外部的电导通。

LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜罩通过AB胶或UV胶粘结固化在衬底上，自由曲面聚光透镜的上、下表面均采用自由曲面设计，对光的控制能力强，收光效率高，聚光透镜制备材料选用聚甲基丙烯酸甲酯(acrylic)，透过率较高，光损失相对较少；LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶，该硅胶的折射率在1.4～1.7范围内，它通过折射率匹配(index-matching)减少光的反射损失，同时还起到保护LED芯片的作用。

自由曲面聚光透镜通过其上、下表面对LED芯片发出的光进行汇聚，将LED芯片发出的±90°的光根据需要汇聚到±10°～±80°范围内，同时自由曲面聚光透镜对LED芯片及引线还起到保护作用。

此外，LED芯片也可选用蓝光LED芯片表面涂敷黄色荧光粉，蓝光与黄光通过空间混色产生白光；自由曲面聚光透镜的上、下表面也可分别采用自由曲面设计和球面设计，与上、下表面均采用自由曲面设计的聚光透镜相比，收光效率有所降低，但是由于球面制备方法简单，制备成本远低于自由曲面的制备成本，这样就在一定程度上降低了整个系统的成本；聚光透镜制备材料也可选用聚碳酸酯(polycarbonate)，折射率较高，对光的控制能力相对较强，可以在一定程度上提高收光效率。

本发明中采用的衬底、LED芯片、硅胶和引线等部件已为现有技术，因此没有给出这些部件的具体结构。

本发明采用了一片聚光透镜控制LED光源的出光角度：聚光透镜利用自由曲面或球面对光的汇聚作用，将LED芯片发出的±90°的光根据需要汇聚成±10°～±80°范围内的光，大大提高了光的利用率；同时，本发明将聚光透镜与LED芯片封装在一起，使聚光透镜罩在LED芯片及引线上，对这一部分起保护作用，也使得LED光源集成度最高。

本发明既可以得到单色光集成LED光源，也可以得到白光集成LED光源；如果聚光透镜上、下表面均采用自由曲面设计，对光的控制能力较强，因此可以得到具有较高收光效率的集成LED光源；如果聚光透镜上、下表面分别采用自由曲面设计和球面设计，对光的控制能力较弱，但是制备简单，可以降低整个系统的成本。可见本发明的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。

本发明利用自由曲面聚光透镜提高光的利用率，而且聚光透镜取代传统的环氧树脂封装，具有光利用率高，集成度高，结构简单，使用方便的优点，可以直接应用在路灯、装饰灯、广告牌、室内照明、室内装饰等多种照明设备中，满足人们的照明需求。

需要说明的是：自由曲面的基本曲线没有特定解析式的自由度束缚，它的每一点是依据光源全体光线的最佳聚光效果优化而来的，因此此种设计可以达到光学聚光效率的理论极限。

本发明的工作原理是：

本发明将半导体照明技术与光学技术相结合，用一片自由曲面聚光透镜控制LED芯片发出的±90°的光，根据需要将其汇聚成±10°～±80°范围内的光；本发明又将聚光透镜罩在LED芯片及引线上并封装在一起，使得LED光源集成度最高。

本发明的范围并不限于以上所述之实施方式，还包括将衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线等按照不同方式组合所形成的集成LED光源。凡依照本发明之形状、结构所做的变化均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种集成LED光源系统，其特征在于：由衬底、LED芯片、硅胶、自由曲面聚光透镜和引线构成，在衬底上固装LED芯片，该LED芯片通过其焊垫采用引线与衬底电联接，LED芯片及引线外罩有自由曲面聚光透镜罩，该自由曲面聚光透镜固化在衬底上，在LED芯片与自由曲面聚光透镜之间填充硅胶。

2.根据权利要求1所述的集成LED光源系统，其特征在于：所述LED芯片通过银胶粘结固定在衬底上，并采用引线接合法将引线分别与芯片焊垫及衬底键合。

3.根据权利要求1或2所述的集成LED光源系统，其特征在于：所述LED芯片选用红/绿/蓝单色光芯片，或者选用表面涂敷黄色荧光粉蓝光LED芯片。

4.根据权利要求1所述的集成LED光源系统，其特征在于：所述硅胶的折射率在1.4～1.7范围内。

5.根据权利要求1所述的集成LED光源系统，其特征在于：所述自由曲面聚光透镜的上、下表面均采用自由曲面形式，或者采用自由曲面/球面的组合形式，该自由曲面聚光透镜通过AB胶或UV胶粘结固化在衬底上。

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