CN117393550B - 一种led发光管芯片跃层式封装结构及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED发光管封装技术领域，特别涉及一种LED发光管芯片跃层式封装结构及其制备工艺，其中，LED发光管芯片跃层式封装结构包括金属支架和电极片，金属支架的一侧端面设置有至少一安装位组，安装位组包括呈线性排列的第一安装位、第二安装位以及第三安装位，第一安装位、第二安装位以及第三安装位内分别设置有红色发光芯片、蓝色发光芯片以及绿色发光芯片，定义第一安装位、第二安装位以及第三安装位的深度分别为h1、h2、h3，则h1>h3>h2；电极片分设于安装位组的两侧，并电性连接于金属支架。本发明技术方案旨在提升发光管的光能的利用率，提高发光管的出光强度。

Description

一种LED发光管芯片跃层式封装结构及其制备工艺

技术领域

本发明涉及LED发光管封装技术领域，特别涉及一种LED发光管芯片跃层式封装结构及其制备工艺。

背景技术

表面贴装型LED发光管作为LED显示屏全彩像素发光管显示器件被广泛应用，已有的贴装型LED发光管在进行封装时，将RGB芯片固置于LED发光管灯杯内功能区金属电极片平面上，RGB芯片发出的光依靠塑胶杯壁及电极片平面反光和RGB芯片直射光线构成发光管的主光线；由于RGB芯片在电极片平面上发出的光呈半球形分布，半球形分布的光线中仅有部分直射光线光能和部分反射光线的光能构成发光管光强，相当部分半球形分布的光线没有被收集使用，造成芯片光能浪费，发光管的出光效率低下。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种LED发光管芯片跃层式封装结构，旨在提升发光管的光能的利用率，提高发光管的出光强度。

为实现上述目的，本发明提出的一种LED发光管芯片跃层式封装结构，包括：

金属支架，所述金属支架的一侧端面设置有至少一安装位组，所述安装位组包括呈线性排列的第一安装位、第二安装位以及第三安装位，所述第一安装位、第二安装位以及第三安装位内分别设置有红色发光芯片、蓝色发光芯片以及绿色发光芯片，定义所述第一安装位、第二安装位以及第三安装位的深度分别为h1、h2、h3，则h1>h3>h2；

电极片，所述电极片分设于所述安装位组的两侧，并电性连接于所述金属支架；

壳体，所述金属支架和所述电极片均插置于所述壳体内，且所述电极片的部分延伸出所述壳体的外侧。

在本申请的一实施例中，所述第一安装位和所述第三安装位的截面轮廓为抛物线形，所述红色发光芯片和所述绿色发光芯片的发光表面的中心分别位于所述第一安装位和所述第三安装位的抛物线形截面轮廓的焦点处。

在本申请的一实施例中，所述第三安装位的底面低于所述第二安装位的底面的距离等于两个绿色发光芯片层叠的厚度；所述第一安装位低于所述第三安装位的底面的距离等于一个绿色发光芯片的厚度；所述第二安装位的深度等于两个蓝色发光芯片层叠的厚度。

在本申请的一实施例中，所述电极片包括连体中装位片和独立电极片，所述连体中装位片由所述第二安装位分别向相对的两外侧延伸形成，所述独立电极片分别间隔设置于两所述连体中装位片的两侧。

在本申请的一实施例中，所述壳体的底部设置有嵌设部，所述金属支架和所述电极片均嵌于所述嵌设部内，所述金属支架的端面和所述壳体的外壁围合形成容腔，所述第一安装位、第二安装位以及第三安装位均填充有封装胶水，所述容腔内填充有散色胶水。

在本申请的一实施例中，所述封装胶水固化后的表面与所述金属支架的端面平齐。

在本申请的一实施例中，所述散色胶水固化后的表面与所述壳体的边缘平齐。

为提高生产加工效率及加工精度，本发明还提供一种LED发光管芯片跃层式封装结构的制备工艺，用于制备如上所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，包括：

S10、根据第一安装位、第二安装位以及第三安装位所需金属薄片进料预设值进行切料，以确保金属薄片拉伸第一安装位、第二安装位以及第三安装位时有合适的金属支架材料；

S20、对切割后的金属支架料进行浅冲，以形成第一安装位、第二安装位以及第三安装位，并对独立电极片与第一安装位、第二安装位以及第三安装位的连接处进行微冲割，同步冲割独立电极片与连体中装位片之间的连接部分；

S30、对第一安装位、第二安装位以及第三安装位进行二次深度冲压，使其深度分别接近于各自的预设值，同步撕裂独立电极片和第一安装位、第二安装位以及第三安装位之间的微割缝，使独立电极片脱离第一安装位、第二安装位、第三安装位以及连体中装位片；

S40、对金属支架的表面和第一安装位、第二安装位以及第三安装位的内壁面进行整形、整平，同步整平电极片；

S50、在第一安装位、第二安装位以及第三安装位内填充封装胶水并高温固化，然后在腔体内填充散色胶水并高温固化，固化后的散色胶水的表面和壳体的边缘平齐。

本发明的技术方案通过采用在金属支架的端面上设置线性排列的第一安装位、第二安装位以及第三安装位，并在三个安装位内分别设置红色发光芯片、绿色发光芯片以及蓝色发光芯片，并根据三种发光芯片本身的厚度不同，设置不同深度的安装位，可以将三种发光芯片部分呈半球形分布的光能收集使用，通过安装位的内壁面反射后呈平行光射出安装位的端口，大部分半球形分布的光线都能被收集使用，提高芯片光能利用率，提高发光管的出光强度；

进一步地，在第一安装位、第二安装位以及第三安装位均填充有封装胶水，在容腔内填充有散色胶水，发光芯片发出的光经过安装位内壁反射后形成平行光，再经过封装胶水直射、折射、全反射后射出封装胶水固化层的表面，散色胶水和封装胶水连为一体，散热胶水内具有散色粉，从封装胶水内射出的光线经过散色胶水直射、折射、全反射后射出表面，直射光线在散色胶水内呈法向光强最大、偏离法向角度越大则光强逐渐变弱的分布曲线，使出射于散色胶水固化层表面的光线强度最大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明LED发光管芯片跃层式封装结构一实施例的结构爆炸图；

图2为本发明LED发光管芯片跃层式封装结构另一实施例的结构示意图；

图3为本发明LED发光管芯片跃层式封装结构的安装位形状一实施例的剖视图；

图4为本发明LED发光管芯片跃层式封装结构的安装位形状另一实施例的剖视图；

图5为本发明LED发光管芯片跃层式封装结构一实施例的光路示意图；

图6为本发明LED发光管芯片跃层式封装结构的制备工艺一实施例的流程图。

附图标号说明：

10、金属支架；11、第一安装位；12、第二安装位；13、第三安装位；14、红色发光芯片；15、绿色发光芯片；16、蓝色发光芯片；20、电极片；21、连体中装位片；22、独立电极片；30、壳体；31、嵌设部；32、封装胶水；33、散色胶水。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

结合参照图1至图5所示，本发明提出的一种LED发光管芯片跃层式封装结构，包括金属支架10、电极片20和壳体30，金属支架10的一侧端面设置有至少安装位组一安装位组，安装位组包括线性排列的第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13，第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13内分别设置有红色发光芯片14、蓝色发光芯片16以及绿色发光芯片15，定义第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13的深度分别为h1、h2、h3，则h1>h3>h2；电极片20分设于安装位组的两侧，并电性连接于金属支架10；金属支架10和电极片20均插置于壳体30内，且电极片20的部分延伸出壳体30的外侧。

在封装LED发光芯片时，通常将发光芯片贴装于金属支架10的表面，然而，红色发光芯片14、绿色发光芯片15以及蓝色发光芯片16的自身的厚度不同，将三种不同的发光芯片贴装于同一平面会导致三种不同光线的一致性较差，影响光线效果；并且，发光芯片在金属支架10平面上发出的光线呈半球形态分布，发光芯片直射光线和部分反射光线的光能只是半球形态光能的一部分，越靠近金属支架10部分的出射光线，越无法被加以利用，造成发光芯片光能的浪费。

鉴于此，在本申请的一实施例中，在金属支架10的一侧端面设置有至少一安装位组，用于固置发光芯片，安装位组包括线性排列的对第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13，上述三个安装位可以冲压形成个，在第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13内分别设置有红色发光芯片14、蓝色发光芯片16以及绿色发光芯片15，由于红色发光芯片14、绿色发光芯片15以及蓝色发光芯片16的自身的厚度不同，且依上述顺序逐渐递减，因此，第一安装位11的深度大于第二安装位12的深度大于第三安装位13的深度，可以使三种发光芯片的发光表面的中心位于安装位的光线的全发射点处，从而将光能进行收集，进一步提高光能的利用率。

再者，将红色发光芯片14、蓝色发光芯片16以及绿色发光芯片15分别固置于第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13内，可以使上述三个发光芯片的部分光线经过安装位的内壁面多次反射后形成平行光线射出，可以提高发光芯片光能的利用率，从而提高发光管的出光效能。

壳体30可以为工程塑料制成，在壳体30的底部位置的侧壁可以开设多个用于电极片20安装的通槽，金属支架10和电极片20插置于壳体30内后，电极片20的部分通过上述通槽伸出于壳体30的外侧，用于后期电性安装操作。

结合参照图3所示，进一步地，第一安装位11和第三安装位13的截面轮廓为抛物线形，红色发光芯片14和绿色发光芯片15分别位于第一安装位11和第三安装位13的抛物线形截面轮廓的焦点处。

可以理解地，第一安装位11和第三安装位13可以为开口向上的抛物线的旋转体形状，红色发光芯片14和绿色发光芯片15的表面中心分别位于抛物线的焦点处，红色发光芯片14和绿色发光芯片15发出的光线经抛物线的旋转体形状的第一安装位11和第三安装位13的内壁面全反射后射出第一安装位11和第三安装位13的端口。优选地，第二安装位12的形状也可以为开口向上的抛物线的旋转体，但是受限于现有的加工设备及工艺的水平，暂时无法将第二安装工位也加工成抛物线的旋转体形状，因此，也第二安装位12可以是其它形状，在本实施例中，第二安装位12连通第一安装位11和第三安装位13，其形状可以为倒梯形、或者底壁为凹形面的特殊形状，通过安装位内壁面的全反射，可以将大部分发光芯片发出的光能进行收集利用，大幅提高了光能的利用率，从而增强了发光管的出光效能。

结合参照图4所示，第一安装位11和第三安装位13也可以为倒置的梯形杯槽，第一安装位11的两侧壁的倾斜角的角度可以为红色发光芯片14射出光线的全反射角，同样的，第三安装位13的两侧壁的倾斜角度可以为绿色发光芯片15射出光线的全反射角，第二安装位12的两侧壁的倾斜角度可以为蓝色发光芯片16射出光线的全发射角，红色发光芯片14、绿色发光芯片15和蓝色发光芯片16发出的光线分别经过第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13的侧壁反射后形成平行光射出，从而可以收集发光芯片的大部分光能，提高发光管的出光效能。

结合参照图4所示，在本申请的一实施例中，所述第三安装位13的底面低于所述第二安装位12的底面的距离等于两个绿色发光芯片15层叠的厚度；所述第一安装位11低于所述第三安装位13的底面的距离等于一个绿色发光芯片15的厚度；所述第二安装位12的深度等于两个蓝色发光芯片16层叠的厚度。

可以理解地，由于不同的发光芯片的厚度不同，因此各个安装工位的底面的深度也不同，在本实施例中，红色发光芯片14的厚度等于两个绿色发光芯片15的厚度，因此，第一安装位11的底面低于第三安装位13之间的距离可以为一个绿色发光芯片15的厚度；蓝色发光芯片16的厚度等于三分之一的绿色发光芯片15的厚度，因此第三安装位13低于第二安装位12之间的距离可以为两个绿色发光芯片15层叠的厚度。通过调整不同安装位的深度，使三种发光芯片的主要发光表面的中心位于第一安装位11、第二安装位12、第三安装位13的光线全反射点处，可以提高三种不同的光线的利用率，增强发光管的出光效能。

结合参照图2所示，在本申请的一实施例中，电极片20包括连体中装位片21和独立电极片22，连体中装位片21由第二安装位12分别向相对的两外侧延伸形成，独立电极片22分别间隔设置于两连体中装位片21的两侧。

可以理解地，连体中装位片21的其中一侧可以为阳极引脚，用于输入正向电流，另一侧可以为阴极引脚，用于接地，分体片可以为功能引脚，比如用于温度补偿或者控制，以实现调光或其它功能，可以根据需求自行设置，在此不作限定。

综上所述，本实施例的技术方案通过采用在金属支架10的端面上设置线性排列的第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13，并在三个安装位内分别设置红色发光芯片14、绿色发光芯片15以及蓝色发光芯片16，并根据三种发光芯片的不同厚度设置不同深度的安装位，可以将三种发光芯片部分呈半球形分布的光能收集使用，通过焦点安装位的内壁面全反射后呈平行光射出安装位的端口，从而提高发光管的出光效能。

结合参照图1和图2所示，壳体30的底部可以设置有嵌设部31，金属支架10和电极片20均卡接于嵌设部31内，嵌设部31远离壳体30底部的一侧端面和壳体30的外壁围合形成容腔，第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13均填充有封装胶水32，容腔内填充有散色胶水33。

可以理解地，第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13均填充的封装胶水32为透明胶水，在其固化后不仅可以固定发光芯片还可以使光线经过多次折射、反射后射出封装胶水32的表面。散色胶水33内部具有散色粉，光线在散色胶水33的固化层内经过多次反射、折射后射出表面，出射的平行光线在散色胶水33固化层内呈法向光强最大、偏离法向角度越大逐渐变弱的光强分布曲线，使发出的光线符合显示屏所需的光曲线分布，从而增强发光管的光效。

在本申请的一实施例中，封装胶水32固化后的表面与金属支架10的端面平齐。

可以理解地，封装胶水32固化后的表面与金属支架10端面平齐可以避免反射至金属支架10表面的光线再度经过封装胶水32的多次折射，造成光能衰减，从而增强出光效能。

在本申请的一实施例中，散色胶水33固化后的表面与壳体30的边缘平齐。可以理解地，固化后的散色胶水33和封装胶水32相连，三种不同的发光芯片从各自所在的安装位内发出，经过多次折射、反射后射出散色胶水33的固化层表面，使不同层面的发光芯片最后射出散色胶水33固化层表面的光线性能相同。

结合参照图5所示，本实施例的技术方案通过采用在第一安装位11、第二安装位12以及第三安装位13均填充有封装胶水32，容腔内填充有散色胶水33，发光芯片发出的光经过安装位内壁反射后形成平行光，再经过封装胶水32直射、折射、反射后射出封装胶水32固化层的表面，散色胶水33和封装胶水32连为一体，散热胶水内具有散色粉，从封装胶水32内射出的光线经过散色胶水33直射、折射、反射后射出表面，直射光线在散色胶水33内呈法向光强最大、偏离法向角度越大则光强逐渐变弱的分布曲线，使出射于散色胶水33固化层表面的光线强度最大。

结合参照图6所示，本发明还提供一种LED发光管芯片跃层式封装结构的制备工艺，用于加工如上的LED发光管封装结构，包括以下步骤：

S10、根据第一安装位、第二安装位以及第三安装位所需金属薄片进料预设值进行切料，以确保金属薄片拉伸第一安装位、第二安装位以及第三安装位时有合适的金属支架材料；

S20、对切割后的金属支架料进行浅冲，以形成第一安装位、第二安装位以及第三安装位，并对独立电极片与第一安装位、第二安装位以及第三安装位的连接处进行微冲割，同步冲割独立电极片与连体中装位片之间的连接部分；

S30、对第一安装位、第二安装位以及第三安装位进行二次深度冲压，使其深度分别接近于各自的预设值，同步撕裂独立电极片和第一安装位、第二安装位以及第三安装位之间的微割缝，使独立电极片脱离第一安装位、第二安装位、第三安装位以及连体中装位片；

S40、对金属支架的表面和第一安装位、第二安装位以及第三安装位的内壁面进行整形、整平，同步整平电极片；

S50、在第一安装位、第二安装位以及第三安装位内填充封装胶水并高温固化，在腔体内填充散色胶水并高温固化，固化后的散色胶水的表面和壳体的边缘平齐。

可选地，金属支架材料可以为薄铜片，冲割后的金属支架的表面还可以镀银处理。

本发明技术方案通过采用对金属支架料进行切料、浅冲、深冲、整形整平以及封胶固化，可以提高金属支架加工的精度，以及生产效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种LED发光管芯片跃层式封装结构，其特征在于，包括：

金属支架，所述金属支架的一侧端面设置有至少一安装位组，所述安装位组包括呈线性排列的第一安装位、第二安装位以及第三安装位，所述第一安装位、第二安装位以及第三安装位内分别设置有红色发光芯片、蓝色发光芯片以及绿色发光芯片，定义所述第一安装位、第二安装位以及第三安装位的深度分别为h1、h2、h3，则h1>h3>h2；

电极片，所述电极片分设于所述安装位组的两侧，并电性连接于所述金属支架；

壳体，所述金属支架和所述电极片均插置于所述壳体内，且所述电极片的部分延伸出所述壳体的外侧；

所述第一安装位和所述第三安装位的截面轮廓为抛物线形或倒置的梯形，所述红色发光芯片和所述绿色发光芯片的发光表面的中心分别位于所述第一安装位和所述第三安装位的抛物线形截面轮廓的焦点处；

所述第一安装位、第二安装位以及第三安装位均填充有封装胶水。

2.如权利要求1所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，其特征在于，所述第三安装位的底面低于所述第二安装位的底面的距离等于两个绿色发光芯片层叠的厚度；所述第一安装位低于所述第三安装位的底面的距离等于一个绿色发光芯片的厚度；所述第二安装位的深度等于两个蓝色发光芯片层叠的厚度。

3.如权利要求1所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，其特征在于，所述电极片包括连体中装位片和独立电极片，所述连体中装位片由所述第二安装位分别向相对的两外侧延伸形成，所述独立电极片分别间隔设置于两所述连体中装位片的两侧。

4.如权利要求1中任意一项所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，其特征在于，所述壳体的底部设置有嵌设部，所述金属支架和所述电极片均嵌于所述嵌设部内，所述金属支架的端面和所述壳体的外壁围合形成容腔，所述容腔内填充有散色胶水。

5.如权利要求4所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，其特征在于，所述封装胶水固化后的表面与所述金属支架的端面平齐。

6.如权利要求5所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，其特征在于，所述散色胶水固化后的表面与所述壳体的边缘平齐。

7.一种LED发光管芯片跃层式封装结构的制备工艺，其特征在于，用于制备如权利要求1至6任一项所述的LED发光管芯片跃层式封装结构，包括：

S10、根据第一安装位、第二安装位以及第三安装位所需金属薄片进料预设值进行切料，以确保金属薄片拉伸第一安装位、第二安装位以及第三安装位时有合适的金属支架材料；

S20、对切割后的金属支架料进行浅冲，以形成第一安装位、第二安装位以及第三安装位，并对独立电极片与第一安装位、第二安装位以及第三安装位的连接处进行微冲割，同步冲割独立电极片与连体中装位片之间的连接部分；

S30、对第一安装位、第二安装位以及第三安装位进行二次深度冲压，使其深度分别接近于各自的预设值，同步撕裂独立电极片和第一安装位、第二安装位以及第三安装位之间的微割缝，使独立电极片脱离第一安装位、第二安装位、第三安装位以及连体中装位片；

S40、对金属支架的表面和第一安装位、第二安装位以及第三安装位的内壁面进行整形、整平，同步整平电极片；

S50、在第一安装位、第二安装位以及第三安装位内填充封装胶水并高温固化，然后在腔体内填充散色胶水并高温固化，固化后的散色胶水的表面和壳体的边缘平齐。