一种金字塔发光结构及其制备方法与流程

本技术涉及发光结构领域，具体涉及一种金字塔发光结构及其制备方法。

背景技术：

1、发光二极管(led)器件通常包括光源以及覆盖在光源上方的封装结构，封装结构内设有荧光材料，光源发出的光经荧光材料转换并与未转换的光混合后向外出射，形成所需色温和颜色的光。

2、在现有的led封装结构中，光源发出的光在向外传播的过程中，需要穿过封装材料与荧光层、封装材料与外界空气等多个界面。光线在这些界面处会发生反射，部分光线被反射回封装结构内部，无法顺利出射，并在器件内部多次反射后被吸收损耗。

3、这种界面反射造成了较大的光能损失，使得光源发出的光不能充分地透射而出，导致器件的出光效率偏低，影响了led器件的出光效率和光斑均匀性。因此，如何减少光线在封装结构内部各界面处的反射损耗，提高led器件的出光效率，成为本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的技术问题，本技术提供一种金字塔发光结构。

2、本技术提供的一种金字塔发光结构采用如下的技术方案：

3、一种金字塔发光结构，包括：

4、基板；

5、至少一个光源，所述光源固设于所述基板；以及

6、至少一个出光结构，与所述光源一一对应设置，每个所述出光结构包覆对应的所述光源，每个所述出光结构包括透明封装部和荧光转换部，所述出光结构整体由所述基板向远离所述基板方向逐渐收窄；

7、所述透明封装部包括多个透光材料层，多个所述透光材料层的折射率沿远离所述光源的方向递减；

8、所述荧光转换部设置于所述透明封装部远离所述光源的一侧，所述荧光转换部的折射率小于相邻的透光材料层的折射率。

9、通过采用上述技术方案，多个透光材料层的折射率沿远离光源的方向递减，使光线在透明封装部内传播时，每经过一个层间结合面，均由光密介质进入光疏介质，相邻两层之间的折射率差值较小，降低了光线在透明封装部内的反射损耗，使更多光线能够逐层透射而出，提升了出光效率；同时，荧光转换部的折射率小于相邻的透光材料层，延续了由内向外折射率递减的梯度，使光线在进入荧光转换部时同样减少了界面反射，避免了光线在荧光转换部与透光材料层界面处的反射损失，进一步提升了整体出光效率。

10、优选的，多个所述透光材料层沿远离所述光源的方向依次层叠，任意相邻的两个所述透光材料层相互贴合形成层间结合面；每个所述层间结合面处，靠近所述光源的透光材料层背离所述光源的一侧凹陷形成层间凹腔，远离所述光源的透光材料层朝向所述光源的一侧形成嵌合于所述层间凹腔的凸出部。

11、通过采用上述技术方案，层间凹腔与凸出部的嵌合结构在相邻透光材料层之间形成立体互锁，增大了层间的剪切抗力，抑制了因热膨胀系数差异导致的层间滑移和脱层；同时，嵌合结构使层间结合面由平面转变为立体曲面，增大了两种材料的实际接触面积，提升了粘接强度；此外，熔融态透光材料在成型过程中优先填充至凹腔底部并由中心向边缘扩散，将残留气体由中心向边缘挤出，固化后在凹腔内形成凸出部，避免了层间气泡的产生。

12、优选的，所述层间凹腔与所述凸出部配合形成的所述层间结合面在垂直于所述基板的剖面上呈弧线状，且弧线的曲率半径自弧线的顶点向两侧端点方向递增。

13、通过采用上述技术方案，层间凹腔与凸出部配合形成的层间结合面呈弧形曲面，使靠近光源的透光材料层在该位置形成凹透镜结构，对光源发出的集中光线产生发散作用，扩大了光线的传播角度，降低了中心区域的光强集中度；曲率自中心向边缘逐渐递减的设计使中心区域的发散作用较强，边缘区域的发散作用较弱，配合了光源中心光强大、边缘光强小的分布特点，使发散后的光强趋于均匀。

14、优选的，每个所述层间结合面在垂直于所述基板的剖面上的顶点处的曲率，从靠近所述光源的层间结合面至远离所述光源的层间结合面依次递增。

15、通过采用上述技术方案，所有层间结合面均向下凹陷，且每个层间结合面中心区域的曲率沿背离光源的方向依次递增，使每个透光材料层受其上下两个结合面的共同作用，在层内形成中间薄、边缘厚的凹透镜结构；越靠近外侧的透光材料层，其上表面凹陷程度越大，层内中心区域厚度越薄，凹透镜的光学发散能力越强；上层在此基础上进一步扩大发散角度，多层协同作用逐级降低光束的中心强度，提升了出光的均匀性。

16、优选的，所述荧光转换部与最远离所述光源的透光材料层相互贴合；最远离所述光源的所述透光材料层，其背离所述光源的一侧凹陷形成顶层凹腔；所述荧光转换部朝向所述光源的一侧形成嵌合于所述顶层凹腔的转换部凸起。

17、通过采用上述技术方案，荧光转换部的转换部凸起嵌合于最外层透光材料层的顶层凹腔，使荧光转换部与透光材料层之间形成立体互锁结构，增大了二者的剪切抗力，抑制了因荧光转换部与透光材料层热膨胀系数差异导致的界面滑移和分层脱落；同时，转换部凸起与顶层凹腔的嵌合使界面由平面转变为立体曲面，增大了荧光转换部与透光材料层的实际接触面积，提升了二者的结合强度。

18、优选的，所述顶层凹腔与所述转换部凸起配合形成转换结合面；所述转换结合面在垂直于所述基板的剖面上呈弧线状，且弧线的曲率半径自弧线的顶点向两侧端点方向递增；且所述转换结合面在垂直于所述基板的剖面上的顶点处的曲率，大于任意一个所述层间结合面在垂直于所述基板的剖面上的顶点处的曲率。

19、通过采用上述技术方案，转换结合面呈曲率自中心向边缘递减的弧形曲面，使荧光转换部底面在该位置形成凹透镜形态，对经过前序逐层发散的光线再次进行发散；且转换结合面中心区域的曲率大于任意一个层间结合面中心区域的曲率，使荧光转换部底面的凹陷程度大于各透光材料层之间的凹陷程度，对光线的发散作用强于各层间结合面，进一步降低了中心区域的光强集中度。

20、优选的，所述荧光转换部背离所述转换结合面的表面形成有出光凹面，所述出光凹面向靠近所述转换结合面的方向凹陷，且所述出光凹面在垂直于所述基板的剖面上的顶点处的曲率，大于所述转换结合面在垂直于所述基板的剖面上的顶点处的曲率。

21、通过采用上述技术方案，出光凹面的中心区域的曲率大于转换结合面的中心区域的曲率，使荧光转换部的顶面比底面凹陷得更深，二者共同作用使荧光转换部形成中间薄、边缘厚的凹透镜结构，对光线再次进行发散；此外由于边缘区域因光强小而转换出的光偏少，边缘区域厚度较厚，延长了边缘弱光的传播路径，提高了该区域的转换比例，补足了边缘区域的转换量。

22、一种金字塔发光结构的制备方法，包括以下步骤：

23、s1.将所述光源固设于所述基板上，并完成电性导通；

24、s2.将模具预热至成型温度；

25、s3.采用分层模压工艺，由内向外依次将折射率逐层递减的熔融态透光材料注入模具型腔并固化，构建包覆所述光源的所述透明封装部；

26、s4.在最外层的所述透光材料层表面，将含有荧光粉的转换材质注入模具型腔并固化，包覆形成所述荧光转换部；

27、s5.对整体结构加热固化，脱模后得到成品。

28、通过采用上述技术方案，模具预热至设定成型温度降低了熔融态透光材料与模具之间的温度梯度，减缓了材料在接触模具瞬间的快速冷却速率，避免了因骤冷产生的内应力和表面微裂纹；分层模压工艺由内向外依次注入模具折射率递减的材料，使每层材料在前一层固化后再成型，确保了层间折射率梯度的控制，避免了一次性注入模具多种材料时因流动性差异导致的折射率分布失控；整体加热固化与缓冷处理释放了成型过程中积累的残余应力，降低了脱模后因应力释放引起的变形或开裂风险。

29、优选的，步骤s3所述的分层模压工艺中，相邻两层所述透光材料层的成型过程包括：

30、s31.模压固化成型上一所述透光材料层，并通过模具在其背离所述光源的一侧表面压制出所述层间凹腔；

31、s32.将下一层熔融态透光材料注入模具，覆盖上一所述透光材料层及所述层间凹腔；

32、s33.合模施压，使熔融态材料由中心向边缘扩散以排出空气，固化后形成下一所述透光材料层的层体包覆结构，同时，填充于所述层间凹腔内的材料固化形成适配嵌合的所述凸出部；且在所述合模施压固化的同时，通过模具在所述下一所述透光材料层背离所述光源的一侧外表面压制出新的所述层间凹腔；

33、s34.将带有该新的所述层间凹腔的下一所述透光材料层视为上一所述透光材料层，依次更换具有不同曲面参数的模具重复步骤s32至步骤s33，使形成的所述层间结合面在垂直于所述基板的剖面上呈弧线状，且弧线的曲率半径自弧线的顶点向两侧端点方向递增，每个所述层间结合面在垂直于所述基板的剖面上的顶点处的曲率，从靠近所述光源的层间结合面至远离所述光源的层间结合面依次递增。

34、通过采用上述技术方案，在上一透光材料层固化后压制出层间凹腔，再注入下一层熔融材料进行包覆，使下层熔融材料在流动状态下与上层凹腔紧密贴合，消除了层间的微观空隙；合模施压时熔融材料由中心向边缘扩散，利用熔融材料优先填充凹腔底部的流动特征，形成了从中心向外的定向流动，将残留在层间的气体强制推向边缘排出，固化后在凹腔内形成适配嵌合的凸出部，避免了气泡封存；并在叠层注塑的同时其外表面能同步压出供下次包覆使用的新凹腔，形成闭合的工艺循环。依次更换具有不同曲面参数的模具重复步骤，确保通过模具型腔的曲面形状控制每层的层间结合面曲率，确保了层间结合面形成中心曲率大、边缘曲率小的凹面结构。

35、优选的，步骤s4所述的形成所述荧光转换部的过程包括：

36、s41.在步骤s3中成型最外层的所述透光材料层时，通过模具在其表面压制出所述顶层凹腔；

37、s42.将熔融态的所述转换材质注入模具，覆盖最外层的所述透光材料层及所述顶层凹腔；

38、s43.合模施压，固化后形成所述荧光转换部的主体，同时，填充于所述顶层凹腔内的材质固化形成适配嵌合的所述转换部凸起；

39、s44.在步骤s43合模施压的过程中，通过模具顶端的向内凸起结构进行下压定型，使所述荧光转换部背离所述光源的顶面受压，固化形成向内凹陷的所述出光凹面。

40、通过采用上述技术方案，在成型最外层透光材料层时即压制出顶层凹腔，再将熔融态转换材质注入模具进行覆盖，使转换材质在流动状态下填入顶层凹腔，与最外层透光材料层紧密贴合，消除了二者之间的微观空隙，避免了界面气泡的残留。合模施压时，模具顶端的向内凸起结构下压荧光转换部顶面，其凸出的中心部分优先接触熔融态转换材质，迫使中心区域的材质向边缘流动，一方面将中心残留的气体推向边缘排出，另一方面使转换材质向下挤入顶层凹腔并填实，固化形成与顶层凹腔嵌合的转换部凸起，提高了荧光转换部与透光材料层的结合强度。同时，中心区域材质被挤出后厚度减薄、边缘区域材质堆积后厚度增厚，在合模保压下固化形成中间薄、边缘厚的出光凹面，通过模压定型直接形成凹透镜结构，减少了后续加工工序。

41、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

42、1.多个透光材料层的折射率沿远离光源的方向递减，使光线在透明封装部内传播时，每经过一个层间结合面，均由光密介质进入光疏介质，相邻两层之间的折射率差值较小，避免了光线在层间界面因折射率突变而产生强烈的反射，降低了光线在透明封装部内的反射损耗，使更多光线能够逐层透射而出，提升了出光效率；同时，荧光转换部的折射率小于相邻的透光材料层，延续了由内向外折射率递减的梯度，使光线在进入荧光转换部时同样减少了界面反射，避免了光线在荧光转换部与透光材料层界面处的反射损失，进一步提升了整体出光效率。

43、2.层间凹腔与凸出部的嵌合结构在相邻透光材料层之间形成立体互锁，增大了层间的剪切抗力，抑制了因热膨胀系数差异导致的层间滑移和脱层；同时，嵌合结构使层间结合面由平面转变为立体曲面，增大了两种材料的实际接触面积，提升了粘接强度；此外，熔融态透光材料在成型过程中优先填充至凹腔底部并由中心向边缘扩散，将残留气体由中心向边缘挤出，固化后在凹腔内形成凸出部，避免了层间气泡的产生。

44、3.所有层间结合面均向下凹陷，且每个层间结合面中心区域的曲率沿背离光源的方向依次递增，使每个透光材料层受其上下两个结合面的共同作用，在层内形成中间薄、边缘厚的凹透镜结构；越靠近外侧的透光材料层，其上表面凹陷程度越大，层内中心区域厚度越薄，凹透镜的光学发散能力越强；该逐层增强的发散设计使下层对光线进行初步发散，上层在此基础上进一步扩大发散角度，多层逐级协同降低光束的中心强度，提升了出光的均匀性。

45、4.在上一透光材料层固化后压制出层间凹腔，再注入下一层熔融材料进行包覆，使下层熔融材料在流动状态下与上层凹腔紧密贴合，消除了层间的微观空隙；合模施压时熔融材料由中心向边缘扩散，利用熔融材料优先填充凹腔底部的流动特征，形成了从中心向外的定向流动，将残留在层间的气体强制推向边缘排出，固化后在凹腔内形成适配嵌合的凸出部，避免了气泡封存，在成型最外层透光材料层时即压制出顶层凹腔，再将熔融态转换材质注入模具进行覆盖，使转换材质在流动状态下填入顶层凹腔，与最外层透光材料层紧密贴合，消除了二者之间的微观空隙，避免了界面气泡的残留。合模施压时，模具顶端的向内凸起结构下压荧光转换部顶面，其凸出的中心部分优先接触熔融态转换材质，迫使中心区域的材质向边缘流动，一方面将中心残留的气体推向边缘排出，另一方面使转换材质向下挤入顶层凹腔并填实，固化形成与顶层凹腔嵌合的转换部凸起，提高了荧光转换部与透光材料层的结合强度。