倒装LED灯珠、LED模组及LED显示屏的制作方法

倒装led灯珠、led模组及led显示屏
技术领域
1.本实用新型涉及led技术领域，更具体地，涉及倒装led灯珠、led模组及led显示屏。


背景技术：

2.led显示屏具有以下方面的优越性：高灰度、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。因此，led显示屏被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。
3.在led显示屏中使用的像素元件是led灯珠。像素元件例如是表面贴装器件(surface mounted devices，即smd)封装方式的led灯珠。随着led显示技术的发展，人们对显示屏的质量要求越来越高，首先对分辨率要求越来越高，这促使led显示屏点间距需要越做越小。
4.目前，户外led显示屏目前主要有lamp(直插式)系列和smd(surface mounted devices，表面贴装器件)户外系列。由于贴片产品可以做到“三合一”，即3个led芯片可以封装在一个反射杯内部，可以降低灯珠之间的点间距，从而使得户外led显示屏的清晰度越来越高，显示效果越来越好，得到广泛的使用。现有的户外显示屏中应用的led灯珠为灌胶式封装贴片结构，led芯片放在具有反射杯的支架上，然后再用封装胶层填充密封。由于管脚采用折弯工艺，存在折弯的角度差异，从而使得led灯珠的管脚之间存在高度差，导致左右视角差异；另外，封装胶层采用点胶工艺，因计量式点胶机存在波动以及支架的反射杯尺寸存在波动，存在点胶不均匀的现象，导致侧面大视角观看时存在黑点现象和偏色现象。
5.另外，反射杯采用ppa(聚邻苯二甲酰胺)材料，支架的引脚采用金属材料，ppa材料和金属材料本身无法形成粘合，从而使得支架的引脚与反射杯之间存在缝隙；灯珠表面存在反射杯和封装胶层的结合界面，在长时间使用时，由于不同材料之间存在的膨胀系数失配，会产生微小的缝隙；因此水汽会沿着这些缝隙渗入led灯珠内部，从而导致led灯珠可靠性降低，寿命缩短等问题。且现有户外显示屏中的led芯片采用正装芯片，每个led灯珠内存在5～6根键合线需要焊接，机台效率低，而且焊线容易失效。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种倒装led灯珠、led模组及led显示屏，改善倒装led灯珠的密封性和耐候性，提升倒装led灯珠的可靠性和使用寿命，同时降低倒装led灯珠的加工难度，降低成本。
7.根据本实用新型的一方面，提供一种倒装led灯珠，包括：支架，所述支架包括位于支架边缘的台阶结构；至少一个倒装led芯片，设置在所述支架表面，与所述支架电性连接；反射杯，位于所述支架上并围绕所述至少一个倒装led芯片；封装胶层，密封覆盖在所述支架未被所述倒装led芯片和所述反射杯覆盖的上表面、所述支架的台阶结构、所述反射杯以及所述倒装led芯片上；所述支架和所述反射杯侧壁的交界处被所述封装胶层包裹；其中，
所述封装胶层包括位于所述倒装led芯片上方的凸起部，所述凸起部为所述倒装led灯珠的透镜；所述透镜与所述封装胶层为一体结构。
8.优选地，所述透镜的第一表面的高度从中心向四周逐渐递减。
9.优选地，所述透镜的第一表面的截面形状为：一段弧线、多段圆弧拼接曲线、多段直线与圆弧的拼接曲线中的任意一种。
10.优选地，所述透镜的俯视形状为圆形或椭圆形。
11.优选地，所述封装胶层的第二表面分别与所述支架的表面、所述台阶结构的表面、所述反射杯的表面和所述倒装led芯片的表面共形。
12.优选地，所述倒装led芯片包括第一led元件、第二led元件和第三led元件中的至少一个。
13.优选地，所述倒装led芯片包括第一led元件、第二led元件和第三led元件中的三个。
14.优选地，所述第一led元件、所述第二led元件和所述第三led元件分别发出红色光、绿色光和蓝色光中的至少一种。
15.优选地，所述第一led元件、所述第二led元件和所述第三led元件各自的出光侧为被所述封装胶层覆盖的一侧。
16.优选地，所述反射杯粘合在所述支架上，并围绕所述至少一个倒装led芯片。
17.优选地，所述反射杯的杯口形状包括弧形拼接图形、圆角矩形、矩形、圆形中的任意一种。
18.优选地，所述反射杯的内壁形状包括矩形、倒梯形或者弧形结构中的任意一种。
19.优选地，所述反射杯的颜色为黑色或白色。
20.优选地，所述反射杯的颜色为黑色，所述反射杯还包括位于所述反射杯内壁表面上的高反光材料。
21.优选地，所述反射杯的颜色为白色，所述反射杯还包括位于所述反射杯上表面的黑漆。
22.优选地，所述反射杯的材料为树脂或塑料。
23.优选地，所述支架为双层线路板，所述支架包括pcb基板以及位于pcb基板上的多个引脚和多个外部焊盘，所述多个引脚位于所述pcb基板的第一表面，所述多个外部焊盘位于所述pcb基板的第二表面，所述多个引脚分别通过所述第一表面与第二表面之间的导电孔与所述多个外部焊盘实现电连接。
24.优选地，所述pcb基板为环氧玻璃布层压板或树脂基板。
25.优选地，所述封装胶层包括透明胶层、荧光胶层中的至少一种。
26.优选地，所述倒装led芯片通过导电胶层与所述支架电性连接。
27.优选地，所述倒装led芯片朝向所述支架的表面设置有金属电极，所述金属电极设置在所述支架上，并与所述支架电性连接。
28.优选地，所述支架的台阶结构的底部宽度大于等于0.1mm。
29.优选地，所述支架的厚度为0.4mm～1.0mm。
30.优选地，所述支架的台阶结构的高度为所述支架厚度的三分之一至三分之二。
31.根据本实用新型的第二方面，提供一种led模组，包括印刷电路板；多个上述所述
的倒装led灯珠，阵列排布在所述印刷电路板上；防水层，填充设置在所述印刷电路板上，且覆盖每一个所述倒装led灯珠的所述支架和所述封装胶层的结合处。
32.根据本实用新型的第三方面，提供一种led显示屏，包括：多个上述所述的led模组。
33.根据本实用新型实施例的倒装led灯珠包括具有台阶结构的支架、位于所述支架上的至少一个倒装led芯片、位于所述支架上并围绕所述至少一个倒装led芯片的反射杯和覆盖在所述支架未被所述倒装led芯片和所述反射杯覆盖的上表面、所述支架的台阶结构、所述反射杯以及所述倒装led芯片上的封装胶层。该台阶结构降低了支架与封装胶层在侧面的结合处的高度，使支架与封装胶层的结合面能被防水胶完全包覆，以及所述支架和所述反射杯侧壁的交界处被所述封装胶层包裹，延长了倒装led芯片在支架和封装胶层的接触面上与外界之间的路程，延长了水汽入侵倒装led芯片的路程，提高了倒装led灯珠的防水性能。
34.进一步地，采用倒装led芯片节约了焊线的物料及设备，降低工艺复杂度和成本，并且倒装led芯片可靠性好，出光面积大，亮度高。
35.进一步地，通过在模具上进行透镜设计，并通过模压注塑使封装胶层在产品表面形成具有一定曲率半径的透镜的形状，固化后的封装胶层复用为透镜，位于倒装led芯片的上方，既可以保证大视角，同时也可以获得较高的轴向光强亮度，降低功耗及成本。
36.进一步地，该透镜经过折射或反射后能实现led的泛光、投光、聚光等配光形式，有效改善光斑，保证出光的均匀性，实现大视角的光型一致性，有效改善大视角偏色问题。
37.进一步地，单独设计反射杯，将反射杯和支架采用压合技术进行压合连接，提升光取出效率，提升亮度。
38.进一步地，采用与封装胶层材料相近的pcb基板，pcb基板与封装胶层形成良好的粘合，或者在pcb基板上形成与封装胶层材料相同或相近的反射杯，pcb基板通过反射杯与封装胶层形成良好的粘合，从而改善户外倒装led灯珠的密封性和耐候性，延长屏幕使用寿命，降低成本。
39.进一步地，采用注塑工艺形成封装胶层，可以一模多片同时作业，相比smd普通点胶模式，作业效率高。
40.进一步地，由于基板类支架相同面积上的灯珠数量比smd引线框架数量多，采用基板类支架可以相应的提高单位时间产出，可以实现批量生产，提高效率。
附图说明
41.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
42.图1示出现有技术中用于户外显示屏的led灯珠的剖视图；
43.图2示出根据本实用新型实施例的倒装led灯珠的结构示意图；
44.图3a
‑
3c示出根据本实用新型实施例的倒装led灯珠的俯视图；
45.图4示出现有技术的led模组的结构示意图；
46.图5示出本实用新型实施例的led模组的结构示意图。
具体实施方式
47.以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
48.本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
49.图1示出现有技术中用于户外显示屏的led灯珠的剖视图。如图1所示，现有技术的led灯珠100包括支架110、led芯片120、封装胶层130以及反射杯140。
50.led芯片120均匀设置在支架110的上表面上，led芯片120为正装led芯片。键合线121将led芯片120与支架110的引脚的电连接。
51.反射杯140位于支架110的上表面上并围绕led芯片120设置。
52.封装胶层130覆盖在支架110的上表面并填充反射杯140，将led芯片120与外界隔离。
53.现有技术中，支架110的引脚采用折弯工艺导致支架110和反射杯140之间的结合面不平整。另外，封装胶层130和支架110之间的结合面在支架上表面，并且在反射杯140内侧，从而封装胶层130并未覆盖支架110和反射杯140之间的结合面。
54.图2示出本实用新型实施例提供的倒装led灯珠的结构示意图。本实用新型实施例提供的倒装led灯珠用于户外显示屏，点间距大于p2，倒装led灯珠尺寸在1mm*1mm以上。如图2所示，本实用新型实施例的倒装led灯珠200包括支架210、至少一个倒装led芯片220、封装胶层230以及反射杯240，倒装led灯珠在支架210的边缘区域设置有台阶结构201。倒装led芯片220位于上层台阶表面(承载面)上，封装胶层230覆盖台阶结构201并完全包覆反射杯240，且支架210和反射杯240侧壁的交界处被封装胶层230包裹。封装胶层230与支架210的结合处202的位置低于支架210的上层台阶面，使倒装led芯片220在支架210上的承载面被完全封闭，延长了水汽入侵倒装led芯片的路程，提高倒装led灯珠的密封性。
55.其中，台阶结构201的底部宽度w1优选为大于等于0.1毫米，方便制造过程中的切割处理，保障切割后的倒装led灯珠的封装胶层的边缘部分切实向下延伸，延长了水汽入侵倒装led芯片的路径，确保倒装led灯珠的密封性。
56.其中，支架210的厚度为0.4mm～1.0mm，支架210的台阶结构201的高度为支架210的厚度的三分之一至三分之二，以保证制作沟槽后支架的机械强度。
57.所述倒装led芯片220通过导电胶层与所述支架210电性连接。具体地，在所述支架210上设置导电胶层，在所述导电胶层上设置所述倒装led芯片220。倒装led芯片220的电极设置在出光面的背面，即所述倒装led芯片220的电极朝向所述支架210设置，因此，通过在所述支架210上设置所述导电胶层，将所述倒装led芯片220设置在所述导电胶层上，即可使所述倒装led芯片220上的电极与所述支架210电性连接。进一步的，该导电胶例如为但不限于银胶或锡膏(焊锡)中的一种。
58.在本实施例的另一种实施方式中，所述倒装led芯片220通过共晶焊接工艺与所述支架210电性连接。共晶焊线工艺不需要采用其它导电结构，只需要将所述倒装led芯片220的电极与所述支架210的电极直接焊接在一起即可，节约了焊线的物料及设备，降低工艺复杂度和成本。
59.在本实施例中，所述封装胶层230包括位于所述倒装led芯片220上方的凸起部，所
述凸起部为倒装led芯片220的透镜260。
60.其中，倒装led芯片220包括第一led元件、第二led元件、第三led元件中的至少一个。所述第一led元件、所述第二led元件和所述第三led元件分别发出红色光、绿色光和蓝色光中的至少一种。倒装led芯片220包括两个及以上led元件时，led元件的排列顺序不限。具体的，倒装led芯片220可以是红、绿、蓝三种倒装led芯片的单色、双色或者三色组合，以实际产品的功能需求设计，在此不作限定。故本实用新型提供的倒装led灯珠可以覆盖多种显示屏(全彩、双色、单色屏)用的倒装led灯珠设计。
61.封装胶层230允许倒装led芯片220产生的光线透出，封装胶层230的材料例如为环氧树脂、硅胶、硅树脂中的一种。
62.在一种优选的实施方案中，所述透镜260与所述封装胶层230为一体，例如可以是所述透镜260为所述封装胶层230在远离所述支架210的第一表面形成。
63.在本实施方案中，采用在模具上进行透镜设计，通过模压注塑使封装胶层230在产品表面形成具有一定曲率半径的透镜260的形状，封装胶层230成型后复用为透镜，位于所述倒装led芯片220的上方，且形成的所述透镜260的第一表面的高度从中心向四周逐渐平滑递减。
64.在一种优选的实施方案中，所述透镜260的第一表面的截面形状可选的为一下中的任意一个：一段弧线、多段圆弧拼接曲线、多段直线与圆弧的拼接曲线。所述封装胶层230(或透镜260)的第一表面包括位于倒装led芯片220上部区域的曲面与位于曲面边缘的平面，且在所述平面与所述曲面的连接处设置为与所述曲面曲率相近的弧面以减少交界处的光损和因为灰尘聚集而对光学效果造成的影响，所述透镜的第二表面分别与所述支架210表面、所述台阶结构201表面、所述反射杯240表面和所述倒装led芯片220表面共形。如此，所述封装胶层230复用为所述透镜260，使发出的光经过折射或反射后改变倒装led灯珠的配光形式，能起到聚光效果从而提升倒装led灯珠亮度，降低功耗及成本。
65.参见图3a
‑
图3c，所述透镜260(或形成的所述曲面)的俯视形状圆形或椭圆。
66.进一步的，所述封装胶层230(或透镜260)由透明材质的高分子聚合物形成。例如为选自pc(poly carbonate，聚碳酸酯)、ppa(poly phthalamide，聚邻苯二甲酰胺)、pct(poly1,4
‑
cyclohexylene dimethylene terephthalate，聚对苯二甲酸1,4
‑
环己烷二甲酯)、硅树脂、硅胶及环氧树脂中的至少一种。
67.进一步的，所述封装胶层230(或透镜260)包括透明胶层和荧光胶层中的至少一种。所述封装胶层230(或透镜260)将所述倒装led芯片220密封在所述支架210上，所述封装胶层230(或透镜260)在起配光作用的同时，还可防止倒装led灯珠200遇水或受潮引起所述倒装led芯片220的氧化。再者，例如在所述倒装led芯片220上涂上一荧光粉层，可以使荧光粉层在不同灯光的激发下产生不同颜色的光。
68.在实际应用中，根据光源颜色的需要，封装胶层230可以选择具有不同效果的封装胶层。
69.在本实施例的一种实施方式中，所述封装胶层230例如为透明胶层，所述透明胶层由透明胶水固化形成。所述透明胶水的材质可以是但不限于环氧树脂、硅胶、硅树脂中的一种。这样，所述倒装led芯片220发出的光经过所述透明胶层后颜色不发生改变，倒装led灯珠200最终可以获得与所述倒装led芯片220发出的光一样颜色的光。
70.在本实施例的另一种实施方式中，所述封装胶层230例如为荧光胶层，所述荧光胶层由荧光粉颗粒和透明胶水混合后固化形成。所述透明胶水的材质可以是但不限于环氧树脂、硅胶、硅树脂中的一种。具体地，荧光粉颗粒可为黄色荧光粉颗粒、红色荧光粉颗粒、绿色荧光粉颗粒或其混合物。例如黄色荧光粉颗粒可由硅酸盐、yag、氮化物等组成，绿色荧光粉可由sialon等组成，红色荧光粉颗粒可由氮化物、硅酸盐、ksf、kgf等组成。
71.进一步的，当将所述支架210焊接在印刷电路板上导电后，或者直接导电后，所述倒装led芯片220便能够发光。这样，经过所述封装胶层230(或透镜260)折射或反射后实现led的泛光、投光、聚光等配光形式，可有效改善光斑，保证出光的均匀性，同时使形成的光路的视角达到最大。
72.支架210为由pcb工艺制造的双层线路板，包括pcb基板211、多个外部焊盘212以及多个引脚213。多个引脚213位于pcb基板211的同一侧，并且分别与位于pcb基板211另一侧的多个外部焊盘212相对，多个引脚213分别与对应的多个外部焊盘212通过pcb基板211中的导电孔电连接。
73.所述pcb基板211的材料为环氧玻璃布层压板(fr
‑
4)或树脂基板(bt)，颜色优选为白色、黑色或者灰色，pcb基板211可以和封装胶层230更好的粘合在一起，避免出现缝隙。并且外部焊盘212在支架210背面，可以降低防水胶灌胶高度，减轻模组重量和胶水成本。pcb基板211的两侧可以采用白油进行防焊覆盖。
74.封装胶层230的材料为环氧树脂、硅树脂等户外胶水材料。这些胶水材料与支架的pcb基板材料可以形成良好的粘接强度，改善倒装led灯珠的密封性。
75.在本实施例中，所述反射杯240通过粘合剂粘合在所述支架210上，并围绕所述至少一个倒装led芯片220。反射杯240采用注塑形成，所述反射杯240的材料为耐回流焊接的绝缘材料，例如ppa、pct、环氧树脂。
76.参见图3a
‑
图3c，所述反射杯240的杯口形状选自但不限于圆角矩形(如图3a所示)、矩形、圆形(如图3b所示)、弧线拼接图形(如图3c所示)中的任意一种。所述反射杯240的内壁形状选自但不限于矩形、倒梯形或者弧形结构中的任意一种。
77.所述反射杯240的颜色为黑色或白色。所述反射杯240的颜色为黑色时，所述反射杯240还包括位于所述反射杯内壁表面上的高反光材料，实现聚光和反射效果。所述反射杯240的颜色为白色时，所述反射杯240还包括位于所述反射杯上表面的黑漆，保证产品的对比度。
78.根据本实用新型实施例的倒装led灯珠包括具有台阶结构的支架、位于所述支架上的至少一个倒装led芯片、位于所述支架上并围绕所述至少一个倒装led芯片的反射杯和覆盖在所述支架未被所述倒装led芯片和所述反射杯覆盖的上表面、所述支架的台阶结构、所述反射杯以及所述倒装led芯片上的封装胶层。该台阶结构降低了支架与封装胶层在侧面的结合处的高度，使支架与封装胶层的结合面能被防水胶完全包覆，以及所述支架和所述反射杯侧壁的交界处被所述封装胶层包裹，延长了倒装led芯片在支架和封装胶层的接触面上与外界之间的路程，延长了水汽入侵倒装led芯片的路程，提高了倒装led灯珠的防水性能。
79.进一步地，采用倒装led芯片节约了焊线的物料及设备，降低工艺复杂度和成本，并且倒装led芯片可靠性好，出光面积大，亮度高。
80.进一步地，通过在模具上进行透镜设计，并通过模压注塑使封装胶层在产品表面形成具有一定曲率半径的透镜的形状，固化后的封装胶层复用为透镜，位于倒装led芯片的上方，既可以保证大视角，同时也可以获得较高的轴向光强亮度，降低功耗及成本。
81.进一步地，该透镜经过折射或反射后能实现led的泛光、投光、聚光等配光形式，有效改善光斑，保证出光的均匀性，实现大视角的光型一致性，有效改善大视角偏色问题。
82.进一步地，单独设计反射杯，将反射杯和支架采用压合技术进行压合连接，提升光取出效率，提升亮度。
83.进一步地，采用与封装胶层材料相近的pcb基板，pcb基板与封装胶层形成良好的粘合，或者在pcb基板上形成与封装胶层材料相同或相近的反射杯，pcb基板通过反射杯与封装胶层形成良好的粘合，从而改善户外倒装led灯珠的密封性和耐候性，延长屏幕使用寿命，降低成本。
84.进一步地，采用注塑工艺形成封装胶层，可以一模多片同时作业，相比smd普通点胶模式，作业效率高。
85.进一步地，由于基板类支架相同面积上的灯珠数量比smd引线框架数量多，采用基板类支架可以相应的提高单位时间产出，可以实现批量生产，提高效率。
86.图4示出了根据现有技术的led模组的结构示意图。如图4所示，现有技术的led模组包括pcb板(printed circuit board，印刷电路板)01和位于pcb板01上的多个阵列分布的led灯珠100，以及防水层02。
87.防水层02可以选择防水硅胶，填充在每一个led灯珠100的周围，与pcb板01共同隔绝led灯珠100的底层构件，也隔绝水汽与pcb板01的接触。但为确保led模组的出光效果，防水层02不能遮挡led芯片的侧面，以保障侧面的出光效果，即防水层02的厚度不能高于支架承载led芯片的表面的高度，从而使led灯珠100的反射杯与封装胶层的结合处未能被防水层02覆盖，造成led灯珠100的防水效果不佳。
88.图5示出了根据本实用新型实施例的led模组的结构示意图。如图5所示，本实用新型实施例的led模组包括pcb板01、防水层02和多个阵列分布的本实用新型实施例提供的倒装led灯珠200，其中，该倒装led灯珠200的封装胶层与支架的结合处202的高度低于防水层02的厚度，即该倒装led灯珠200的封装胶层与支架的结合处202能够完全被防水层02覆盖，同时不影响倒装led灯珠200的侧面出光，可以实现在保障led模组的出光效果的同时达到倒装led灯珠200的防水效果。
89.即采用本实用新型的倒装led灯珠可以在维持原有的led模组的组装工艺下实现更好的防水效果，以较低的成本实现了可以适用于户外的具有高防水系数的led模组。
90.本实用新型的倒装led灯珠和led模组可以用于led显示屏，该led显示屏可以是应用了该led模组的led显示屏，具有全面防水效果，或根据需求仅部分应用该led模组进行部分防水。
91.本实用新型的倒装led灯珠包括具有台阶结构的支架、位于所述支架上的至少一个倒装led芯片、位于所述支架上并围绕所述至少一个倒装led芯片的反射杯和覆盖在所述支架未被所述倒装led芯片和所述反射杯覆盖的上表面、所述支架的台阶结构、所述反射杯以及所述倒装led芯片上的封装胶层。该台阶结构降低了支架与封装胶层在侧面的结合处的高度，使支架与封装胶层的结合面能被防水胶完全包覆，以及所述支架和所述反射杯侧
壁的交界处被所述封装胶层包裹，延长了倒装led芯片在支架和封装胶层的接触面上与外界之间的路程，延长了水汽入侵倒装led芯片的路程，提高了倒装led灯珠的防水性能。
92.本实用新型的led模组包括pcb板、阵列分布在该pcb板上的多个倒装led灯珠以及填充该倒装led灯珠之间间隔的防水层，其中该倒装led灯珠为本实用新型提供的倒装led灯珠，其倒装led灯珠的封装胶层与支架在边缘的结合处的位置低于防水层的上表面，即防水层能够覆盖倒装led灯珠的封装胶层与支架侧边的结合处，可以提高倒装led灯珠的防水性，进而地提高led模组的防水性，使其可以适用于户外的高湿度的使用环境。其中，倒装led灯珠的封装胶层制作工艺为模压注塑，成本低。
93.依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。