[发明专利]一种白光LED封装结构及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED封装技术领域，尤其涉及一种白光LED封装结构及其封装方法。

背景技术

LED是一种半导体发光器件，它可以直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，重量轻，体积小等一系列特性，因此被广泛应用于指示灯、显示屏等。随着大功率LED发展的突飞猛进，白光LED逐步走进普通照明领域，被誉为第四代照明光源。形成白光LED除了RGB组合外，还有蓝光或紫外光芯片激发荧光粉的方式，芯片在电的作用下发出的光部分激发荧光粉而产生更长波段的可见光，这部分可见光与芯片发出的另一部分光混合形成白光。

目前白光LED的芯片主要是III-V族半导体化合物GaN材料制作的芯片，GaN基芯片衬底有蓝宝石、SiC和Si等，芯片可发紫外光、蓝光波段的光。用于形成白光LED的荧光粉种类很多，目前使用普遍的是YAG(Y3Al5012:Ce3+)荧光粉。YAG的Y可以掺杂Gd，而Al可以掺杂Ga形成(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5012:Ce3+的荧光粉，改变激发光波长450～480nm，可以得到510～580nm的发光光谱。Osram公司将YAG中的Y改成Tb形成的荧光粉TAG在470nm蓝光激发时其发光波长较YAG长。

对于大功率白光LED而言，散热效果和荧光粉涂覆技术的好坏直接影响到白光LED的工作性能和寿命。LED的发光波长随温度变化约为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1％左右。而荧光粉的厚度与形状等因素都会影响白光LED的出光质量。如何更好的散热和实现好的荧光粉涂覆是白光LED封装中最关键的两个问题。Lumileds公司的Luxeon系列采用热电分离的方式和Osram公司的Golden Dragon系列将热沉与金属线路板直接接触，都具有很好的散热性能。在荧光粉涂覆方面，传统的将荧光粉以点胶方式直接涂覆到芯片的表面依然是目前产品的主要形式。Osram公司以及Cree公司相继开发出“白光”芯片，用半导体工艺将荧光粉覆盖到芯片表面，再划片，这种“白光”芯片的荧光粉厚度和形状得到很好的控制，出光均匀。

这些涂覆方式都是将荧光粉与芯片直接接触，芯片在近域直接激发荧光粉，然后混合形成白光。对这种方式而言，芯片的热量直接加载到荧光粉层上，使得LED的光色受芯片结温变化的影响较为明显；另外，荧光粉因热量的聚积而转换效率下降，降低光效；并且荧光粉近场激发方式使得部分背向散射光损失，光衰变大，影响光效。目前也有些公司也有采用远域激发的涂覆方式来提高出光效率，但是他们所提出的结构比较复杂，制作工艺较难，并且荧光粉层的散热途径也没有考虑。导致封装后白光LED的光色受影响并且光效也得不到较好的提高。

发明内容

针对现在大功率白光LED封装中普遍存在的散热、光效、光衰、光色的问题，本发明提供一种用于大功率白光LED封装结构及其封装方法。其封装结构简单，工艺与传统的封装技术一致，制作成本不高，能改善大功率白光LED的散热问题，并且减少光衰，使光色更为稳定，由该方法制作的大功率白光LED在大电流的工作条件下可以稳定工作。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种白光LED封装结构，包括支架及设于支架上的LED芯片，LED芯片上涂覆有隔热透明材料层，隔热透明材料层上还涂覆有荧光粉层，该隔热透明材料层的出光面及荧光粉层直接形成透镜结构或在荧光粉层上设置一透镜结构。

该支架呈杯碗结构，LED芯片设置在杯碗结构的底部中心，杯碗结构的内侧面为反射镜，隔热透明材料层填充于杯碗结构中。

该支架呈平面支架，隔热透明材料层的出光面呈透镜结构。

该荧光粉层为双层结构，其包括与隔热透明材料层接触的红色荧光粉层及位于红色荧光粉层外侧的YAG荧光粉层。该荧光粉层的四周边缘与支架相接触。该荧光粉层中加入散射颗粒和/或散热颗粒。

该LED芯片的数量为多个，各个LED芯片上依次独立涂覆隔热透明材料层及荧光粉层，或将各个LED芯片整体涂覆隔热透明材料层及荧光粉层。

该封装结构是利用隔热透明材料层将LED芯片和荧光粉层隔开，使得LED芯片与荧光粉层两部分产生的热量各自分离。LED芯片产生的热量通过银胶、共晶焊料或者其它固晶材料传到支架最后散发到周围环境；荧光粉层边缘与支架相接触，使得荧光粉层热量也快速传到外部，避免荧光粉层内热量的聚积，提高了荧光粉层的转换效率。