[发明专利]具有散射颗粒区域的LED封装

说明书

技术领域

本发明涉及发光器件(LED)封装，并且更具体地涉及具有散射颗粒的白色LED和多色LED封装。

背景技术

发光二极管(LED)是将电能转换成光的固态器件，并且通常包括夹在相反掺杂的层之间的一个或多个有源半导体材料层。通常，线接合用于将偏置电压施加在掺杂层上，将空穴和电子注入有源层，它们在那里复合以产生光。光从有源层和LED的所有表面发出。一种典型的高效LED包括安装在LED封装上且由透明介质包封的LED芯片。有效提取来自LED的光是制造高效发光二极管的关注重点。

LED可以被制造为发射各种颜色的光。然而，常规LED无法从其有源层产生白光。已经可以通过用黄色荧光体、聚合物或染料围绕LED而将来自蓝色发光LED的光转换为白光，其中典型的荧光体是掺铈的钇铝石榴石(Ce:YAG)。[参见Nichia Corp.的白光LED，零件编号NSPW300BS，NSPW312BS等；另见授予Lowrey的美国专利US 5959316，“Multiple Encapsulation of Phosphor-LED Devices”]。周围的荧光体材料将LED蓝光中的部分能量“向下转换(downconvert)”，这增大了光的波长，将光的颜色改变为黄色。部分蓝光穿过荧光体而不被改变，同时一部分光被向下转换为黄色。LED发出蓝色和黄色的光，它们组合以提供白光。在另一方案中，已经可以通过用多色荧光体或染料围绕LED而将来自紫色或紫外线发光LED的光转换为白光。

其中在LED上引入荧光体的一种常见类型的LED封装方法被称为“杯中水珠(glob in a cup)”法。LED芯片安放在杯形凹陷的底部，并且含荧光体的材料(例如分布在密封材料如硅树脂或环氧树脂中的荧光体颗粒)被注入和填充杯，包围并封装LED。然后将密封材料固化以使其围绕LED硬化。但是，这种封装可能会导致LED封装在相对于封装的不同视角下具有发光色温的显著变化。这种颜色变化可能是由多种因素造成的，包括光线能够行进穿过转换材料的不同路径长度。该问题在以下封装中可能会变得更加严重，其中含荧光体的基体材料在其中安放有LED的杯的“边缘”上方延伸，导致大部分的转换光线侧向发射到高视角中(例如，与光轴成90度角)。结果是由LED封装发射的白光变得不均匀，并且可能会带有不同颜色或强度的光带或光斑。

另一种用于封装或涂覆LED的方法包括将荧光体颗粒直接耦合到LED的表面上，这也被称作共形涂覆。电泳沉积、丝网印刷、旋涂可以被用于实现共形涂覆。这些方法可以导致根据视角的颜色均匀性的改善，这种改善的一个原因是转换光和未转换光的来源都同样接近于同一空间点。例如，覆盖有黄色转换材料的蓝色发光LED可以提供相当均匀的白光源，原因就在于转换材料和LED都接近于同一空间点。但是，颜色均匀性仍然会由于荧光体浓度或荧光体厚度变化以及路径长度的差异而受到影响。

发光分布的不一致也可以是LED的多个发射角的结果。图1a示出了已知发光器件或封装的截面。光源例如LED 102被设置在基板/衬底104上并且一层向下转换材料106覆盖LED 102。反射器108被设置在基板104上的LED 102周围，以使LED 102被装在由反射器108与基板104所限定的腔中，并且半球形的密封材料或透镜110被设置在光源102上。密封材料110可使用例如环氧粘合剂安装在光源102上，不过也可以使用其它的安装方法。光散射颗粒112被遍及密封材料110地设置。

要注意在本申请中是参照视角和发射角来进行说明。视角是观看LED或LED封装的角度并且在图1a中显示为示范性的θv。视角是从光轴量起的，光轴在此情况下贯穿半球形封装材料110的中心并且垂直于发光体102。零度的视角(0°)表示从密封材料外正对发光体102的点(也就是从位于光轴上的点)观看(或测量)来自密封材料的输出。视角随着器件相对于观看者倾斜而增加。90度(90°)的视角表示从垂直于光轴且与密封材料110的平坦边缘平齐的角度(也就是从侧面直接)测量输出。

发射角是从LED或LED封装发出光的角度并且在图1a中显示为θe。发射角度与视角共享相同的光轴并且它测量的是从光轴量起的光线在从LED发射后在密封材料110中最初传播的角度。从发光体102沿光轴最初传播的光线(例如光线R1)的发射角为0°。如图所示，光线θe是大约40度(40°)。发射角随着最初传播的方向偏离光轴而增大。两种角度之间的重要区别在于指定视角的输出分布受密封材料110内部的散射事件影响，而发射角则描述了从光源或LED最初发射的光在它能够与密封材料中的材料相互作用之前的方向。