[发明专利]一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种白光LED器件及其封装方法。具体而言，涉及一种具有梯度折射率的多层封装结构的LED器件及其封装方法，每层封装层中均匀混入纳米散射剂与荧光粉。

背景技术

制约白光LED器件光通量和总体发光效率的因素有多方面构成，不仅取决于芯片的发光效率、荧光粉对激发光的转换效率和封装材料透明硅胶的透光率，而且显著依赖于LED器件对发射光的提取率。就采用GaInN/GaN蓝光芯片搭配Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce)黄色荧光粉封装而成的白光LED器件而言，GaInN/GaN蓝光芯片折射率为2.61左右，YAG:Ce荧光粉折射率为1.85作为，封装器件所用的环氧树脂或硅氧烷树脂封装材料折射率1.5左右，空气界面层折射率为1.0左右。当光从光密介质传导至疏松质时，两种材料折射率差异较大导致全反射发生，无论是光从芯片至透明胶、芯片至荧光粉、荧光粉至透明胶，还是从光芯片至空气层、荧光粉至空气层、透明胶至空气层，都可能存在全反射问题。光子经历多次散射之后无法穿越器件逃逸，甚至被反射回蓝光芯片，导致发光效率降低。

为提高白光LED器件对发射光的提取率，专利CN103518269A提出利用A组分(乙烯基聚硅氧烷、光固化树脂、催化剂)、B组分(乙烯基聚硅氧烷、交联剂和抑制剂)和C组分(光引发剂)三种组分充分混合、真空脱泡，通过在芯片上层层固化，得到折射率逐渐变小的多层凝胶封装体，把荧光粉分布于多层封装结构的任意一层之中，利用发明材料及封装方法能有效提高LED芯片的光取出效率。但对于专利CN103518269A，荧光粉分布于多层封装结构的任意一层之中，由于荧光粉的折射率显著高于硅胶，蓝色光子从芯片发射至荧光粉层时，除一部分光被吸收之外，还有相当一部分被散射，甚至被反射回芯片。相比较而言，利用荧光粉的弥散分布结构，则更加有利于构筑光子出射通道。

专利CN103430337A和US 8455898B2提出利用量子点多层结构提高LED器件出光率的方法，每一层中所填充量子点折射率优先接近下一层或芯片折射率，构筑梯度折射率，提高器件提取发射光的能力；另一方面发射波长较长的量子点优先布置在离芯片较近位置，避免在下方发射波长较短的纳米颗粒所发射光被上方发射波长较长的纳米颗粒二次吸收和级联激发，提高发光效率。由于量子点LED发光效率低、光通量小，无法满足大功率照明与显示对亮度的要求。商业化白光LED器件皆为利用荧光材料制作的荧光转换型器件。此外，对于专利CN103430337A和US 8455898B2提出利用半导体量子作为发光中心，这类半导体量子点对温度非常敏感，随温度升高发光效率急剧下降，难以在大功率器件方面获得应用。再者，由于量子点的产量受限，目前的合成技术根本无法满足工业化大批量LED器件封装对荧光转换材料的用量要求。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件及其封装方法，旨在通过在封装胶中均匀混入荧光粉和纳米散射剂，从LED芯片至外界大气层，按照散射剂浓度或散射剂折射率逐层降低的原则，通过逐层喷射形成多层封装结构，构筑具有梯度折射率结构的白光LED器件透光层，提高白光LED器件对发射光的提取能力。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，其特点在于：所述LED器件是在LED芯片上逐层封装有n层封装层，n≥1；在所述封装层内均匀混入荧光粉与纳米散射剂；所述封装层的折射率小于所述LED芯片的折射率，且从LED芯片向外的n层封装层的折射率逐层减小。

本发明具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，其特点也在于：所述纳米散射剂选自纳米SiO₂、纳米Al₂O₃、纳米ZrO₂、纳米Si₃N₄、纳米TiO₂或纳米SnO₂，其折射率分别为：1.45-1.54(SiO₂)、1.76(Al₂O₃)、2.17(ZrO₂)、2.0(Si₃N₄)、2.55(TiO₂)和1.9(SnO₂)，其中氮化硅为非晶型。