[发明专利]一种光转换结构及其制造方法及发光二级管器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管器件结构及其制造方法，尤其涉及一种光转换结构及其制造方法，以及设有此光转换结构的发光二极管器件。

背景技术

基于发光二极管(LED)的半导体照明技术是近年来发展十分迅速的一种新光源技术，以高亮度LED为代表的半导体照明产品正在各个领域获得应用，包括室外的景观照明、建筑照明和道路照明，以及室内的办公照明、工厂照明以及家居照明。在半导体照明技术中，利用短波长的紫外或蓝光LED激发长波长的光转换材料，获得白光等各种颜色的光源，是目前最常见的LED照明技术。该种技术具有成本低廉、生产方便、操作灵活的特性，可以满足各种层次的照明需求。以最常见的白光LED照明技术为例，一般采用GaN基的蓝光LED芯片和长波长荧光粉合成白光，所采用的制造方法一般为：将荧光粉与透明聚合物胶水混合形成荧光胶，再将荧光胶A涂覆在LED芯片上，如图1所示，从而使LED芯片发出的蓝光被荧光粉吸收并转换为长波长的发射光，最终合成得到白光。但该制造方法所存在的一个显著问题是，由于荧光粉的比重远高于胶水的比重，因此荧光粉会逐渐地沉淀，进而导致荧光粉在LED芯片表面分布的厚度和浓度不均匀。一般而言，LED芯片四周的荧光胶会多于LED芯片正面的荧光胶，所以就会存在不同区域的荧光胶对于蓝光吸收强度不同的问题，由此所导致的一种典型结果是，在白光LED芯片的中心区域的色温会高于边缘角度区域的色温，即中心偏蓝白、边缘偏黄绿。这种白光不均匀的特性，导致人眼从不同角度观察LED光源时，会有不同的颜色感受。反映在被照射物体上时，人眼会看到不同的照明区域有着不同的色彩表征。因此，LED芯片发出的白光的不均匀性，一方面会导致人肉眼观察周围环境时的不舒适感，另一方面会导致物体颜色失真，从而不利于展现真实的照明效果。

为应对白光LED芯片的白光不均匀性问题，一种改进的制造方法是将一层荧光粉B均匀地涂覆在LED芯片表面，如图2所示，使LED芯片表面各个区域的荧光粉厚度和浓度一样并且均匀分布。这样，从LED芯片表面各个区域所发出的光线，在荧光粉层中将有着相近的光程，因而整个荧光粉层对于LED芯片表面蓝光的吸收是相近的，从而克服了前述第一种制造方法的缺点。但是，改进的制造方法仍然没有能够克服并解决白光不均匀性的问题，只是对白光的不均匀性有了明显的改善。蓝光LED芯片所发出的蓝光分布是朗伯形，经过荧光粉层时，受荧光粉层的吸收及散射影响，蓝光分布将会出现改变，呈现出类椭圆形分布，即中心光强与边缘角度光强的差别增大。与之相应，荧光粉的自发射光是各向均匀的，整个荧光粉层所表现出的发射光分布将是标准的朗伯形分布。因此，由于两者空间辐射分布的不一致，第二种制造方法仍然难以得到均匀度很高的白光。

为进一步改善白光LED的白光均匀性，业内围绕第二种制造方法提出了多种改进的方法，包括：采用粒径更小的荧光粉、降低荧光粉层的浓度获得厚度较厚的荧光粉层。但是，这些方法会引起其他方面的问题。例如，制备粒径更小的荧光粉对于荧光粉的生产厂家意味着成品率的严重下降，同时，粒径小的荧光粉的光转换效率偏低，导致LED器件的亮度会随之降低。低浓度和厚荧光粉层同样会引起LED器件亮度降低的问题，并且这种方式只能适用于器件尺寸较大的情况。如果器件尺寸偏小时，这种方式将不能达到改善白光均匀性的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种光转换结构，通过调整垂直方向的光转换材料浓度分布，使采用该光转换结构的发光二极管器件能够得到较均匀的颜色分布。基于此，本发明还提供了光转换结构的制造方法以及设置此光转换结构的发光二级管器件。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种光转换结构，包括主体，所述主体中含有光转换材料，从主体中心到外侧，主体垂直方向上的光转换材料的含量呈阶梯状降低趋势。

优选地，主体中某处光转换材料的含量满足以下关系式：