CN102130108A - 一种透明陶瓷封装的led光源 - Google Patents
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Abstract
一种透明陶瓷封装的LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组成LED光源骨架，LED芯片固晶于封装基板，并由金线连接于正负电极，LED芯片由透明陶瓷封装，透明陶瓷由模具固化形成带阵列排布凸点的出光面或平面出光面，对应于每一个LED芯片透明陶瓷材料设置为平面结构或由模具定型为突起的弧面结构。透明陶瓷相较传统封装材料具有更高的折射率，由此封装的LED光源具有较高的取光效率，同时透明陶瓷在导热系数、稳定性和机械强度方面均优于传统封装材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED光源，确切地讲是一种由透明陶瓷材料封装的LED光源。
背景技术
当前，国内外现行的LED封装工艺中由于环氧树脂具有优良的粘结性、电绝缘性、密封性和介电性能且成本较低、易成型等优点成为LED封装的主流材料。但是随着LED亮度和功率的不断提高，对LED的封装材料提出更高的要求，而环氧树脂自身存在的吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色等缺陷暴露了出来，从而大大影响和缩短LED器件的性能和使用寿命。为了解决环氧树脂存在的上述问题，有机硅材料由于具有良好的透明性、耐高低温性、耐候性、绝缘性等，受到了国内外研究者的广泛关注，被认为是替代环氧树脂的理想材料。但有机硅作为封装材料也存在一些缺点，有机硅的折射率在1.5左右，与LED芯片的折射率相差较大，不利于光的输出；另外，有机硅虽然较环氧树脂在耐热性、力学性能方面有所提高，但在高温、高腐蚀性等恶劣环境下工作的能力较差。而且由于有机硅的生产工艺较复杂、成本较高，当前市场上的有机硅价格十分昂贵，不利于LED的推广及应用。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种由透明陶瓷材料封装的高出光率LED光源。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种透明陶瓷封装的LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组成LED光源骨架，LED芯片固晶于封装基板，并由金线连接于正负电极，其特征在于：LED芯片由透明陶瓷封装，封装面设置为平面或曲面，其具体步骤如下：
(1)封装基板和支架制备并组合安装；
(2)选取规格型号相同的LED芯片备用；
(3)将LED芯片置于相应固晶位置由固晶材料固化；
(4)将导线焊接于LED芯片两极后连接于光源正负电极极；
(5)最后由透明陶瓷材料整体封装，透明陶瓷由模具固化形成带阵列排布凸点的出光面或平面出光面，对应于每一个LED芯片透明陶瓷材料设置为平面结构或由模具定型为突起的弧面结构。
所述LED光源LED芯片发射光的入射角控制在全反射临界角以内，整个封装面形成多个凸点阵列排布的出光面。
所述LED光源单芯片封装或多芯片阵列排布后串并联整体封装。
所述封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区域为平面或凹凸结构。
所述透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，其折射率大于1.7。
本发明的技术原理：LED芯片折射率约2-4，如GaN(n＝2.5)及GaP(n＝3.45)均远高于环氧树脂或硅氧烷树脂封装材料折射率(n＝1.40-1.53)，折射率差异过大导致全反射发生，将光线反射回芯片内部而无法有效导出，因此提高封装材料的折射率将可减少全反射的发生。以蓝光芯片/黄色YAG荧光粉的白光LED组件为例，蓝光LED芯片折射率为2.5，当封装材料的折射率从1.5时提升至1.7时，光取出效率提升了近30％；因此，提升封装材料的折射率降低芯片与封装材料间折射率差异来达到提升出光效能。
光由光密介质射向光疏介质时，入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，此时光疏介质中将不出现折射光线，入射角大于上述数值时即会发生全反射。通常使用的有机硅封装材料折射率约为1.5，空气折射率常视为1，因此有机硅封装材料发生全发射的临界角为c＝Arcsin(1/n)＝Arcsin(1/1.5)＝42°，可见当LED芯片发光角度大于42°时光线将很难射出，这也导致集成封装LED光源光效低于单颗封装光源，本发明将集成封装LED光源出光面制作成带有多个突起的非平面结构，单个芯片对应于出光面设置为凸弧曲面，从LED芯片发出的光线相对于弧面的入射角将控制在较小的范围内，如此可减少全发射发生的机率，仅此技术可提高现有平面封装LED光源光效15％-20％。
本发明的有益效果：MgAl2O4透明陶瓷热导率较高(17.0W/m·K)，约为环氧树脂和有机硅的十倍，可以使工作中产生的热量更为及时地传递出去，有利于降低荧光物质的工作温度，延长荧光物质的寿命，有助于降低芯片结温，从而可以提高工作电流，进一步提高LED发光强度。
MgAl2O4透明荧光陶瓷的折射率在1.7左右，比环氧树脂和有机硅有较大提高，有研究表明当封装材料的折射率从1.5时提升至1.7时，光取出效率可提升近30％。
由于透明荧光陶瓷有比环氧树脂和有机硅更高的热导率和折射率，可同时解决散热和高效率问题；由于陶瓷材料有比有机材料更高的强度、硬度、更耐腐蚀，能够大幅度提高LED制品的寿命，并为实现白光LED在高温、高冲击、腐蚀性等恶劣工作环境下长时间工作的使用提供了可能性。
具体实施方式
一种透明陶瓷封装的LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组成LED光源骨架，LED芯片固晶于封装基板，并由金线连接于正负电极，其特征在于：LED芯片由透明陶瓷封装，封装面设置为平面或曲面，其具体步骤如下：
(1)封装基板和支架制备并组合安装；
(2)选取规格型号相同的LED芯片备用；
(3)将LED芯片置于相应固晶位置由固晶材料固化；
(4)将导线焊接于LED芯片两极后连接于光源正负电极极；
(5)最后由透明陶瓷材料整体封装，透明陶瓷由模具固化形成带阵列排布凸点的出光面或平面出光面，对应于每一个LED芯片透明陶瓷材料设置为平面结构或由模具定型为突起的弧面结构。
LED光源LED芯片发射光的入射角控制在全反射临界角以内，整个封装面形成多个凸点阵列排布的出光面。
LED光源单芯片封装或多芯片阵列排布后串并联整体封装。
封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区域为平面或凹凸结构。
透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，其折射率大于1.7。
实施例1：用于传统单颗封装LED光源，在结果相仿的情况下将传统树脂材料或有机硅材料换作MgAl2O4透明陶瓷，可有效提高取光效率和散热性能。
实施例2：用于集成大功率LED光源模组封装有两种模式，平面封装和曲面封装，平面封装时结构与传统集成大功率LED光源模组相似，而用作曲面封装时主要是基于尽量减少全反射而设计，具体做法是透明陶瓷封装于LED芯片表面及支架内，由模具固化形成带阵列排布凸点的出光面，对应于每一个LED芯片透明陶瓷材料设置为平面结构或由模具定型为突起的弧面结构。
Claims (5)
1.一种透明陶瓷封装的LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组成LED光源骨架，LED芯片固晶于封装基板，并由金线连接于正负电极，其特征在于：LED芯片由透明陶瓷封装，封装面设置为平面或曲面，其具体步骤如下：
(1)封装基板和支架制备并组合安装；
(2)选取规格型号相同的LED芯片备用；
(3)将LED芯片置于相应固晶位置由固晶材料固化；
(4)将导线焊接于LED芯片两极后连接于光源正负电极极；
(5)最后由透明陶瓷材料整体封装，透明陶瓷由模具固化形成带阵列排布凸点的出光面或平面出光面，对应于每一个LED芯片透明陶瓷材料设置为平面结构或由模具定型为突起的弧面结构。
2.根据权利要求1所述的一种透明陶瓷封装的LED光源，其特征在于：所述LED光源LED芯片发射光的入射角控制在全反射临界角以内，整个封装面形成多个凸点阵列排布的出光面。
3.根据权利要求1所述的一种透明陶瓷封装的LED光源，其特征在于：所述LED光源单芯片封装或多芯片阵列排布后串并联整体封装。
4.根据权利要求1所述的一种透明陶瓷封装的LED光源，其特征在于：所述封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区域为平面或凹凸结构。
5.根据权利要求1所述的一种透明陶瓷封装的LED光源，其特征在于：所述透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，其折射率大于1.7。
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Legal Events
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Assignee: Jiangsu Yangtze Electromechanical Science & Technology Co.,Ltd. Assignor: Huang Jinlu Contract record no.: 2012320000247 Denomination of invention: Transparent ceramic packaged light emitting diode (LED) light source License type: Exclusive License Open date: 20110720 Record date: 20120319 |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110720 |