CN102169951A - 一种提高发光效率的led封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高发光效率的LED封装结构，包括一底座、一设置在底座上且具有一内凹空间的反光杯支架、至少一LED芯片、一第一荧光粉层和一第二荧光粉层。该LED芯片倒装设置在一硅基板上，该硅基板设置在该反光杯支架的内凹空间内。该第一荧光粉层设置在该LED芯片的发光区上方，该第二荧光粉层设置在该第一荧光粉层的上表面，该第一荧光粉层的色段波长大于该第二荧光粉层的色段波长。相对于现有技术，本发明的LED封装结构有利于提高LED芯片的外量子效率，进而提高该LED封装结构的发光效率。

Description

一种提高发光效率的LED封装结构及其制造方法
技术领域
本发明属于发光器件的制造领域，涉及一种提高发光效率的LED封装结构及其制造方法。
背景技术
液晶显示器依靠背光源将光线穿过其液晶面板并通过控制透过液晶像素点背光的光线的数量来实现图像的显示。因此，背光源的技术与品质直接影响液晶显示器的显示效果。传统的液晶显示器的背光源采用冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamps，CCFL)，随着发光二极管(Light Emitting Diodes，LED)技术的进一步成熟和成本的持续下降，LED逐渐取代CCFL成为液晶显示器的新型背光源。
与CCFL相比，LED背光源在节能、寿命、色域、环保等方面均有明显的优势。首先，LED更节能，如实现同等亮度的背光模组，LED比CCFL省电30-50％；其次，LED更长寿命，CCFL目前寿命一般为30,000小时，而LED的平均寿命约为50,000小时；再者，LED的色域更宽，采用CCFL背光只能实现NTSC色域的60-75％，而LED背光可以实现100％的NTSC的色域表现，使液晶显示器的色彩更加丰富自然；进一步，LED更环保，CCFL仍然含有少量的汞，而LED完全不含汞和其它有害物质，完全符合欧盟的ROHS指令；最后，LED的运动图像显示更流畅，传统CCFL灯管的闪烁发光频率较低，表现动态场景可能产生画面跳动，而LED背光可以灵活调整发光频率，且频率大大高于CCFL，因此能完美地呈现运动画面。
目前作为液晶显示器背光源的LED的白色光主要采用如下方式合成。方式1：采用UV-LED芯片(紫外光LED芯片)激发红、绿、蓝荧光粉的混合物来实现白光LED的合成。方式2：采用红、绿、蓝LED芯片混光来实现。方式3：采用蓝光LED芯片激发红色、绿色荧光粉来合成白光LED。请参阅图1A，其是上述方式1的现有技术的LED封装结构示意图。该LED封装结构包括一底座10、一反光杯支架11、一正装结构的UV-LED芯片(紫外光LED芯片)12以及一荧光粉层13。该反光杯支架11设置在底座10上。该正装结构的UV-LED芯片(紫外光LED芯片)12设置在该反光杯支架11的内凹空间内，且该正装结构的UV-LED芯片(紫外光LED芯片)12的P极和N极通过金线121分别与底座10上的电极相连接。该荧光粉层13设置在UV-LED芯片12出光位置上方，用以将UV-LED芯片12的紫光转换为白光。具体的，请参阅图1B，该荧光粉层13是分别由红色荧光粉(成分为(La1-xEux)2O2S和(Y1-xEux)2O2S)、绿色荧光粉(成分为M1-x-yCexTbyBO3，M＝Sc，Y，La，Gd，Lu)和蓝色荧光粉(成分为M2，Eu)10(PO4)6C12，M2＝Mg，Ca，Sr，Ba和a(M3，Eu)Ob)的混合物掺入硅胶中形成。由于上述三种荧光粉的颗粒为不规则的多面体结构，棱角较多，UV-LED芯片(紫外光LED芯片)12发出的光线会在棱角部分产生较多的全反射，从而影响LED的发光效率；再者，由于荧光粉层13红、绿、蓝三色荧光粉的混合，其中红色荧光粉会吸收部分UV-LED芯片(紫外光LED芯片)激发绿色荧光粉和蓝色荧光粉的所产生的绿光和蓝光，及绿色荧光粉会吸收部分UV-LED芯片激发蓝色荧光粉所产生的蓝光，从而影响LED的发光效率。例如，UV-LED芯片单独激发绿色荧光粉时绿色荧光粉外量子效率为0.6(ηext＝0.6)，UV-LED芯片单独激发红色荧光粉时红色荧光粉外量子效率为0.8(ηext＝0.8)，此外，当两种荧光粉混合在一起时，UV-LED芯片激发绿色荧光粉产生的绿光会对红色荧光粉进行二次激发，同时UV-LED芯片也对红色荧光粉进行激发，此时红色荧光粉的外量子效率为0.48(ηext＝0.8×0.6＝0.48)，从而影响LED的发光效率。同时由于该UV-LED芯片(紫外光LED芯片)12的P极和N极通过金线121分别与底座10上的电极相连接，在荧光粉涂覆的过程中，硅胶流动过程中易在金线周围及金线下方产生气泡，气泡的存在不仅会影响光线的出光，同时易在较大温差和受热膨胀过程中拉断金线造成LED光源的失效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种提高用于背光源领域的LED外量子效率的LED封装结构。
同时，本发明还提供了所述LED封装结构的制造方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种提高发光效率的LED封装结构，包括一底座、一设置在底座上且具有一内凹空间的反光杯支架、至少一LED芯片、一第一荧光粉层和一第二荧光粉层。该LED芯片倒装设置在一硅基板上，该硅基板设置在该反光杯支架的内凹空间内。该第一荧光粉层设置在该LED芯片的发光区上方，该第二荧光粉层设置在该第一荧光粉层的上表面，该第一荧光粉层的色段波长大于该第二荧光粉层的色段波长。
进一步，还包括一第三荧光粉层，其设置在该第二荧光粉层的上表面，该第三荧光粉层的色段波长小于该第二荧光粉层的色段波长。
具体地，该LED芯片为紫外光LED芯片，该第一荧光粉层为红色荧光粉层，该第二荧光粉层为绿色荧光粉层，该第三荧光粉层为蓝色荧光粉层。或者该LED芯片为蓝光LED芯片，该第一荧光粉层为红色荧光粉层，该第二荧光粉层为绿色荧光粉层。
进一步，该第一荧光粉层包括化学式为CaSiAlN3:Eu2+的红色荧光粉和透明硅胶。该第二荧光粉层的材料为β-SiAlON的绿色荧光粉层，该荧光粉颗粒形状为棒状或杆状。
一种提高发光效率的LED封装结构的制造方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤S1：将反光杯支架设置在底座上；
步骤S2：将LED芯片倒装设置在一硅基板，然后通过固晶胶或共晶的方式，将倒装有LED芯片的硅基板固定在反光杯支架的内凹空间的底部中间；
步骤S3：在硅基板上的正、负电极和反光杯支架上的正、负电极之间设置金线；
步骤S4：在该LED芯片的发光区上表面形成第一荧光粉层；
步骤S5：在第一荧光粉层的上表面形成第二荧光粉层；该第一荧光粉层的色段波长大于该第二荧光粉层的色段波长。
进一步，还包括步骤S6：在第二荧光粉层上表面形成一第三荧光粉层，该第三荧光粉层的色段波长小于该第二荧光粉层的色段波长。
相对于现有技术，本发明将各色荧光粉层进行分层涂覆，并使沿LED芯片出光方向的各荧光粉层的色段波长依序减小，由于靠近LED芯片的第一荧光粉层的色段波长较大，LED芯片激发第一荧光粉层后，第一荧光粉层产生的光线不会对第二荧光粉层造成二次激发而降低第二荧光粉层的外量子效率。同理，经该第二荧光粉层后，第二荧光层的光线不会对第三荧光粉层造成二次激发而降低第三荧光粉层的外量子效率。该结构有利于提高LED芯片的外量子效率，进而提高LED封装结构的发光效率。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1A是现有技术的LED封装结构示意图。
图1B是图1A所示的荧光粉层13的局部放大示意图。
图2是本发明实施例1的LED封装结构示意图。
图3是本发明实施例2的LED封装结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
请参阅图2，其是本发明实施例1的LED封装结构示意图。该LED封装结构包括一底座20、一反光杯支架21、一UV-LED芯片22(紫外光LED芯片)以及一第一荧光粉层23、一第二荧光粉层24和一第三荧光粉层25。该反光杯支架21设置在底座20上，该反光杯支架21上设置有正、负电极212。该UV-LED芯片22倒装设置在一硅基板26上。该硅基板26设置在该反光杯支架21的内凹空间内，硅基板26上的正、负电极262通过金线27与反光杯支架21上的正、负电极212连接。该第一荧光粉层23、一第二荧光粉层24和一第三荧光粉层25从下至上依序设置在UV-LED芯片22出光位置上方，用以将UV-LED芯片22的紫光转换为白光。其中，该第一荧光粉层23、一第二荧光粉层24和一第三荧光粉层25的色段波长依序减小。
具体地，该第一荧光粉层23包括红色荧光粉与透明硅胶。该红色荧光粉可以被波长为250nm-480nm的光线激发，其颗粒大小为5-30μm，其化学式为CaSiAlN3:Eu2+。该透明硅胶的折射率为1.4-1.7。
该第二荧光粉层24为绿色荧光粉层，具体为β-SiAlON，该绿色荧光粉颗粒的形状为棒状或杆状，颗粒大小为5-50μm。
该第三荧光粉层25为蓝色荧光粉层，具体为BaMgAl10O17:Eu2+。
其中，该红色荧光粉颗粒大小为10-20μm、该绿色荧光粉层颗粒大小为10-20μm以及该蓝色荧光粉颗粒大小为10-20μm的组合时，可使该LED封装结构的发光效率达到最佳。
以下详细说明本发明实施例1的LED封装结构的具体制造方法：
步骤S1：将反光杯支架21设置在底座20上。
步骤S2：将UV-LED芯片22倒装设置在一硅基板26，然后通过固晶胶或共晶的方式，将倒装有UV-LED芯片22的硅基板26固定在反光杯支架21的内凹空间底部中间。如果采用固晶胶方式，还需对其烘烤固化。
步骤S3：在硅基板26上的正、负电极262和反光杯支架21上的正、负电极212之间设置金线27。采用超声波焊接的方式将金线27分别焊接在硅基板26上的正、负电极262以及焊接在反光杯支架21上的正、负电极212，使得倒装结构UV-LED芯片22的P、N电极与反光杯支架21上的正、负电极212实现电连接。
步骤S4：形成第一荧光粉层23。将红色荧光粉和透明硅胶均匀混合后，通过点胶的方式涂覆于UV-LED芯片22的发光区的上表面，然后进行150摄氏度高温烘烤固化，进而形成第一荧光粉层23。
步骤S5：形成第二荧光粉层24。将绿色荧光粉均匀分散于无水酒精中，然后通过点胶的方式将绿色荧光粉和酒精混合溶液涂覆于第一荧光粉层23的上表面，然后在100摄氏度温度下进行烘烤，使无水酒精挥发，在第一荧光粉层23的上表面形成一层厚度为1～3mm的第二荧光粉层24。
步骤S6：形成第三荧光粉层25。将蓝色荧光粉和透明硅胶均匀混合后，通过点胶的方式涂覆于第二荧光粉层24的上表面，然后进行150摄氏度高温烘烤固化，进而形成第三荧光粉层25。
实施例2：
请参阅图3，其是本发明实施例2的LED封装结构示意图。该LED封装结构包括一底座30、一反光杯支架31、一蓝光LED芯片32以及一第一荧光粉层33和一第二荧光粉层34。该反光杯支架31设置在底座30上，该反光杯支架31上设置有正、负电极312。该蓝光LED芯片32倒装设置在一硅基板36上。该硅基板36设置在该反光杯支架31的内凹空间内，硅基板36上的正、负电极362通过金线37与反光杯支架31上的正、负电极312连接。该第一荧光粉层33和第二荧光粉层34从下至上依序设置在蓝光LED芯片32出光位置上方，用以将蓝光LED芯片32的蓝光转换为白光。其中，该第一荧光粉层33和第二荧光粉层34的色段波长依序减小。
具体地，该第一荧光粉层33包括红色荧光粉与透明硅胶。该红色荧光粉可以被波长为250nm-480nm的光线激发，其颗粒大小为5-30μm，其化学式为CaSiAlN3:Eu2+。该透明硅胶的折射率为1.4-1.7。
该第二荧光粉层34为绿色荧光粉层，具体为β-SiAlON，该绿色荧光粉颗粒的形状为棒状或杆状，颗粒大小为5-50μm。
其中，该红色荧光粉颗粒大小为10-20μm、该绿色荧光粉层颗粒大小为10-20μm以及该蓝色荧光粉颗粒大小为10-20μm的组合时，可使该LED封装结构的发光效率达到最佳。
以下详细说明本发明实施例2的LED封装结构的具体制造方法：
步骤S1：将反光杯支架31设置在底座30上。
步骤S2：将蓝光LED芯片32倒装设置在一硅基板36，然后通过固晶胶或共晶的方式，将倒装有蓝光LED芯片32的硅基板36固定在反光杯支架31的内凹空间底部中间。如果采用固晶胶方式，还需对其烘烤固化。
步骤S3：在硅基板36上的正、负电极362和反光杯支架31上的正、负电极312之间设置金线37。采用超声波焊接的方式将金线37分别焊接在硅基板36上的正、负电极362以及焊接在反光杯支架31上的正、负电极312，使得倒装结构蓝光LED芯片32的P、N电极与反光杯支架31上的正、负电极312实现电连接。
步骤S4：形成第一荧光粉层33。将红色荧光粉和透明硅胶均匀混合后，通过点胶的方式涂覆于倒装结构的蓝光LED芯片32的发光区的上表面，然后进行150摄氏度高温烘烤固化，进而形成第一荧光粉层33。
步骤S5：形成第二荧光粉层34。将绿色荧光粉均匀分散于无水酒精中，然后通过点胶的方式将绿色荧光粉和酒精混合溶液涂覆于第一荧光粉层33的上表面，然后在100摄氏度温度下进行烘烤，使无水酒精挥发，在第一荧光粉层33的上表面形成一层厚度为1～3mm的第二荧光粉层34。
相对于现有技术，本发明将各色荧光粉层分层，并使沿LED芯片出光方向的各荧光粉层的色段波长依序减小，由于靠近LED芯片的第一荧光粉层的色段波长较大，LED芯片激发第一荧光粉层后产生的光线不会对第二荧光粉层造成二次激发而降低第二荧光粉层的外量子效率。同理，经该第二荧光粉层后的光线不会对第三荧光粉层造成二次激发而降低第三荧光粉层的外量子效率。该结构有利于提高LED芯片的外量子效率，进而提高LED封装结构的发光效率。此外，本发明采用倒装的LED芯片结构，在LED芯片的发光区表面的P、N极没有金线引出，可以减少荧光粉和硅胶混合物在涂覆填充过程中，避免在金线的周围和下面引入气泡，防止LED在使用过程中因温度变化和LED点亮时自身热量造成气泡膨胀使金线断裂而使LED失效。进一步，本发明第二荧光粉层的绿色荧光粉层β-SiAlON的颗粒形状为棒状或杆状，颗粒规则，减少因传统荧光粉颗粒形貌为不规则的多面体，棱角众多及杂乱无章的堆积在芯片发光区表面和金线上而增加的LED发出的光线全反射损失的几率。
本发明还可具有多种实施例，如可以由多个LED芯片组成的LED芯片组替换上述实施例中的单个LED芯片。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种提高发光效率的LED封装结构，包括
一底座；
一反光杯支架，其设置在底座上且具有一内凹空间；
至少一LED芯片，该LED芯片倒装设置在一硅基板上，该硅基板设置在该反光杯支架的内凹空间内；
其特征在于：还包括一第一荧光粉层和一第二荧光粉层，该第一荧光粉层设置在该LED芯片的发光区上方，该第二荧光粉层设置在该第一荧光粉层的上表面，该第一荧光粉层的色段波长大于该第二荧光粉层的色段波长。
2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：还包括一第三荧光粉层，其设置在该第二荧光粉层的上表面，该第三荧光粉层的色段波长小于该第二荧光粉层的色段波长。
3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：该LED芯片为蓝光LED芯片，该第一荧光粉层为红色荧光粉层，该第二荧光粉层为绿色荧光粉层。
4.根据权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于：该LED芯片为紫外光LED芯片，该第一荧光粉层为红色荧光粉层，该第二荧光粉层为绿色荧光粉层，该第三荧光粉层为蓝色荧光粉层。
5.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：该第一荧光粉层包括化学式为CaSiAlN3:Eu2+的红色荧光粉和透明硅胶。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的LED封装结构，其特征在于：该第二荧光粉层的材料为β-SiAlON的绿色荧光粉层，该荧光粉颗粒形状为棒状或杆状。
7.一种提高发光效率的LED封装结构的制造方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤S1：将反光杯支架设置在底座上；
步骤S2：将LED芯片倒装设置在一硅基板，然后通过固晶胶或共晶的方式，将倒装有LED芯片的硅基板固定在反光杯支架的内凹空间的底部中间；
步骤S3：在硅基板上的正、负电极和反光杯支架上的正、负电极之间设置金线；
步骤S4：在该LED芯片的发光区上表面形成第一荧光粉层；
步骤S5：在第一荧光粉层的上表面形成第二荧光粉层；该第一荧光粉层的色段波长大于该第二荧光粉层的色段波长。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：还包括步骤S6：在第二荧光粉层上表面形成一第三荧光粉层，该第三荧光粉层的色段波长小于该第二荧光粉层的色段波长。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：该步骤4的具体步骤为：将红色荧光粉和透明硅胶均匀混合后，通过点胶的方式涂覆于倒装结构的LED芯片的发光区的上表面，然后进行150摄氏度高温烘烤固化，进而形成第一荧光粉层。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：该步骤5的具体步骤为：将绿色荧光粉均匀分散于无水酒精中，然后通过点胶的方式将绿色荧光粉和无水酒精混合溶液涂覆于第一荧光粉层的上表面，然后在100摄氏度温度下进行烘烤，使无水酒精挥发，进而在第一荧光粉层的上表面形成一第二荧光粉层。
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