CN102185087B - 一种大功率led封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率LED封装结构，包括LED发光芯片及LED芯片支架，芯片表面涂覆荧光胶，支架上方盖有透镜，荧光胶涂覆在芯片表面位置厚度大于芯片侧边位置，使涂覆荧光胶形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，荧光胶通过在大颗粒荧光粉中加入小颗粒混合，把混合后荧光粉与与硅胶结合搅拌一段时间后进行抽真空处理而形成，支架碗杯杯壁与杯底形成的角度α为40°~50°，碗杯高度h为0.3mm~0.45mm，可使LED发光更为均匀，有效改善光色质量，更好地解决光斑问题。

Description

一种大功率LED封装结构

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种大功率LED封装结构。

背景技术

LED即发光二极管，是一种可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，发光二极管的结构包括两大部分：承载部以及不同极性的导电端，承载部中设有晶片及荧光材料，利用金线联接晶片的电极层与导电端，最后完成封装工序。与传统照明技术相比，这种新型光源具有高效节能、长寿命、小体积、成本低、绿色环保等领先优势。目前常用的LED主要是利用晶片的光线与荧光材料的波长结合，进而形成特定光色表现效果。

利用LED芯片激发荧光粉的光转换方式可以实现各种颜色光的输出，这也是目前LED实现照明白光的主要途径。其基本原理是：在电的作用下，晶片透过荧光材料射出的光线与荧光材料的波长结合，从而形成特定的光色。例如常见的白光LED，主要是利用蓝光单芯片加上黄色荧光粉，以晶片所发出的蓝光透过黄色荧光材料射出，经过蓝、黄光波结合，形成白光表现效果。

然而目前LED在应用时，经常遇到黄圈与光斑问题，LED的黄圈和光斑直接影响到照明效果。造成黄圈和光斑的一个原因是支架，由于支架与芯片的结构关系，芯片侧光发射比较复杂，不能直接激发外围荧光粉发光，而是通过多重漫反射后才与荧光粉混合发光，并且由于透镜的折射率不同，导致芯片外侧与芯片中心产生白光的色温不统一，产生黄圈和光斑。

造成黄圈与光斑的另一个原因是荧光粉。目前运用最广泛的黄色荧光粉是YAG系列荧光粉，这系列的荧光粉颗粒尺寸都在17um以上，它们存在一些缺陷，如颗粒大、粉体团聚严重、样硬、形貌不规则、颗粒流动性差等，这正是引起光斑主要原因。因为它们的折射率大于或等于1.85，与硅胶的折射率不同，而硅胶折射率一般在1.5左右。由于两者间折射率的不匹配，以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限（30nm），出现散射光的波长（或频率）与入射光不一致，因而在荧光粉颗粒表面存在光散射，破坏了出光的均匀性，进而出现黄圈和光斑。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种LED荧光胶及LED支架，以使LED发光更为均匀，有效改善光色质量，更好地解决黄圈与光斑问题。

本发明提出的技术方案为：一种LED封装结构，包括LED发光芯片及LED芯片支架，支架有碗杯状凹槽，芯片表面涂覆荧光胶，支架上方盖有透镜，荧光胶涂覆在芯片表面位置厚度大于芯片侧边位置，使涂覆荧光胶形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，荧光胶与透镜之间填有填充硅胶，所述荧光胶通过在大颗粒荧光粉中加入小颗粒混合，所述大颗粒荧光粉半径是小颗粒荧光粉的1.5倍，把混合后荧光粉与与硅胶结合搅拌一段时间后进行抽真空处理形成。

大颗粒量为a，小颗粒量为b，a和b的比例关系为a/b=（a+b）/a或a²=bc，其中c=a+b。

所述支架碗杯杯壁与杯底形成的角度α为40°～50°，碗杯高度h为0.3mm～0.45mm。

所述芯片尺寸为24mil×24mil～45mil×45mil。

本发明的LED支架能使芯片最大侧光（180度）通过碗杯斜度，只经一次反射，便与芯片表面光束接近平行，以80～100°出光，确保侧光与芯片表面光发射统一，直接与荧光粉混合发光。所述的LED支架的碗杯深度配合碗杯杯壁斜度，即碗杯杯壁与杯底形成角度α，能更好地使涂覆在芯片侧面荧光粉均匀分布。

通过在大颗粒荧光粉中加入小颗粒混合，能够使硅胶折射率提高到1.8以上，降低光散射，有效改善光色质量，更好地解决光斑问题。在颗粒尺寸较大的荧光粉中掺入小尺寸颗粒，以便与大颗粒混合后所发射的波长和芯片波长更好配合形成白光，而且混合后的折射率更接近硅胶折射率，降低光散射，有效地提高荧光粉均匀度，改善光色质量，修复光斑。

附图说明

图1是是LED封装步骤流程图；

图2测试屏和LED位置示意图；

图3是支架俯视图；

图4是支架截面图；

图5是芯片侧面出光示意图；

图6是荧光粉混合工艺示意图；

图7是荧光粉表面涂覆和透镜覆盖放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

通常LED封装是将外引线连接到LED芯片的电极上，确保半导体芯片和下层电路间之正确电气和机械性的互相接续，同时保护好LED芯片，不让其受到机械、热、潮湿及其它种种的外来冲击，并且起到提高发光效率的作用。参见图1，LED封装步骤流程简要说明如下。

1.固晶

发光芯片用银胶固定在特殊支架上，并烘烤加热固化。

2.焊线

将外引线连接到LED芯片的电极上。

3.配胶

将大小颗粒荧光粉与硅胶按比例进行混合调制，均匀搅拌10-15分钟，抽真空20分钟，再将荧光胶涂覆在芯片表面。

4.点荧光胶

用点胶针头将荧光胶点到支架（碗杯）中心，让其均匀的覆盖在芯片表面上

5.烘烤

烘烤的目的是使荧光胶固化，烘烤要求对温度进行监控，防止批次性不良。荧光胶烘烤的温度一般控制在150℃，烘烤时间30分钟。根据实际情况可以调整。

6.盖透镜

采用专业的盖透镜机把透镜自动盖到LED芯片上。

7．灌胶

把盖好透镜的半成品注入填充硅胶。

8.烘烤

让填充硅胶充分固化，一般条件为120℃，烘烤时间20分钟。

9.分光分色

大功率封装好成品进行测试，包括漏电测试，相对色温，光通亮，色品坐标x,y和显色指数分档测试。

本发明实施例制作一个1W白光LED，采用350mA恒流电源驱动，电压3.0-3.6V。

光斑实验测试平台通过9点法测试每个LED的9个点色坐标，以判断单个LED出射光斑各个方向上发光的空间均匀性。

实验条件：采用350mA恒流电源驱动，电压3.5V左右。LED距离屏的距离相同，为60cm，测试所用工具为：CHROMA METER CS-100MINOLTA色彩色差计.

色度坐标的离散性可以用每个LED的9个测试点的色度坐标的标准方差来表示，设9个测试点的色坐标为（x_i,y_i）（i=1,2，…，9）,9个测试点的色坐标平均值为

则标准差为δ：

$\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}[{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2+{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2]}{n}}$

一般，标准方差δ值在0.01以下，人眼不容易分辨色度差异，说明光色均匀。

实验测试平台建立在暗室，目的在于减少环境光线的影响，先把LED固定在墙上，在其正前方放置一个白色屏，屏的中心位置的高度和LED一致，屏和墙保持平行。为了方便测试和统计我们选取了组成正方形的9点作为代表性的测量点。测试屏50和LED100位置参见图2。

根据实验要求制作一个LED芯片支架10，支架的俯视图参见图3，支架碗杯20杯壁与杯底形成角度α，参见图4支架的截面图。图5是芯片侧面出光示意图，根据反射定律，θi=θr（θi入射角，θr反射角），法线5垂直杯壁，入射光线4经反射后变为出射光线6，碗杯深度h为杯壁最高点与杯底的垂直高度。

同时为了更有效抑制光线透过透镜后产生折射形成的异色光圈或光斑，本发明还通过在大颗粒荧光粉中加入小颗粒混合，其中大颗粒荧光粉60半径是小颗粒荧光粉70的1.5倍，把混合后荧光粉90与与硅胶80结合搅拌10-15分钟后进行抽真空处理（防止出现气泡）形成荧光胶7，然后把它涂覆在支架10上，荧光粉混合工艺示意图参见图6。

实施例1

角度α为40°，碗杯深度h为0.3mm，将LED发光芯片1用银胶固定在支架10上，并烘烤加热固化，其中芯片尺寸为24mil×24mil；然后将金线2焊接在芯片1正、负极；然后在芯片1表面涂覆荧光胶7，为了有效抑制光线透过透镜9后产生折射形成的异色光圈或光斑，涂覆在芯片1表面位置厚度大于芯片侧边位置，致使涂覆荧光胶7形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，并进行烘烤成型,在支架上方盖上透镜9，注入填充硅胶8，并进行烘烤成型。荧光粉表面涂覆和透镜覆盖放大图参见图7。

实施例2

角度α为45°，碗杯深度h为0.35mm，将发光芯片1用银胶固定在支架10上，并烘烤加热固化，其中芯片尺寸为38mil×38mil；然后将金线2焊接在芯片正、负极；然后在芯片表面涂覆荧光胶，为了有效抑制光线透过透镜后产生折射形成的异色光圈或光斑，涂覆在芯片表面位置厚度大于芯片侧边位置，致使涂覆荧光胶7形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，并进行烘烤成型。在支架上方盖上透镜9，注入填充硅胶8，并进行烘烤成型。

实施例3

角度α为50°，碗杯深度h为0.45mm，将发光芯片1用银胶固定在支架10上，并烘烤加热固化，其中芯片尺寸为45mil×45mil；然后将金线2焊接在芯片正、负极；然后在芯片表面涂覆荧光胶，为了有效抑制光线透过透镜后产生折射形成的异色光圈或光斑，涂覆在芯片表面位置厚度大于芯片侧边位置，致使涂覆荧光胶7形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，并进行烘烤成型。在支架上方盖上透镜9，注入填充硅胶8，并进行烘烤成型。

实验表明，当角度α=40°～50°，入射光线4与反射光线6形成80～100°夹角，经一次反射后，就能与芯片表面光束接近平行，确保侧面光线与芯片表面光线发射统一，以80～100°出光，直接与荧光粉混合发光。碗杯深度h=0.3mm～0.45mm，可以更好的配合碗杯角度α，使涂覆在芯片侧面荧光粉均匀分布。

设大颗粒量为a，小颗粒为b，以下为实验a/b不同比例后，通过九点光斑测验结

果：

a/b	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9
									δ	0.1348	0.0864	0.0145	0.0072	0.0074	0.0083	0.0234	0.0217

实验表明大颗粒与小颗粒最分配比例符合以下关系a/b=（a+b）/a或a²=bc，其中c=a+b，a/b=1.5～1.7为较佳比例。大颗粒与小颗粒荧光粉混合后，由于大颗粒比小颗粒荧光粉沉淀速率要大，而使用粘度高的硅胶具有抑制大颗粒沉淀的特点，这样有效地确保大小颗粒的均匀性分布，混合后的折射率更接近硅胶折射率，使硅胶折射率提高到1.8以上，降低光散射，提高了荧光粉均匀度，改善了光色质量，修复光斑。而且混合后的荧光粉与硅胶涂覆在芯片表面位置厚度大于芯片侧边位置，致使涂覆荧光胶形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，这样有效抑制光线透过透镜后产生折射形成的异色光圈或光斑，降低光散射，改善光色质量，更好地解决了光斑问题。

本发明的LED支架能使芯片最大侧光（180度）通过碗杯斜度，只经一次反射，便与芯片表面光束接近平行，以80～100°出光，确保侧光与芯片表面光发射统一，直接与荧光粉混合发光。所述的LED支架的碗杯深度配合碗杯杯壁斜度，即碗杯杯壁与杯底形成角度α，能更好地使涂覆在芯片侧面荧光粉均匀分布。

同时通过在大颗粒荧光粉中加入小颗粒混合，这样有效地确保大小颗粒的均匀性分布，而且混合后的折射率更接近硅胶折射率，使硅胶折射率提高到1.8以上，降低光散射，有效地提高荧光粉均匀度，改善光色质量，修复光斑。

在不违背本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种大功率LED封装结构，包括LED发光芯片及LED芯片支架，支架有碗杯状凹槽，芯片表面涂覆荧光胶，支架上方盖有透镜，荧光胶涂覆在芯片表面位置厚度大于芯片侧边位置，使涂覆荧光胶形成弧形，其弧度与所盖透镜弧度一致，透镜与芯片之间有填充硅胶，其特征在于：

所述荧光胶通过在大颗粒荧光粉中加入小颗粒荧光粉混合，大颗粒荧光粉半径是小颗粒荧光粉的1.5倍，把混合后荧光粉与与硅胶结合搅拌后进行抽真空处理形成；

所述大颗粒量为a，小颗粒量为b，a和b的比例关系为a/b=（a+b）/a或a²=bc，其中c=a+b，a/b=1.5～1.7。

2.如权利要求1所述的一种大功率LED封装结构，其特征在于，所述支架碗杯杯壁与杯底形成的角度α为40°～50°，碗杯高度h为0.3mm～0.45mm。

3.如权利要求2所述的一种大功率LED封装结构，其特征在于，所述芯片尺寸为24mil×24mil～45mil×45mil。

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