CN102651444A - 发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

发明是一种发光二极管封装结构,其包含一基座、一发光二极管晶片及一封装胶体。该发光二极管晶片设置于该基座内。该封装胶体则包含一第一光学胶材及至少一第二光学胶材。该第一光学胶材呈透明状,并包覆该发光二极管晶片。该第二光学胶材设置于该第一光学胶材的一侧,该第二光学胶材掺杂一第二荧光粉。凭借设置多层第二光学胶材,可将荧光粉远离于该发光二极管晶片,避免荧光粉过热而快速光衰,而能延长使用寿命。

Description

发光二极管封装结构
技术领域
发明涉及一种发光二极管的结构,特别是指一种发光二极管封装结构。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diodes,LED),是利用半导体等固体材料所制作而成的光源系统,有别于必须在真空或充填少量特殊气体下操作的热炽灯或各种气体放电灯等传统光源。白光发光二极管光源与传统光源相比较,更具有许多优点,如耗电量低、体积小、反应速度快、高效率、环保及可平面封装等优势。而于节能方面,其可用的寿命长达60年,是传统电灯泡的100倍,而消耗的能量仅为传统电灯泡的10%。
自从高功率与高亮度发光二极管成功发展以来,现今白光发光二极管的发光效率已达60~80lm/W以上,在实验室内更可高达100lm/W,与目前发光效率60lm/W的白炽灯泡相比,其有过的而不及。发光二极管仍蓬勃发展中,不断地研发进步,当发光效率100lm/W的白光LED可大量商品化时,就可以全面取代目前市面上的白炽灯与日光灯,而成为下世代照明光源的主流。
就一般照明而言,若欲使用发光二极管来制作白光LED,就必须应用光色组合的技术,始能达成获得白光的目的。目前于各种可行的光色组合技术中,利用萤光材料来进行光色转变及混合,是一种最便捷及节省成本的方法,而此种应用萤光材料所制作的白光LED,一般又称为PC-white-LED(phosphor-converted white LED)。
当LED晶粒制作完成后,将其粘着于导线架上,经过固晶、固化、打线、树脂封胶、烘烤、切割、测试、包装等制作流程,经晶粒封装成各种类型的LED元件。
而白光发光二极管主要的封装形式,为波长450~460nm蓝光发光二极管表面涂上一层黄色萤光材料(Yttrium Aluminium Garnet,钇铝石榴石,YAG),其为最常见、电源回路构造最简单及所需成本最低的萤光材料。当YAG萤光材料受到激发时,可产收550~560nm的波长,吸收450~470nm波长的光后混色成白光。由于其发光光谱相当广,对于波长误差的忍受程度也相对提高,使封装业者生产白光发光二极管时,可如此提高生产合格率,进而降低成本。
传统白光发光二极管结构1,是将一蓝光发光二极管11设置于一反射杯12的底部,再将YAG荧光粉13混合光学胶材(如环氧树脂或硅树脂)以形成一光学胶层14。当光学胶层14凝固成型后,便大致完成封装的制程,如图1所示。此种生产方式虽快速,然而其难以控制混合含荧光粉13的光学胶层14于蓝光发光二极管11上的厚度,且荧光粉13混胶经一段时间后将产生沉淀效应,造成上层荧光粉13浓度稀薄、下层荧光粉13浓度偏高的情况发生,不但造成厚薄不均,出光时色晕不均匀,并产生内白外黄的黄圈光晕。而使用于高功率LED时,由于下层荧光粉浓度偏高,又与LED晶片相接触,于高温高热下将导致荧光粉散热不良而快速光衰,发光效率降低且耗损率增加,导致产品合格率下降。
为克服上述问题,虽业界针对传统白光LED荧光粉封装方式的缺点,提出如旋转涂布、溅镀涂布或ㄇ字型涂布等制程方式来解决,但仍有其缺点所在,如下所述:
1:旋转涂布的制程方式虽可降低荧光粉层厚度,然其有内薄外厚的现象,且由于各荧光粉层之间的影响,无法与基材分离。
2:溅镀涂布的制程方式虽可达到荧光粉层均匀分散的效果,然靶材费用太高,导致制造成本居高不下,难以竞争。
3:ㄇ字型涂布的制程方式虽可使荧光粉层厚度一致,然无法降低荧光粉沉淀情况严重的现象。
发明内容
发明的主要目的,旨在提供一种发光二极管封装结构,其以多层掺杂荧光粉的光学胶材封装发光二极管晶片,可避免荧光粉过渡接近发光二极管晶片,以避免光衰及沿长使用寿命。
为达上述目的,发明的发光二极管封装结构,其包含一基座、一发光二极管晶片及一封装胶体。该发光二极管晶片设置于该基座内。该封装胶体包含一第一光学胶材及至少一第二光学胶材。该第一光学胶材包覆该第一发光二极管晶片。该第二光学胶材设置于该第一光学胶材的一侧该第二光学胶材掺杂一第二荧光粉。
其中,该第一光学胶材掺杂一第一荧光粉,且该第一荧光粉的掺杂浓度低于该第二荧光粉。
其中,该第一荧光粉的浓度由掺杂至该第一光学胶材处朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化;该第二荧光粉的浓度由掺杂至该第二光学胶材处朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化。
其中,该发光二极管封装结构更具有复数个第二光学胶材,且各该第二光学胶材所掺杂的该第二荧光粉的浓度由掺杂至所述的这些第二光学胶材处分别朝向该发光二极管晶片方向算起,依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化,而使该封装胶体整体的外表面侧朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的循环变化。
其中,当该发光二极管晶片使用约1600小时后,该发光二极管封装结构的照度值与未使用时相比较,约剩98%的照度值。
其中,当该第一光学胶层的厚度为0.3毫米以下时,该发光二极管封装结构的亮度约减少3%。
其中,当该第一光学胶层的厚度为0.5毫米时,该发光二极管封装结构的亮度约减少7~10%。
其中,该基座是一发光二极管反射杯。
其中,该第一荧光粉及该第二荧光粉是钇铝石榴石(YAG)荧光粉(Y3Al5O12)及其衍生物。
其中,该第一荧光粉及该第二荧光粉是铽铝石榴石(TAG)荧光粉(Tb3Al5O12)及其衍生物。
与现有技术相比较,采用上述技术方案的发明具有的优点在于:
发明发光二极管封装结构,其功效在于该发光二极管封装结构设有复数层光学胶材,可使邻近该发光二极管晶片的光学胶材不掺杂或掺杂较少的荧光粉,可避免荧光粉长时间受热而光衰,以延长使用寿命。
发明发光二极管封装结构,其在一功效在于该发光二极管设有复数层光学胶材,而每一光学胶材均掺杂荧光粉,可使荧光粉能够均匀分布于光学胶材内,使出光色温均匀。
附图说明
图1是现有技术发光二极管封装结构示意图;
图2是发明发光二极管封装结构第一实施例示意图;
图3是发明发光二极管封装结构第一实施例光路示意图;
图4是发明发光二极管封装结构第二实施例的示意图;
图5是发明发光二极管封装结构第三时实施例的示意图;
图6是发光二极管封装结构照度-时间折线分布图。
附图标记说明:1-白光发光二极管结构;11-蓝光发光二极管;12-反射杯;13-荧光粉;14-光学胶层;2-发光二极管封装结构;21-基座;22-发光二极管晶片;23-封装胶体;231-第一光学胶材;232-第二光学胶材;2321-第二荧光粉;3-发光二极管封装结构;31-基座;32-发光二极管晶片;33-封装胶体;331-第一光学胶材;3311-第一荧光粉;332-第二光学胶材;3321-第二荧光粉;4-发光二极管封装结构;41-基座;42-发光二极管晶片;43-封装胶体;431-第一光学胶材;432-第二光学胶材;4321-第二荧光粉;51-现有技术发光二极管封装结构照度-时间分布折线;52-发明发光二极管封装结构照度-时间分布折线.
具体实施方式
为使贵审查委员能清楚了解发明的内容,谨以下列说明搭配图式,敬请参阅。
请参阅图2所示,其是发明发光二极管封装结构第一实施例的示意图。图中,该发光二极管封装结构2包含一基座21、一发光二极管晶片22及一封装胶体23。
在本实施例中,该基座21是一发光二极管反射杯。而该发光二极管晶片22为一蓝光发光二极管,其受驱动后可发出450~460nm左右的波长,其设置于该基座21内的底侧。该封装胶体23则包含一第一光学胶材231及一第二光学胶材232。该第一光学胶材231可为环氧树脂(Epoxy)或硅树脂,并包覆于该发光二极管晶片22。该第二光学胶材232可为环氧树脂(Epoxy)或硅树脂,设于该第一光学胶材231的一侧并填满该基座21容置空间。该第二光学胶材232掺杂一第二荧光粉2321。其中,该第二光学胶材232所掺杂的该第二荧光粉2321的浓度分布方式,由掺杂至所述的这些第二光学胶材232处分别朝向该发光二极管晶片22方向,依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化。而在本实施例中,该第二荧光粉2321可为钇铝石榴石(YAG)荧光粉(Y3Al5O12)及其衍生物,或为铽铝石榴石(TAG)荧光粉(Tb3Al5O12)及其衍生物。
请参照图3,其是发明发光二极管封装结构第一实施例光路示意图。当驱动该发光二极管封装结构而使该发光二极管晶片22发光时,使该第二荧光粉2321受到激发而产生约550~560nm波长的黄光,而当蓝光发光二极管发光晶片22所产生的蓝光与此黄光混光后,便产生白光。由于邻近该发光二极管晶片22的该第一光学胶材231未掺杂任何荧光粉,而可避免现有技术因荧光粉太接近该发光二极管晶片22,而散热不良而光衰,导致效率降低及产品合格率降低的情况,以减少照度衰减率及延长使用寿命。
请参照图4,其是发明发光二极管封装结构第二实施例的示意图。图中,该发光二极管封装结构3包含一基座31、一发光二极管晶片32及一封装胶体33。该封装胶体33包含一第一光学胶材331及一第二光学胶材332。该第二光学胶材332掺杂一第二荧光粉3321。在本实施例中,该基座31、该发光二极管晶片32及该第二光学胶材332的结构与功能与第一实施例相同,在此不再赘述。本实施例与第一实施例的差异在于为提高亮度,于该第一光学胶材331内更掺杂一第一荧光粉3311。为避免荧光粉因受热而光衰,该第一荧光粉3311的平均掺杂浓度低于该第二荧光粉3321。此外,该第一荧光粉3311的浓度分布,由掺杂至该第一光学胶材331处朝向该发光二极管晶片32方向,依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化。另外,该第一光学胶材331的厚度可随设计需求而变化。当厚度越厚,其亮度减少率越多。当该第一光学胶材331的厚度为0.3毫米以下时,该发光二极管封装结构3的亮度约减少3%。而该第一光学胶材331的厚度约为0.5毫米时,该发光二极管封装结构3的亮度约减少7~10%。
请参阅图5,其是发明发光二极管封装结构第三实施例的示意图。图中。该发光二极管封装结构4包含一基座41、一发光二极管晶片42及一封装胶体43。该封装胶体43则包含一第一光学胶材431。在本实施例中,该基座41、该发光二极管晶片42及该第一光学胶材431的结构与功能与第一实施例相同,在此不再赘述。本实施例与第一实施例的差异在于该封装胶体43更具有复数个第二光学胶材432。各该第二光学胶材432所掺杂的该第二荧光粉4321浓度分布,由掺杂至所述的这些第二光学胶材432处分别朝向发光二极管晶片42方向,依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化,而使该封装胶体43整体的外表面侧朝向该发光二极管晶片42方向,依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的循环变化。如此,可使荧光粉更能均匀分布于该封装胶体43内,使得出光时色温分布能更均匀。
为清楚发明以多层光学胶材封装发光二极管所造成的效果,请一并参照图6所示,其是现有技术与发明发光二极管封装结构照度-时间的折线分布图。现有技术的白光发光二极管结构,由其照度-时间分布折线51观的,当使用约400小时、800小时及900小时以后,照度值与未使用时相比较约分别剩95%、92%及88%的照度值,其光衰情况相当严重,而无法作为须长时间操作的照明来使用,而发明发光二极管封装结构,由其照度-时间分布折线52观的,当使用至1100小时以前,照度值几乎没有明显的衰减变化,当使用至1600小时后,与未使用时相比较,仍约剩98%的照度值,而可大幅提升使用寿命。
综上所述,发明发光二极管封装结构,其功效在于该发光二极管封装结构设有复数层光学胶材,可使邻近该发光二极管晶片的光学胶材不掺杂或掺杂较少的荧光粉,可避免荧光粉长时间受热而光衰,以延长使用寿命。
发明发光二极管封装结构,其在一功效在于该发光二极管设有复数层光学胶材,而每一光学胶材均掺杂荧光粉,可使荧光粉能够均匀分布于光学胶材内,使出光色温均匀。
以上说明对发明而言只是说明性的,而非限制性的,本领域普通技术人员理解,在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下,可作出许多修改、变化或等效,但都将落入发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构,其特征在于,包含:
一基座;
一发光二极管晶片,设置于该基座内;及
一封装胶体,包含:
一第一光学胶材,包覆该第一发光二极管晶片;及
至少一第二光学胶材,设置于该第一光学胶材的一侧,该第二光学胶材掺杂一第二荧光粉。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构,其特征在于:该第一光学胶材掺杂一第一荧光粉,且该第一荧光粉的掺杂浓度低于该第二荧光粉。
3.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构,其特征在于:该第一荧光粉的浓度由掺杂至该第一光学胶材处朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化,该第二荧光粉的浓度由掺杂至该第二光学胶材处朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构,其特征在于:该发光二极管封装结构具有复数个第二光学胶材,且每一所述的这些第二光学胶材所掺杂的该第二荧光粉的浓度由掺杂至所述的这些第二光学胶材处分别朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的变化,而使该封装胶体整体的外表面侧朝向该发光二极管晶片方向依序呈现出中浓度-高浓度-低浓度的循环变化。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构,其特征在于:当该发光二极管晶片使用约1600小时后,该发光二极管晶片的照度值与未使用时相比较,约剩98%的照度值。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构,其特征在于:当该第一光学胶层的厚度为0.3毫米以下时,该发光二极管封装结构的亮度约减少3%。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构,其特征在于:当该第一光学胶层的厚度为0.5毫米时,该发光二极管封装结构的亮度约减少7~10%。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构,其特征在于:该基座是一个发光二极管反射杯。
9.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构,其特征在于:该第一荧光粉及该第二荧光粉是钇铝石榴石荧光粉及其衍生物。
10.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构,其特征在于:该第一荧光粉及该第二荧光粉是铽铝石榴石荧光粉及其衍生物。
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