CN103137830B - 一种导光棒式白光led封装结构 - Google Patents

一种导光棒式白光led封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导光棒式白光LED封装结构，包括透明导光棒、封装在透明导光棒中的荧光粉、封装在透明导光棒一端的LED芯片和反射镜、环绕在透明导光棒一端周向表面的荧光粉膜，以及与LED芯片连接的电极，荧光粉膜与LED芯片设置在透明导光棒的同一侧，且LED芯片位于荧光粉膜环绕而成的环内，LED芯片的法向与透明导光棒的轴向平行，反射镜的镜面与透明导光棒的轴向垂直。本发明可以降低光散射损失，提升白光效率，光色性能可以通过改变透明导光棒的长度调节，同时增加了荧光粉和芯片的距离，减少了芯片产生的热所造成的荧光粉性能劣化，也使得白光效率进一步改善。

Description

一种导光棒式白光LED封装结构
技术领域
本发明属于光电子技术领域，涉及白光发光二极管（LED）封装结构，尤其是一种全反射侧向出光式白光LED封装结构。
背景技术
LED是一种能发光的半导体电子元件，其物理性质已为人熟知，并在照明和显示行业得到广泛应用。
目前常见的白光LED技术，是使用LED芯片所产生的蓝光，激发涂布在芯片上方或周围的荧光粉，荧光粉受激发后发出绿光、黄光或红光，与LED芯片的蓝光搭配而产生白光。另外还有一种与之相近的白光LED技术，其使用紫外LED芯片所产生的紫外光，激发涂布在芯片上方或周围的荧光粉，发出蓝光、绿光或红光，混合出白光。美国专利US005998925A、US006069440A、US006600175A、US006614179A、US007592192A、US08227273A、US005847507A、US005959316A，US006163038A、US006299498B1、US006576930B2、US006812500B2、US007592192B2、US007750359B2、US005813753A、US006614179B1、US00329988B2，中国专利CN102593269A、CN1870309A、CN101702421B、CN101521257B、CN102169951A、CN101320773B、CN101771129A、CN102569558A、CN101432895A和CN102110681A，均使用了类似的技术。
在上述白光LED技术中，荧光粉均直接涂布在芯片上方或环绕在芯片周围，所得白光的光色、光效与荧光粉的浓度和用量关系很大。以最常用的蓝光芯片和黄色荧光粉组合为例，白光是由蓝光激发荧光粉得到的黄光和透过荧光粉层的蓝光混合而成，芯片和荧光粉所发出的光必须透过高浓度的荧光粉层，而荧光粉层对光会产生散射和阻挡，而造成很大的光损失。黄光的比例越高，荧光粉的用量也越多，荧光粉层造成的光损失越大。对于6000K左右的正白光LED来说，最终透过荧光粉层的出射光的比例低于50%。而对于2800K左右的暖白光LED来说，由于使用的荧光粉量更多，最终透过荧光粉层的出射光的比例仅约30%。
为减少光通过荧光粉层时的损失，OpticsExpress期刊2009年4月第17卷第9期报道了使用蓝光通-黄光反射滤光片以提高白光LED的效率的方法。但在该方法中，芯片和荧光粉所发出的光仍需要透过高浓度的荧光粉层，不能显著提高光的出射比例。
综上所述，现有的使用荧光粉技术的白光LED封装技术存在严重的问题，即由于荧光粉层散射及阻挡等原因而导致的大量光损失，如若能解决该问题，将能大幅度提高白光LED的光出射效率。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种可显著降低光在传播过程中的损失、提高LED光效的导光棒式白光LED封装结构。
技术方案：本发明的导光棒式白光LED封装结构，包括透明导光棒、封装在透明导光棒中的荧光粉、封装在透明导光棒一端的LED芯片和反射镜、环绕在透明导光棒一端周向表面的荧光粉膜，以及与LED芯片连接的电极，荧光粉膜与LED芯片设置在透明导光棒的同一侧，且LED芯片位于荧光粉膜环绕而成的环内，LED芯片的法向与透明导光棒的轴向平行，反射镜的镜面与透明导光棒的轴向垂直。
本发明中，透明导光棒为封装有荧光粉的透明材料制成。
本发明中，LED芯片发出的是蓝光或紫外光。
本发明中，透明导光棒中的荧光粉与透明材料的重量比在0.001:1至0.1:1之间。
本发明中，透明导光棒的直径不超过5mm。
本发明设计了一个含有荧光粉的透明导光棒，蓝光或紫外光LED芯片被设置在透明导光棒的一端，LED芯片的另一侧设置反射镜。靠近LED芯片的透明导光棒的外侧设置有荧光粉膜。LED芯片发出的大部分光直接射入透明导光棒。由于透明导光棒材料的折射率比空气大，射入透明导光棒的光因发生全反射而被限制在透明导光棒中传播。少部分不满足全反射条件的光可以通过荧光粉膜将其利用。光在透明导光棒中传播时激发荧光粉发光，剩余的光从透明导光棒的另一端出射。荧光粉发出的光、被散射的光和透明导光棒另一端出射的光组成白光。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
下面以蓝光芯片和黄色荧光粉组合为例，来说明本发明的第一个益处。在透明导光棒中传播的蓝光在遇到荧光粉之前，由于光的全反射而被限制在透明导光棒中横向传播。当蓝光遇到荧光粉颗粒时，激发荧光粉发黄光，由于荧光粉的发光方向是随机的，所以部分黄光会从透明导光棒的侧柱面出射，或被荧光粉颗粒散射后出射。未能激发荧光粉发光的剩余蓝光将从透明导光棒的另一端出射。降低荧光粉的浓度，减小透明导光棒的直径，能使光在出射前受到的荧光粉的散射损失减少，白光效率也因此得到提升。因此，本发明的第一个益处是：可以降低荧光粉层所导致的光散射损失，提升白光效率。
本发明的第二个益处是，白光LED的光色性能可以通过改变透明导光棒的长度来调节。导光棒的长度越短，出射的蓝光也越多，最终形成的白光色温就越高。
本发明的另一益处是增加了荧光粉和芯片的距离，减少了芯片产生的热所造成的荧光粉性能劣化，也使得白光效率进一步改善。
附图说明
图1是依据本发明的白光LED的示意图。
图中有：1．LED芯片、2．反射镜、3．荧光粉、4．透明导光棒、5．荧光粉膜、6．电极。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明技术方案做进一步具体说明。
图1是依据本发明的白光LED的示意图。如图所示，首先选用金属、玻璃或塑料等材料，制作出与导光棒形状对应的浇注模，然后将含有荧光粉3的折射率大于或等于1.35的透明材料灌入该浇注模中。透明材料可使用硅橡胶（折射率n≈1.41）、硅树脂（折射率n≈1.54）或环氧树脂（折射率n≈1.52）等。透明材料固化后移除浇注模，可得到本实施例中的透明导光棒4。
将LED芯片1设置在反射镜2上，然后将LED芯片1和反射镜2封装在透明导光棒4的一端。
在靠近LED芯片1的透明导光棒4的外侧设置荧光粉膜5。该荧光粉膜5可以用含有荧光粉的透明材料在透明导光棒外侧直接涂布，也可以制成荧光粉胶膜后设置在透明导光棒外侧。荧光粉膜5中使用的荧光粉与透明导光棒4中的荧光粉3相同，但浓度更高。
当电极6上施加电压后时，LED芯片1会被驱动而发出蓝光或紫外光。LED芯片1发出的大部分光能够满足全反射条件，在透明导光棒4中横向传播。由于透明导光棒材料的折射率远大于空气，射入透明导光棒的光因发生全反射，被限制在透明导光棒中横向传播。光在传播过程中激发荧光粉3发光，未能激发荧光粉的光将从透明导光棒另一端出射。荧光粉3发出的光、被荧光粉颗粒散射的光和从透明导光棒另一端出射的光混合成白光。LED芯片发出的少部分不满足全反射条件的光会直接发射到荧光粉膜5所覆盖的区域，激发荧光粉膜5中的荧光粉发光，荧光粉发出的光直接出射或被散射进入透明导光棒4。
若使用蓝光LED芯片，所得白光的光色性能与透明导光棒的长度有关，透明导光棒越短，出射的蓝光也越多，最终形成的白光色温就越高。
在本实施例中，通过降低荧光粉的浓度（建议荧光粉与透明材料的重量比在0.001:1至0.1:1之间），减小透明导光棒4的直径，可以使光在出射前受到的荧光粉的散射损失减少，提高白光效率。
本发明还可以延伸得到其它的白光LED结构样式。导光棒的形状不限于圆柱形，导光棒的顶端也可以使用其它有利于出光的形状。
通过以上具体实施例的描述，可以更加清楚地说明本发明的特征和本质。但上述具体实施形式并不对本发明的范围构成限制。而且，本发明要求保护的范围还包括在权利要求范围内的各种改变和等同特征的替换。

Claims (5)

1.一种导光棒式白光LED封装结构，其特征在于，该封装结构包括透明导光棒(4)、封装在所述透明导光棒(4)中的荧光粉(3)、封装在透明导光棒(4)一端的LED芯片(1)和反射镜(2)、环绕在透明导光棒(4)一端周向表面的荧光粉膜(5)，以及与所述LED芯片(1)连接的电极(6)，所述荧光粉膜(5)与LED芯片(1)设置在透明导光棒(4)的同一侧，且LED芯片(1)位于荧光粉膜(5)环绕而成的环内，LED芯片(1)的法向与透明导光棒(4)的轴向平行，反射镜(2)的镜面与透明导光棒(4)的轴向垂直，所述透明导光棒(4)由折射率大于或等于1.35的透明材料制成。
2.根据权利要求1所述的导光棒式白光LED封装结构，其特征在于，所述荧光粉膜(5)为封装有荧光粉的透明材料制成。
3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的导光棒式白光LED封装结构，其特征在于，所述的LED芯片(1)发出的是蓝光或紫外光。
4.根据权利要求1或2任一权利要求所述的导光棒式白光LED封装结构，其特征在于，所述的透明导光棒(4)中的荧光粉(3)与制成透明导光棒(4)的透明材料的重量比在0.001:1至0.1:1之间。
5.根据权利要求1或2任一权利要求所述的导光棒式白光LED封装结构，其特征在于，所述的透明导光棒(4)的直径不超过5mm。
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