CN103219449B - Led封装结构及led封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED封装结构，包括PCB板、反射层、透光载体、发光层、LED芯片以及硅胶层，反射层设置于PCB板上，反射层上设有开口区域，且PCB板部分裸露于开口区域；透光载体设置于反射层上，并与反射层及开口区域裸露的PCB板围成空腔；LED芯片设在开口区域裸露的PCB板上；硅胶层设在空腔内用于密封LED芯片；发光层设置于透光载体上。该LED封装结构具有发光效率较高、使用寿命较长、光色一致性较好等优点。此外，本发明还提供一种LED封装方法。

Description

LED封装结构及LED封装方法

技术领域

本发明涉及LED照明领域，特别是涉及一种LED封装结构及LED封装方法。

背景技术

市场上制作照明灯具和背光产品使用的光源主要是SMD（Surface MountedDevices，表面贴装器件）封装的LED光源与COB（Chip On Board，板上芯片封装）封装的LED光源。但是SMD封装的成本较高，且得到的光源存在光色均匀性和一致性较差的问题。因此，SMD封装正逐步被成本相对较低的COB封装取代。COB封装不仅能够制造大功率的LED光源产品，且得到的光源具有热阻小、光线相对较均匀、应用方便等优点。

传统的COB封装的LED光源通常是直接在蓝色或紫色LED芯片上涂覆荧光粉，由于荧光粉直接涂覆在LED芯片上，LED芯片产生的高热量会导致荧光粉高温老化，进而影响LED光源的使用寿命。而且LED芯片产生的高热量还会导致荧光粉的激发效率降低，从而导致成品光源的发光效率大大低于理论发光效率。此外，直接在LED芯片上涂覆荧光粉，荧光粉涂覆层受LED芯片结构的影响，会存在荧光粉分布不均匀的问题，从而导致光色一致性较差，出现同一块COB封装的LED光源不同区域颜色不一致的现象。

发明内容

基于此，有必要提供一种发光效率较高且使用寿命较长的LED封装结构。

一种LED封装结构，包括PCB板、反射层、透光载体、发光层、LED芯片以及硅胶层，所述反射层设置于所述PCB板上，所述反射层上设有开口区域，且所述PCB板部分裸露于所述开口区域；所述透光载体设置于所述反射层上，并与所述反射层及所述开口区域裸露的PCB板围成空腔；所述LED芯片设在所述开口区域裸露的PCB板上；所述硅胶层设在所述空腔内用于密封所述LED芯片；所述发光层设置于所述透光载体上。

在其中一个实施例中，所述LED芯片与所述PCB板之间设置有具有反射性能的半导体层，所述半导体层由所述硅胶层与所述PCB板配合密封。

在其中一个实施例中，所述硅胶层与所述透光载体之间设有空气隙。

在其中一个实施例中，所述硅胶层距离所述PCB板较远的表面为平面结构或者为球面结构。

在其中一个实施例中，具有所述球面结构的表面的直径为3.0～5.0mm。

在其中一个实施例中，所述透光载体为滤光片、光学玻璃或光学级聚对苯二甲酸乙二醇酯板。

在其中一个实施例中，所述发光层为含有荧光粉与硅胶的薄片，其中，所述荧光粉与所述硅胶的质量比为1:5～1:15，所述硅胶的折射率大于或等于1.51；所述发光层的厚度为0.05～0.3mm。

在其中一个实施例中，所述发光层中还含有钛白粉，所述钛白粉的质量占所述发光层质量的1%～5%。

在其中一个实施例中，所述LED芯片为蓝光LED芯片，所述荧光粉为黄色荧光粉。

上述LED封装结构中的发光层与LED芯片是分开的，没有直接接触，可以减缓由于发光层直接涂覆在LED芯片上，LED芯片产生的高热量导致发光层高温老化的问题，从而使得上述LED封装结构具有较长的使用寿命。而且还可以避免因高温而导致发光层激发效率降低，成品光源的发光效率大大低于理论发光效率的问题，从而上述LED封装结构具有相对较高的发光效率。此外，上述LED封装结构采用发光层替代传统的荧光粉涂覆层，发光层不受LED芯片的结构的影响，从而可以克服传统的荧光粉涂覆层中因荧光粉分布不均匀而导致LED封装结构光色一致性较差的问题，进而使得上述LED封装结构具有较好的光色一致性。

一种LED封装方法，包括如下步骤：

将具有开口区域的反射层通过焊接或胶粘连的方式固定于PCB板上，所述PCB板部分裸露于所述开口区域；

通过胶粘连的方式将LED芯片固定于所述开口区域裸露的PCB板上；

在所述开口区域涂覆硅胶层，用于密封所述LED芯片；

通过胶粘连的方式将透光载体固定于所述反射层上，且所述透光载体与所述反射层构成内含所述LED芯片及硅胶层的结构；

在所述透光载体上涂覆发光层。

上述LED封装方法工艺简单，适合工业化生产。制备得到的LED封装结构具有发光效率较高、使用寿命较长、光色一致性较好等优点。

附图说明

图1为一实施方式的LED封装结构的结构示意图；

图2为一实施方式的LED封装方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对LED封装结构及封装方法进行进一步的说明。

如图1所示，一实施方式的LED封装结构100，包括PCB板110、反射层120、透光载体130、发光层140、LED芯片150、硅胶层160、半导体层170以及导线180。

反射层120设置于PCB板110上，且反射层120上设有开口区域，PCB板110部分裸露于开口区域。透光载体130设置于反射层120上，并与反射层120及开口区域裸露的PCB板围成空腔。发光层140设置于透光载体130上。LED芯片150设在开口区域裸露的PCB板上，且空腔中填充有硅胶层160，用于密封LED芯片150。

在本实施方式中，反射层120由金属铝制成，其开口区域的内壁经过镜面抛光处理，具有较高的反射特性，适合用于大功率（1W以上）LED光源的封装。在其他实施方式中，反射层120也可以由塑料PPA（聚对苯二酰对苯二胺）制成，其开口区域的内壁经过镜面抛光处理，也具有较高的反射特性，适合用于中等功率（0.5～1W）LED光源的封装。反射层120也可以由其他具有低反射性的材料制成，而在反射层120的开口区域的内壁上涂覆高反射特性的材料，也可以满足要求。

在本实施方式中，透光载体130为滤光片，可以使得被选择的光线透过透光载体130，未被选择的光线在透光载体130表面反射。在其他实施方式中，透光载体130还可以为光学玻璃或光学级聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，polyethylene terephthalate）板。

发光层140为含有荧光粉与硅胶的薄片，荧光粉与硅胶的质量比为1:5～1:15。在制备的过程中需要先将荧光粉与硅胶混合均匀，再利用涂布机制备得到厚度一致的薄片。通常需要选择高粘度、高折射率的透明硅胶，如选用粘度大于或等于8000cp的透明硅胶，折射率大于或等于1.51的硅胶。由于发光层140为含有荧光粉与硅胶的薄片，而薄片加工技术已经非常成熟，从而可以使得发光层140中的荧光粉均匀性极高，可以避免由于荧光粉分布不均而导致LED封装结构光色一致性较差的问题，进而使得上述LED封装结构具有较好的光色一致性。另外，可以在发光层140中加入钛白粉，钛白粉的质量占发光层140质量的1%～5%。因为钛白粉具有高折射率、高稳定性，同时能有效防止发光层140因长时间使用后出现开裂的问题，且能增强发光层140在透光载体130上的附着力。实验证明，加入1～5%的钛白粉，可减少荧光粉的使用量10%～15%，而亮度只减少2～5%，具有较高的经济性。

在本实施方式中，发光层140的厚度为0.05～0.3mm，优选为0.1mm。可以理解，发光层140太厚，部分光线会因为传播路程远而损失，并转化为热量，使得发光层140的温度升高。而且太厚的发光层也不利于激发光对发光层140的激发。而发光层140太薄，会导致大量的激发光未照射并激发发光层140，而直接射入到外界，从而导致激发光的使用效率较低，同时会影响整体光源的颜色，使得光源的颜色偏激发光的颜色。

荧光粉可以是黄色、红色、绿色等荧光粉，LED芯片可以是蓝光或紫光LED芯片。在具体应用中，荧光粉颜色的选择需与LED芯片的发光颜色相匹配，从而得到需要的LED光源。在本实施方式中，LED芯片为蓝光LED芯片，荧光粉选用黄色荧光粉。

LED芯片150设在开口区域裸露的PCB板上，并通过导线180与裸露PCB板电连接。导线180可以选用金线、合金线等。

在本实施方式中，在LED芯片150与PCB板110之间还设置有具有高反射性能的半导体层170，半导体层170由硅胶层160与PCB板110配合密封。具有高反射性能的半导体层170能够增加LED芯片150发出的光直射或经反射层120反射向底层的光的反射，从而提高LED芯片的出光效率。进而能有效改善因传统的LED封装结构直接将LED芯片150固定在PCB焊盘上，而一般的焊盘均是反射效率较低的沉金，进而导致LED芯片150的出光效率低的问题。而且具有高反射性能的半导体层170还能够与PCB板电连接。在本实施方式中，半导体层170优选为单晶硅。

硅胶层160设在透光载体130、反射层120及反射层120开口区域裸露的PCB板围成的空腔内，用于密封LED芯片150，其中，硅胶层160中的硅胶的折射率大于或等于1.51。硅胶层160距离PCB板110较远的面为平面结构或者为球面结构。对于中等功率（0.5～1W）的LED封装结构，优选平面结构，平面结构加工简单，能减少加工成本。对于大功率（1W以上）的LED封装结构，优选球面结构，球面结构的加工过程虽然较复杂，但是球面结构能提升LED封装结构的出光效果。研究表明，当LED芯片150位于球面结构的球心位置，球面结构的直径为3.0～5.0mm时，提升LED封装结构的出光效果更好。

在本实施方式中，硅胶层160与透光载体130之间设置有空气隙。研究表明，空气隙能显著的提升LED光源的亮度，空气隙的高度为1～3mm时，LED光源的亮度的提升的幅度在5%～10%之间。

上述LED封装结构工作时，蓝色LED芯片发出蓝光，部分蓝光直接射向滤光片，部分蓝光经半导体层及反射层反射至滤光片，根据光的偏振原理设计滤光片，使得98%以上的蓝光通过滤光片到达发光层，从而激发黄色荧光粉发黄光。由于荧光粉是一颗颗细小的颗粒，受激发后，激发光向360度的范围内发射。从而将近50%的激发光从发光层的正面射出，将近50%的激发光反方向射向滤光片。根据光的偏振原理，使得滤光片对蓝光以外的光线的反射率高达95%以上，从而射向滤光片的50%的激发光经过一次或多次反射后从发光层的正面射出。从而显著的减少黄光直射或反射回硅胶层内部以及反射层的内壁上，显著的降低黄光的损耗，从而使得上述LED封装结构具有较高的发光效率。

上述LED封装结构中的发光层与LED芯片是分开的，没有直接接触，可以减缓由于发光层直接涂覆在LED芯片上，LED芯片产生的高热量导致发光层高温老化的问题，从而使得上述LED封装结构具有较长的使用寿命。而且还可以避免因高温而导致发光层激发效率降低，成品光源的发光效率大大低于理论发光效率的问题，从而上述LED封装结构具有相对较高的发光效率。此外，上述LED封装结构采用发光层替代传统的荧光粉涂覆层，发光层不受LED芯片的结构的影响，从而可以克服传统的荧光粉涂覆层中因荧光粉分布不均匀而导致LED封装结构光色一致性较差的问题，进而使得上述LED封装结构具有较好的光色一致性。

在本实施方式中，还提供一种LED封装方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤S210，将具有开口区域的反射层通过焊接或胶粘连的方式固定于PCB板上，PCB板部分裸露于开口区域。

步骤S220，通过胶粘连的方式将LED芯片固定于开口区域裸露的PCB板上。

步骤S230，在开口区域涂覆硅胶层，用于密封LED芯片。

步骤S240，通过胶粘连的方式将透光载体固定于反射层上，且透光载体与反射层构成内含LED芯片及硅胶层的结构。

步骤S250，在透光载体上涂覆发光层。

上述LED封装方法工艺简单，适合工业化生产。制备得到的LED封装结构具有发光效率较高、使用寿命较长、光色一致性较好等优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种LED封装结构，其特征在于，包括PCB板、反射层、透光载体、发光层、LED芯片、具有反射性能的半导体层以及硅胶层，所述反射层设置于所述PCB板上，所述反射层上设有开口区域，且所述PCB板部分裸露于所述开口区域；所述透光载体设置于所述反射层上，并与所述反射层及所述开口区域裸露的PCB板围成空腔；所述LED芯片设在所述开口区域裸露的PCB板上，并且通过导线与所述开口区域裸露的PCB板电连接；所述具有反射性能的半导体层设置在所述LED芯片与所述PCB板之间，并且由所述硅胶层与所述PCB板配合密封；所述硅胶层设在所述空腔内用于密封所述LED芯片；所述发光层设置于所述透光载体上，所述发光层中含有钛白粉，所述钛白粉的质量占所述发光层质量的1％～5％。

2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述硅胶层与所述透光载体之间设有空气隙。

3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述硅胶层距离所述PCB板较远的表面为平面结构或者为球面结构。

4.根据权利要求3所述的LED封装结构，其特征在于，具有所述球面结构的表面的直径为3.0～5.0mm。

5.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述透光载体为滤光片、光学玻璃或光学级聚对苯二甲酸乙二醇酯板。

6.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述发光层为含有荧光粉与硅胶的薄片，其中，所述荧光粉与所述硅胶的质量比为1:5～1:15，所述硅胶的折射率大于或等于1.51；所述发光层的厚度为0.05～0.3mm。

7.根据权利要求6所述的LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片为蓝光LED芯片，所述荧光粉为黄色荧光粉。

8.一种LED封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将具有开口区域的反射层通过焊接或胶粘连的方式固定于PCB板上，所述PCB板部分裸露于所述开口区域；

在所述开口区域裸露的PCB板上设置具有反射性能的半导体层；

通过胶粘连的方式将LED芯片固定于所述具有反射性能的半导体层上，用导线将所述LED芯片和所述开口区域裸露的PCB板电连接；

在所述开口区域涂覆硅胶层，用于密封所述LED芯片和所述具有反射性能的半导体层；

通过胶粘连的方式将透光载体固定于所述反射层上，且所述透光载体与所述反射层构成内含所述LED芯片及硅胶层的结构；

在所述透光载体上涂覆发光层，所述发光层中含有钛白粉，所述钛白粉的质量占所述发光层质量的1％～5％。