CN103337584A - 一种白光led及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光LED及其封装方法,涉及半导体照明器件及其制造方法技术领域。包括已完成固晶和键合工艺的LED芯片,在远离LED芯片的方向设有两层以上固定在所述LED芯片表面的荧光粉胶层,每层采用的荧光粉及配比不同。分层方法为:对所有用于白光LED器件的荧光粉的激发光谱和发射光谱进行分析,按照各荧光粉吸收其它荧光粉发射光的能力分层,吸收能力最强的荧光粉封装在最里层,吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱依次向外层封装,最容易被吸收的荧光粉封装在最外层;吸收能力接近的荧光粉可以封装在同一层。使用所述方法制造的白光LED,在不提高材料成本的前提下,实现了更高的显指、更高的光效和更小的色容差。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明器件及其制造方法技术领域。
背景技术
白光LED封装技术目前主要有以下三种方式:一是几种发光颜色的LED混合封装,如用红、绿、蓝三种芯片封装在同一个器件内形成白光;二是在蓝光芯片上涂覆一定配比的红、黄、绿等荧光粉通过芯片发射的蓝光和荧光粉激发的红、黄、绿光等复合形成白光;三是在紫外芯片上涂覆一定配比的红、黄、绿、蓝等荧光粉通过激发的红、黄、绿、蓝光等合成白光。目前,最常用的方式是在蓝光芯片上涂覆一定配比的红、黄、绿等荧光粉合成白光,结构如图5和6所示。但随着白光LED的应用越来越成熟,用户对白光LED的显指、光效和色容差提出了越来越高的要求,各LED封装企业都在努力提高这些技术指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种白光LED及其封装方法,使用所述方法制造的白光LED,在不提高材料成本的前提下,实现了更高的显指、更高的光效和更小的色容差。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种白光LED,包括已完成固晶和键合工艺的LED芯片,其特征在于在远离LED芯片的方向设有两层以上固定在所述LED芯片表面的荧光粉胶层。
优选的:每层荧光粉胶层中为相同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物。
优选的:每层荧光粉胶层中为不同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物。
优选的:有的荧光粉胶层为相同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物,有的荧光粉胶层中为不同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物。
优选的:在最外侧荧光粉胶层的外侧或最内层荧光粉胶层的内侧设有透明树脂层。
一种白光LED的封装方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)对LED芯片进行固晶和键合工艺;
(2)LED芯片外侧的荧光粉胶层按照吸收其它荧光粉发射光的能力进行分层,吸收能力最强的荧光粉封装在最里层,吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱依次向外层封装,最容易被吸收的荧光粉封装在最外层;吸收其他荧光粉发射光能力接近的不同的荧光粉可以封装在同一层。
优选的:所述步骤(2)为:将吸收其它荧光粉发射光能力最强的单色或多色荧光粉与透明树脂进行充分混合后封装在最里层,按吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱的次序将单色或多色荧光粉与透明树脂充分混合后依次从内层向外层封装,最容易被吸收的单色或多色荧光粉与透明树脂充分混合后封装在最外层。
优选的:在进行步骤(2)之前首先在LED芯片的外侧通过固化工艺固化一层透明树脂层
优选的:所述方法还包括步骤(3),即在最外层荧光粉胶层的外侧通过固化工艺固化一层透明树脂层。
优选的:荧光粉与透明树脂的混合物厚度为100um-4mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述封装方法的原理在于,按照吸收其它荧光粉发射光的能力分层,吸收能力最强的荧光粉封装在最里层,吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱依次向外层封装,最容易被吸收的荧光粉封装在最外层;吸收能力接近的荧光粉可以封装在同一层。发射光谱可以直接出射,各波长出射光的损失都很少,保证了出射光谱的连续性,所以能保证更高的显色指数和出射效率。所述方法根据荧光粉的不同特性进行分层封装,无论荧光粉胶体凝固过程中相关参数如何变化,也能保证不同特性荧光粉在物理结构上正确的上下层次关系,避免了凝固过程中荧光粉沉降错层程度不同造成的光色离散性,降低了批量LED产品的色容差。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例一的第一种结构示意图;
图2是本发明实施例一的第二种结构示意图;
图3是本发明实施例二的第一种结构示意图;
图4是本发明实施例二的第二种结构示意图;
图5是现有技术的第一种结构示意图;
图6是现有技术的第二种结构示意图;
图7是铝酸盐黄色荧光粉的激发光谱;
图8是铝酸盐黄色荧光粉的发射光谱;
图9是氮化物橙红色荧光粉的激发光谱;
图10是氮化物橙红色荧光粉的发射光谱;
图11是紫外激发的蓝光荧光粉的激发光谱;
图12是紫外激发的蓝光荧光粉的发射光谱;
图13是紫外激发的绿光荧光粉的激发光谱;
图14是紫外激发的绿光荧光粉的发射光谱;
图15是已完成固晶和键合工艺的LED芯片结构示意图;
图16是氮化物深红色荧光粉激发光谱;
图17是氮化物深红色荧光粉发射光谱;
图18是硅酸盐橙红色荧光粉激发光谱;
图19是硅酸盐橙红色荧光粉发射光谱;
图20是镥铝酸盐绿色荧光粉激发光谱;
图21是镥铝酸盐绿色荧光粉发射光谱;
图22是实施例一的面光源结构示意图;
图23是实施例二的面光源结构示意图;
其中:1、LED芯片 2、荧光粉胶层 3、透明树脂层 4、混合荧光粉胶层 5、封装腔体。
具体实施方式
针对LED荧光粉胶层,对荧光粉配比中各组分荧光粉的激发光谱和发射光谱做细致研究,通过分析荧光粉之间的相互激发、相互吸收情况,以减少发射光的互相吸收、提高整体出光效率或提高某种波长光的出射效率为原则,确定最合理的封装分层方案和层次顺序,依据确定的分层封装方案分别调配每层的荧光粉胶,逐层封装,最终形成两层或两层以上的荧光粉胶层结构,结构如图1-4所示为点光源的形式,如图22-23所示为面光源的形式。
一种白光LED,包括已完成固晶和键合工艺的LED芯片,如图15所示,在远离LED芯片的方向设有两层以上固定在所述LED芯片表面的单色荧光粉胶层,优选的为了整体结构牢固,在最外侧荧光粉胶层的外侧或最内侧荧光粉胶层的内侧设有透明树脂层。
一种白光LED的封装方法,包括以下步骤:
(1)对LED芯片进行固晶和键合工艺;
(2)用于白光LED器件上的各品种荧光粉被指定用于哪一层的分层方法有两种:一是按照吸收其它荧光粉发射光的能力分层,吸收能力最强的荧光粉封装在最里层,吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱依次向外层封装,最容易被吸收的荧光粉封装在最外层;吸收能力接近的荧光粉可以封装在同一层。二是按照荧光粉的发射波长分层,发射波长越长越靠近里层封装,发射波长越短越靠近外层封装;允许将发射波长在同一颜色区域内的荧光粉封装在同一层。
将吸收其它荧光粉发射光能力最强的单色或多色荧光粉与透明树脂进行充分混合后封装在最里层,按吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱的次序将单色或多色荧光粉与透明树脂充分混合后依次从内层向外层封装,最容易被吸收的单色或多色荧光粉与透明树脂充分混合后封装在最外层。
对应于结构所述方法还可以包括步骤(3),即在最外侧荧光粉胶层的外侧通过固化工艺固化一层透明树脂层,或在进行步骤(2)之前在最内侧荧光粉胶层的内侧通过固化工艺固化一层透明树脂。荧光粉与透明树脂的混合物厚度为100um-4mm;荧光粉与透明树脂的配比一般是在0.1:100-20:100之间。
实施例一:采用目前常用的如图7-10所示光谱的铝酸盐黄色荧光粉(1#荧光粉)和氮化物橙红色荧光粉(2#荧光粉)封装3000K色温的LED集成封装光源模块。
首先准备好100片如图15所示的LED模块半成品,此半成品采用了455~457.5nm波长的芯片,并且已经完成LED芯片的固晶和键合的工艺。
然后通过分析确认采用先封装2#荧光粉层再封装1#荧光粉层的方案。将2#荧光粉和透明硅胶按照0.6:100的比例混合均匀,涂覆在上述半成品的芯片上面,调整涂覆胶量至产品X色坐标为0.280,,然后通过固化工艺使第一层荧光粉胶体凝固;这时将1#荧光粉和透明硅胶按照8.5:100的比例混合均匀,涂覆在上述已涂覆2#荧光粉胶体的半成品上,调整涂覆胶量至产品X色坐标为0.434,再次通过固化工艺使第二层荧光粉胶体凝固。采用不同芯片和荧光粉时比例、坐标数值会有所不同。封装完的结构如图1所示。
测得产品最终色温在2975K~3045K之间,显指大于85、光效在130lm/W以上,色容差按照能源之星3000K标准色坐标测试均在3SDCM以内。
实施例二:采用如图9-14所示光谱的氮化物橙红色荧光粉(2#荧光粉)、铝酸盐绿色荧光粉(3#荧光粉)和铝酸盐蓝色荧光粉(4#荧光粉)封装3000K色温的LED集成封装光源模块。
首先准备好100片如图15所示的LED模块半成品,此半成品采用了380~385nm波长的芯片,并且已经完成LED芯片的固晶和键合的工艺。
然后通过分析确认采用先封装2#荧光粉层再封装3#荧光粉层最后封装4#荧光粉层的方案。将2#荧光粉和透明硅胶按照0.6:100的比例混合均匀,涂覆在上述半成品的芯片上面,产品X色坐标做到0.624,,然后通过固化工艺使第一层荧光粉胶体凝固;这时将3#荧光粉和透明硅胶按照8.5:100的比例混合均匀,涂覆在上述已涂覆2#荧光粉胶体的半成品上,调整涂覆胶量至产品X色坐标为0.484,再次通过固化工艺使第二层荧光粉胶体凝固;最后将4#荧光粉和透明硅胶按照0.4: 50的比例混合均匀,涂覆在上述已涂覆两层荧光粉胶体的半成品上,调整涂覆胶量至产品X色坐标为0.4338,继续通过固化工艺使第三层荧光粉胶体凝固,采用不同荧光粉时比例、坐标数值会有所不同。封装完的产品结构如图3所示。
测得产品最终色温在2975K~3045K之间,显指大于90、光效在100lm/W以上,色容差按照能源之星3000K标准色坐标测试均在3SDCM以内。
实施例三,采用如图7、8、20、21所示光谱的铝酸盐黄色荧光粉、镥铝酸盐绿色荧光粉混合粉(5#荧光粉)和图16、17、18、19所示光谱的氮化物深红色荧光粉、硅酸盐橙红色荧光粉混合粉(6#荧光粉)封装4000K色温的白光LED。
首先准备好100片如图15所示的LED模块半成品,此半成品采用了455~457.5nm波长的芯片,并且已经完成LED芯片的固晶和键合工艺。
然后通过分析确认采用先封装6#荧光粉层再封装5#荧光粉层的方案。将6#荧光粉和透明硅胶按照0.5:100的比例混合均匀,涂覆在上述半成品的芯片上面,调整涂覆胶量至产品X色坐标为0.215,然后通过固化工艺使第一层荧光粉胶体凝固;这时将5#荧光粉和透明硅胶按照6.5:100的比例混合均匀,涂覆在上述已涂覆2#荧光粉胶体的半成品上,调整涂覆胶量至产品X色坐标为0.380,再次通过固化工艺使第二层荧光粉胶体凝固。采用不同芯片和荧光粉时比例、坐标数值会有所不同。封装完的结构如图1所示。
测得产品最终色温在3900K~4100K之间,显指大于90、光效在125lm/W以上,色容差按照IEC F4000标准色坐标测试均在3SDCM以内。
目前应用最多的LED封装方式是采用蓝光LED芯片上涂覆黄色荧光粉合成白光的方式,在显指要求比较高的情况下荧光粉配比方式大多采用发射波长为黄绿光和发射波长为红光的两种以上的荧光粉混合起来使用。图7-10所示是目前常用的一种铝酸盐黄色荧光粉和一种氮化物橙红色荧光粉的激发光谱和发射光谱图。从图中可见,铝酸盐荧光粉的激发光谱在大于500nm时已经很小,逐渐趋于0,发射光谱在500nm就已经有较高水平;而氮化物荧光粉的激发光谱直到500nm都还有很高的被激发能力,发射光谱从550nm才从极低水平开始。
传统荧光粉层的封装方法是将这两种荧光粉与硅胶混合均匀然后涂覆在LED芯片的外面,当LED工作时,混合在一起的氮化物荧光粉会很容易吸收铝酸盐荧光粉受蓝光芯片激发而出射的较短波长的蓝绿光,从而产生二次激发,造成二次激发的能量损失,并且会降低出射光谱中500nm左右的蓝绿光所占的比例,造成显指的降低。
采取本发明的单色荧光粉胶层分层封装的方法,则可以将氮化物荧光粉与硅胶混合均匀后涂覆在LED芯片外面,将铝酸盐荧光粉与硅胶混合均匀后涂覆在氮化物荧光粉胶层粉外面。这样,当LED工作时,氮化物荧光粉受LED激发发射出的光谱在穿过铝酸盐荧光粉层时,因为氮化物荧光粉的发射光谱基本上不符合铝酸盐荧光粉的激发光谱所以很少被吸收,而铝酸盐荧光粉因为在外层,其发射光谱可以直接出射,其各波长出射光的损失都很少,保证了出射光谱的连续性,所以能保证更高的显色指数和出射效率。
不同光色、不同比重、不同粒度或不同形貌的荧光粉,如果被混合在一起调配荧光粉胶体,直接灌封在LED芯片上方,会因为荧光粉的沉降速度不一致产生各组分荧光粉沉降错层的现象,使荧光粉在同一层面上存在的比例与荧光粉混合时的配比产生偏差,造成LED产品的发射光谱在封装过程中产生凝固前后的坐标偏移。这种坐标偏移现象在LED集成光源封装的方式中更加明显。又因为胶体调配每个LED产品灌封的时间存在差异、环境温度湿度经常会发生变化、各批次荧光粉粒度或形貌有可能存在差异,这些因素都会影响各组分荧光粉沉降错层的程度,进而影响到LED产品在封装过程中凝固前后的坐标偏移量,造成LED产品严重的光色离散性,使批量LED产品产生较大的色容差,难以控制。
目前为了解决这种问题有采用加速沉降工艺或长时间静置沉降等方法,这些方法的目的都是使每个LED的荧光粉全部沉降到荧光粉胶层的最底部,来保证荧光粉沉降的一致性。但这种方法还存在一些问题如:对于大尺寸的集成LED光源还没有合适的设备来实现;因为荧光粉全部沉降到了底部,对于需要荧光粉浮在LED产品表面的LED面光源产品则不适合此工艺方法。
本发明的方法采用了根据荧光粉的不同特性分层封装的方法,无论荧光粉胶体凝固过程中相关参数如何变化,也能保证不同特性荧光粉在物理结构上正确的上下层次关系,避免了凝固过程中荧光粉沉降错层程度不同造成的光色离散性,降低了批量LED产品的色容差。
Claims (10)
1.一种白光LED,包括已完成固晶和键合工艺的LED芯片(1),其特征在于在远离LED芯片的方向设有两层以上固定在所述LED芯片表面的荧光粉胶层(2)。
2.根据权利要求1所述的一种白光LED,其特征在于每层荧光粉胶层(2)中为相同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种白光LED,其特征在于每层荧光粉胶层(2)中为不同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种白光LED,其特征在于有的荧光粉胶层(2)为相同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物,有的荧光粉胶层(2)中为不同颜色的荧光粉与透明树脂的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种白光LED,其特征在于在最外侧荧光粉胶层(2)的外侧或最内层荧光粉胶层的内侧设有透明树脂层(3)。
6.一种白光LED的封装方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)对LED芯片进行固晶和键合工艺;
(2)LED芯片外侧的荧光粉胶层按照吸收其它荧光粉发射光的能力进行分层,吸收能力最强的荧光粉封装在最里层,吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱依次向外层封装,最容易被吸收的荧光粉封装在最外层;吸收其他荧光粉发射光能力接近的不同的荧光粉可以封装在同一层。
7.根据权利要求6所述的一种白光LED的封装方法,其特征在于所述步骤(2)为:将吸收其它荧光粉发射光能力最强的单色或多色荧光粉与透明树脂进行充分混合后封装在最里层,按吸收其它荧光粉发射光能力从强到弱的次序将单色或多色荧光粉与透明树脂充分混合后依次从内层向外层封装,最容易被吸收的单色或多色荧光粉与透明树脂充分混合后封装在最外层。
8.根据权利要求6所述的一种白光LED的封装方法,其特征在于在进行步骤(2)之前首先在LED芯片的外侧通过固化工艺固化一层透明树脂层。
9.根据权利要求6所述的一种白光LED的封装方法,其特征在于所述方法还包括步骤(3),即在最外层荧光粉胶层的外侧通过固化工艺固化一层透明树脂层。
10.根据权利要求7所述的一种白光LED的封装方法,其特征在于荧光粉与透明树脂的混合物厚度为100um-4mm。
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131002 |