CN103887406A

CN103887406A - 多层次多介质led发光器件封装结构

Info

Publication number: CN103887406A
Application number: CN201410096137.1A
Authority: CN
Inventors: 高鞠
Original assignee: SUZHOU JINGPIN OPTICAL-ELECTRONICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiaxing Jingxing Lake Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: CN103887406B

Abstract

本发明涉及一种多层次多介质LED发光器件封装结构，包括封装基板，所述封装基板表面贴装有LED芯片；所述LED芯片被设置在所述封装基板上的第一透明漫反射层；所述第一透明漫反射层的外表面上设有第一荧光层；所述第一荧光层的外表面上设置有第二透明漫反射层，所述第二透明漫反射层的外表面上设置有第二荧光层。本发明所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，通过在漫反射层上分别设置黄色荧光粉和红色荧光粉，不仅避免了黄色和红色荧光粉混合使用造成的不均匀性问题，而且还能够减缓了荧光粉的衰减，提高了LED芯片的光效；同时也减少了封装结构内的全反射，也有利于提高发光效率。

Description

多层次多介质LED发光器件封装结构

技术领域

本发明属于LED封装的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种多层次多介质LED发光器件封装结构。

背景技术

发光二极管（LED）为固态光源，其工作原理为电子和空穴在p半导体与n半导体结处的结合。利用发光二极管(LED)的白光源可以有两种基本结构。一种为直接发光式LED的基本结构中，即通过不同颜色的LED直接发光而产生白光，例如通过包括红色LED、绿色LED和蓝色LED的组合，以及蓝色LED和黄色LED的组合来产生白光。另一种为基于LED-受激荧光粉的光源基本结构，单个LED产生的光束处于较窄的波长范围内，该光束照射到荧光材料上并激发荧光材料产生可见光。该荧光粉可以包含不同种类的荧光材料的混合物或复合物，并且由荧光粉发出的光可以包括分布在整个可见光波长范围的多条窄的发射线，使得所发出的光在人类的肉眼看来基本上呈白色。

根据实际使用的要求，LED的封装方法是多样化的，但是主流的封装方式通常是在封装基板上表面安装的“表面安装类型”。导线图案(引线)被形成在包括树脂或者陶瓷材料的封装基板的表面上，并且LED元件经由粘结剂(adhesive)例如银膏而被安装在导线图案上。LED元件的上电极利用线例如金线而被连接到另一引线。为了保护线和LED元件，填充封装树脂以形成封装树脂层。在封装树脂层中，粉状荧光体得以分散。

现有技术中，通常使用基于氮化镓基化合物半导体例如GaN、GaAlN、InGaN或者InAlGaN的蓝色LED或者近紫外LED。在所述LED中能够通过使用荧光体材料(phosphor material)而获得白色光或者其它可见光发射，荧光体材料吸收来自LED的部分或者全部发射作为激发光并且将波长转换成具有更长波长的可见光。例如：荧光粉将蓝色转变为红色和绿色波长。部分蓝色激发光不会被荧光粉吸收，而部分残余的蓝色激发光与荧光粉发出的红光和绿光混合起来。受激LED白光的另一个例子是照射荧光粉的紫外(UV)LED，所述荧光粉吸收UV光并使其转变为红、绿和蓝光。

受激LED白色光源优于直接发光式LED白色光源之处在于，其具有更好的老化程度和温度相关的色彩稳定性，以及更好的不同批次之间的色彩一致性/重复性。但是受激LED不如直接发光式LED有效率，部分原因在于荧光粉吸收光和再发光过程中的低效率。

发明内容

为了实现本发明的发明目的，本发明提供一种多层次多介质LED发光器件封装结构。

本发明所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，包括封装基板，所述封装基板表面贴装有LED芯片；其特征在于：所述LED芯片被设置在所述封装基板上的第一透明漫反射层；所述第一透明漫反射层的外表面上设有第一荧光层；所述第一荧光层的外表面上设置有第二透明漫反射层，所述第二透明漫反射层的外表面上设置有第二荧光层。

其中，所述的第二荧光层外表面设置有透明保护层。

其中，所述第一透明漫反射层由包含透明树脂和纳米无机填料的树脂组合物的固化材料形成；且所述纳米无机填料的平均粒径为20～100nm，且其含量为3～5wt%。

其中，所述第二透明漫反射层由包含透明树脂和纳米无机填料的树脂组合物的固化材料形成；且所述纳米无机填料的平均粒径为20～100nm，且其含量为8～10wt%。

其中，所述无机填料优选为选自氧化铝、氮化铝、氧化钛、钛酸钡、硫酸钡、碳酸钡、氧化锌、氧化镁、氮化硼、氧化硅、氮化硅、氮化镓或氧化锆中的一种或几种。

其中，所述的LED芯片为具有350nm到480nm的波长的蓝色LED芯片。

其中，所述第一荧光层和第二荧光层中还包含非荧光材料，例如金属颗粒、陶瓷颗粒等。

本发明所述的多层次多介质LED发光器件封装结构与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，通过在漫反射层上分别设置黄色荧光粉和红色荧光粉，不仅避免了黄色和红色荧光粉混合使用造成的不均匀性问题，而且还能够减缓了荧光粉的衰减，提高了LED芯片的光效；同时也减少了封装结构内的全反射，也有利于提高发光效率。

附图说明

图1为本发明所述的多层次多介质LED发光器件封装结构的结构示意图。

图2为实施例1所述的多层次多介质LED发光器件封装结构的激发光谱图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，包括封装基板10，所述封装基板10表面贴装有LED芯片20；所述LED芯片20被设置在所述封装基板10上的第一透明漫反射层30；所述第一透明漫反射层30的外表面上设有第一荧光层40；所述第一荧光层40的外表面上设置有第二透明漫反射层50，所述第二透明漫反射层50的外表面上设置有第二荧光层60；所述的第二荧光层60外表面设置有透明保护层70。所述第一透明漫反射层由包含透明树脂和纳米无机填料的树脂组合物的固化材料形成；且所述纳米无机填料的平均粒径为20～100nm，且其含量为3～5wt%。所述第二透明漫反射层由包含透明树脂和纳米无机填料的树脂组合物的固化材料形成；且所述纳米无机填料的平均粒径为20～100nm，且其含量为8～10wt%。所述无机填料优选为选自氧化铝、氮化铝、氧化钛、钛酸钡、硫酸钡、碳酸钡、氧化锌、氧化镁、氮化硼、氧化硅、氮化硅、氮化镓或氧化锆中的一种或几种。通过设置不同比例的纳米无机材料，从而使得所述第一透明漫反射层具有比所述第二透射漫反射层具有低的反射率，从而有利于提高光的激发效率和出光效率。在本发明中，所述的LED芯片为具有450nm波长的蓝色LED芯片，所述第一荧光层在蓝光激发下发射黄光；所述第二荧光层在蓝光激发下发射红光。所述荧光层例如可以通过将所述荧光粉可以分散在有机透明介质中形成，所述有机透明介质为硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂或聚氨酯树脂。此外为了改善和增强所述包含荧光粉的材料的反射、漫反射效果以及为了提高散热效果，在所述的含有光粉的材料中还含有非荧光材料，例如金属颗粒、玻璃颗粒或者陶瓷颗粒等。

以下将结合实施例对所述的多层次多介质LED发光器件封装结构做进一步的详细说明。

荧光粉

作为示例性地，本发明使用的第一荧光层中所含的荧光粉由通式Ce_2-x-yAl_yCu_xMn_0.5xO₃表示，其中0.2≤x≤0.4，0.3≤y≤0.5。一般来说，荧光粉的发光强度依赖于活化剂的浓度。本发明的荧光粉包含铈离子作为活化剂。从而，当铈浓度最大时，可以获得最高的发光强度。通过波长为450nm的蓝光激发所述荧光粉激发时发射黄光。荧光粉分散在树脂等中的最佳浓度受到如下因素的影响：例如树脂的所用母体的类型、原料的粘度、颗粒形状、荧光粉的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布等等。本领域的技术人员可以根据使用条件或其他因素选择荧光粉的浓度。为了控制具有高可分散性的荧光粉的分布，所述荧光粉优选具有0.1至5μm的平均颗粒尺寸。为了改善和增强所述包含荧光粉的材料的反射、漫反射效果以及为了提高散热效果，可以在所述树脂中添加金属氧化物颗粒，但为了不影响其透光性，优选使用纳米尺寸的金属氧化物颗粒。本发明所述的荧光粉可以通过以下方法制备得到。使用铈的化合物、铜的化合物、铝的化合物和锰的化合物，所述化合物通过加热形成氧化物，其比例满足通式Ce_2-x-yAl_yCu_xMn_0.5xO₃中的比例要求。将所述化合物混合在一起置于坩锅中，并在空气中于800至1000℃加热2～5小时。在冷却后，通过球磨机击碎并研磨成粉，之后用水洗涤获得的粉末。分离后、干燥、破碎获得所述的荧光粉。

作为示例性地，本发明使用的第二荧光层中所含的荧光粉由通式Eu_2-x-yY_yBa_xMn_0.5xO₃表示，其中0.1≤x≤0.2，0.2≤y≤0.3。本发明的荧光粉包含铕离子作为活化剂。当铕浓度最大时，可以获得最高的发光强度。通过波长为450nm的蓝光激发所述荧光粉激发时发射红光。荧光粉分散在树脂等中的最佳浓度受到如下因素的影响：例如树脂的原料的粘度、颗粒形状、荧光粉的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布等等。本领域的技术人员可以根据使用条件或其他因素选择荧光粉的浓度。为了控制具有高可分散性的荧光粉的分布，所述荧光粉优选具有0.1至5μm的平均颗粒尺寸。为了改善和增强所述包含荧光粉的材料的反射、漫反射效果以及为了提高散热效果，可以在所述树脂中添加金属氧化物颗粒，但为了不影响其透光性，优选使用纳米尺寸的金属氧化物颗粒。本发明所述的荧光粉可以通过以下方法制备得到。使用铕的化合物、钇的化合物、钡的化合物和锰的化合物，所述化合物通过加热形成氧化物，其比例满足通式通式Eu_2-x-yY_yBa_xMn_0.5xO₃中的比例要求。将所述化合物混合在一起置于坩锅中，并在空气中于1000至1200℃加热2～5小时。在冷却后，通过球磨机击碎并研磨成粉，之后用水洗涤获得的粉末。分离后、干燥、破碎获得所述的荧光粉。

实施例1

第一荧光层中所含的荧光粉为Ce₂₆Al₈Cu₆Mn₃O₆₀。第二荧光层中所含的荧光粉为Eu₁₅Y₃Ba₂Mn₁O₃₀。荧光粉的平均颗粒尺寸均为4.2μm。使用有机硅树脂作为透明材料,将所述荧光粉与透明材料混合加热固化形成第一荧光层和第二荧光层。所述第一透明漫反射层和第二透明漫反射层的透明树脂同样选择有机硅树脂。并采用蓝光LED封装形成附图1所示的封装结构（不含透明保护层）。当运行LED后，测量其激发光谱，其结果如附图2所示。

透明保护层

在本发明中所述透明保护层，能够为荧光层提供足够的防护，具有良好的耐磨性和防水性能，而且透光性好。所述透明保护层是由20.5～21.0wt%的MDI、13.5～15.0wt%的PEG1000、3.5～4.0wt%的对苯二甲酸、1.2～1.3wt%的三羟甲基丙烷、1.1～1.2wt%的乙氧化双酚F二丙烯酸酯、2.0～2.2wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.5～1.8wt%的2-十一烷基咪唑、0.1～0.2wt%的消泡剂、0.1～0.2wt%的流平剂、0.20～0.25wt%的催化剂、5.0～5.5wt%的纳米氧化铝、7.5～8.0wt%的异丙醇和余量的乙酸丁酯均匀混合得到预聚物，然后进行涂布并在80～100℃的条件下固化处理30～50min。

实施例2

本实施利所述透明保护层，厚度约为500μm，其是由21.0wt%的MDI、15.0wt%的PEG1000、4.0wt%的对苯二甲酸、1.3wt%的三羟甲基丙烷、1.2wt%的乙氧化双酚F二丙烯酸酯、2.0wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.5wt%的2-十一烷基咪唑、0.15wt%的消泡剂BYK-052、0.15wt%的流平剂BYK-307、0.20wt%的二月桂酸二丁基锡、5.5wt%的纳米氧化铝、8.0wt%的异丙醇和余量的乙酸丁酯在300～400转/分钟的搅拌速度下，搅拌30分钟得到预聚物，然后进行涂布并在100℃的条件下固化处理30min。

实施例3

本实施利所述透明保护层，厚度约为500μm，其是由20.5wt%的MDI、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的对苯二甲酸、1.2wt%的三羟甲基丙烷、1.1wt%的乙氧化双酚F二丙烯酸酯、2.2wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.8wt%的2-十一烷基咪唑、0.15wt%的消泡剂BYK-052、0.15wt%的流平剂BYK-307、0.20wt%的二月桂酸二丁基锡、5.0wt%的纳米氧化铝、7.5wt%的异丙醇和余量的乙酸丁酯在300～400转/分钟的搅拌速度下，搅拌30分钟得到预聚物，然后进行涂布并在100℃的条件下固化处理30min。

对比例1

本实施利所述透明保护层，厚度约为500μm，其是由20.5wt%的MDI、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的对苯二甲酸、1.2wt%的三羟甲基丙烷、2.2wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.8wt%的2-十一烷基咪唑、0.15wt%的消泡剂BYK-052、0.15wt%的流平剂BYK-307、0.20wt%的二月桂酸二丁基锡、5.0wt%的纳米氧化铝、7.5wt%的异丙醇和余量的乙酸丁酯在300～400转/分钟的搅拌速度下，搅拌30分钟得到预聚物，然后进行涂布并在100℃的条件下固化处理30min。

对比例2

对比例3

本实施利所述透明保护层，厚度约为500μm，其是由20.5wt%的MDI、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的对苯二甲酸、1.2wt%的三羟甲基丙烷、1.8wt%的2-十一烷基咪唑、0.15wt%的消泡剂BYK-052、0.15wt%的流平剂BYK-307、0.20wt%的二月桂酸二丁基锡、5.0wt%的纳米氧化铝、7.5wt%的异丙醇和余量的乙酸丁酯在300～400转/分钟的搅拌速度下，搅拌30分钟得到预聚物，然后进行涂布并在100℃的条件下固化处理30min。

作为上述透明保护层的性能测试，在金属基板上形成上述透明保护层，硬度采用标准GB/T1730-1993进行测试，耐磨性采用标准ISO7784-2：1997进行测试，耐水性采用标准GB/T4893.1-2005进行测试；测试结果如表1所示。

表1

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多层次多介质LED发光器件封装结构，包括封装基板，所述封装基板表面贴装有LED芯片；其特征在于：所述LED芯片被设置在所述封装基板上的第一透明漫反射层；所述第一透明漫反射层的外表面上设有第一荧光层；所述第一荧光层的外表面上设置有第二透明漫反射层，所述第二透明漫反射层的外表面上设置有第二荧光层。

2.根据权利要求1所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述的第二荧光层外表面设置有透明保护层。

3.根据权利要求1所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述第一透明漫反射层由包含透明树脂和纳米无机填料的树脂组合物的固化材料形成；且所述纳米无机填料的平均粒径为20～100nm，且其含量为3～5wt%。

4.根据权利要求1所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述第二透明漫反射层由包含透明树脂和纳米无机填料的树脂组合物的固化材料形成；且所述纳米无机填料的平均粒径为20～100nm，且其含量为8～10wt%。

5.根据权利要求3或4所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述无机填料优选为选自氧化铝、氮化铝、氧化钛、钛酸钡、硫酸钡、碳酸钡、氧化锌、氧化镁、氮化硼、氧化硅、氮化硅、氮化镓或氧化锆中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述的LED芯片为具有350nm到480nm的波长的蓝色LED芯片。

7.根据权利要求6所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述第一荧光层在蓝光激发下发射黄光；所述第二荧光层在蓝光激发下发射红光。

8.根据权利要求7所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：第一荧光层中所含的荧光粉由通式Ce_2-x-yAl_yCu_xMn_0.5xO₃表示，其中0.2≤x≤0.4，0.3≤y≤0.5；第二荧光层中所含的荧光粉由通式Eu_2-x-yY_yBa_xMn_0.5xO₃表示，其中0.1≤x≤0.2，0.2≤y≤0.3。

9.根据权利要求7所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述第一荧光层和第二荧光层中还包含非荧光材料。

10.根据权利要求8所述的多层次多介质LED发光器件封装结构，其特征在于：所述非荧光材料为金属颗粒和/或陶瓷颗粒。