CN105097999A - 一种led发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED发光器件及其制备方法，所述器件包括基板、设置在所述基板上的LED芯片和有机层。其特征在于，所述LED芯片和所述有机层之间设有折射率介于LED芯片和硅胶之间的折射率缓冲层，所述折射率缓冲层将所述LED芯片发出的光线引入所述有机层，使得更多的光线能够穿过所述有机层。所述有机层上覆盖有非均匀发光粉层，所述非均匀发光粉层包括至少两种彼此分层布置的不同种类的发光粉层或同一种类不同粒径的发光粉层，所述发光粉层的相同种类或相同粒径的荧光粉均匀排布，不同种类或不同粒径的荧光粉相对非均匀排布。

Description

一种LED发光器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及LED发光器件及其制备方法，属于固体照明领域。

背景技术

LED光源具有节能、耐用、无污染等优点，目前已经广泛用于照明、显示和背光源等领域，作为具有明确优势的下一代照明方式引起了广泛重视。

基于LED的长寿命、高效率、光线利用率高等特点，LED照明已经在日常照明中得到广泛应用。但是使用过程中也遇到很多技术上的问题，于是很多人也对LED在封装方式上做了很多研究改进，现阶段LED白光光源多采用传统的点胶封装工艺。此工艺中荧光粉和胶水混合后容易沉降，靠近芯片。导致荧光粉寿命缩短，光色驳杂不均(光照均匀度为一定面积上，光照最小照度和平均照度的比值)，尤其是当同种发光粉粒度分布不集中(颗粒中有大有小)，或者不同种发光粉相混和使用时，光色不均现象尤为严重。

面对上述问题，远程荧光粉技术应运而生。远程荧光粉技术是指荧光粉不在是以传统的点胶封装方式直接封装在LED芯片上，而是将荧光粉预制成膜，将预制荧光粉膜贴在远离LED芯片的灯罩上，或者通过其他技术手段将荧光粉与LED芯片分开设置的一种技术手段。

中国专利CN202917484U公开了一种具有远程荧光粉膜的COB结构，该COB结构包括基板，在基板的芯片区粘贴多个LED蓝光芯片，在芯片区上方覆盖透明硅胶层，最后在透明硅胶层上用透明粘合剂粘贴荧光粉膜。该实用新型虽然将透明硅胶层与荧光粉膜分离开，但是光的均匀度其实并不高。其原因是LED芯片的折射率与硅胶的折射率相差大，LED芯片的折射率要比硅胶的折射率大得多。因此，光线从光密介质(LED芯片)进入到光疏介质(硅胶)，当入射角大于某一值时，折射角为90°，在两者的界面上就会发生全反射现象。全反射现象使得芯片发出的光线只有部分可利用，光的损失严重，从而光效较低。而且，由于芯片与硅胶之间折射率相差太大，全反射现象严重，使得入射角方向的光线经全反射以后留下一片“空白”，该区域光线偏弱，从整个灯具来看表现为出光不均。

除此之外，在白光LED用远程荧光粉膜的制备上也存在一些问题。为了获得白光LED光源，中国专利CN102721007A和CN202651201U将不同种类的荧光粉分别制备，然后将不同的荧光粉膜重叠在一起，从而获得白光LED。上述两种专利所提供的技术方案虽然在一定程度上提高了光效和均匀度，但是由于将不同种类荧光粉分开制备，会增加高折射率到低折射率的全反射，影响发光性能，光效和显色指数等并不高，同时工序复杂，不易生产。

发明内容

针对以上现有技术之不足，本发明提供一种高光效、出光均匀、显色指数高的LED封装器件及其制备方法。

本发明包括两个方面：

1、在LED芯片上方覆盖一种细小粉末状填充物，然后在填充物上方覆盖树脂层，或者将细小粉末状填充物添加到硅胶中，形成折射率缓冲层，折射率缓冲层的折射率介于芯片和硅胶之间，能降低光折射，提高将LED芯片的出光率，且散射芯片发出的光，让发出的蓝光分布均匀。

2、将不同粒度同种发光粉制备在同一个发光膜/壳上，将大小不同粒径的粉均匀分开，实现相近粒径发光粉均匀分布，不同粒径发光粉相对非均匀分布且可控。不同发光粉制备在同一发光膜中，实现同种类发光粉均匀分布，但不同种类发光粉相对分层分布的非均匀可控效果。本发明将发光粉同芯片分开设置，将不同种发光粉或者同种但粒度分布宽的发光粉制备在同一发光膜中，实现同种类发光粉均匀分布，但不同种类发光粉相对分层分布的非均匀可控效果，减少了光损失，达到了提高发光性能的目的。

根据一个优选的具体方案，本发明提供了一种LED发光器件，其包括基板、设置在所述基板上的LED芯片和树脂层，其特征在于，在所述LED芯片和所述树脂层之间设有折射率介于LED芯片和硅胶之间的折射率缓冲层，通过所述折射率缓冲层将所述LED芯片发出的光线引入所述树脂层。

根据一个优选实施方式，所述树脂层上覆盖有荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层，或者在所述树脂层中集成有荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层。

根据一个优选实施方式，非均匀发光粉层包括彼此层叠布置且由彼此类型不同的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括彼此层叠布置且由类型相同但粒径各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括由彼此层叠布置且由彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层。

根据一个优选实施方式，在所述非均匀发光粉层中，相同种类或相同粒径的荧光粉是彼此相对地均匀排布的，而不同种类或不同粒径的荧光粉是彼此相对地非均匀排布的。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉层包括彼此分区域布置的至少两种不同类型的荧光粉层，并且所述至少两种不同类型的荧光粉层分别各自对应亮度可调的LED芯片，使得所述至少两种不同类型的荧光粉层在对应LED芯片的激发下发出不同亮度或不同颜色的光线。

根据一个优选实施方式，设置在所述折射率缓冲层和所述非均匀发光粉层之间的所述树脂层中分布有荧光粉或其他散光物质。

根据一个优选实施方式，所述折射率缓冲层是通过把粉末状填充物添加到硅胶中而制成的。

根据一个优选实施方式，所述折射率缓冲层包括折射率介于LED芯片和硅胶之间的粉末状填充物，并且所述粉末状填充物的透光率大于50％，折射率在1.05～2.5范围内，粒度范围在0.1μm～200μm内。

根据一个优选的具体方案，所述粉末状填充物是玻璃微珠、熔凝石英、萤石和/或冕牌玻璃。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉层以发光膜的形式粘贴在所述树脂层上或以点胶的方式覆盖在所述树脂层上。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉层的入射面和/或出光面形成为凹凸不平的微观表面。

根据一个优选实施方式，由彼此类型不同的荧光粉或彼此类型相同、粒径各异的荧光粉或彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉叠层布置的非均匀发光粉层，其中，相邻荧光粉层之间的接触面形成有凹凸不平的微观表面。

根据另一个优选的具体实施方案，一种LED发光器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将LED芯片固定在基板上；

(2)用折射率介于LED芯片和硅胶之间的粉末状填充物与硅胶均匀混合形成的折射率缓冲层以粘合的方式设置在所述LED芯片上；

(3)在折射率缓冲层上设置树脂层。

根据一个优选实施方式，所述方法还包括下列步骤：(4)在所述树脂层之上或之内设置荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层，其中，所述非均匀发光粉层包括彼此层叠布置且由彼此类型不同的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括彼此层叠布置且由类型相同但粒径各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括由彼此层叠布置且由彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层；或者，在所述非均匀发光粉层中，相同种类或相同粒径的荧光粉是彼此相对地均匀排布的，而不同种类或不同粒径的荧光粉是彼此相对地非均匀排布的。

根据一个优选实施方式，所述方法还包括下列步骤：(4)在所述树脂层之上或之内设置荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层，

其中，所述非均匀发光粉层包括彼此分区域布置的至少两种不同类型的荧光粉层。

根据一个优选实施方式，通过将重量百分比0.01％～50％的粉末状填充物与硅胶均匀混合而得到折射率缓冲层，或者单纯通过在基板上的用于固定LED芯片的凹槽内填充粉末状填充物而得到折射率缓冲层，其中，所述粉末状填充物的透光率大于50％，折射率在1.05～2.5的范围内，粒度在0.1μm～200μm的范围内，并且所述粉末状填充物是玻璃微珠、熔凝石英、萤石和/或冕牌玻璃。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉层的制备方法是利用球形颗粒的自由沉降原理或采用分段印刷的方式将至少两种不同类型或同一类型不同粒径的荧光粉制备在同一发光膜/壳上，以实现同种荧光粉均匀分布，不同种荧光粉相对非均匀分层分布；或粒径相同或相似的荧光粉均匀分布，但不同粒径荧光粉相对非均匀分层分布。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉膜的制备方法如下：

1)确定非均匀发光粉层的厚度；

2)根据球形颗粒的自由沉降原理，根据利用不同比重的荧光粉在硅胶或树脂中的沉降速度，计算出比重较大的荧光粉从荧光粉层顶部沉降到发光膜底部所需的时间，从而控制不同种类的荧光粉分层；

3)将至少两种不同种类的荧光粉与硅胶或树脂均匀混合，并将混合物印刷在平面载体上静置预定的时间，待不同种类的荧光粉有明显分层后，将荧光粉混合物固化成型。

根据一个优选实施方式，待不同种类的荧光粉有明显分层后，首先将荧光粉混合物制备成半固化膜，然后将所述半固化膜通过具有特定曲面形状的模具二次成型为具有所需曲面形状的非均匀发光粉膜。

根据一个优选实施方式，采用分段印刷的方法将不同的荧光粉分段印刷在同一载体上，其制备步骤如下：

将不同的荧光粉分别与硅胶或树脂均匀混合，

按照不同种类的荧光粉的预定印刷顺序或同一种类但不同粒径的荧光粉的预定印刷顺序，逐层分段地在载体上印刷荧光粉与硅胶或树脂的混合物，

在印刷过程中，在每一段荧光粉未固化前印刷下一段荧光粉，以保证分段印刷后的发光膜属于同一发光膜，

将分段印刷后的非均匀发光粉层固化成型为平面状或曲面状的非均匀发光粉膜。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉层的制备方法是根据混合发光的原理将至少两种彼此不类型的荧光粉分区域布置。

根据一个优选实施方式，所述非均匀发光粉层的制备方法包括以下步骤：

将不同类型的荧光粉分别与硅胶或树脂均匀混合；

根据混合发光原理，将预定量的第一类型的发光粉胶通过第一特制模具形成半固化的第一区域发光膜；

将半固化的第一区域发光膜放置在第二特制模具中相应的位置，并将预定量的第二类型的发光粉胶倒入第二特制模具中，其中，第二特制模具容纳发光膜的深度与第一特制模具相同，第二特制模具的面积大于第一特制模具；

通过第二特制模具将第一区域发光膜和第二区域发光膜固化成型。

根据一个优选实施方式，将至少两种不同种类或同一种类不同粒径的荧光粉与硅胶均匀混合形成非均匀发光粉胶，并以点胶封装方式将其封装在所述折射率缓冲层上。

根据一个优选实施方式，组成所述非均匀发光层的荧光粉是黄色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉中的一种或多种，并且组成所述非均匀发光粉层的荧光粉占荧光粉和硅胶的质量总和的1～60wt％。

根据一个优选实施方式，组成所述非均匀发光粉层的荧光粉是黄色荧光粉和红色荧光粉，其中，所述黄色荧光粉占荧光粉总量的60～100wt％，所述红色荧光粉占荧光粉总量的0～40wt％。

根据一个优选实施方式，组成所述非均匀发光粉层的荧光粉是绿色荧光粉和红色荧光粉，其中，所述绿色荧光粉占荧光粉总量的60～100wt％，所述红色荧光粉占荧光粉总量的0～40wt％。

根据一个优选实施方式，组成所述非均匀发光粉层的荧光粉是黄色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉，其中，所述黄色荧光粉占荧光粉总量的30～50wt％，所述绿色荧光粉占荧光粉总量的30～50wt％，所述红色荧光粉占荧光粉总量的0～40wt％。

一种照明设备，其包括LED发光部和驱动装置，其特征在于，所述LED发光部包括如前所述的LED发光器件。

一种光引擎，其包括LED发光器件和散热装置，其特征在于，所述LED发光器件是按照如前所述的方法制造的。

本发明通过在LED芯片和硅胶之间增设折射率介于二者之间的折射率缓冲层，减小光线由光密介质进入光疏介质时产生的全反射现象，从而减小光的损失，提高光效并同时提高光的均匀度。本发明的发光粉膜利用球体颗粒的沉降原理或采用分段印刷手段，将不同种类或同一种类不同粒径的荧光粉制备在同一发光粉膜中，实现相同种类或相同粒径的发光粉均匀排布，不同种类或不同粒径的发光粉相对非均匀排布。避免了因不同种类荧光粉分开制备，从而增加高折射率到低折射率的全反射现象，进一步提高LED器件的光效，增加光的均匀度和提高光的显色指数。并且，本发明的发光器件结构简单，制备工序也简单易操作，利于生产。

和现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

1、本发明将发光粉同LED芯片分离实现白光，可以避免使用不同颜色LED芯片造成光衰减不同，并且采用相同蓝色芯片加RGB荧光粉实现，这样芯片的衰减一致，散热相同，可以保持颜色一致性，其中蓝色荧光粉可直接用透明白胶代替；

2、在非均匀发光粉层以分区域方式布置时，通过调节不同颜色发光层相对应LED蓝光芯片的发光强度，激发不同颜色发光层发光亮度，继而实现调节发光性能的目的，如：调节发光颜色、显色指数、光通量等；

3、在制备发光层(发光膜)过程中，使用特制模具可实现发光膜表面粗化，发光层的入射面、出光面或荧光粉层之间的接触面形成微观结构，如正六边形、波浪形，以改变封装内全反射损耗的光线，实现更多光的取出，减少光损，提高亮度；

4、在制备发光层(发光膜)过程中，使用特制模具可实现不同颜色发光层之间表面粗化，膜表面形成微观结构，如正六边形、波浪形，以改变封装内全反射损耗的光线，实现更多光的取出，减少光损，提高亮度；

5、在在制备膜的过程中，为实现分层制膜或分区制膜，采用分层或分区固化的工艺，首次制膜时保持半固化状态，再进行二次或多次固化；

6、同样适用“紫外光+RGB荧光粉”的方案，能够实现上述相同的功能；

7、发光膜可为平面结构或曲面结构；

8、本发明将发光粉同芯片分开设置，将不同种发光粉或者同种但粒度分布宽的发光粉制备在同一发光膜中，实现同种类发光粉均匀分布，但不同种类发光粉相对分层分布的非均匀可控效果，减少了光损失，达到了提高发光性能的目的。

附图说明

图1(a)是本发明的LED发光器件在一个实施方式下的结构图；

图1(b)是本发明的LED发光器件在另一个实施方式下的结构图；

图2是全反射示意图；

图3(a)是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；

图3(b)是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；

图4是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；

图5(a)是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；

图5(b)是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；

图6(a)是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；

图6(b)是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图；和

图7是本发明的LED发光器件的非均匀发光粉膜的结构示意图。

附图标记列表

100：LED发光器件101：基板102：LED芯片

103：树脂层104：折射率缓冲层105：非均匀发光粉层

201：蓝色荧光粉层202：红色荧光粉层203：绿色荧光粉层

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明。

需要说明的是，本发明所涉及的名词“非均匀发光粉层”和“非均匀发光粉膜”所述表达的含义相同，并且均指由不同种类的荧光粉或不同粒径的荧光粉构成的非均匀发光粉，或者由该非均匀发光粉与硅胶或树脂形成的混合体，本领域技术人员应该毫无疑义地确定出。另外，名词“不同种类”和“不同类型”所表达的含义在本申请中完全相同，无任何差别，两者均是指“不同颜色的荧光粉”，本领域技术人员应该容易理解到。

图1(a)和图1(b)示出了根据本发明的LED发光器件100。它也被称为高光效非均匀性可控发光器件，这是因为这种LED发光器件在高光效的同时，在厚度方向上具有不同类型的荧光粉或具有若干由粒径彼此各异的荧光粉颗粒构成的荧光粉层。此外还可以根据需要来设定LED光线色温和颜色。换而言之，本发明的LED发光器件至少具有高光效和非均匀性的优点。

该LED发光器件100包括基板101、设置在基板101上的LED芯片102和树脂层103。树脂层可以选用有机硅、环氧树脂、聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。其中，有机硅包括硅胶和硅树脂，硅胶和硅树脂用于LED装置封装时需要添加催化剂。硅胶可选用二丁基二月桂酸锡或辛基锡或其他有机金属化合物作为催化剂；硅树脂可选用有机过氧化物作为催化剂。有机硅聚合物特殊的分子结构特点使得有机硅聚合物具有透光率高、热稳定性好、耐紫外光性强、内应力小、吸湿性低的性能，将具有这种性能的有机硅封装材料用于LED封装，可明显提高照明器件的光输出功率和使用寿命。一般使用的环氧树脂不会单独使用，还应该含有硬化剂、促进剂、抗燃剂、偶合剂、脱模剂、填充料、颜料、润滑剂等成分。环氧树脂具有的一般特性包括：成形性、耐热性、良好的机械强度及电器绝缘性。另外，环氧树脂比其它树脂更具有优越的电气性、附着性及良好的低压成型流动性，并且价格便宜，是最常用的半导体塑封材料。聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中，由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有的芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种，其具有良好的化学稳定性及耐候性，常用作透镜封装。

将环氧树脂及其添加物用于LED发光器件具体研究配方如表1：

表1

从表1可以看出，当选用环氧树脂重量百分比为95.2％，添加物活性稀释剂、消泡剂、酸酐固化剂、促进剂以及脱模剂的重量百分比分别为：2.54％，0.28％，95.2％，2.25％，0.26％时光效最佳。

环氧树脂和发光粉的混合配比如下表2：

表2

编号	环氧树脂及其添加物/wt％	黄粉/wt％	绿粉/wt％	红粉/wt％
					1	40～100	0～60	0	0
2	40～100	0	0～60	0
					3	40～100	36～60	0	0～24
4	40～100	0	36～60	0～24
					5	40～100	18～30	18～30	0～24

在LED芯片102和树脂层103之间设有折射率介于LED芯片和硅胶之间的折射率缓冲层104。通过折射率缓冲层104将LED芯片101发出的光线引入树脂层103，使得更多的光线能够穿过树脂层103。一般情况下，LED芯片的折射率为约2.3。作为LED封装材料的树脂其折射率在1.2～1.5的范围内，而常用的硅胶的折射率约为1.2。由于两者折射率相差大，光线从折射率大的光密介质(LED芯片)进入到折射率小的光疏介质(例如硅胶)，当入射角大于某一值时，折射角变为90°，发生全反射。如图2所示，当入射角为α_c时，其折射角α₂为90°，发生全反射，使得入射角大于α_c的光线均发生全反射。全反射使得LED芯片发出的光线只有部分可利用，光的损失严重，从而光效较低。添加折射率缓冲层104以后，由于折射率缓冲层104的折射率介于芯片与硅胶之间，减缓了全反射的程度，有效提高光效。除此之外，由于LED芯片与硅胶之间折射率过度太大，全反射现象严重，使得入射角方向的光线经全反射以后留下一片“空白”，该区域光线偏弱，从整个灯具来看表现为出光不均。添加折射率缓冲层104以后，相当于将全反射的光线“拉”回来，原有的“空白区域”有了更多的出光，提高了光的均匀度。树脂层103上覆盖有非均匀发光粉层105。非均匀发光粉层105包括至少两种彼此分层布置的不同种类的发光粉层或同一种类不同粒径的发光粉层。换而言之，非均匀发光粉层105包括彼此层叠布置且由彼此类型不同的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括彼此层叠布置且由类型相同但粒径各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括由彼此层叠布置且由彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层。通过上述技术措施使得发光粉层105的相同种类或相同粒径的发光粉均匀排布，不同种类或不同粒径的发光粉相对非均匀排布，增大光在发光膜中的漫反射作用，减小光的损失，提高光效，保证光的均匀度。

值得一提的是，本发明的非均匀不是毫无规律的，而是相同荧光粉层内荧光粉均匀分布，而不同荧光粉层之间存在非均匀分布的关系。

为了进一步增大光的均匀度和出光效率，根据图中未出示的一个优选实施方案，设置在折射率缓冲层104和非均匀发光粉层105之间的树脂层103中分布有荧光粉或其他散光物质，使得树脂层103不仅可以粘贴非均匀发光粉层105同时还可以提高出光均匀度和出光效率。

折射率缓冲层104是通过把粉末状填充物添加到硅胶中而制成的，或者所述折射率缓冲层104仅由粉末状填充物构成。折射率缓冲层104包括折射率介于LED芯片和硅胶之间的粉末状填充物，并且粉末状填充物的透光率大于50％，折射率在1.05～2.5范围内，粒度范围在0.1μm～200μm内。粉末状填充物具体可以是玻璃微珠、熔凝石英、萤石或冕牌玻璃。玻璃微珠是由硼酸盐原料加工而成，粒度为10～250μm，壁厚1～2μm。该产品具有质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点，其表面经过特殊处理具有亲油憎水性能，非常容易分散于有机材料体系中。熔凝石英又称为再结合熔融石英陶瓷制品或石英玻璃烧结制品。具有良好的化学稳定性，高温机械强度大，热膨胀系数低。选用熔凝石英作为折射率缓冲层中的粉末状填充物，其化学稳定性好，热膨胀系数低，使得折射率缓冲层不会因为长时间在高温工况下膨胀变形，影响产品质量。萤石，又称氟石，是一种矿物，其主要成分是氟化钙。其在紫外线或阴极射线照射下会发出荧光，含有稀土元素的萤石还能发出磷光。冕牌玻璃是由包含有大约10％的碱石灰硅酸盐的氧化钾，其折射率为1.52。

再次参见图1(a)和图1(b)，非均匀发光粉层105以发光膜的形式粘贴在树脂层103上或以点胶的方式覆盖在树脂层103上，使得产品在封装时，可以根据具体情况来选择合适的封装方式。例如，可以将非均匀发光粉层105制成膜结构粘贴在灯罩或者其他需要粘贴发光粉膜的构件上，也可以用点胶的方式将发光粉与硅胶均匀混合后封装在树脂层103上。

图3(a)至图6(b)分别是非均匀发光粉膜105的几种不同实施方式。其中，图3(a)是相同种类不同粒径的荧光粉均匀混合时发光膜的结构示意图。将图3(a)所示的发光膜静置一段时间后，一般为5～30分钟，变得到图3(b)中所示的非均匀发光膜。使得非均匀发光粉膜105中相邻的不同种类的发光粉层或同一种类不同粒径的发光粉层彼此相间分布或彼此独立分布，提高发光性能。

再次参见图1(a)和图1(b)，LED芯片102以嵌埋的方式封装在基板101上，可以有效保护LED芯片102不被损坏，同时还节省了产品结构空间。

一种LED发光器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将LED芯片固定在基板上；

(2)用折射率介于LED芯片和硅胶之间的细小粉末状填充物与硅胶均匀混合形成的折射率缓冲层以粘合的方式设置在LED芯片上；

(3)在折射率缓冲层上设置树脂层。

根据一个优选的具体实施方案，上述制备方法还包括下列步骤：(4)在树脂层之上或之内设置荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层。非均匀发光粉层105包括彼此层叠布置且由彼此类型不同的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括彼此层叠布置且由类型相同但粒径各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括由彼此层叠布置且由彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层。或者，在非均匀发光粉层105中，相同种类或相同粒径的荧光粉是彼此相对地均匀排布的，而不同种类或不同粒径的荧光粉是彼此相对地非均匀排布的。

根据另一个优选实施方案，上述制备方法还包括下列步骤：(4)在树脂层之上或之内设置荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层，其中，非均匀发光粉层105包括彼此分区域布置的至少两种不同类型的荧光粉层。

实施例1：折射率缓冲层的制备

折射率缓冲层的制备方法是将重量百分比0.01％～50％的粉末状填充物与硅胶均匀混合而得到折射率缓冲层，或者单纯通过在基板上的用于固定LED芯片的凹槽内填充粉末状填充物而得到折射率缓冲层。粉末状填充物的透光率大于50％，折射率在1.05～2.5的范围内，粒度在0.1μm～200μm的范围内。粉末状填充物是玻璃微珠、熔凝石英、萤石和/或冕牌玻璃。上述材料的折射率及与硅胶的混合比例，参见表3。

表3

物质	折射率	混合比例(％)
			熔凝石英	1.45843	5
萤石	1.43381	15
			冕牌玻璃	1.51110～1.51630	10

表4(a)和表4(b)是本发明的折射率缓冲层104对LED发光器件的影响结果，其中，表4(a)是发光膜实现方式的测试结果，封装方式如图1(a)所示；表4(b)是点胶实现方式的测试结果，封装方式如图1(b)所示。

表4(a)

	色温	光通量(lm)	光效(lm/w)	显色指数	均匀度
						不添加折射率缓冲层	5653	602	86.5	75	0.66
添加折射率缓冲层	5648	660	94.2	76	0.91

表4(b)

	色温	光通量(lm)	光效(lm/w)	显色指数	均匀度
						不添加折射率缓冲层	5532	828	127	74	0.67
添加折射率缓冲层	5549	879	135	76	0.83

从表4(a)和表4(b)的测试结果可以看出，添加了折射率缓冲层104的LED发光器件对色温没有明显影响，但其光通量、光效、显色指数以及均匀度都有所提高，尤其是光通量、光效和均匀度均有明显提高。

非均匀发光粉膜的制备方法是利用球形颗粒的自由沉降原理或采用分段印刷的方式将至少两种不同种类或同一种类不同粒径的荧光粉制备在同一发光膜/壳上，以实现同种荧光粉均匀分布，不同种荧光粉相对非均匀分层分布。或粒径相同或相似的荧光粉均匀分布，但不同粒径荧光粉相对非均匀分层分布。

实施例2：利用自由沉降原理制备的非均匀发光粉膜

利用沉降原理，不同比重的荧光粉在硅胶中的沉降速度不同。由于硅胶有一定的粘度，荧光粉在硅胶中受重力和硅胶的浮力，在两个力的作用下荧光粉颗粒有一个向下的加速度。由于发光膜有一定的厚度，因此荧光粉在硅胶中的沉降时间就可估算。

参见图3(a)和图3(b)，不同大小的圆表示不同颗粒度的荧光粉，这里需要注意的是荧光粉的粒径是一个连续变化的值，即使是同一种荧光粉粒径都不一样，而是有一个分部，按照统计的观点我们取中间值，比如D50。所以上图不同大小的圆实际代表一个粒径范围的荧光粉。图3(a)表示混合均匀的荧光粉胶；图3(b)表示沉降以后荧光粉胶。黑色点代表同一荧光粉。黑色点从图1位置到图2位置的关系如下：

Mg-F=Ma

$H=\frac{1}{2}{\mathrm{at}}^2$

其中，M为荧光粉质量；g为重力加速度；F为荧光粉在硅胶中的浮力；a为加速度；t为时间。

由此可估算出最上方的大颗粒粉沉降到最下方所用的时间，从而控制分层。其具体制备步骤如下：

1)确定非均匀发光粉膜的厚度；

2)根据球形颗粒的自由沉降原理，根据利用不同比重的荧光粉在硅胶或树脂中的沉降速度，计算出比重较大的荧光粉从荧光粉层顶部沉降到发光膜底部所需的时间，从而控制不同种类的荧光粉分层；

3)将至少两种不同种类的荧光粉与硅胶或树脂均匀混合，并将混合物印刷在平面载体上静置步预定的时间，一般为5～30分钟，待不同种类的荧光粉有明显分层后，将荧光粉混合物固化成型。

曲面状的非均匀发光膜的制备步骤如下：

待不同种类的荧光粉有明显分层后，首先将荧光粉混合物制备成半固化膜，然后将半固化膜通过具有特定曲面形状的模具二次成型为具有曲面形状的非均匀发光粉膜。

平面状发光膜的实现方式：

1、将荧光粉同树脂混合均匀；

2、将二者的混合物印刷在一定载体上；

3、静置一定时间(如5-30分钟)；

4、待不同种类荧光粉或同种类不同粒径荧光粉有明显分层后，将树脂和荧光粉的混合物固化成型；

5、发光膜有正反两面，在具体使用时，可以选择不同面朝向芯片方向。

曲面发光膜的实现方式：

1、将荧光粉同树脂混合均匀；

2、将二者的混合物印刷在一定载体上；

3、静置一定时间(如5-30分钟)；

4、待不同种类荧光粉或同种类不同粒径荧光粉有明显分层后，将树脂和荧光粉的混合物制备成半固化膜；

5、将半固化膜通过二次成型，制成所需曲面形状；

6、发光膜有正反两面，在具体使用时，可以选择不同面朝向芯片方向。

按照上述步骤制备出的非均匀发光粉膜有两种不同形式，一种是两种荧光粉层明显分层，但有相间部分，如图5(a)和图6(a)；另一种是两种荧光粉层明显分层，但无相间部分，如图5(b)和图6(b)。上述不同形式的荧光粉膜的测试结果如表5(a)和表5(b)所示，其中，表5(a)是不同种类荧光粉制成的非均匀发光粉膜105，表5(b)是相同种类不同粒径的荧光粉制成的非均匀发光粉膜105。

表5(a)

表5(b)

从表5(a)和表5(b)的测试结果可以看出，本发明的非均匀发光粉膜无论以哪种形式(有相间部分和无相间部分)在保证对色温没有明显影响的情况下大大提高了光效和显色指数，使得LED器件的发光性能优于传统的点胶封装方式和现有技术中比较常见的均匀发光膜封装方式，同时满足对光效和显色指数的高要求。

表6是有相间部分和无相间部分的非均匀发光粉膜的光效和均匀度测试结果。

表6

发光膜形式	光效(lm/w)	均匀度
			有相间部分	90	0.8
无相间部分	95	0.78

无相间部分的发光膜每一层相当于均匀介质，有相间部分的发光膜相当于不均匀的介质。光线在不均匀的介质中传播会有一定的损失，从而光效降低。光线在不均匀的介质中发生漫反射，相对于均匀介质出光均匀度要好。因此，从表6的结果可以看出有相间部分的发光膜的均匀度略优于无相间部分的发光膜，但其光效要略次于无相间部分的发光膜。

实施例3：采用分段印刷技术制备的非均匀发光粉膜

图4示出了采用分段印刷的方法制备出的非均匀发光粉膜105，其制备步骤如下：

将不同的荧光粉分别与硅胶或树脂均匀混合；

按照不同种类的荧光粉的预定印刷顺序或同一种类但不同粒径的荧光粉的预定印刷顺序逐层分段地印刷在载体上印刷荧光粉与硅胶或树脂的混合物；

在印刷过程中，在每一段荧光粉未固化前就印刷下一段荧光粉，以保证分段印刷后的发光膜属于同一发光膜；

将分段印刷后的非均匀发光粉膜固化成型为平面状或曲面状的非均匀发光粉膜。

如图1(b)所示，除了非均匀发光粉膜的封装方式，还可以将至少两种不同种类或同一种类不同粒径的荧光粉与硅胶均匀混合形成非均匀发光粉胶，并以点胶封装方式将其封装在折射率缓冲层104上。

组成本发明的非均匀发光层105的荧光粉是黄色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉中的一种或多种，并且组成所述非均匀发光粉层的荧光粉占荧光粉与硅胶的质量总和的1～60％。每种荧光粉的混合比例参见表7。

表7

实施例4：分区域布置的非均匀荧光粉层的制备

非均匀发光粉层的另一种制备方法是根据混合发光的原理将至少两种彼此不类型的荧光粉分区域布置，也即是，非均匀发光粉层包括彼此分区域布置的至少两种不同类型的荧光粉层，并且至少两种不同类型的荧光粉层分别各自对应亮度可调的LED芯片，使得至少两种不同类型的荧光粉层在对应LED芯片的激发下发出不同亮度、不同颜色的光线。LED芯片的数量与不同类型荧光粉层的数量对应，即每种颜色荧光粉层对应一个或一组LED芯片或者一个LED阵列单元。本发明通过调节不同颜色发光区相对应LED蓝光芯片的发光强度，激发不同颜色发光层发光亮度，继而实现调节发光性能的目的，如：调节发光颜色、显色指数、光通量等，使得本发明的LED发光粉器件不仅出光效率高、光均匀度好同时还可以通过调节不同区域的LED芯片的亮度来调节光效，获得不同色温、不同亮度、不同颜色、不同显色指数和不同光通量的光线。

分区域布置的非均匀荧光粉层的具体制备方法包括以下步骤：

将不同类型的荧光粉分别与硅胶或环氧树脂均匀混合；

根据混合发光原理，将预定量的第一类型的发光粉胶通过第一特制模具形成半固化的第一区域发光膜；

将半固化的第一区域发光膜放置在第二特制模具中相应的位置，并将预定量的第二类型的发光粉胶倒入第二特制模具中，其中，第二特制模具容纳发光膜的深度与第一特制模具相同，第二特制模具的面积大于第一特制模具；

通过第二特制模具将第一区域发光膜和第二区域发光膜固化成型；

以此类推，设置由多种荧光粉层分区域布置的发光粉膜。

形成的非均匀荧光粉层如图7所示。其中，201、202、203分别表示不同颜色的荧光粉区域：蓝色荧光粉层、红色荧光粉层、绿色荧光粉层。

根据一个优选实施方式，非均匀发光粉层的入射面和/或出光面形成有凹凸不平的微观表面。该微观表面是呈由向下凹陷的多个正六边形形成的，或者该微观表面是呈凹凸不平的波浪形表面，以改变封装内全反射损耗的光线，实现更多光的取出，减少光损，提高亮度。尤其是，正六边形可以由六根突出于非均匀发光粉层表面(入射面或出光面)的棱边构成。由这样的六边形重复构成蜂窝表面状图案，增大了光线的入射面积和出光面积，使更多的光线透过非均匀发光粉层，大大提高了光效，减小了光的损失并且可以提高光的均匀度，从而保证更好的照明效果。实验证实，这种带有六边形微观结构的出光面的出光量比光滑表面增加了近30％。该六边形微观结构可以是正六边形也可以是非正六边形，并且六边形的边长以及相邻两边之间的夹角根据实际发光粉器的情况件进行确定。

根据一个优选实施方式，由彼此类型不同的荧光粉或彼此类型相同、粒径各异的荧光粉或彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉叠层布置的非均匀发光粉层，其中，相邻荧光粉层之间的接触面形成为凹凸不平的正六边形或波浪形的微观表面，以改变封装内全反射损耗的光线，实现更多光的取出，减少光损，提高亮度。除此之外，相邻荧光粉层之间形成的正六边形或波浪形的微观表面还可以增强混光效果以及荧光粉层之间的结合力，使层与层之间结合得更加牢固。

一种照明设备，其包括LED发光部和驱动装置。LED发光部包括如前所述的LED发光器件100。

一种光引擎，其包括LED发光器件和散热装置。LED发光器件是按照如前所述的方法制造的。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (30)

1.一种LED发光器件(100)，其包括基板(101)、设置在所述基板(101)上的LED芯片(102)和有机层(103)，

其特征在于，

在所述LED芯片(102)和所述有机层(103)之间设有折射率介于LED芯片和硅胶之间的折射率缓冲层(104)，通过所述折射率缓冲层(104)将所述LED芯片(101)发出的光线引入所述有机层(103)。

2.如权利要求1所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述有机层(103)上覆盖有荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层(105)，或者在所述有机层(103)中集成有荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层(105)。

3.如权利要求2所述的LED发光器件(100)，其特征在于，非均匀发光粉层(105)包括彼此层叠布置且由彼此类型不同的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括彼此层叠布置且由类型相同但粒径各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括由彼此层叠布置且由彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层。

4.如权利要求2所述的LED发光器件(100)，其特征在于，在所述非均匀发光粉层(105)中，相同种类或相同粒径的荧光粉是彼此相对地均匀排布的，而不同种类或不同粒径的荧光粉是彼此相对地非均匀排布的。

5.如权利要求2所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述非均匀发光粉层(105)包括彼此分区域布置的至少两种不同类型的荧光粉层，并且

所述至少两种不同类型的荧光粉层分别各自对应亮度可调的LED芯片(102)，使得所述至少两种不同类型的荧光粉层在对应LED芯片的激发下发出不同亮度或不同颜色的光线。

6.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，设置在所述折射率缓冲层(104)和所述非均匀发光粉层(105)之间的所述有机层(103)中分布有荧光粉或其他散光物质。

7.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述折射率缓冲层(104)是通过把粉末状填充物添加到硅胶中而制成的。

8.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述折射率缓冲层(104)包括折射率介于LED芯片和硅胶之间的粉末状填充物，并且所述粉末状填充物的透光率大于50％，折射率在1.05～2.5范围内，粒度范围在0.1μm～200μm内。

9.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述粉末状填充物是玻璃微珠、熔凝石英、萤石和/或冕牌玻璃。

10.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述非均匀发光粉层(105)以发光膜的形式粘贴在所述有机层(103)上或以点胶的方式覆盖在所述有机层(103)上。

11.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，所述非均匀发光粉层(105)的入射面和/或出光面形成有凹凸不平的微观表面。

12.如前述权利要求之一所述的LED发光器件(100)，其特征在于，由彼此类型不同的荧光粉或彼此类型相同、粒径各异的荧光粉或彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉叠层布置的非均匀发光粉层(105)，其中，相邻荧光粉层之间的接触面形成有凹凸不平的微观表面。

13.一种LED发光器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将LED芯片固定在基板上；

用折射率介于LED芯片和硅胶之间的粉末状填充物与硅胶均匀混合形成的折射率缓冲层以粘合的方式设置在所述LED芯片上；

在折射率缓冲层上设置有机层。

14.如权利要求13所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：在所述有机层之上或之内设置荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层，

其中，所述非均匀发光粉层(105)包括彼此层叠布置且由彼此类型不同的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括彼此层叠布置且由类型相同但粒径各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层，或者包括由彼此层叠布置且由彼此类型不同而粒径也各异的荧光粉构成的至少两层发光粉层；或者，在所述非均匀发光粉层(105)中，相同种类或相同粒径的荧光粉是彼此相对地均匀排布的，而不同种类或不同粒径的荧光粉是彼此相对地非均匀排布的。

15.如权利要求13所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：在所述有机层之上或之内设置荧光粉非均匀分布的非均匀发光粉层，

其中，所述非均匀发光粉层(105)包括彼此分区域布置的至少两种不同类型的荧光粉层。

16.如权利要求14或15所述的LED发光粉器件的制备方法，其特征在于，设置在所述折射率缓冲层(104)和所述非均匀发光粉层(105)之间的所述有机层(103)中分布有荧光粉或其他散光物质。

17.如权利要求16所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，通过将重量百分比0.01％～50％的粉末状填充物与硅胶均匀混合而得到折射率缓冲层，所述粉末状填充物的透光率大于50％，折射率在1.05～2.5的范围内，粒度在0.1μm～200μm的范围内，并且所述粉末状填充物是玻璃微珠、熔凝石英、萤石和/或冕牌玻璃。

18.如权利要求17所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，所述非均匀发光粉层的制备方法是利用球形颗粒的自由沉降原理或采用分段印刷的方式将至少两种不同类型或同一类型不同粒径的荧光粉制备在同一发光膜/壳上，以实现同种荧光粉均匀分布，不同种荧光粉相对非均匀分层分布；或粒径相同或相似的荧光粉均匀分布，但不同粒径荧光粉相对非均匀分层分布。

19.如权利要求18所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，所述非均匀发光粉膜的制备方法如下：

确定非均匀发光粉层的厚度；

根据球形颗粒的自由沉降原理，根据不同比重的荧光粉在硅胶或树脂中的沉降速度，计算出比重较大的荧光粉从荧光粉层顶部沉降到发光膜底部所需的时间，从而控制不同类型的荧光粉分层；和

将至少两种不同种类的荧光粉与硅胶或树脂均匀混合，并将混合物印刷在平面载体上静置预定的时间，待不同类型的荧光粉有明显分层后，将荧光粉混合物固化成型。

20.如权利要求19所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，

待不同种类的荧光粉有明显分层后，首先将荧光粉混合物制备成半固化膜，然后将所述半固化膜通过具有特定曲面形状的模具二次成型为具有曲面形状的非均匀发光粉膜。

21.如权利要求18所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，采用分段印刷的方法将不同的荧光粉分段印刷在同一载体上，其制备步骤如下：

将不同的荧光粉分别与硅胶或树脂均匀混合，

按照不同种类的荧光粉的预定印刷顺序或同一种类但不同粒径的荧光粉的预定印刷顺序，逐层分段地在载体上印刷荧光粉与硅胶或树脂的混合物，

在印刷过程中，在每一段荧光粉未固化前印刷下一段荧光粉，以保证分段印刷后的发光膜属于同一发光膜，

将分段印刷后的非均匀发光粉层固化成型为平面状或曲面状的非均匀发光粉膜。

22.如权利要求17所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，所述非均匀发光粉层的制备方法是根据混合发光的原理将至少两种彼此不同类型的荧光粉分区域布置。

23.如权利要求22所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，所述非均匀发光粉层的制备方法包括以下步骤：

将不同类型的荧光粉分别与硅胶或树脂均匀混合；

根据混合发光原理，将预定量的第一类型的发光粉胶通过第一特制模具形成半固化的第一区域发光膜；

将半固化的第一区域发光膜放置在第二特制模具中相应的位置，并将预定量的第二类型的发光粉胶倒入第二特制模具中，其中，第二特制模具容纳发光膜的深度与第一特制模具相同，第二特制模具的面积大于第一特制模具；以及

通过第二特制模具将第一区域发光膜和第二区域发光膜固化成型。

24.如前述权利要求之一所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，将至少两种不同种类或同一种类不同粒径的荧光粉与硅胶均匀混合形成非均匀发光粉胶，并以点胶封装方式将其封装在所述折射率缓冲层上。

25.如前述权利要求之一所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，组成所述非均匀发光层的荧光粉是黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和其他颜色荧光粉中的一种或多种，并且组成所述非均匀发光粉层的荧光粉占荧光粉和硅胶的质量总和的1～60wt％。

26.如前述权利要求之一所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，组成所述非均匀发光粉层的荧光粉是黄色荧光粉和红色荧光粉，其中，所述黄色荧光粉占荧光粉总量的60～100wt％，所述红色荧光粉占荧光粉总量的0～40wt％。

27.如前述权利要求之一所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，组成所述非均匀发光粉层的荧光粉是绿色荧光粉和红色荧光粉，其中，所述绿色荧光粉占荧光粉总量的60～100wt％，所述红色荧光粉占荧光粉总量的0～40wt％。

28.如前述权利要求之一所述的LED发光器件的制备方法，其特征在于，组成所述非均匀发光粉层的荧光粉是黄色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉，其中，所述黄色荧光粉占荧光粉总量的30～50wt％，所述绿色荧光粉占荧光粉总量的30～50wt％，所述红色荧光粉占荧光粉总量的0～40wt％。

29.一种照明设备，其包括LED发光部和驱动装置，其特征在于，所述LED发光部包括如权利要求1至12之一所述LED发光器件(100)。

30.一种光引擎，其包括LED发光器件和散热装置，其特征在于，所述LED发光器件是按照如权利要求13至28之一所述的方法制造的。