CN107546221A - 一种远程荧光led器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种远程荧光LED器件及其制备方法，其中LED器件包括LED封装基板、块状固体荧光体、LED芯片；所述LED封装基板的发光面上设置有功能区，所述功能区内设置有一个以上LED芯片，其中，所述块状固体荧光体设置于已完成LED芯片安装的LED封装基板的功能区的上方，所述块状固体荧光体并与LED封装基板构成一个完整封闭的腔体，同时，所述LED封装基板的功能区内设置有两个以上通孔。再将高热导率的导热柱插入通孔，导热柱贯穿封装基板并靠近或接触块状固体荧光体。通过该高热导率导热柱，能够高效地将块状固体荧光体的热量传导至封装基板上，从而提升LED器件的散热能力。

Description

一种远程荧光LED器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED器件领域，特别是涉及一种远程荧光LED器件及其制备方法。
背景技术
随着技术进步及应用领域的拓展，大功率的LED光源越来越受到人们的重视。而传统LED光源一般是使用荧光粉混合有机胶体进行封装，这样的封装方式使得荧光粉紧贴LED芯片。在功率较小时，该封装形式是有效可行的，但随着功率密度增大以后，尤其是采用集成封装的方式时，两个大功率热源会互相叠加。这会导致LED芯片的温度极速升高，而荧光粉也会出现衰减老化，甚至有机胶体还会出现碳化情况，从而引发光源发光效率降低寿命减少。
为了解决大功率LED光源荧光材料的耐热及散热问题，块状固体荧光材料结合远程荧光的激发方式被越来越广泛地使用。目前的LED器件结构中，虽然使用了远程荧光的激发方式，但是在LED芯片与块状荧光材料之间没有用硅胶填充。其不益的效果为，增加了芯片界面的全反射，降低了芯片的外量子效率。同时块状荧光材料悬空的设计也很不利于荧光材料自身的散热。
常用的远程块状固体荧光材料大功率LED集成封装(也包括板上封装或称为COB封装)方式为：在封装基板的功能区内(一般为高反射率的材料)固定LED芯片，一般是多颗LED芯片进行有序的阵列式的摆放，再按照开启电压与使用电流的要求进行电气连接的操作(合理的串并联数量)，用硅胶或混合了荧光粉的硅胶将封装基板的功能区填满，再将块状荧光材料贴于功能区的上方，最后经烘烤将硅胶固化。这种大功率LED光源结构及封装方法容易产生块状荧光材料的错位(由于烘胶过程要经历一个硅胶粘度变小的过程，这阶段块状荧光材料容易滑动)和功能区气泡问题(块状荧光材料贴合时可能封入气泡，硅胶烘烤过程中微气泡合并变大无法排出)。
现有技术中提供的远程荧光的封装方式，即在封装基板上开有一个注射通孔，并往注射通孔内注入流体介质。该流体介质的粘度为30-1000mm2/s，其目的主要用于充当冷却液。而并非解决块状荧光材料应用硅胶填充并粘合时产生的错位与气泡问题。同时目前市面上大功率LED所使用的硅胶，其粘度都在3000mm2/s以上，故其简单的一个注射通孔的设计也不能很好的解决以上问题。
同时该方法没有对块状固体荧光材料进行有效的散热，容易使块状固体荧光材料的温度升高，量子效率降低。同时在块状固体荧光材料的中心与边缘产生较大的温度梯度，增加了荧光材料的热应力，其大大增加了使其断裂的可能性。
现有技术中也有应用远程荧光的方式实现的LED器件，同时也提出了应用导热柱对固体荧光材料进行散热。但其技术实质为在封装基板上安装导热柱，且导热柱与封装基板的连接方式为胶体连接。这样的结构在固体荧光材料与器件使用时的散热器之间有三个热界面，分别为固体荧光材料与导热柱的热界面；导热柱与封装基板间的热界面以及封装基板与散热器间的热界面。由于其技术实质是将导热柱用有机类胶体粘接于封装基板之上，而有机类胶体的热导率一般低于0.2W˙m-1˙K-1，这个界面将成为这个热通道上的最大制约因素，将大大降低对固态荧光材料的散热效果。而如果使用热导率大于1W˙m-1˙K-1以上的有机类粘结剂，该类粘结剂通常反射率较低，这将大大影响LED芯片的出光效率。所以该热界面的存在将影响固态荧光材料的散热效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种远程荧光LED器件，有效地解决了远程块状固体荧光材料制备LED器件过程中的散热以及功能区产生气泡的难题。
本发明的技术方案如下：
一种远程荧光LED器件，包括LED封装基板、块状固体荧光体、LED芯片；所述LED封装基板的发光面上设置有功能区，所述功能区内设置有一个以上LED芯片，
其中，所述块状固体荧光体设置于已完成LED芯片安装的LED封装基板的功能区的上方，所述块状固体荧光体并与LED封装基板构成一个完整封闭的腔体，
同时，所述LED封装基板的功能区内设置有两个以上通孔。
优选地，所述腔体内填充有封装硅胶。
根据本发明，所述封装硅胶由所述一个以上通孔注入所述腔体内，腔体内的空气由另外剩余的通孔排出，从而使封装硅胶完全填充所述空腔。
根据本发明，所述封装基板的功能区与所述LED芯片固定连接，同时所述LED芯片与封装基板的电极实现电性连接。
根据本发明，所述LED器件采用LED芯片远程激发块状固体荧光体的方式获得白光。
根据本发明，所述LED封装基板，可以根据具体需要，选择一切可以加工的不同的形状，例如为正方形、矩形、圆形、半圆形等。
根据本发明，所述LED封装基板上设置的功能区，可以根据具体需要，选择一切可以加工的不同的形状，例如为正方形、矩形、圆形、半圆形等。
根据本发明，所述LED封装基板的功能区的通孔形状为一切可机械加工的形状，例如为圆形，矩形，扇形等。
根据本发明，所述LED器件还包括导热柱，所述导热柱的形状与所述通孔的形状相互补；所述导热柱贯穿封装基板的功能区内的通孔并靠近或完全接触块状固体荧光体，为块状固体荧光材料提供导热通道。
所述导热柱可以插入所述通孔中，插入通孔后，所述导热柱可完全密封所述通孔也可不完全密封所述通孔。
所述导热柱插入所述通孔后，所述导热柱与所述块状固体荧光体的距离为0-3mm，优选地为0-2mm，更优选为，所述导热柱与所述块状固体荧光体的下表面完全接触。
根据本发明，所述导热柱为高导热不吸光的铝柱、表面镀银铜柱、蓝宝石柱或氧化铝陶瓷柱。
所述通孔用于灌入封装硅胶和插入导热柱。
根据本发明，所述块状固体荧光体可以为具有荧光功能的陶瓷材料、单晶材料、玻璃体材料或有机材料。
根据本发明，所述块状固体荧光体，可以根据具体需要，选择一切可以加工的不同的形状，例如为片状、半球状或球面状等。且所述LED封装基板与所述块状固体荧光体相接合的区域为平面。
根据本发明，所述块状固体荧光体固定连接于所述LED封装基板功能区的正上方，所述固定连接的方式包括，粘结剂连接、有机胶类的粘合、金属焊接或外加夹具使二者暂时固定在一起等。
本发明还提供一种远程荧光LED器件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将一个以上LED芯片固定于LED封装基板的功能区内；
(2)将块状固体荧光体覆盖于已完成LED芯片固定与电性连接的LED封装基板的功能区的上方，并使块状固体荧光体与LED封装基板二者相对固定，形成一个密闭的放置有LED芯片的腔体；
(3)向位于LED封装基板的功能区内的通孔内注入LED封装用封装硅胶，当所述封装硅胶充满所述腔体后再将导热柱插入通孔，使导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端尽量靠近或接触块状固体荧光体，使导热柱的另一端与所述封装基板的非发光面相齐平。
(4)使硅胶固化，完成该LED器件的制备。
本发明所述的远程荧光LED器件及其制备方法，有效地解决了固体荧光材料基的LED器件在制备过程中的灌胶难题，同时采用直接贯通LED封装基板的导热柱，直接消除了导热柱与封装基板间的热界面，使块状固体荧光材料在使用过程中产生的热量可以直接导至散热器上，大大提高了导热能力，同时不会对LED芯片的出光造成损失。
附图说明
图1实施例1的LED器件的俯视图。
图2实施例1的LED器件的侧视图。
图3实施例2的LED器件的俯视图。
图4实施例2的LED器件的侧视图。
图5实施例3的LED器件的俯视图。
图6实施例3的LED器件的侧视图。
10为封装基板，111为圆形通孔，112为圆弧形通孔，113为中间带弧度的长条形通孔，12为功能区，20为LED芯片，30为块状固体荧光体，40为空腔，50为导热柱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
实施例1
如图1所示，此处使用的LED封装基板10为氧化铝陶瓷基板，其功能区12为圆形，在其圆形功能区内均匀排布着蓝光LED芯片20，在功能区的中心以及边缘处设有多个圆形通孔111。块状固体荧光体30为Ce:YAG陶瓷，其外形为圆片形，其直径略大于功能区圆的直径。将块状固体荧光体的圆周边缘涂抹产业上常用的LED封装硅胶后，将该块状固体荧光体30贴于已经安装了LED芯片并完成相应电性连接的封装基板10上。块状固体荧光体30的圆心与LED封装基板10的功能区12的圆心共轴。安装完成后将此结构放入烤箱烘烤，以使硅胶固化。当硅胶固化后，块状固体荧光体30与封装基板10间形成一个空腔40，如图2所示。再将封装硅胶由封装基板中心的圆形通孔111注入该空腔40内。封装硅胶在注入空腔40的过程中，逐渐将空腔内的空气由封装基板边缘的圆形通孔111排出，最后需要的效果应为，硅胶完全占满空腔40，而无残留的空气泡。再将图1与图2中所示的导热柱50分别插入封装基板上相应尺寸的圆形通孔111内，导热柱为表面镀银的实心铜柱。使导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端尽量靠近或接触块状固体荧光体，使导热柱的另一端与所述封装基板的非发光面相齐平。导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端与块状固体荧光体的距离小于0.2mm。将插入镀银铜导热柱的LED器件放入烤箱烘烤，以使填满空腔40的硅胶固化，从而完成整个器件的制作过程。
实施例2
如图3所示，此处使用的LED封装基板10为功能区12为电镀银的铜基板，其功能区12为圆形，在其圆形功能区内均匀排布着蓝光LED芯片20，在功能区12分布有圆弧形通孔112，圆弧形通孔112均以功能区12的圆心为圆心呈发散式分布。如图4所示，块状固体荧光体30为荧光粉玻璃体，其外形为圆片形，其直径略大于功能区圆的直径。将块状固体荧光体30的圆周边缘涂抹产业上常用的LED封装硅胶后，将该块状固体荧光体贴于已经安装了LED芯片20并完成相应电性连接的封装基板10上。块状固体荧光体30的圆心与LED封装基板10的功能区12的圆心共轴。安装完成后将此结构放入烤箱烘烤，以使硅胶固化。当硅胶固化后，块状固体荧光体30与封装基板10间形成一个空腔40。再将封装硅胶由功能区一部分的圆弧形通孔112注入该空腔40内。封装硅胶在注入空腔40的过程中，逐渐将空腔内的空气由另一部分圆弧形通孔112排出，最后需要的效果应为，硅胶完全占满空腔40，而无残留的空气泡。导热柱为表面经过抛光的铝。使导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端尽量靠近或接触块状固体荧光体，使导热柱的另一端与所述封装基板的非发光面相齐平。导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端与块状固体荧光体的距离小于3mm。将插入导热柱的LED器件放入烤箱烘烤，以使填满空腔40的硅胶固化，从而完成整个器件的制作过程。
实施例3
如图5所示，此处使用的LED封装基板10为镜面铝基板，其功能区12为圆形，同时具有镜面的效果，在其圆形功能区内均匀排布着蓝光LED芯片20，在功能区12分布有中间带弧度的长条形通孔113。如图6所示，块状固体荧光体30为Ce:YAG单晶，其外形为圆片形，其直径略大于功能区圆的直径。将块状固体荧光体30的圆周边缘电镀金属后，将该块状固体荧光体贴于已经安装了LED芯片20并完成相应电性连接的封装基板10上。块状固体荧光体30的圆心与LED封装基板10的功能区12的圆心共轴。安装完成后通过金属焊接的方式将块状固体荧光体30与封装基板10粘合，其间形成一个空腔40。再将封装硅胶由功能区一部分的中间带弧度的长条形通孔113注入该空腔40内。封装硅胶在注入空腔40的过程中，逐渐将空腔内的空气由另一部分中间带弧度的长条形通孔113排出，最后需要的效果应为，硅胶完全占满空腔40，而无残留的空气泡。导热柱的材质为氧化铝陶瓷。使导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端尽量靠近或接触块状固体荧光体，使导热柱的另一端与所述封装基板的非发光面相齐平。将插入导热柱的LED器件放入烤箱烘烤，以使填满空腔40的硅胶固化，从而完成整个器件的制作过程。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远程荧光LED器件，其特征在于，包括LED封装基板、块状固体荧光体、LED芯片；所述LED封装基板的发光面上设置有功能区，所述功能区内设置有一个以上LED芯片，
其中，所述块状固体荧光体设置于已完成LED芯片安装的LED封装基板的功能区的上方，所述块状固体荧光体并与LED封装基板构成一个完整封闭的腔体，
同时，所述LED封装基板的功能区内设置有两个以上通孔。
2.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于，所述腔体内填充有封装硅胶；
优选地，所述封装硅胶由所述一个以上通孔注入所述腔体内，腔体内的空气由另外剩余的通孔排出，从而使封装硅胶完全填充所述空腔；
优选地，所述封装基板的功能区与所述LED芯片固定连接，同时所述LED芯片与封装基板的电极实现电性连接。
3.根据权利要求1或2所述的LED器件，其特征在于，所述LED器件采用LED芯片远程激发块状固体荧光体的方式获得白光。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的LED器件，其特征在于，所述LED封装基板，可以根据具体需要，选择一切可以加工的不同的形状，例如为正方形、矩形、圆形、半圆形等；
优选地，所述LED封装基板上设置的功能区，可以根据具体需要，选择一切可以加工的不同的形状，例如为正方形、矩形、圆形、半圆形。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的LED器件，其特征在于，所述LED封装基板的功能区的通孔形状为一切可机械加工的形状，例如为圆形，矩形，扇形。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的LED器件，其特征在于，所述LED器件还包括导热柱，所述导热柱的形状与所述通孔的形状相互补；所述导热柱贯穿封装基板的功能区内的通孔并靠近或完全接触块状固体荧光体，为块状固体荧光材料提供导热通道。
7.根据权利要求6所述的LED器件，其特征在于，所述导热柱可以插入所述通孔中，插入通孔后，所述导热柱可完全密封所述通孔也可不完全密封所述通孔。
8.根据权利要求6或7所述的LED器件，其特征在于，所述导热柱插入所述通孔后，所述导热柱与所述块状固体荧光体的距离为0-3mm，优选地为0-2mm，更优选为，所述导热柱与所述块状固体荧光体的下表面完全接触。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的LED器件，其特征在于，所述导热柱为高导热不吸光的铝柱、表面镀银铜柱、蓝宝石柱或氧化铝陶瓷柱；
优选地，所述通孔用于灌入封装硅胶和插入导热柱；
优选地，所述块状固体荧光体可以为具有荧光功能的陶瓷材料、单晶材料、玻璃体材料或有机材料；
优选地，所述块状固体荧光体，可以根据具体需要，选择一切可以加工的不同的形状，例如为片状、半球状或球面状；且所述LED封装基板与所述块状固体荧光体相接合的区域为平面；
优选地，所述块状固体荧光体固定连接于所述LED封装基板功能区的正上方，所述固定连接的方式包括，粘结剂连接、有机胶类的粘合、金属焊接或外加夹具使二者暂时固定在一起。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的LED器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将一个以上LED芯片固定于LED封装基板的功能区内；
(2)将块状固体荧光体覆盖于已完成LED芯片固定与电性连接的LED封装基板的功能区的上方，并使块状固体荧光体与LED封装基板二者相对固定，形成一个密闭的放置有LED芯片的腔体；
(3)向位于LED封装基板的功能区内的通孔内注入LED封装用封装硅胶，当所述封装硅胶充满所述腔体后再将导热柱插入通孔，使导热柱靠近所述块状固体荧光体的一端尽量靠近或接触块状固体荧光体，使导热柱的另一端与所述封装基板的非发光面相齐平；
(4)使硅胶固化，完成该LED器件的制备。
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Inventor after: Deng Zhonghua

Inventor after: Liu Zhuguang

Inventor after: Guo Wang

Inventor after: Chen Jian

Inventor after: Huang Jiquan

Inventor after: Huang Qiufeng

Inventor after: Zhang Weifeng

Inventor after: Hong Maochun

Inventor before: Deng Zhonghua

Inventor before: Liu Zhuguang

Inventor before: Guo Wang

Inventor before: Chen Jian

Inventor before: Huang Jiquan

Inventor before: Huang Qiufeng

Inventor before: Zhang Weifeng

Inventor before: Hong Maochun

GR01 Patent grant
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