CN111403575B - 适用于单芯片大功率白光led的光子晶体薄膜及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于LED相关技术领域，其公开了一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜及其应用，该光子晶体薄膜贴附在大功率白光LED的单芯片上，用于将该大功率白光LED中芯片发出的光转化为白光，该光子晶体薄膜包括骨架和填充胶体，其中，所述骨架作为支撑以及散热骨架，其中设置有多个微孔，所述填充胶体填充在所述微孔中，所述填充胶体中包括发光材料和导热颗粒，所述发光材料用于将单芯片芯片发出的光转化为白光，所述导热颗粒用于散热；所述骨架采用无机透明材料。通过本发明，满足单芯片大功率白光LED对光子晶体薄膜尺寸的要求，提高LED的光效率。

Description

适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜及其应用
技术领域
本发明属于LED相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜及其应用。
背景技术
LED(LightEmittingDiodes)是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高，使用寿命长、环保节能和体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管(LED)的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展向，具有巨大的市场潜力。
与传统的照明技术不同，大功率白光LED的工作效果很大程度上依赖于发光材料层(荧光粉、量子点)的工作温度，当温度过高时，会对LED发光效率以及寿命产生巨大影响；因此在LED发光过程中控制其发光材料层的工作温度至关重要。目前LED封装中通常使用发光材料与黏合胶体直接混合形成发光材料层，其中胶体的导热率低，在LED工作过程中发光材料的热量无法及时导出，使得长时间工作后LED的发光效率及工作稳定性都会降低。为了改善LED中发光材料层发热的问题，使用热导率较高的材料作为发光材料的散热骨架是一种较为理想的方法。目前制造的散热骨架一般为金属材料尺寸较大，无法适用于单芯片的封装模块中，且金属不透光无法适用于贴片式的芯片封装中，因此寻找一种工艺简单、适用范围广、散热骨架在LED封装中非常重要。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜及其应用，通过采用透明无机非金属材料利用热拉丝等工艺成型，可获得小尺寸的满足单芯片大功率白光LED对光子晶体薄膜的需求，同时，骨架和混合胶体中的导热颗粒提高了光子晶体薄膜的散热性，使得本发明中的光子晶体尤其适用于微小单芯片贴片式封装和单芯片远离式封装中。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，该光子晶体薄膜贴附在大功率白光LED的单芯片上，用于将该大功率白光LED中芯片发出的光转化为白光，该光子晶体薄膜包括骨架和填充胶体，其中：
所述骨架作为支撑以及散热骨架，其中设置有多个微孔，所述填充胶体填充在所述微孔中，所述填充胶体中包括发光材料和导热颗粒，所述发光材料用于将单芯片芯片发出的光转化为白光，所述导热颗粒用于散热；
所述骨架采用无机透明材料，一方面用于满足单芯片大功率白光LED对光子晶体薄膜尺寸的要求，另一方面用于提高光子晶体薄膜的透光率，提高LED的光效率。
进一步优选地，所述骨架优选采用热拉丝和切片法成型。
进一步优选地，所述骨架的材料优选为二氧化硅。
进一步优选地，所述骨架中微孔的直径优选为0.02mm～0.04mm。
进一步优选地，所述骨架的形状为长方体或圆柱体。
进一步优选地，所述填充胶体中的发光材料为荧光粉或量子点，所述导热颗粒为氮化硼或氧化铝。
进一步优选地，所述填充胶体中还包括胶材，用于混合发光材料与导热颗粒并封装到骨架微孔中，该胶材为硅胶、环氧树脂或液态玻璃。
按照本发明的另一方面，还提供了上述所述的光子晶体薄膜在单芯片贴片式LED、单芯片远离式LED和多芯片阵列LED中的应用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明中提供的单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，骨架采用无机材料，相比于现有的金属骨架而言，本发明中的骨架可制备出尺寸小，更加符合单芯片LED的要求的光子晶体薄膜，同时，采用无机材料可将骨架制作为透明状，进而提高骨架的透光性，进而提高LED的光效率；
2.本发明中的填充胶中采用发光材料与导热颗粒，其中发光材料用于将芯片发出的光转化为白光，导热颗粒在于提高散热性，进一步地改善光子晶体薄膜的散热性能；
3.本发明提供的光子晶体薄膜尺寸可变，尤其适用于单芯片LED中微小单芯片贴片式封装和单芯片远离式封装，但是也可根据具体的要求对其尺寸大小进行调整，用于尺寸较大的阵列式芯片系统封装中，操作简单适用于工业中大规模的LED封装，适用性广；
4.本发明中光子晶体薄膜结构应用在的LED封装中，相对于传统荧光粉胶封装，发光材料层的导热系数更高，在LED发光过程中有效降低其工作温度，提高了LED的稳定性与可靠性。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的方形光子晶体薄膜的三维结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的方形光子晶体薄膜的截面图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的方形光子晶体薄膜中微孔的截面示意图；
图4是按照本发明的优选实施例1所构建的方形光子晶体薄膜封装在单芯片贴片式LED中的结构示意图；
图5是按照本发明的优选实施例1所构建的方形光子晶体薄膜封装在单芯片贴片式LED中的截面示意图；
图6是按照本发明的优选实施例2所构建的方形光子晶体薄膜封装在单芯片远离式LED中的示意图；
图7是按照本发明的优选实施例2所构建的方形光子晶体薄膜封装在单芯片远离式LED中的示意图；
图8是按照本发明的优选实施例3所构建的方形光子晶体薄膜封装在多芯片阵列的系统LED中的示意图；
图9是按照本发明的优选实施例3所构建的方形光子晶体薄膜封装在多芯片阵列的系统LED中的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-光子晶体薄膜，2-骨架，3-混合胶体，4-荧光粉，5-量子点，6-导热颗粒，7-胶材，8-透镜，9-芯片，10-LED封装基板，11-反光壁，12-反光避面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，光子晶体薄膜1为光子晶体薄膜骨架2和混合胶体3组成，骨架2中有设置有通孔，混合胶体3中包括发光材料和高导热颗粒，混合胶体3填充在骨架2中。
光子晶体薄膜骨架2制作材料为二氧化硅，整体结构无色透明，骨架结构不会对芯片发光产生影响，通过热拉丝法、切片法等工艺制作。
光子晶体薄膜骨架2中通孔的直径为0.02mm～0.04mm。
光子晶体薄膜骨架2中的孔洞排列方式有周期阵列、随机排布两种。
光子晶体薄膜骨架2形状为长方体或圆柱体。
如图2和3所示，混合胶体中包括发光材料、导热颗粒和胶体，发光材料包括荧光粉4与量子点5，相对于传统的荧光粉LED，能达到更高的显色指数，导热颗粒6为氮化硼或氧化铝等浅色材料，在提高混合胶体热导率的同时对光效影响较小，胶材7为硅胶、环氧树脂或液态玻璃。
所述荧光粉为包括YAG、TAG在内的用于LED封装的各种荧光粉。
本发明提供的光子晶体薄膜可用于白光LED封装模块中的应用，实现过程主要包括：
(a)将LED芯片固定在封装基板上并连接好电路；
(b)将光子晶体薄膜骨架底层贴上一层铝箔，向骨架通孔中填入发光材料与导热颗粒的混合胶体；
(c)将光子晶体薄膜放入高温烘箱中对混合胶体进行固化，最后撕下铝箔；
(d)对于贴片式LED封装模块将光子晶体薄膜直接粘贴在LED芯片上，对于远离式LED封装模块将光子晶体薄膜粘贴在反光杯口；
(e)对于贴片式LED封装模块通过包括安装透镜和填充硅胶工艺在内的后续工艺实现完整LED模块封装，对于远离式LED封装模块将反光杯与芯片基板键合完成封装。
进一步地，用于封装的LED芯片为二元材料或四元材料或其他材料构成的LED芯片。
本发明中提供的光子晶体薄膜可用于单芯片贴片式LED封装、单芯片远离式LED封装和多芯片阵列的系统LED封装，但不仅仅限于此，下面将结合具体的实施例进一步说明本发明。
实施例1
参见图4和图5，本实施例中涉及的是单芯片贴片式LED封装模块。将LED芯片9与封装基板10固定好并进行电路连接，LED芯片9为GaN芯片。光子晶体薄膜1横截面为矩形，截面积与芯片截面积相等。通过热拉丝以及切片工艺形成矩形截面的光子晶体薄膜骨架2，骨架上的通孔直径为0.02mm—0.04mm，将发光材料与高导热颗粒与胶材混合抽真空形成混合胶体3，发光材料为荧光粉与量子点，高导热颗粒为氮化硼，胶材7为硅胶，在光子晶体薄膜骨架2底部贴上一层铝箔，将混合胶体3填入光子晶体骨架通孔中后进行热固化，撕下铝箔。完成后将光子晶体薄膜1粘合在LED芯片9表面。将半球形透镜8固定在封装基板10上，填充满硅胶7，完成后将模块放入烘烤箱或自然固化，完成贴片式LED模块封装过程。
实施例2
参见图6和图7，本实施例中涉及的是单芯片远离式LED封装模块。图6与图7为简化图，与实施例1中不同的是本实施例在LED芯片9的周围外套了一层反光杯11，反光杯的表层反光材料可以是银、铝或其他反光材料。光子晶体薄膜1的横截面为圆形，截面积与反光杯上杯口外圆面积相同。光子晶体薄膜1制作过程以及材料参数与实施例1中类似，将光子晶体薄膜粘合在反光杯上杯口表面，完成远离式LED模块封装过程。
实施例3
参见图8和图9，本实施例中涉及的是多芯片阵列的LED封装。阵列的LED芯片9固定在封装基板10上，进行电路连接，LED芯片9可以是GaN等二元材料或者AlGaNP等四元材料组成的芯片和其他芯片，将反光壁面12固定在封装基板10上，反光壁面12的材料可以是银、铝或其他反光材料，光子晶体薄1的横截面为圆形，截面积根据芯片封装阵列的尺寸而定，膜的制作过程以及材料参数与实施例1中类似，将光子晶体薄膜粘合在反光壁口，完成多芯片阵列的系统LED封装过程。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，其特征在于，该光子晶体薄膜贴附在大功率白光LED的单芯片上，用于将该大功率白光LED中芯片发出的光转化为白光，该光子晶体薄膜包括骨架和填充胶体，其中：
所述骨架作为支撑以及散热骨架，其中设置有多个微孔，该微孔为通孔，所述填充胶体填充在所述微孔中，所述填充胶体中包括发光材料和导热颗粒，所述发光材料为荧光粉或量子点，用于将单芯片发出的光转化为白光，所述导热颗粒用于散热，其中，所述骨架的材料为二氧化硅，采用热拉丝和切片法成型；
所述骨架采用无机透明材料，一方面用于满足单芯片大功率白光LED对光子晶体薄膜尺寸的要求，另一方面用于提高光子晶体薄膜的透光率，提高LED的光效率。
2.如权利要求1所述的一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，其特征在于，所述骨架中微孔的直径为0.02mm～0.04mm。
3.如权利要求1所述的一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，其特征在于，所述骨架的形状为长方体或圆柱体。
4.如权利要求1所述的一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，其特征在于，所述填充胶体中的发光材料为荧光粉或量子点，所述导热颗粒为氮化硼或氧化铝。
5.如权利要求1所述的一种适用于单芯片大功率白光LED的光子晶体薄膜，其特征在于，所述填充胶体中还包括胶材，用于混合发光材料与导热颗粒并封装到骨架微孔中，该胶材为硅胶、环氧树脂或液态玻璃。
6.一种权利要求1-5任一项所述的光子晶体薄膜在单芯片贴片式LED、单芯片远离式LED和多芯片阵列LED中的应用。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112993142B (zh) * 2021-02-08 2021-11-30 华中科技大学 一种三维高导热白光led及其制备方法
CN114736519B (zh) * 2022-03-14 2023-06-16 华中科技大学 一种高导热荧光胶体、高导热白光ld及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102157668A (zh) * 2011-04-01 2011-08-17 饶曼夫 发光二极管的荧光粉封装结构及其封装方法
CN103137840A (zh) * 2013-02-27 2013-06-05 中国科学院半导体研究所 一种白光发光二极管及其制作方法
CN108091752A (zh) * 2017-12-22 2018-05-29 华中科技大学 一种白光led及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI497781B (zh) * 2012-07-19 2015-08-21 Univ Nat Cheng Kung 具提升散熱效果之發光二極體裝置及其製備方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102157668A (zh) * 2011-04-01 2011-08-17 饶曼夫 发光二极管的荧光粉封装结构及其封装方法
CN103137840A (zh) * 2013-02-27 2013-06-05 中国科学院半导体研究所 一种白光发光二极管及其制作方法
CN108091752A (zh) * 2017-12-22 2018-05-29 华中科技大学 一种白光led及其制备方法

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