CN202049951U - 一种透明荧光陶瓷集成大功率led光源 - Google Patents

Abstract

一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明荧光陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组合安装，若干LED芯片阵列排布固晶于封装基板固晶区，并由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明荧光陶瓷材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。透明荧光陶瓷由荧光粉与透明陶瓷粉体掺杂共烧而成。透明陶瓷相较传统封装材料具有更高的折射率，由此封装的LED光源具有较高的取光效率，同时透明陶瓷在导热系数、稳定性和机械强度方面均优于传统封装材料，透明陶瓷与荧光粉掺杂共烧可实现蓝光LED的白光功能。

Description

一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源

技术领域

本实用新型涉及一种白光LED光源，确切地讲是一种由透明荧光陶瓷材料集成封装的大功率LED光源。

背景技术

当前，国内外现行的白光LED封装工艺方法有多种，其中“蓝光芯片+荧光粉”封装工艺中，由于环氧树脂具有优良的粘结性、电绝缘性、密封性和介电性能且成本较低、易成型等优点成为LED封装的主流材料。但是随着白光LED亮度和功率的不断提高，对LED的封装材料提出更高的要求，而环氧树脂自身存在的吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色等缺陷暴露了出来，环氧树脂也不易实现与荧光粉的均匀掺杂，从而大大影响和缩短LED器件的性能和使用寿命。为了解决环氧树脂存在的上述问题，有机硅材料由于具有良好的透明性、耐高低温性、耐候性、绝缘性等，受到了国内外研究者的广泛关注，被认为是替代环氧树脂的理想材料。但有机硅作为封装材料也存在一些缺点，有机硅没有解决荧光粉均匀掺杂的问题，有机硅的折射率在1.5左右，与LED芯片的折射率相差较大，不利于光的输出；另外，有机硅虽然较环氧树脂在耐热性、力学性能方面有所提高，但在高温、高腐蚀性等恶劣环境下工作的能力较差。而且由于有机硅的生产工艺较复杂、成本较高，当前市场上的有机硅价格十分昂贵，不利于白光LED的推广及应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提出了一种由高折射率透明陶瓷材料与荧光粉掺杂共烧形成的透明荧光陶瓷集成封装的大功率LED光源。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明荧光陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组合安装，若干LED芯片阵列排布固晶于封装基板固晶区，并由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明荧光陶瓷材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。

所述透明荧光陶瓷由荧光粉与透明陶瓷粉体掺杂共烧而成，分为无压烧结工艺或真空热压烧结工艺；

无压烧结工艺：将压制成型和烧结工艺分开进行，先将粉体冷压成型，成型方式选择钢模冷压成型、或铺以冷等静压成型和湿法成型中的一种，之后进行素烧以去除一些添加剂，再在真空、氢气或其他惰性气体条件下进行高温烧结；

真空热压烧结：成型和烧结在同一工序完成，先将粉体放入模具冷压成型，然后将成型样品放入真空热压炉进行热压烧结，所得制品再放入热等静压炉内高温、高压下进行后处理，炉内温度1600-1800℃，氩气条件下压力150-200Mpa，进而提高荧光透明陶瓷的光学性能。

所述透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，其折射率大于1.7。

所述封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区域为平面或凹凸结构。

所述曲面出光面为规则弧面出光面或异形曲面出光面。

本实用新型的有益效果：折射率差异过大易导致全反射发生，而将光线反射回芯片内部无法有效导出，因此提高封装材料的折射率将可减少全反射的发生。以蓝光芯片/黄色YAG荧光粉的白光LED组件为例，蓝光LED芯片折射率为2.5，当封装材料的折射率从1.5时提升至1.7时，光取出效率提升了近30％；因此，提升封装材料的折射率降低芯片与封装材料间折射率差异来达到提升出光效能，MgAl₂O₄透明荧光陶瓷的折射率在1.7左右，比环氧树脂和有机硅有较大提高，采用这种材料封装将有效提高LED光源取光效率。

MgAl₂O₄透明陶瓷热导率较高(17.0W/m·K)，约为环氧树脂和有机硅的十倍，可以使工作中产生的热量更为及时地传递出去，有利于降低荧光物质的工作温度，延长荧光物质的寿命，有助于降低芯片结温，从而可以提高工作电流，进一步提高LED发光强度。

由于透明荧光陶瓷有比环氧树脂和有机硅更高的热导率和折射率，可同时解决散热和高效率问题；由于陶瓷材料有比有机材料更高的强度、硬度、更耐腐蚀，能够大幅度提高LED制品的寿命，并为实现白光LED在高温、高冲击、腐蚀性等恶劣工作环境下长时间工作的使用提供了可能性。

附图说明：

图1为平面出光面LED光源剖视图；

图2为曲面出光面LED光源剖视图；

图3为封装基板和支架组合示意图I；

图4为封装基板和支架组合示意图II；

图5为平面出光面LED光源结构示意图；

图6为平面出光面LED光源立体图；

图7为曲面出光面LED光源结构示意图；

图8为曲面出光面LED光源立体图。

附图中所指图例

1、封装基板  2、支架    3、LED芯片

4、金线      5、电极    5、透明荧光陶瓷

具体实施方式

透明荧光陶瓷由荧光粉与透明陶瓷粉体掺杂共烧而成，分为无压烧结工艺和真空热压烧结；

无压烧结工艺：将压制成型和烧结工艺分开进行，先将粉体冷压成型，成型方式选择钢模冷压成型、或铺以冷等静压成型和湿法成型中的一种，之后进行素烧以去除一些添加剂，再在真空、氢气或其他惰性气体条件下进行高温烧结；

真空热压烧结：成型和烧结在同一工序完成，先将粉体放入模具冷压成型，然后将成型样品放入真空热压炉进行热压烧结，所得制品再放入热等静压炉内高温、高压下进行后处理，炉内温度1600-1800℃，氩气条件下压力150-200Mpa，进而提高荧光透明陶瓷的光学性能。

透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，其折射率大于1.7。

封装基座由高导热金属或合金制成，其底面为导热面，固晶区可设置凹面结构。

如图1、2所示：封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区域为平面或凹凸结构，支架由绝缘材料制成，与封装基板配合安装。

如图3、4所示：一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，由封装基板1、支架2、LED芯片3、金线4、电极5和透明荧光陶瓷6封装材料构成，封装基板和支架组合安装，若干LED芯片阵列排布固晶于封装基板固晶区，并由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明荧光陶瓷材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。

实施例1：如图5、6透明荧光陶瓷封装为平面出光面结构，此平面出光面LED光源封装工艺简单，易成型，缺点是平面结构易产生全反射，用于照明灯具时往往需二次配光；

实施例2：如图7、8透明荧光陶瓷封装为曲面出光面结构，曲面出光面LED光源将出光面设置为曲面结构，通过设计可有效减少全反射，增加LED光源取光效率，同时可将封装出光面与二次配光透镜一体化设计，从而进一步减少光损。

Claims (5)

1.一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，其特征在于：由LED芯片、封装基板、支架、电极和透明荧光陶瓷封装材料构成，封装基板和支架组合安装，若干LED芯片阵列排布固晶于封装基板固晶区，并由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明荧光陶瓷材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。

2.根据权利要求1所述的一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，其特征在于：所述透明荧光陶瓷由荧光粉与透明陶瓷粉体掺杂共烧而成。

3.根据权利要求1所述的一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，其特征在于：所述封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区域为平面或凹凸结构。

4.根据权利要求2所述的一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，其特征在于：所述透明陶瓷选用高纯原料，其折射率大于1.7。

5.根据权利要求1所述的一种透明荧光陶瓷集成大功率LED光源，其特征在于：所述曲面出光面为规则弧面出光面或异形曲面出光面。 

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