CN202423281U

CN202423281U - 一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光led

Info

Publication number: CN202423281U
Application number: CN2011203565087U
Authority: CN
Inventors: 贺龙飞; 范广涵; 郑树文; 姚光锐; 许毅钦; 周德涛
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-09-22

Abstract

本实用新型公开了一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，包括一个或多个LED芯片、电极接线和反光杯或散光杯，其还包括具有荧光转换和高折射率的荧光透明陶瓷透镜和位于LED芯片底部散热的散热基板，荧光透明陶瓷透镜盖于LED芯片的上方。本实用新型中具有高折射率的荧光透明陶瓷与芯片直接相接又作为透镜，能够有效地降低菲涅尔损失系数从而有效地提高LED的出光效率；具有高化学稳定性和热稳定性的荧光陶瓷，荧光透明陶瓷还具有很好的导热性能，能有效改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED寿命，改善LED光均匀性及色温的稳定性。本实用新型结构和制备工艺均相对简单，可靠性高，能广泛应用于LED制造。

Description

一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED

技术领域

本实用新型涉及LED（发光二极管）照明技术领域，具体涉及一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED。

背景技术

随着LED技术的快速发展，其发光效率不断提高，以及价格不断下降，白光LED制备技术已日趋成熟，LED光源因具有光通量高、寿命长、结构小以及安全、高效、节能等诸多优点，已成为替代传统照明光源的最佳光源选择。

目前的LED封装方式，一般是将蓝光或者紫外LED芯片与荧光粉、环氧树脂封装，还有一些企业使用硅胶代替环氧树脂，但是这类封装技术会存在以下问题：

1）白光LED寿命降低、色温变化、光均匀性差

LED长时间点亮会使环氧树脂和硅胶温度上升，波长转换材料会发生退化，而且荧光粉在高温条件下发光效率降低。持续在高温下工作的LED因硅胶或者环氧树脂老化，导致LED的寿命下降，荧光转化材料的衰减迅速也变大。在生产工艺中很难控制荧光粉在硅胶或者环氧树脂中的分散性，使白光LED的均匀性不好。而且还会产生黄色光斑和蓝色光斑。

2）封装材料折射率低，使LED出光效率低

为了能提高LED的出光效率，必须提高封装材料的折射率，减少光的菲涅尔损失。从国内外研究现状来看，目前研发和产业化的硅胶或者环氧树脂的折射率均在1.4至1.6之间，再往上提高实为不易。

3）封装材料老化及散热性差

由于LED持续点亮，会导致封装材料长时间在高温下工作而发生老化，影响LED的可靠性。而且目前LED封装材料使用的环氧树脂和硅胶都是导热性能比较差的材质，热导率均在0.4—2.0W/mK之间。芯片产生的绝大部分的热量由芯片底部的散热基板导出，这又对散热基板的导热性能要求很高。

实用新型内容

本实用新型针对目前LED的出光效率不高，白光LED易衰减，光均匀性差，散热性能差以及LED的长寿命受封装材料的限制等问题，提供了一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED。

一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，包括一个或多个LED芯片、电极接线和反光杯或散光杯，其还包括具有荧光转换和高折射率的荧光透明陶瓷透镜和位于LED芯片底部散热的散热基板，荧光透明陶瓷透镜盖于LED芯片的上方。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，所述高折率为1.65~1.85。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，荧光透明陶瓷透镜与LED芯片紧密接触，荧光透明陶瓷透与LED芯片之间采用无影胶粘剂或者透明绝缘胶粘接。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，LED芯片出光表面表面直接镶嵌在荧光透明陶瓷透镜的封闭腔中，荧光透明陶瓷透镜的封闭腔内空隙采用透明硅胶紧密填充。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，荧光透明陶瓷透镜采用的荧光透明陶瓷材料为荧光粉单种粉体采用烧结工艺所获得的透明陶瓷。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，荧光透明陶瓷透镜采用的荧光透明陶瓷材料为荧光粉和陶瓷粉体混合烧结获得的具有荧光效应的透明复相陶瓷；所述陶瓷粉体包括：镁铝尖晶石、钇铝石榴石、氧化铝、氮氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁、氧化铍、氟化镁、氟化钙、硫化锌、砷化镓、氮化铝中的一种或者两种。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，荧光透明陶瓷透镜中所采用的荧光材料包括黄色荧光材料、红色荧光材料、绿色荧光材料、蓝色荧光材料、橙色荧光材料、紫色荧光材料中的一种或者多种。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，荧光透明陶瓷采用如下方法制得：将荧光粉或者陶瓷粉体混合进行高温烧结，或者直接用荧光粉高温烧结，烧结温度为800℃-1800℃。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，所述 LED芯片是波长为400-500nm范围的可见光LED或波长为250-400nm紫外光LED。

上述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED进一步优化的技术方案中，荧光透明陶瓷透镜是半球形、超半球形、半椭球形、棱形、角形或菲涅尔透镜形。

本实用新型所提供的一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，将荧光陶瓷既作为荧光转换材料也作为高出光效率透镜，使用在LED器件上。可以从以下几个方面解决上述难解决的LED的问题：

1）由于光从折射率较高的芯片表面到折射率较低的封装材料时，一部分光会被反射回去，为了能提高LED的出光效率，必须采用高折射率的封装材料，减少光的菲涅尔损失。从国内外研究现状来看，目前研发和产业化的硅胶或者环氧树脂的折射率均在1.40至1.55之间，而本实用新型的荧光透明陶瓷具有高折射率（折射率在1.65至1.85之间），与芯片直接相接又作为透镜，能够有效地降低菲涅尔损失系数从而有效地提高LED的出光效率；

2）LED长时间点亮会使环氧树脂和硅胶温度上升而发生老化，波长转换材料会发生退化，而且荧光粉在高温条件下发光效率降低，导致LED的寿命下降，荧光转化材料的衰减迅速也变大。本实用新型采用的荧光陶瓷具有高化学稳定性和热稳定性的，能有效改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED寿命，改善LED光均匀性及色温的稳定性；

3）目前LED封装材料使用的环氧树脂和硅胶都是导热性能比较差的材质，热导率均在0.4—2.0W/mK之间。芯片产生的绝大部分的热量由芯片底部的散热基板导出，这又对散热基板的导热性能要求很高。本实用新型使用透明陶瓷透镜与LED芯片之间相连，且陶瓷还具有很好的导热性能，从而使LED在出光面的方向也能散热，一定程度上改善LED散热问题。散热问题解决了，对LED的整体的性能都可以有进一步的提升。

4）同时此实用新型的封装工艺和制备这种透镜均相对简单，只需要生产出荧光透明陶瓷，再加工成我们需要的LED透镜，具有很高的可靠性，能广泛应用于LED制造。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：

1. 采用高折射率的荧光透明陶瓷透镜封装材料，与LED芯片直接相接又作为透镜，能够有效地降低菲涅尔损失系数从而有效地提高LED的出光效率；

2. 采用荧光透明陶瓷透镜封装白光LED，由于荧光陶瓷具有高化学稳定性和热稳定性的，能有效改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED寿命，改善LED光均匀性及色温的稳定性；

3. 采用陶瓷透镜封装白光LED，由于陶瓷的导热性能比目前使用的环氧树脂和硅胶的导热性能都要高几十倍，本实用新型使得LED在出光面的方向也能散热，一定程度上改善LED散热问题。散热问题解决了，对LED的整体的性能都可以有进一步的提升。

4. 同时此实用新型的封装工艺和制备这种透镜均相对简单，只需要生产出荧光透明陶瓷，再加工成我们需要的LED透镜，具有很高的可靠性，能广泛应用于LED制造，特别是大功率白光LED器件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

图1~图5为实用新型的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED的五种示例结构示意图。

图6为实用新型实例中一个荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED的光谱能量分布图。

图中：荧光透明陶瓷透镜1；LED芯片2；散热基板3;镶嵌物4;电极5;反光杯或者散光杯6;支架7。

具体实施方式

以上内容已经对本实用新型作了充分的说明，以下再结合附图对本实用新型的实施作进一步说明，但本实用新型的实施不限于此。

参阅图1至图5所示，仅为本实用新型一种荧光透明陶瓷透镜封装的LED的较佳实施例。荧光透明陶瓷透镜是半球形、超半球形、半椭球形、棱形、角形或菲涅尔透镜形。

将荧光粉或者陶瓷粉体混合进行高温烧结，或者直接用荧光粉高温烧结，烧结温度在800℃-1800℃之间，并在600℃-1800℃之间进行退火，获得荧光透明陶瓷。对烧结出来的荧光透明陶瓷进行加工，加工的方法有切片、研磨、抛光等并制成透镜形状。

该例中一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，由一个或多个LED芯片2、具有荧光转换的透明陶瓷透镜1、在LED芯片底部的散热基板3、电极接线5、反光杯或散光杯6组成。荧光透明陶瓷透镜可以与LED芯片紧密接触，可以采用无影胶粘剂或者透明绝缘胶粘接，也可以直接表面镶嵌在一起。存在的封闭腔内空隙采用透明硅胶紧密填充。

根据所使用的LED芯片类型的不同，可以采用相应的荧光陶瓷透镜进行封装。

1）蓝光LED芯片与掺入黄色荧光材料的透明陶瓷透镜相接合，LED芯片发出的蓝光激发透镜中的荧光材料发射出黄光，此黄光再与部分未被吸收的蓝光组合成白光。

2）紫外LED芯片与掺入红绿蓝三中荧光材料（或者蓝黄两种荧光材料）的透明陶瓷透镜相接合，LED芯片发出的紫外光激发透镜中的多种荧光材料组合成白光。

荧光陶瓷为半球形时的半径可以控制在1mm~40mm之间。通过改变透镜的尺寸或者透镜中荧光材料的含量来改变所发出光的色坐标。转换后得到的白光色温在1500K~15000K之间。

图6为采用荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED的光谱能量分布图。

这种具有高折射率的荧光透明陶瓷与芯片直接相接又作为透镜，能够有效地降低菲涅尔损失系数从而有效地提高LED的出光效率。

这种具有高化学稳定性和热稳定性的荧光陶瓷，能有效改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED寿命，改善LED光均匀性及色温的稳定性。

这种荧光透明陶瓷还具有很好的导热性能，从而使LED在出光面的方向也能散热，一定程度上改善LED散热问题。同时此实用新型的封装工艺和制备这种透镜均相对简单，可靠性高，能广泛应用于LED制造。

Claims

1.一种荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，包括一个或多个LED芯片、电极接线和反光杯或散光杯，其特征在于还包括具有荧光转换和高折射率的荧光透明陶瓷透镜和位于LED芯片底部散热的散热基板，荧光透明陶瓷透镜盖于LED芯片的上方。

2.根据权利要求1所述荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，其特征在于所述高折率为1.65~1.85。

3.根据权利要求1所述荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，其特征在于荧光透明陶瓷透镜与LED芯片紧密接触，荧光透明陶瓷透与LED芯片之间采用无影胶粘剂或者透明绝缘胶粘接。

4.根据权利要求1所述荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，其特征在于LED芯片出光表面表面直接镶嵌在荧光透明陶瓷透镜的封闭腔中，荧光透明陶瓷透镜的封闭腔内空隙采用透明硅胶紧密填充。

5.根据权利要求1所述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，特征在于，荧光透明陶瓷透镜采用的荧光透明陶瓷材料为荧光粉单种粉体采用烧结工艺所获得的透明陶瓷。

6.根据权利要求1所述的荧光透明陶瓷透镜封装的白光LED，其特征在于荧光透明陶瓷透镜是半球形、超半球形、半椭球形、棱形、角形或菲涅尔透镜形。