CN202888234U - 一种具有荧光转换层的led封装结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及LED（Light-EmittingDiode，发光二极管），特别是涉及一种具有荧光转换层的LED封装结构。本实用新型的一种具有荧光转换层的LED封装结构，包括LED芯片、光学透镜、荧光转换层和电路基板。其中，所述电路基板上设有若干个LED芯片，每个LED芯片的正负极通过金线引出。荧光转换层和光学透镜设置于LED芯片的出光方向上，且完全覆盖所述LED芯片。本实用新型应用于简化工艺、提高荧光转换效率。

Description

一种具有荧光转换层的LED封装结构
技术领域
本实用新型涉及LED（Light-Emitting Diode，发光二极管），特别是涉及一种具有荧光转换层的LED封装结构。
背景技术
LED具有节能环保、寿命长、响应快、小而轻等特点，是新一代的照明技术，广泛应用于景观照明、汽车市场、交通灯市场、户外大屏幕显示和特殊工作照明等领域，正朝着高亮度、高色彩性、高耐气候性、高发光均匀性的方向发展。白光LED正在引发第四次照明革命。
目前白光LED的实现方法主要有：1）红、绿、蓝三种芯片组合；2）YAG：Ce黄色荧光粉或红、绿荧光粉与蓝光芯片组合；3）红、绿、蓝荧光粉与紫外光芯片组合。目前市场的主流还是第二种形式。另外，单芯片多量子阱型白光LED正在开发之中。YAG：Ce黄色荧光粉的发射光谱宽，对所匹配的蓝光波长有较宽的选择范围，而且荧光转换效率较高，因而易获得高的成品率，且造价低。但是，YAG：Ce黄色荧光粉存在以下问题：1）合成条件需要高温还原性气氛；2）掺杂的不均匀性；3）粒径大小难于操控；4）粒子形貌不规则；5）稀土材料激活剂的价格较贵；6）暖色系的配制尚未成功；7）发光强度随温升的衰减大；8）发射光谱中的红色成分较少，高显色指数和低色温的白光LED难于实现；9）发光颜色随驱动电压及荧光层的厚度变化而改变；10）荧光粉的光通量、发光效率、稳定性和显色性需要进一步提高。
LED的封装结构目前普遍采用反射杯式和透镜式封装结构。反射杯式的封装封装工艺包括固定晶粒、电极连接、透镜放置、注入第一硅胶层、制作荧光粉胶、烘烤固化等步骤。透镜式的封装工艺包括镜检、扩片、银胶点胶、备胶、手工刺片、自动装架、烧结、压焊、荧光胶点胶、灌封、模压、固化、热老化、切筋和划片、测试、包装等步骤。
申请日为2010.05.11、申请公布号为CN 101867007 A的发明专利，公开了一种LED灯荧光粉层的制备方法，其列举了两种与蓝色LED芯片搭配的YAG：Ce荧光粉层制备途径：1）荧光粉胶配制、涂敷、去胶；2）感光荧光粉胶配制、涂敷、曝光和显影、去除感光胶。申请日为2010.06.21、申请公布号为CN 101872829 A的发明专利，公开了一种高发光效率的白光 LED 及其封装方法，其列举了三种针对反射杯式封装结构的涂敷荧光粉胶的方式，包括均匀分布式、表敷式、远距离分布式。均匀分布式在第一或第二硅胶层掺入荧光粉，这种荧光粉层虽然制备相对容易，但存在荧光粉的沉淀问题，而且芯片发射的较短波长因荧光粉颗粒或界面多次反射和散射而存在吸收的问题。表敷式在芯片表面涂敷荧光粉，激发效率较高，但存在沉淀和散热的问题。远距离分布式在远离芯片的位置如第二硅胶层的表面或光学透镜玻璃窗口的内或外表面涂布荧光粉，可以提升外部量子效率，点亮时受晶片的影响较小，但工艺繁琐，且对支架碗杯的尺寸有要求。
上述荧光粉层的制备及涂布方法是目前YAG：Ce黄色荧光粉与蓝光芯片搭配实现白色LED发光的主流技术，虽然已经成熟的应用，但还存在以下问题：荧光层厚、均匀性差、胶的老化、荧光粉用量大、发光衰减、工艺复杂、所用的胶特别是光刻胶存在环境污染问题、发光颜色一致性差、光的散射引起的吸收问题、多种材料的界面反射、界面应力、荧光粉掺和低温玻璃及去胶工艺需高温烧结、生产周期长、封装不够紧凑、透镜和内部的封装胶容易产生气隙以及成本高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种工艺易于实现、可以获得高的荧光转换效率、成本低的具有荧光转换层的LED封装结构，以解决现有技术之不足。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种具有荧光转换层的LED封装结构，包括LED芯片、光学透镜、荧光转换层和电路基板。其中，所述电路基板上设有若干个LED芯片，每个LED芯片的正负极通过金线引出。荧光转换层和光学透镜设置于LED芯片的出光方向上，且完全覆盖所述LED芯片。
所述荧光转换层是真空镀膜方法形成的，其可以直接沉积到LED芯片表面或直接沉积到光学透镜的内表面或直接沉积到光学透镜的外表面，或通过薄膜转移方法把荧光转换层粘结到LED芯片的出光方向上。其中，真空镀膜方法可以有多种，例如真空蒸发法（如电阻加热法、电子束加热法、激光加热法等）、激光闪蒸法、脉冲激光沉积法（PLD）、溅射法（如射频磁控溅射、直流磁控溅射、离子束溅射）、化学气相沉积法（如热解CVD、等离子增强CVD、金属有机化学气相沉积（MOCVD））等等。另外，荧光转换层还可以通过软化学方法进行制备，如溶胶-凝胶法（sol-gel）、液相浸涂法等。
进一步的，所述荧光转换层的厚度范围为0.1μm－100μm之间。更优选的范围为0.5μm-20μm。
本实用新型通过上述方案，采用荧光转换层的结构，使得封装结构更紧凑，同时减少透镜和内部的封装胶之间的气隙。其工艺易于实现、可以获得高的荧光转换效率、成本低，很好的解决了有关荧光层厚、均匀性差、胶的老化、荧光粉用量大、发光衰减、工艺复杂等等问题。
附图说明
图1是本实用新型的实施例的示意图。
图2是图1中A-A的剖视图。
图3是本实用新型的实施例中蓝光LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
作为本实用新型一个具体实施例，如图1和图2所示，一种具有荧光转换层的LED封装结构，包括LED芯片11、光学透镜13、荧光转换层14和电路基板15。其中，所述电路基板15上设有若干个LED芯片11，每个LED芯片11的正负极通过金线12引出。荧光转换层14和光学透镜13设置于LED芯片11的出光方向上，且完全覆盖所述LED芯片11。
荧光转换层14可以直接沉积到LED芯片11表面或直接沉积到光学透镜13的内表面或直接沉积到光学透镜13的外表面，或通过薄膜转移方法把荧光转换层14粘结到LED芯片11的出光方向上。其中，荧光转换层14的厚度控制在0.5μm-20μm之间。
下面简述一下该荧光转换层14的制备方法：本实施例中是采用射频磁控溅射法制备（Y1－xGdx）（A11－yGay）5O12：Ce3＋荧光转换层，其中0≤x,y≤0.1。沉积是在射频磁控溅射仪的镀膜腔内进行的，所用YAG：Ce的靶材为高温烧结的致密块体或冷等静压致密的粉末靶，通常做成圆形或方形，可以采用（Y1－xGdx）2O3：Ce3＋、（A11－yGay）2O3双靶共溅射，且采用旋转的基片，使用聚乙烯塑料薄膜基片，采用Ar、O2气氛，选择合适的靶基距、射频功率、气压和基片旋转速率，基片温度设定在室温-150℃之间，厚度控制在0.5-20μm之间。沉积完成后将膜层铺放在95氧化铝陶瓷薄片上，在真空或气氛（Ar、H2、N2或O2）炉内退火晶化，同时烧去塑料薄膜，退火温度为500-1000℃。所制作的荧光转换层14通过荧光光谱分析确认后转移到蓝光LED芯片封装胶的表面，或者在光学透镜的内表面，或者在光学透镜内直接沉积荧光转换膜。
图3是使用本实用新型的方案的一种蓝光LED芯片结构。该蓝光LED芯片结构包括蓝宝石基片1、衬底2、n-GaN层3、InGaN/GaN多量子阱4、p-GaN层5、ITO透明电极6、荧光转换层7和钝化层9，上述蓝宝石基片1、衬底2、n-GaN层3、InGaN/GaN多量子阱4、p-GaN层5、ITO透明电极6、荧光转换层7和钝化层9依次序排列。所述荧光转换层7还设有n电极8，所述n-GaN层3设有p电极10。
本例中，采用PLD法直接在镀完上电极的蓝光LED芯片上沉积YAG：Ce荧光转换层。所采用陶瓷靶材的化学式为Y3A15O12：Ce3＋。控制适当的O2分压、靶基距、激光能量、脉冲频率和成膜时间等参数，设定基片的温度在500-1000 ℃之间，厚度控制在0.5-20μm之间。蓝光LED芯片沉积荧光转换层完成之后，再沉积钝化层。其他工序与现有技术相同，这里不再详述。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。 

Claims (4)

1.一种具有荧光转换层的LED封装结构，其特征在于：包括LED芯片、光学透镜、荧光转换层和电路基板；所述电路基板上设有若干个LED芯片，每个LED芯片的正负极通过金线引出；荧光转换层和光学透镜设置于LED芯片的出光方向上，且完全覆盖所述LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种具有荧光转换层的LED封装结构，其特征在于：所述荧光转换层的厚度范围为0.1μm－100μm。
3.根据权利要求2所述的一种具有荧光转换层的LED封装结构，其特征在于：所述荧光转换层的厚度范围为0.5μm-20μm。
4.根据权利要求1所述的一种具有荧光转换层的LED封装结构，其特征在于：所述荧光转换层是直接沉积到LED芯片表面，或直接沉积到光学透镜的内表面，或直接沉积到光学透镜的外表面。
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