CN211605189U - 一种紫外led封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种紫外LED封装结构，包括基板、固晶于基板上的紫外LED芯片以及由石英制成的透镜，所述透镜固定在基板的顶面上，并且该透镜与基板形成一密闭的腔室，紫外LED芯片位于该腔室内，该腔室内还填充有氟树脂封装层，该氟树脂封装层将紫外LED芯片覆盖住并且填充紫外LED芯片出光面与透镜入光面之间的空气间隙，该氟树脂封装层内还掺杂有对紫外光具有散射能力的光散射纳米颗粒，以提高紫外LED封装结构的外部量子效率。

Description

一种紫外LED封装结构

技术领域

本实用新型涉及LED封装领域，具体是涉及一种紫外LED封装结构。

背景技术

发光二极管(简称LED)，是一种固体半导体发光器件。随着LED技术的发展，LED的模组波段逐渐往近紫外甚至深紫外方向发展。众所周之，紫外LED作为新一代绿色光源，具有光效高、寿命长、节能、环保等众多优点，其应用领域越来越广泛，如室内外消毒、背光源、UV打印、医疗、餐饮、植物生长等。

目前的紫外(UV)LED的封装，特别是深紫外UV-C LED的封装一般采用无机封装的方式，但这种封装结构的紫外光从芯片出射后进入到空气，然后再经过石英玻璃等材质的光学元件透射到外界。整个光路从光密介质到光疏介质、从光疏介质到光密介质再到光疏介质的过程，而且由于界面是平面结构，因此存在非常大的全反射现象，对出光效率造成了很大的影响。目前UV-C LED的外部量子效率(EQE)平均为1-4％，因而从提高UV-C LED外部量子效率的方面来提高其性能是一种有效的方式，本申请方案由此而来。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种紫外LED封装结构，以解决现有的紫外LED封装结构的外部量子效率低的问题。

具体方案如下：

一种紫外LED封装结构，包括基板、固晶于基板上的紫外LED芯片以及由石英制成的透镜，所述透镜固定在基板的顶面上，并且该透镜与基板形成一密闭的腔室，紫外LED芯片位于该腔室内，该腔室内还填充有氟树脂封装层，该氟树脂封装层将紫外LED芯片覆盖住并且填充紫外LED芯片出光面与透镜入光面之间的空气间隙，该氟树脂封装层内还掺杂有对紫外光具有散射能力的光散射纳米颗粒。

优选的，所述光散射纳米颗粒为氧化铝纳米颗粒。

优选的，所述氟树脂封装层由FEP或PTFE材料制成。

优选的，所述透镜的出光面上具有第一微结构。

优选的，所述透镜的入光面上具有第二微结构。

优选的，所述基板上还具有环设在该基板顶面边缘的凸起部，该凸起部与基板配合而形成位于该基板中部的碗杯，紫外LED芯片位于该碗杯内，且氟树脂封装层将该碗杯填充满；所述透镜具有与该碗杯相匹配设置的凹腔，而将整个碗杯都罩住，该透镜的底面为粘结部，该粘结部采用有机粘结胶粘结固定在位于碗杯外侧的基板上。

优选的，所述透镜的内壁与凸起部的顶面以及外侧面之间具有一溢流槽。

优选的，所述凸起部由金属材料制成，其通过焊接的方式固定在基板顶面的顶金属层上。

本实用新型提供的紫外LED封装结构与现有技术相比较具有以下优点：本实用新型提供的紫外LED封装结构采用氟树脂封装层来填充紫外LED芯片出光面与透镜之间的空气间隙，避免紫外光从光疏介质到光密介质的出射过程，减少在界面上发生的全反射现象，而且在氟树脂封装层内掺杂光散射纳米颗粒来对紫外光线进行散射，改变紫外光出射的路径，以更进一步的减少在界面上发生的全反射现象，从而最终提高该紫外LED封装结构的外量子效率。

附图说明

图1示出了紫外LED封装结构的剖面结构示意图。

图2示出了紫外LED封装结构的剖面结构的局部放大图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示的，本实施例提供了一种紫外LED封装结构，包括基板10、固晶于基板10上的紫外LED芯片20以及由石英制成的透镜30。

具体的，基板10由绝缘材料制成，通常选用具有高散热能力的材料，例如氧化铝、氮化铝等材料制成。在本实施例中基板10由氮化铝材料制成。基板10的顶面和底面上分别具有顶金属层11和底金属层12，其中顶金属层11作为用于与紫外LED芯片20的芯片电极电性连接的芯片焊盘，底金属层12则作为该基板10焊接于电路板上的焊接电极。其中顶金属层11和底金属层12可通过电镀等方式沉积于基板10的顶面和底面上，并采用诸如通孔沉铜技术实现两者之间的电性连接，或者是采用金属支架和基板10一同成型，而该金属支架的顶面为顶金属层，金属支架的底面为底金属层。

本实施例中的紫外LED芯片20以倒装结构的芯片为例来进行说明，该紫外LED芯片20的极性相反的两个电极通过锡膏焊接或者采用共晶焊接的方式固定在顶金属层11上。

透镜30由对紫外光具有高通过率的石英材料制成，其固定在基板10的顶面上，并且该透镜30与基板10形成一密闭的腔室40，上述的紫外LED芯片20位于该腔室40内。该透镜30可以采用有机粘结胶的方式固定在基板10上，也可以采用诸如无机材料焊接的方式固定在基板10上，在本实施例中，透镜30采用环氧胶水31固定在基板10上。

腔室40内还填充有氟树脂封装层50，该氟树脂封装层50将紫外LED芯片20覆盖住并且填充紫外LED芯片20出光面与透镜30之间的空气间隙，从而避免紫外光从光疏介质到光密介质的出射过程，减少在界面上发生全反射现象的发生，从而光线出射的几率从而提高该紫外LED封装结构的外量子效率。

氟树脂封装层50采用氟树脂材料进行封装，其可以采用诸如EFEP(EthyleneTetrafluoroethylene Hexafluoropropylene Fluoroterpolymer，乙烯四氟乙烯六氟丙烯含氟聚合物)、FEP(Fluorinated ethylene propylene，全氟乙烯丙烯共聚物)、PFA(Perfluoroalkoxy，全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)、ETFE(ethylene tetra fluoroethylene，乙烯-四氟乙烯共聚物)、PCTFE(Polychlorotrifluoroethene,聚三氟氯乙烯)、PVF(Polyvinyl Fluoride，聚氟乙烯)、PTFE(Poly tetra fluoro ethylene，聚四氟乙烯)等化学结构上含有碳氟键的高分子材料，其中优选FEP和PTFE材料。

氟树脂封装层50内还掺杂有光散射纳米颗粒51，光散射纳米颗粒51的折射率与氟树脂封装层50的折射率不同，光线在该光散射纳米颗粒51的表面发生散射而改变传播路径，以进一步减少在界面上发生的全反射现象，从而提高光线出射的几率，从而提高该紫外LED封装结构的外量子效率。其中，光散射纳米颗粒51可以为氧化铝(Al₂O₃)纳米颗粒或者氮化铝(AlN)纳米颗粒。

其中光散射纳米颗粒51优选氧化铝纳米颗粒。由于氧化铝纳米颗粒具有较高的禁带宽度(约5.8eV)、对紫外光无吸收、折射率较高(1.6～1.65)在紫外光下稳定性好等优势，因此采用氧化铝纳米颗粒能够再更大程度上提高光线出射的几率；而且氧化铝纳米颗粒制备工艺简单、掺杂工艺适应性良好，同时纳米氧化铝颗粒材料相对便宜，更有利于后续批量生产成本控制。

本实施例提供的紫外LED封装结构采用氟树脂封装层50来填充紫外LED芯片20出光面与透镜30之间的空气间隙，避免紫外光从光疏介质到光密介质的出射过程，减少在界面上发生的全反射现象，而且在氟树脂封装层50内掺杂光散射纳米颗粒51来对紫外光线进行散射，改变紫外光出射的路径，以更进一步的减少在界面上发生的全反射现象，从而最终提高该紫外LED封装结构的外量子效率。需明确的是，虽然该紫外LED封装结构在深紫外LED封装应用上更具优势，但其同样可以应用于近紫外LED的封装上。

在本实施例中，透镜30的出光面上具有第一微结构，该第一微结构可以采用湿法蚀刻技术在透镜30的出光面上蚀刻出纳米级的微结构，这些第一微结构让紫外光线从该透镜的出光面入射至空气中的时候，可以减小在透镜出光面和空气的界面发生的全反射现象，以提高出光效率。

优选的，透镜30的入光面上具有第二微结构，该第二微结构可以采用与第一微结构相同的方式来形成，这些第二微结构让紫外光线从氟树脂封装层50入射至透镜30中的时候，可以减小在透镜30的入光面和氟树脂封装层50的界面发生的全反射现象，以提高出光效率。

在本实施例中，参考图1和图2，基板10上还具有环设在该基板10顶面边缘的凸起部60，该凸起部60与基板10配合而形成位于该基板10中部的碗杯61。上述的紫外LED芯片20位于该碗杯内，且氟树脂封装层50将该碗杯61填充满。另外，该碗杯61由不透紫外光且在紫外光下稳定性好的材料制成，例如金属、陶瓷等材料制成。其中优选由金属材料制成，例如铜，金属材料制成的凸起部60可以通过锡膏焊接的方式直接焊接固定在顶金属层11，便于凸起部60的实现以及无有机胶粘结，在紫外光下稳定性好。

透镜30具有与该碗杯61相匹配设置的凹腔，以将整个碗杯61都罩住，即整个碗杯61都位于透镜30的凹腔内。该透镜30的底面具有固定在基板上的粘结部，该粘结部粘结固定在位于碗杯外侧的基板上，由于凸起部60将紫外光隔离，紫外LED芯片20出射的紫外光线不会照射到透镜30的粘结部，因此透镜30可以采用有机粘结胶(例如环氧胶水)来实现该透镜的固定，相对于采用无机的固定方式，采用有机胶水固定更加的简便且具备成本优势。

优选的，透镜30的内壁与凸起部60的顶面以及外侧面之间具有一溢流槽62，在进行氟树脂封装层50点胶的时候，多余的氟树脂会溢流至该溢流槽62内，同时也利于氟树脂中气体的排出，保证碗杯61内的氟树脂封装层50的点胶质量。

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 (8)

1.一种紫外LED封装结构，包括基板、固晶于基板上的紫外LED芯片以及由石英制成的透镜，其特征在于：所述透镜固定在基板的顶面上，并且该透镜与基板形成一密闭的腔室，紫外LED芯片位于该腔室内，该腔室内还填充有氟树脂封装层，该氟树脂封装层将紫外LED芯片覆盖住并且填充紫外LED芯片出光面与透镜入光面之间的空气间隙，该氟树脂封装层内还掺杂有对紫外光具有散射能力的光散射纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述光散射纳米颗粒为氧化铝纳米颗粒。

3.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述氟树脂封装层由FEP或PTFE材料制成。

4.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的出光面上具有第一微结构。

5.根据权利要求4所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的入光面上具有第二微结构。

6.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述基板上还具有环设在该基板顶面边缘的凸起部，该凸起部与基板配合而形成位于该基板中部的碗杯，紫外LED芯片位于该碗杯内，且氟树脂封装层将该碗杯填充满；所述透镜具有与该碗杯相匹配设置的凹腔，而将整个碗杯都罩住，该透镜的底面为粘结部，该粘结部采用有机粘结胶粘结固定在位于碗杯外侧的基板上。

7.根据权利要求6所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的内壁与凸起部的顶面以及外侧面之间具有一溢流槽。

8.根据权利要求6所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述凸起部由金属材料制成，其通过焊接的方式固定在基板顶面的顶金属层上。

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