一种发光二极管封装结构及封装方法

摘要

本申请提供了一种发光二极管封装结构及封装方法。所述的发光二极管封装结构包括：散热基板、LED芯片、第一荧光粉胶层、第二荧光粉胶层、第一缓冲层和第二缓冲层；所述LED芯片设置在所述散热基板上，所述LED芯片上依次涂覆有第一缓冲层、第一荧光粉胶层、第二缓冲层和第二荧光粉层，从而形成夹心光学结构；所述第一缓冲层与所述LED芯片之间还涂覆有第一滤光层；和/或所述第一荧光粉胶层和第二缓冲层之间还涂覆有第二滤光层。本发明提供的LED封装结构及封装方法利用缓冲层和滤光层，一方面避免了芯片和荧光粉直接接触，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题；另一方面避免了荧光粉层之间的互吸收导致荧光粉量子效率下降的问题。

权利要求

1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，包括：散热基板、LED芯片、第一荧光粉胶层、第二荧光粉胶层、第一缓冲层和第二缓冲层；所述LED芯片设置在所述散热基板上，所述LED芯片上依次涂覆有第一缓冲层、第一荧光粉胶层、第二缓冲层和第二荧光粉胶层，从而形成夹心光学结构；

所述第一缓冲层与所述LED芯片之间还涂覆有第一滤光层，所述第一滤光层为凹槽型结构，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层位于第一滤光层的凹槽内；和/或所述第一荧光粉胶层和第二缓冲层之间还涂覆有第二滤光层，所述第二滤光层为凹槽型结构，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层位于第二滤光层的凹槽内。

2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述第二荧光粉胶层上还设置有透镜层。

3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述散热基板为铜基板、铝基板或陶瓷基板，其中所述陶瓷基板包括AlN镀BN复合陶瓷基板。

4.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片为单一的紫外芯片或蓝光芯片。

5.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述第一缓冲层为硅树脂胶或环氧树脂胶；所述第二缓冲层为硅树脂胶或环氧树脂胶。

6.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述第一荧光粉胶层为硅树脂胶和红色荧光粉的混合物；所述第二荧光粉胶层为硅树脂胶和绿色荧光粉或黄色荧光粉的混合物。

7.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述第一滤光层为红光滤光膜；所述第二滤光层为绿光滤光膜或黄光滤光膜。

8.一种发光二极管封装方法，其特征在于，包括：

清洗：选择LED芯片和基板并对基板进行清洗；

固晶：将LED芯片固定在所述基板上；

配胶：配置第一荧光粉胶层和第二荧光粉胶层；

涂覆：依次在LED芯片上涂覆第一滤光层、第一缓冲层、第一荧光粉胶层、第二滤光层、第二缓冲层和第二荧光粉胶层；

其中所述第一滤光层为凹槽型结构，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层位于第一滤光层的凹槽内，和/或所述第二滤光层为凹槽型结构，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层位于第二滤光层的凹槽内。

说明书

一种发光二极管封装结构及封装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及白光LED封装技术，属于半导体技术领域。

背景技术

[0002] 白光LED相对于传统照明光源由于具有能耗低、寿命长、体积小、响应快、无污染等优点，被广泛应用于液晶显示背光应用、手机、信号灯和固态照明等领域。目前实现LED白光方式主要通过多芯片组合或单芯片匹配荧光粉方式实现。其中，采用荧光粉匹配法实现白光LED具有制备方法简单、成本低、容易产业化等优点，目前已经广泛应用于制备白光LED。采用荧光粉匹配法实现白光的主要方式有：蓝光芯片+黄光荧光粉或蓝光芯片+绿色荧光粉或黄色荧光粉+红色荧光粉或紫外芯片+RGB(红绿蓝荧光粉)。其中蓝光芯片+黄色荧光粉方式由于显色指数太低，无法同时满足高显色高光效的需求；因此目前采用单芯片匹配荧光粉实现白光通常要采用2种或2种以上的荧光粉。基于上述方案，荧光粉光谱之间必然存在重叠耦合情况，这种情况下荧光粉之间会产生互吸收，譬如绿色荧光粉的部分光很可能被红色荧光粉再吸收，导致光效下降现象。此外，由于LED芯片和荧光粉之间热匹配差异较大，高温条件下，荧光粉的量子效率必然会下降，进一步会影响LED封装光效。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有发光二极管封装技术的不足，提出了一种发光二极管封装结构和封装方法。

[0004] 本发明的技术方案如下：

[0005] 本发明提供一种发光二极管封装结构包括：散热基板、LED芯片、第一荧光粉胶层、第二荧光粉胶层、第一缓冲层和第二缓冲层；所述LED芯片设置在所述散热基板上，所述LED芯片上依次涂覆有第一缓冲层、第一荧光粉胶层、第二缓冲层和第二荧光粉胶层，从而形成夹心光学结构。

[0006] 优选地，所述第一缓冲层与所述LED芯片之间还涂覆有第一滤光层；

[0007] 优选地，所述第一荧光粉胶层和第二缓冲层之间还涂覆有第二滤光层。

[0008] 优选地，所述第一滤光层为凹槽型结构，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层位于第一滤光层的凹槽内；

[0009] 优选地，所述第二滤光层为凹槽型结构，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层位于第二滤光层的凹槽内。

[0010] 优选地，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层的厚度和小于或等于所述第一滤光层凹槽的深度。

[0011] 优选地，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层的厚度和小于或等于所述第二滤光层凹槽的深度。

[0012] 优选地，所述第二荧光粉胶层上还设置有透镜层。

[0013] 优选地，所述夹心光学结构方形、圆形或正多边形。

[0014] 优选地，所述散热基板为铜基板、铝基板或陶瓷基板；

[0015] 优选地，散热基板为陶瓷基板；

[0016] 优选地，陶瓷基板为AlN镀BN复合陶瓷基板。

[0017] 优选地，所述LED芯片为单一的紫外芯片或蓝光芯片；

[0018] 优选地，紫外芯片峰值波段为365～400nm，蓝光芯片峰值波段为400～470nm。

[0019] 优选地，所述第一荧光粉胶层为硅树脂胶和红色荧光粉的混合物；所述第二荧光粉胶层为硅树脂胶和绿色荧光粉或黄色荧光粉的混合物；所述第一缓冲层和第二缓冲层为硅树脂胶或环氧树脂胶；所述第一滤光层主要反射红光，所述第二滤光层主要反射绿光或黄光。

[0020] 优选地，所述红色荧光粉发射峰值波长位于610～660nm；所述绿色荧光粉或黄色荧光粉发射峰值分别位于510～540nm或540～570nm。

[0021] 优选地，所述第一缓冲层和第二缓冲层为硅树脂胶或环氧树脂胶；

[0022] 优选地，所述第一缓冲层为硅树脂胶，所述第二缓冲层为环氧树脂胶。

[0023] 优选地，所述第一滤光层为红光滤光膜；所述第二滤光层为绿光滤光膜或黄光滤光膜。

[0024] 优选地，所述第一滤光层滤光射波段为580～780nm波段，所述第二滤光层滤光波段为510-560nm。

[0025] 优选地，所述第一缓冲层厚度为50～100μm，所述第二缓冲层厚度为10～50μm。

[0026] 本发明提供还一种发光二极管封装方法，包括：将LED芯片固定在散热基板上；在所述LED芯片上涂覆第一缓冲层；在所述第一缓冲层上涂覆第一荧光粉胶层；在所述第一荧光粉胶层上涂覆第二缓冲层；在所述第二缓冲层上涂覆第二荧光粉胶层，从而形成夹心光学结构。

[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0028] 1、LED芯片和荧光粉之间以及不同种类荧光粉之间均采用缓冲层过渡，所采用缓冲层导热性能好，能够有效解决芯片及荧光粉之间的高温热失配导致荧光粉内外量子效率下降问题及LED器件老化和色漂问题。

[0029] 2、荧光粉胶层采用特定顺序涂覆方法，并通过添加特定波长滤光层，能够有效避免荧光粉之间互吸收现象，并能够集中光输出，提升光提取效率。

附图说明

[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0031] 图1为本发明封装方法的简化示意图。

[0032] 图2为本发明发光二极管的封装结构示意图。

[0033] 图3为本发明散热基板的结构示意图。

[0034] 图4为本发明滤光层的结构示意图。

[0035] 图5为本发明实施例6提供的发光二级管封装结构示意图。

[0036] 图6为本发明对比实施例4提供的发光二级管封装结构示意图。

[0037] 图7为本发明对比实施例5提供的发光二极管封装结构示意图。

具体实施方式

[0038] 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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0039] 本发明提供了一种发光二极管封装结构，如图2所示，包括：散热基板228、LED芯片220、第一荧光粉胶层223、第二荧光粉胶层226、第一滤光层221、第一缓冲层222、第二滤光层224、第二缓冲层225和透镜层227具体地，所述LED芯片设置在所述散热基板上，所述LED芯片上依次涂覆有第一滤光层、第一缓冲层、第一荧光粉胶层、第二滤光层、第二缓冲层和第二荧光粉胶层，从而形成夹心光学结构。

[0040] 上述发光二极管封装结构的具体封装方法为：将所述LED芯片固定在所述基板上，在LED芯片上方涂覆第一滤光层，在所述第一滤光层上方涂覆第一缓冲层，在第一缓冲层上方涂覆第一荧光粉胶层，然后在第一荧光粉胶层上方涂覆第二滤光层，在第二滤光层上涂覆第二缓冲层，在第二缓冲层上方涂覆第二荧光粉胶层，形成夹心光学结构。

[0041] 本发明提供的发光二极管封装结构除以上部件和材料外，还包括：银胶、支架、金线或合金线等，由于这些部件或材料为LED技术领域常用零部件或材料，在本发明中不再详加描述。

[0042] 优选地，上述夹心光学结构方形、圆形或正多边形。上述散热基板为铜基板、铝基板或陶瓷基板；进一步优选地上述基板为陶瓷基板；进一步优选地上述陶瓷基板采用AlN表面镀BN复合基板，其结构示意图如图3所示，其中202为AlN，208为过渡层，210为BN，该基板纵向导热和横向导热性能均非常优异。上述LED芯片为紫外芯片或蓝光芯片，优选地紫外芯片峰值波段为365～400nm，蓝光芯片峰值波段为400～470nm。上述第一荧光粉胶层为为硅树脂胶和红色荧光粉的混合物，第二荧光粉胶层为硅树脂胶和绿色荧光粉或黄色荧光粉的混合物；红色荧光粉、绿色荧光粉和黄色荧光粉的峰值波长分别位于610～660nm、510～540nm和540～570nm。上述第一滤光层为红光滤光膜，主要反射波段为580～780nm，第二滤光层为绿光滤光膜或黄光滤光膜，主要反射波段为510-560nm。上述第一缓冲层厚度为50～
100μm，所述第二缓冲层厚度为10～50μm。

[0043] 优选地，本发明第一滤光层为凹槽型结构，如图4所示，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层位于第一滤光层的凹槽内；

[0044] 优选地，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层的厚度和小于所述第一滤光层凹槽的深度。

[0045] 优选地，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层的厚度和与所述第一滤光层凹槽的深度相等，所述第一滤光层凹槽的槽壁的高度与第一缓冲层和第一荧光粉胶层的厚度和持平。

[0046] 优选地，本发明第二滤光层为凹槽型结构，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层位于第二滤光层的凹槽内。

[0047] 优选地，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层的厚度和小于或等于所述第二滤光层凹槽的深度。

[0048] 采用“碗状”的滤光层结构，能够有效地包围荧光粉胶层的下表面的侧面，进一步避免荧光粉之间互吸收现象；同时将光集中向上方输出，提高发光性能，避免光从侧面散发造成的光损耗，提升光提取效率。

[0049] 本发明还提供了一种发光二极管封装方法，具体示意图如图1所示。

[0050] 固晶：将上述单一芯片通过固晶胶固定在所述基板上，芯片为紫外LED芯片或蓝光LED芯片。

[0051] 配胶：将红色荧光粉和硅胶按一定比例配成第一荧光粉胶层；将绿色荧光粉或黄色荧光粉和硅胶按照一定比例配成第二荧光粉胶层。

[0052] 涂覆：在紫外LED芯片或蓝光LED芯片上首先涂一层红光滤光膜，红光滤光膜对其它光透光率达到95％以上，目的是将紫外激发后红光均反射至上层或侧层，提升光提取效率；然后涂覆硅树脂胶或环氧树脂胶作为第一缓冲层，第一缓冲层的层厚度约50～100μm，目的是避免芯片和荧光粉直接接触，形成导热缓冲层，将第一缓冲层在80～90℃烘烤10-30分钟；然后在第一缓冲层上方涂覆第一荧光粉胶层，90～100℃烘烤10-30分钟；随后在第一荧光粉胶层上涂一层绿光滤光膜或黄光滤光膜，绿光滤光膜或黄光滤光膜对其它光透光率达到95％以上，目的是将芯片所激发绿光或黄光滤光至上层或侧层，一方面避免所发射绿光或黄光被红色荧光粉吸收，另一方面提升了光提取效率；接着在滤光膜上涂覆环氧树脂胶或环氧树脂胶，80～90℃烘烤10-30分钟后形成第二缓冲层；最后在第二缓冲层上方涂覆第二荧光粉胶层，90～100℃烘烤10-30分钟，第二缓冲层厚度约10～50μm。

[0053] 成型：在所述荧光粉胶层外侧通过注塑成型或直接覆盖球形透光玻璃形成透镜层。需要说明的是，采用本发明上述封装方法，还能够用于本发明中其它所述的封装结构中。为更有效的说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例说明本发明的技术方案。

[0054] 实施例1

[0055] 本实施例封装方法如图1所示，LED封装结构示意图如图2所示。

[0056] 其中散热基板228为铜基板，LED芯片220为蓝光芯片，峰值波长位于450～452nm，第一滤光层221为红光滤光膜，第一缓冲层222为硅树脂胶，第一荧光粉胶层223为硅胶和氮化物红粉(峰值波长：625nm)的混合物；第二滤光层224为绿光滤光膜，第二缓冲层225为硅树脂胶；第二荧光粉胶层226为硅胶和铝酸盐绿粉(峰值波长530nm)的混合物。

[0057] 实施例2

[0058] 本实施例的封装方法和结构如同实施例1。

[0059] 其中散热基板228为AlN基板，LED芯片220为蓝光芯片，峰值波长位于450～452nm，第一滤光层221为红光滤光膜，第一缓冲层222为硅树脂胶，第一荧光粉胶层223为硅胶和氮化物红粉(峰值波长：625nm)的混合物；第二滤光层224为绿光滤光膜，第二缓冲层225为硅树脂胶；第二荧光粉胶层226为硅胶和铝酸盐绿粉(峰值波长530nm)的混合物。

[0060] 实施例3

[0061] 本实施例的封装方法和结构如同实施例1。

[0062] 其中散热基板228为AlN/BN复合基板，LED芯片220为蓝光芯片，峰值波长位于450～452nm，第一滤光层221为红光滤光膜，第一缓冲层222为硅树脂胶，第一荧光粉胶层223为硅胶和氮化物红粉(峰值波长：625nm)的混合物；第二滤光层224为绿光滤光膜，第二缓冲层225为硅树脂胶；第二荧光粉胶层226为硅胶和铝酸盐绿粉(峰值波长530nm)的混合物。

[0063] 实施例4

[0064] 本实施例的封装方法和结构如同实施例1。

[0065] 其中散热基板228为AlN/BN复合基板，LED芯片220为蓝光芯片，峰值波长位于450～452nm，第一滤光层221为红光滤光膜，第一缓冲层222为环氧树脂胶，第一荧光粉胶层223为硅胶和氮化物红粉(峰值波长：625nm)的混合物；第二滤光层224为绿光滤光膜，第二缓冲层225为硅树脂胶；第二荧光粉胶层226为硅胶和铝酸盐绿粉(峰值波长530nm)的混合物。

[0066] 实施例5

[0067] 本实施例的封装方法和结构如同实施例1。

[0068] 其中散热基板228为AlN/BN复合基板，LED芯片220为蓝光芯片，峰值波长位于450～452nm，第一滤光层221为红光滤光膜，第一缓冲层222为硅树脂胶，第一荧光粉胶层223为硅胶和氮化物红粉(峰值波长：625nm)的混合物；第二滤光层224为绿光滤光膜，第二缓冲层225为环氧树脂胶；第二荧光粉胶层226为硅胶和铝酸盐绿粉(峰值波长530nm)的混合物。

[0069] 实施例6

[0070] 本实施例LED封装结构示意图如图5所示。

[0071] 其中散热基板228为AlN/BN复合基板，LED芯片220为蓝光芯片，峰值波长位于450～452nm，第一滤光层221为红光滤光膜，第一缓冲层222为硅树脂胶，第一荧光粉胶层223为硅胶和氮化物红粉(峰值波长：625nm)的混合物；第二滤光层224为绿光滤光膜，第二缓冲层225为环氧树脂胶；第二荧光粉胶层226为硅胶和铝酸盐绿粉(峰值波长530nm)的混合物。

[0072] 其中，第一滤光层为凹槽型结构，所述第一缓冲层和第一荧光粉胶层位于第一滤光层的凹槽内；第二滤光层为凹槽型结构，所述第二缓冲层和第二荧光粉胶层位于第二滤光层的凹槽内。

[0073] 对比实施例1

[0074] 本实施例的封装方法和结构类似实施例5，只是缺少第一滤光层221。所采用结构元件及材料同实施例5等同。

[0075] 对比实施例2

[0076] 本实施例的封装方法和结构类似实施例5，只是缺少第二滤光层224。所采用结构元件及材料同实施例5等同。

[0077] 对比实施例3

[0078] 本实施例的封装方法和结构类似实施例5，只是缺少第一滤光层221。和第二滤光层224。所采用结构元件及材料同实施例5等同。

[0079] 对比实施例4

[0080] LED芯片、导热基板、硅胶、荧光粉、金线等原材料与实施例5等同，封装结构如图6所示。其中100为AlN/BN复合基板，101为LED蓝光芯片，102为硅胶和绿色及红色荧光粉的混合物。

[0081] 对比实施例5

[0082] LED芯片、导热基板、硅胶、荧光粉、金线等原材料与实施例5等同，封装结构如图7所示。其中100为AlN/BN复合基板，101为LED蓝光芯片，102为硅胶和绿色及红色荧光粉的混合物，104为缓冲层，其成分同实施例5第一缓冲层等同。

[0083] 表1为实施例1-6和对比实施例1-5在室温条件下点亮光色数据(5000K)可以看出采用AlN/BN复合基板相对于铜基板或氮化铝陶瓷基板的在点亮1000h和2000h后光效具有明显的优势，且色漂更小；由于第一缓冲层主要隔离芯片和第一荧光胶层，因此对导热性能要求较高。而第二缓冲层隔绝不同种类荧光粉，对导热性能要求不是很高，但对透光率要求很高，直接决定着器件的封装光效。因此第一缓冲层和第二缓冲层分别采用硅树脂和环氧树脂器件在室温初始点亮、点亮1000h和2000h的光效具有明显的优势。对比实施例1-3和实施例5相比，说明第一滤光层和第二滤光层直接影响发光二极管的初始光效以及老化性能。同时，实施例5和实施例6进一步表明，中采用凹槽型结构的第一滤光层和第二滤光层，能够进一步提高初始光效及减缓发光二极管的老化问题，进一步提升性能。对比实施例4和对比实施例5相对应于实施例5封装结果表明，本发明实施例通过实现荧光粉和芯片隔离、不同种类荧光粉隔离以及添加适当波段的反光片对发光二极管的初始光效、老化和色漂性能相对于现有技术具有明显的优势。

[0084] 表1实施例1-6和对比实施例1-5在室温条件下点亮光色数据(5000K)[0085]

[0086] 表中，x,y表示CIE色谱图上对应的坐标；Ra表示一般显示指数。

[0087] 需要说明的是，虽然术语“第一”、“第二”等在这里可以用来描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个元件与另一元件区分开。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，类似地，第二元件可被称为第一元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。

[0088] 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，均应包括在本发明的保护范围之内。