專利名稱：一種白光led發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白光LED發(fā)光裝置,屬于LED光源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光源的二極管(LED)問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初，1964年首先出現(xiàn)紅色LED，之后出現(xiàn)黃色LED，直到1994年藍(lán)色、綠色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司成功開(kāi)發(fā)出白色LED。無(wú)論從LED的發(fā)光機(jī)理、發(fā)光效率，還是從該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用速度來(lái)看，都堪稱為一種嶄新的光源，因此LED半導(dǎo)體發(fā)光被稱作“第四代光源”。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看， 由于其體積小、抗震性強(qiáng)、耗電量少、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，從某種意義上講，可以說(shuō)其應(yīng)用的領(lǐng)域與范圍具有無(wú)限性。到目前為止，LED已經(jīng)在背光照明及顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但將LED應(yīng)用在功能性照明中還需要解決一些問(wèn)題，如芯片發(fā)光效率和光通量的提高，封裝技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及工藝等多方面入手， 提高產(chǎn)品的光學(xué)性能及散熱性能。芯片是LED光學(xué)系統(tǒng)的光源，一般包括限制層、有源層、基底、電極等幾個(gè)部分。光子在有源層中產(chǎn)生，然后向芯片的不同側(cè)面出射，芯片的出光面為上表面以及四個(gè)側(cè)面，四個(gè)側(cè)面出射的光線占總光線的絕大部分。而目前實(shí)現(xiàn)白光LED的主流技術(shù)是在藍(lán)光LED芯片的上表面涂覆黃色熒光粉，利用藍(lán)黃兩波長(zhǎng)光色混合實(shí)現(xiàn)白光，不可避免地造成了芯片側(cè)面光輸出的浪費(fèi)。若能將芯片側(cè)面的光輸出加以收集，必能大大提高白光LED的取光效率。此外，點(diǎn)熒光粉的過(guò)程需要嚴(yán)格控制配膠比例，熒光膠中存在的不均勻顆粒會(huì)造成進(jìn)入的光偏離入射方向而向四面八方散開(kāi)，與光的吸收一樣，光的散射也會(huì)使通過(guò)熒光膠的光強(qiáng)減弱。并且，溫度對(duì)熒光粉的性能影響很大，隨著溫度上升，熒光粉量子效率降低， 發(fā)光強(qiáng)度及波長(zhǎng)發(fā)生變化，從而引起白光LED色溫、色坐標(biāo)的變化；由于熒光粉涂層是由環(huán)氧或硅膠與熒光粉調(diào)配而成，在芯片發(fā)出的光和熱輻射下，熒光涂層易于老化從而造成LED 的加速光衰，并影響LED產(chǎn)品的使用壽命。同時(shí)，提高LED的散熱性能對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有重要意義，好的散熱系統(tǒng)，可以在同等輸入功率下得到較低的工作溫度，延長(zhǎng)LED的使用壽命; 或在同樣的溫度限制范圍內(nèi)，增加輸入功率或芯片密度，從而增加LED燈的亮度。結(jié)溫是衡量LED封裝散熱性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，一般而言，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能無(wú)法導(dǎo)出， 將會(huì)使LED結(jié)溫過(guò)高，進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率及穩(wěn)定性，當(dāng)結(jié)面溫度從25°C上升至100°C時(shí)，各種顏色發(fā)光二極管的發(fā)光效率將會(huì)衰退20 % 75 %，其中又以黃色光衰退 75%最為嚴(yán)重。此外，LED的操作溫度越高，其產(chǎn)品壽命亦越短，當(dāng)操作溫度從63°C上升至 74°C時(shí)，LED平均壽命將會(huì)減少3/4，因此要提升LED發(fā)光效率，其散熱管理與設(shè)計(jì)便成為非常重要的課題。對(duì)于大功率或白光LED封裝，其輸入功率為IW或更高，芯片面積較小，其熱流密度高達(dá)lOOW/cm2以上，散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。如果能實(shí)現(xiàn)芯片的多渠道散熱，必定有利于控制芯片PN結(jié)區(qū)的工作溫度。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的白光LED封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法進(jìn)行改進(jìn)并優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種白光LED發(fā)光裝置，以克服熒光粉封裝LED發(fā)光裝置所存在的上述不足，具有高效散熱能力和高出光率。本發(fā)明所提供的一種白光LED發(fā)光裝置，包括LED芯片、散熱基板、熒光LTCC薄片、反光杯和電極框架；所述LED芯片鍵合于所述散熱基板上；所述熒光LTCC薄片套設(shè)于所述LED芯片上并包覆所述LED芯片的上表面和四個(gè)側(cè)面；所述反光杯套設(shè)于所述熒光LTCC薄片周圍；所述LED芯片通過(guò)引線連接至所述電極框架；所述熒光LTCC 薄片的材質(zhì)為 CaO-B2O3-SiO2 = RE 體系或 BaO-TiO2-SiO2-B2O3 = RE 體系，其中，RE 為 Eu3+、Dy3+ 或 Tb3+ ;所述 CaO-B2O3-SiO2 = RE 體系中，Ca。、B2O3' SiO2 和 RE 的摩爾份數(shù)比為(10 15) (20 30) (55 60) (I 8);所述 BaO-TiO2-SiO2-B2O3: RE 體系中，BaO、Ti02、Si02、B2O3和RE的摩爾份數(shù)比為(15 18) (25 28) (70 73) (8 11)。上述的白光LED發(fā)光裝置中，所述LED芯片為可發(fā)出紫外、藍(lán)或綠大范圍光的 InGaN系芯片；所述LED芯片的襯底為藍(lán)寶石。上述的白光LED發(fā)光裝置中，所述LED芯片為由N型氮化物、發(fā)光層InGaN和P型氮化物組成的半導(dǎo)體層；所述N型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為負(fù)極，所述P型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為正極。上述的白光LED發(fā)光裝置中，所述白光LED發(fā)光裝置外還封裝有透鏡，具有保護(hù) LED芯片的作用，還可利用其位于LED芯片與空氣之間所具有的折射率來(lái)提高芯片的出光率。上述的白光LED發(fā)光裝置中，所述透鏡的材質(zhì)可為陶瓷、樹(shù)脂或玻璃。上述的白光LED發(fā)光裝置中，所述散熱基板可為L(zhǎng)TCC低溫共燒陶瓷基板或LTCC-M 低溫共燒陶瓷-金屬?gòu)?fù)合基板。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)僅采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)-熒光LTCC薄片就能夠?qū)ED芯片側(cè)面大量的光輸出加以利用，并且由于熒光LTCC薄片為陶瓷材料，其具有穩(wěn)定光線并控制光散射的作用；其次，由于熒光LTCC薄片本身具有較高的熱導(dǎo)率2 5W/ (m ·Κ)，熒光LTCC薄片的使用實(shí)現(xiàn)了芯片全表面的散熱通道，改善了產(chǎn)品的散熱性能，且簡(jiǎn)化了 LED發(fā)光裝置的封裝工藝。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I提供的白光LED發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2提供的白光LED發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各部件如下1藍(lán)光LED芯片、2黃色熒光LTCC薄片、3，12散熱基板、4，13反光杯、5透鏡、6，14負(fù)極、7，15正極、8，16引線、9，17電極框架、10紫外光LED芯片、11白色熒光LTCC薄片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用的熒光LTCC薄片的材質(zhì)的制備方法為準(zhǔn)備無(wú)機(jī)熒光LTCC玻璃陶瓷粉料(Ca0、B203、Si02、Ba0、Ti02和RE)和粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑等有機(jī)材料，再在球磨機(jī)中按照一定的配比進(jìn)行混合即制得漿料，用流延法將漿料制成生片并根據(jù)不同的需要進(jìn)行沖孔、繪圖等工序，最后在800 900°C范圍內(nèi)燒結(jié)即得。實(shí)施例I、白光LED發(fā)光裝置本實(shí)施例提供的白光LED發(fā)光裝置包括藍(lán)光LED芯片I、黃色熒光LTCC薄片2、散熱基板3、反光杯4和透鏡5 ；散熱基板3的材質(zhì)為L(zhǎng)TCC低溫共燒陶瓷，其防熱性能好、絕緣性能高；藍(lán)光LED 芯片I鍵合于LTCC低溫共燒陶瓷散熱基板3上，該藍(lán)光LED芯片I的襯底為藍(lán)寶石，其為由N型氮化物、發(fā)光層InGaN和P型氮化物構(gòu)成的半導(dǎo)體層；藍(lán)光LED芯片I的N型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為負(fù)極6，P型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為正極7 ;黃色熒光LTCC 薄片2的材質(zhì)為CaO-B2O3-SiO2 = Eu3+體系(各組分摩爾配比為12 : 25 : 58 : 5)或 BaO-TiO2-SiO2-B2O3 = Dy3+體系(各組分摩爾配比為16 27 72 9)，該黃色熒光LTCC薄片2套設(shè)于藍(lán)光LED芯片I外并包覆藍(lán)光LED芯片I的上表面和四個(gè)側(cè)面；反光杯4套設(shè)于黃色熒光LTCC薄片2之外；藍(lán)光LED芯片I的正極7和負(fù)極6均通過(guò)引線8引出反光杯 4之外，兩條引線8的游離端均與電極框架9相連接，兩個(gè)電極框架9與發(fā)光杯4為一體成形的；硅膠樹(shù)脂材質(zhì)的透鏡5套設(shè)于該發(fā)光裝置之外對(duì)其進(jìn)行封裝，其一方面可以保護(hù)藍(lán)光LED芯片1，另一方面要利用位于藍(lán)光LED芯片I與空氣之間所具有的折射率來(lái)提高藍(lán)光 LED芯片I的出光率。本實(shí)施例提供的白光LED發(fā)光裝置，黃色熒光LTCC薄片2吸收藍(lán)光LED芯片I所發(fā)射的光子，光子能量下轉(zhuǎn)換，發(fā)射出黃光區(qū)域波長(zhǎng)的光子，并與藍(lán)光LED芯片I所發(fā)射的藍(lán)光混合生成白光。實(shí)施例2、白光LED發(fā)光裝置本實(shí)施例提供的白光LED發(fā)光裝置包括紫外光LED芯片10、白色熒光LTCC薄片
11、散熱基板12和反光杯13 ;散熱基板12的材質(zhì)為L(zhǎng)TCC低溫共燒陶瓷，其防熱性能好、絕緣性能高；紫外光LED芯片10鍵合于LTCC低溫共燒陶瓷的散熱基板12上，該紫外光LED 芯片10的襯底為藍(lán)寶石，其為由N型氮化物、發(fā)光層InGaN和P型氮化物構(gòu)成的半導(dǎo)體層； 紫外光LED芯片10的N型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為負(fù)極14，P型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為正極15 ;白色熒光LTCC薄片11的材質(zhì)為CaO-B2O3-SiO2 = Dy3+體系(各組分摩爾配比為10 : 20 : 55 : 7)，該白色熒光LTCC薄片11套設(shè)于紫外光LED芯片10外并包覆紫外光LED芯片10的上表面和四個(gè)側(cè)面；錐形的反光杯13套設(shè)于白色熒光LTCC薄片11之外； 紫外光LED芯片10的正極15和負(fù)極14均通過(guò)引線16連接至電極框架17。本實(shí)施例提供的白光LED發(fā)光裝置，白色熒光LTCC薄片11吸收紫外光LED芯片 10所發(fā)射的光子，光子能量下轉(zhuǎn)換，發(fā)射出藍(lán)黃區(qū)域波長(zhǎng)的光子，黃色與藍(lán)色熒光光譜混合生成白光。
權(quán)利要求
1.一種白光LED發(fā)光裝置，其特征在于所述發(fā)光裝置包括LED芯片、散熱基板、熒光 LTCC薄片、反光杯和電極框架；所述LED芯片鍵合于所述散熱基板上；所述熒光LTCC薄片套設(shè)于所述LED芯片上并包覆所述LED芯片的上表面和四個(gè)側(cè)面；所述反光杯套設(shè)于所述熒光LTCC薄片周圍；所述 LED芯片通過(guò)引線連接至所述電極框架；所述熒光LTCC薄片的材質(zhì)為CaO-B2O3-SiO2: RE體系或BaO-TiO2-SiO2-B2O3: RE體系，其中，RE 為 Eu3+、Dy3+ 或 Tb3+ ;所述 CaO-B2O3-SiO2: RE 體系中，CaO、B2O3、SiO2 和 RE 的摩爾份數(shù)比為(10 15) (20 30) (55 60) (I 8);所述 BaO-TiO2-SiO2-B2O3 = RE 體系中， Ba0、Ti02、Si02、B203 和 RE 的摩爾份數(shù)比為(15 18) (25 28) (70 73) (8 11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED發(fā)光裝置，其特征在于所述LED芯片為可發(fā)出紫外、藍(lán)或綠光的InGaN系芯片；所述LED芯片的襯底為藍(lán)寶石。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的LED發(fā)光裝置，其特征在于所述LED芯片為由N型氮化物、發(fā)光層InGaN和P型氮化物組成的半導(dǎo)體層；所述N型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為負(fù)極，所述P型氮化物半導(dǎo)體層上的電極為正極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的LED發(fā)光裝置，其特征在于所述白光LED發(fā)光裝置外還封裝有透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED發(fā)光裝置，其特征在于所述透鏡的材質(zhì)為陶瓷、樹(shù)脂或玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的LED發(fā)光裝置，其特征在于所述散熱基板為L(zhǎng)TCC 低溫共燒陶瓷基板或LTCC-M低溫共燒陶瓷-金屬?gòu)?fù)合基板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種白光LED發(fā)光裝置。該發(fā)光裝置包括LED芯片、散熱基板、熒光LTCC薄片、反光杯和電極框架；所述LED芯片鍵合于散熱基板上；熒光LTCC薄片套設(shè)于所述LED芯片上并包覆所述LED芯片的上表面和四個(gè)側(cè)面；反光杯套設(shè)于所述熒光LTCC薄片周圍；LED芯片通過(guò)引線連接至電極框架；熒光LTCC薄片的材質(zhì)為CaO-B2O3-SiO2:RE體系或BaO-TiO2-SiO2-B2O3:RE體系。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)僅采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)-熒光LTCC薄片就能夠?qū)ED芯片側(cè)面大量的光輸出加以利用，并且由于熒光LTCC薄片為陶瓷材料，其具有穩(wěn)定光線并控制光散射的作用；其次，由于熒光LTCC薄片本身具有較高的熱導(dǎo)率2～5W/(m·K)，熒光LTCC薄片的使用實(shí)現(xiàn)了芯片全表面的散熱通道，改善了產(chǎn)品的散熱性能。
文檔編號(hào)H01L33/62GK102593340SQ20121005579
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者劉世香, 周濟(jì), 李幸運(yùn) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)