專利名稱：一種薄片型白光led封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及白光發(fā)光二極管(LED)封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種全反射側(cè)向出光式白光LED封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
LED是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，其物理性質(zhì)已為人熟知，并在照明和顯示行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前常見(jiàn)的白光LED技術(shù)，是使用LED芯片所產(chǎn)生的藍(lán)光，激發(fā)涂布在芯片上方或周圍的熒光粉，熒光粉受激發(fā)后發(fā)出綠光、黃光或紅光，與LED芯片的藍(lán)光搭配而產(chǎn)生白光。另外還有一種與之相近的白光LED技術(shù)，其使用紫外LED芯片所產(chǎn)生的紫外光，激發(fā)涂布在芯片上方或周圍的熒光粉，發(fā)出藍(lán)光、綠光或紅光，混合出白光。美國(guó)專利US005998925A、US006069440A、US006600175A、US006614179A、US007592192A、US08227273A、US005847507A、US005959316A, US006163038A, US006299498B1, US006576930B2, US006812500B2,US007592192B2、US007750359B2、US005813753A、US006614179B1、US00329988B2，中國(guó)專利CN102593269A、CN1870309A、CN101702421B、CN101521257B、CN102169951A、CN101320773B、CN101771129A, CN102569558A, CN101432895A 和 CN102110681A，均使用了類似的技術(shù)。在上述白光LED技術(shù)中，熒光粉均直接涂布在芯片上方或環(huán)繞在芯片周圍，所得白光的光色、光效與熒光粉的濃度和用量關(guān)系很大。以最常用的藍(lán)光芯片和黃色熒光粉組合為例，白光是由藍(lán)光激發(fā)突光粉得到的黃光和透過(guò)突光粉層的藍(lán)光混合而成，芯片和突光粉所發(fā)出的光必須透過(guò)高濃度的熒光粉層，而熒光粉層對(duì)光會(huì)產(chǎn)生散射和阻擋，而造成很大的光損失。黃光的比例越高，熒光粉的用量也越多，熒光粉層造成的光損失越大。對(duì)于6000K左右的正白光LED來(lái)說(shuō)，最終透過(guò)熒光粉層的出射光的比例低于50%。而對(duì)于2800K左右的暖白光LED來(lái)說(shuō)，由于使用的熒光粉量更多，最終透過(guò)熒光粉層的出射光的比例僅約 30%ο為減少光通過(guò)突光粉層時(shí)的損失，OpticsExpress期刊2009年4月第17卷第9期報(bào)道了使用藍(lán)光通-黃光反射濾光片以提高白光LED的效率的方法。但在該方法中，芯片和熒光粉所發(fā)出的光仍需要透過(guò)高濃度的熒光粉層，不能顯著提高光的出射比例。綜上所述，現(xiàn)有的使用熒光粉技術(shù)的白光LED封裝技術(shù)存在嚴(yán)重的問(wèn)題，即由于熒光粉層散射及阻擋等原因而導(dǎo)致的大量光損失，如若能解決該問(wèn)題，將能大幅度提高白光LED的光出射效率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提供一種可顯著降低光在傳播過(guò)程中的損失、提高LED光效的白光封裝結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案:本發(fā)明的一種薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，包括透明薄片、封裝在透明薄片中的熒光粉、設(shè)置在透明薄片上的LED芯片和熒光粉膜、設(shè)置在LED芯片水平側(cè)面的反射鏡、與LED芯片連接的電極，熒光粉膜設(shè)置在LED芯片的上方或下方，LED芯片的法向與透明薄片的平面平行，反射鏡的鏡面面向LED芯片并與透明薄片的平面垂直，透明薄片由折射率大于或等于1.35的透明材料制成。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，透明薄片的周向邊緣設(shè)置有斜角反射鏡。上一優(yōu)選方案中，透明薄片上側(cè)或下側(cè)還可設(shè)置有一個(gè)底面反射鏡，且底面反射鏡的鏡面與斜角反射鏡的鏡面之間的夾角為鈍角。本發(fā)明中，LED芯片封裝在透明薄片的內(nèi)部或設(shè)置在透明薄片的周向邊緣。本發(fā)明中，熒光粉膜為封裝有熒光粉的透明材料制成。本發(fā)明中，LED芯片發(fā)出的是藍(lán)光或紫外光。本發(fā)明中，透明薄片中的熒光粉與透明材料的重量比在0.001:1至0.1:1之間。本發(fā)明中，透明薄片的厚度不超過(guò)5mm。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)含有熒光粉的透明薄片，藍(lán)光或紫外光LED芯片被設(shè)置在透明薄片的內(nèi)部或周向邊緣，LED芯片的側(cè)面設(shè)置有反射鏡，LED芯片的上方和下方設(shè)置有熒光粉膜。LED芯片發(fā)出的大部分光射入透明薄片。由于透明薄片材料的折射率比空氣大，射入透明薄片的光因發(fā)生全反射而被限制在透明薄片中傳播。少部分不滿足全反射條件的光可以通過(guò)熒光粉膜將其利用。LED芯片發(fā)出的光在透明薄片中傳播時(shí)激發(fā)熒光粉發(fā)光或被熒光粉顆粒散射，剩余的光從透明薄片邊緣出射。熒光粉發(fā)出的光、被散射的光和從邊緣出射的光組成白光。若在透明薄片的一個(gè)表面設(shè)置反射鏡，且在透明薄片邊緣設(shè)置斜面反射鏡，則光可從單面出射。有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):下面以藍(lán)光芯片和黃色熒光粉組合為例，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第一個(gè)益處。在LED芯片發(fā)出的大部分藍(lán)光由于光的全反射而被限制在透明薄片中橫向傳播。當(dāng)藍(lán)光遇到突光粉顆粒時(shí)，激發(fā)熒光粉發(fā)黃光，由于熒光粉的發(fā)光方向是隨機(jī)的，所以部分黃光會(huì)從透明薄片的表面出射或被熒光粉顆粒散射后出射。未能激發(fā)熒光粉發(fā)光的剩余藍(lán)光和熒光粉發(fā)出的部分黃光將從透明薄片周向邊緣出射。降低熒光粉的濃度，減薄透明薄片的厚度，能使光在出射前受到的熒光粉的散射損失減少，白光效率也因此得到提升。因此，本發(fā)明的第一個(gè)益處是:可以降低熒光粉層所導(dǎo)致的光散射損失，提升白光效率。本發(fā)明的第二個(gè)益處是，白光LED的光色性能可以通過(guò)改變LED芯片與透明薄片邊緣的距離來(lái)調(diào)節(jié)，距離越遠(yuǎn)，出射的藍(lán)光越多，白光LED的色溫也越高。本發(fā)明的另一益處是增加了熒光粉和芯片的距離，減少了芯片產(chǎn)生的熱所造成的熒光粉性能劣化，也使得白光效率進(jìn)一步改善。


圖la、圖1b分別是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的白光LED的側(cè)視和正視示意圖。圖2a、圖2b分別是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的白光LED的側(cè)視和正視示意圖。圖3是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的白光LED的側(cè)視示意圖。圖4a、圖4b分別是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的白光LED的側(cè)視和正視示意圖。圖中有:1.LED芯片、2.反射鏡、3.熒光粉、4.透明薄片、5.熒光粉膜、6.電極、
7.斜角反射鏡、8.底面反射鏡。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步具體說(shuō)明。圖la、圖1b分別是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的白光LED的側(cè)視和正視示意圖。如圖所示，首先選用金屬、玻璃或塑料等為外殼材料，制作出一個(gè)環(huán)形薄片，環(huán)形薄片的厚度建議不超過(guò)5mm。在環(huán)形薄片的內(nèi)柱面設(shè)置反射鏡2。藍(lán)光或紫外光LED芯片I設(shè)置在反射鏡2上，LED芯片I的法向和環(huán)形薄片平行，和內(nèi)柱面垂直。將此環(huán)形薄片置于一個(gè)光滑基底上，構(gòu)成一個(gè)凹面，然后將含有熒光粉3的折射率大于或等于1.35的透明材料填充在該凹面內(nèi)。透明材料可使用硅橡膠(折射率n ^ 1.41)、硅樹(shù)脂(折射率n ^ 1.54)或環(huán)氧樹(shù)脂(折射率n ^ 1.52)等。透明材料固化后移除光滑基底，可得到本實(shí)施例中的透明薄片4。在LED芯片I的上下兩個(gè)面設(shè)置熒光粉膜5。該熒光粉膜5可以用含有熒光粉的透明材料在LED芯片I的上方和下方直接涂布，也可以制成熒光粉膠膜后設(shè)置在LED芯片I的上方和下方。熒光粉膜5中使用的熒光粉與透明薄片4中的熒光粉3相同，但濃度更高。當(dāng)電極6上施加電壓后時(shí)，LED芯片I會(huì)被驅(qū)動(dòng)而發(fā)出藍(lán)光或紫外光。LED芯片I發(fā)出的大部分光能夠滿足全反射條件，在透明薄片4中橫向傳播。由于透明薄片材料的折射率遠(yuǎn)大于空氣，射入透明薄片的光因發(fā)生全反射，而被限制在透明薄片中橫向傳播。光在傳播過(guò)程中激發(fā)熒光粉3發(fā)光，未能激發(fā)熒光粉的光將從透明薄片4的周向邊緣出射。熒光粉3發(fā)出的光、被熒光粉顆粒散射的光和從透明薄片4的周向邊緣出射的光混合成白光。LED芯片I發(fā)出的少部分不滿足全反射條件的光會(huì)直接發(fā)射到熒光粉膜5所覆蓋的區(qū)域，激發(fā)熒光粉膜5中的熒光粉發(fā)光，熒光粉發(fā)出的光直接出射或被散射進(jìn)入透明薄片4。若使用藍(lán)光LED芯片，所得白光的光色性能與透明薄片4的尺寸和形狀有關(guān)，LED芯片I與透明薄片4的邊緣的距離越遠(yuǎn)，出射的藍(lán)光也越多，最終形成的白光色溫就越高。在本實(shí)施例中，通過(guò)降低熒光粉3的濃度(建議熒光粉與透明材料的重量比在
0.001:1至0.1:1之間)，減薄透明薄片4的厚度，可以使光在出射前受到的熒光粉的散射損失減少，提聞白光效率。圖2a、圖2b分別是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的白光LED的側(cè)視和正視示意圖。在此實(shí)施例中，LED芯片1、反射鏡2、熒光粉3、透明薄片4、熒光粉膜5、電極6均和實(shí)施例1相同，區(qū)別是在透明薄片4的周向邊緣設(shè)置了斜角反射鏡7。斜角反射鏡7相對(duì)于水平面傾斜一定角度，可以破壞光的全反射條件，將橫向傳播的光導(dǎo)出透明薄片4,提高出光效率。本實(shí)施例中斜角反射鏡7采用了與透明薄片4的底面135度夾角的設(shè)置方案，但本發(fā)明的范圍不限于這個(gè)角度，只要斜角反射鏡7與水平面的傾斜角度可將橫向傳播的光導(dǎo)出透明薄片4即可。圖3是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的白光LED的側(cè)視示意圖。在此實(shí)施例中，LED芯片1、反射鏡2、熒光粉3、透明薄片4、熒光粉膜5、電極6、斜角反射鏡7均和實(shí)施例2相同，區(qū)別是在透明薄片4的一個(gè)表面設(shè)置了底面反射鏡8，斜角反射鏡7的鏡面與底面反射鏡8的鏡面的夾角為鈍角，例如可設(shè)為與實(shí)施例2相同的135度。斜角反射鏡7可以破壞光的全反射條件，將橫向傳播的光導(dǎo)出透明 薄片4。在此實(shí)施例中，白光是單側(cè)出射的。圖4a、圖4b分別是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的白光LED的側(cè)視和正視示意圖。在此實(shí)施例中，LED芯片1、反射鏡2、熒光粉3、擴(kuò)散粉4、透明薄片4、熒光粉膜5、斜角反射鏡7和底面反射鏡8均與實(shí)施例3相同。區(qū)別是兩個(gè)LED芯片I被背向設(shè)置在透明薄片4的中央位置，電極6從底部引出，即LED芯片I封裝在透明薄片4內(nèi)部。熒光粉膜5被設(shè)置在兩個(gè)LED芯片I的上方。當(dāng)電極6上施加電壓后時(shí)，LED芯片I會(huì)被驅(qū)動(dòng)而發(fā)出藍(lán)光或紫外光。LED芯片I發(fā)出的大部分光能夠滿足全反射條件，在透明薄片4中橫向傳播。光在傳播過(guò)程中激發(fā)熒光粉3發(fā)光，未能激發(fā)熒光粉的光將被設(shè)置透明薄片周向邊緣的斜角反射鏡7反射后出射。熒光粉3發(fā)出的光、被熒光粉顆粒散射的光和被斜角反射鏡7導(dǎo)出的光混合成白光。LED芯片發(fā)出的少部分不滿足全反射條件的光會(huì)直接發(fā)射到熒光粉膜5所覆蓋的區(qū)域，激發(fā)熒光粉膜5中的熒光粉發(fā)光，熒光粉發(fā)出的光直接出射或被散射進(jìn)入透明薄片4。若使用藍(lán)光LED芯片，所得白光的光色性能與透明薄片的尺寸和形狀有關(guān)，LED芯片I和透明薄片邊緣的距離越遠(yuǎn)，出射的藍(lán)光也越多，最終形成的白光色溫就越高。在本實(shí)施例中，白光亮斑接近圓形，且位于中心區(qū)域,光色均勻性更好。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)含有熒光粉的透明薄片，LED芯片被封裝在透明薄片的內(nèi)部或周向邊緣，其法向與透明薄片的水平方向平行。在LED芯片的側(cè)面設(shè)置有反射鏡，反射鏡的鏡面面向LED芯片并與之相鄰，在LED芯片的上方或下方設(shè)置有熒光粉膜。LED芯片發(fā)出的大部分光能夠滿足全反射條件，而被限制在透明薄片中橫向傳播。LED芯片發(fā)出的少部分不滿足全反射條件的光會(huì)直接發(fā)射到熒光粉膜所覆蓋的區(qū)域，激發(fā)熒光粉膜中的熒光粉發(fā)光，熒光粉發(fā)出的光直接出射或被散射進(jìn)入透明薄片。藍(lán)光或紫外光在透明薄片中傳播時(shí)激發(fā)熒光粉發(fā)光，熒光粉發(fā)出的光從透明薄片的兩個(gè)表面出射，剩余的藍(lán)光從薄片邊緣出射。若在透明薄片的一個(gè)表面設(shè)置反射鏡，且在透明薄片周向邊緣設(shè)置斜角反射鏡，貝U光可從單面出射。通過(guò)降低熒光粉的濃度、減薄透明薄片的厚度，可以減少光在出射前受到的熒光粉的散射損失，從而大幅度提高白光效率。通過(guò)改變LED芯片和透明薄片邊緣的距離，可以調(diào)節(jié)白光LED的光色性能。本發(fā)明還可以延伸得到其它的白光LED結(jié)構(gòu)樣式。白光LED的形狀不限于圓形，LED芯片的數(shù)量和安裝方式也不限于前述實(shí)施例的范圍。通過(guò)以上具體實(shí)施例的描述，可以更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的特征和本質(zhì)。但上述具體實(shí)施形式并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。而且，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍還包括在權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種改變和等同特征的替換。
權(quán)利要求
1.一種薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該封裝結(jié)構(gòu)包括透明薄片(4)、封裝在所述透明薄片(4)中的熒光粉(3)、設(shè)置在透明薄片(4)上的LED芯片(I)和熒光粉膜(5)、設(shè)置在LED芯片(I)水平側(cè)面的反射鏡(2)、與所述LED芯片(I)連接的電極(6)，所述熒光粉膜(5)設(shè)置在LED芯片(I)的上方或下方，LED芯片(I)的法向與透明薄片(4)的平面平行，反射鏡(2)的鏡面面向LED芯片(I)并與透明薄片(4)的平面垂直，所述透明薄片(4)由折射率大于或等于1.35的透明材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述透明薄片(4)的周向邊緣設(shè)置有斜角反射鏡(J)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述透明薄片(4)的上側(cè)或下側(cè)設(shè)置有一個(gè)底面反射鏡(8)，且所述底面反射鏡(8)的鏡面與所述斜角反射鏡(7)的鏡面之間的夾角為鈍角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述LED芯片(I)封裝在透明薄片(4)的內(nèi)部或設(shè)置在透明薄片(4)的周向邊緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熒光粉膜(5)為封裝有熒光粉的透明材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的LED芯片(I)發(fā)出的是藍(lán)光或紫外光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的透明薄片(4)中的熒光粉(3)與透明材料的重量比在0.001:1至0.1:1之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的透明薄片(4)的厚度不超過(guò)5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種薄片型白光LED封裝結(jié)構(gòu)，包括透明薄片、封裝在透明薄片中的熒光粉、設(shè)置在透明薄片上的LED芯片和熒光粉膜、設(shè)置在LED芯片水平側(cè)面的反射鏡、與LED芯片連接的電極，熒光粉膜設(shè)置在LED芯片的上方或下方，LED芯片的法向與透明薄片的平面平行，反射鏡的鏡面面向LED芯片并與透明薄片的平面垂直。若在所述透明薄片的上側(cè)或下側(cè)設(shè)置有底面反射鏡，且在透明薄片的周向邊緣設(shè)置有與之成鈍角的斜角反射鏡，則可實(shí)現(xiàn)單面發(fā)光。本發(fā)明可以降低光散射損失，提升白光效率，還可以通過(guò)改變LED芯片與透明薄片邊緣的距離來(lái)調(diào)節(jié)光色性能，同時(shí)增加了熒光粉和芯片的距離，白光效率進(jìn)一步改善。
文檔編號(hào)H01L33/50GK103137839SQ201310054170
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者董巖, 宋立 申請(qǐng)人:東南大學(xué)