一種色溫均勻的高顯色性能白光led的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于LED【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種色溫均勻的高顯色性能白光LED。本實(shí)用新型白光LED包括通常白光LED的如下基本部件：LED芯片、封裝支架、硅膠、熒光片、透鏡、反光杯、熱沉；其中，所述熒光片采用中心厚、邊緣薄的球冠形狀；并且熒光片位于LED芯片上方，熒光片與LED芯片分離，兩者之間填充透明硅膠；熒光片吸收LED芯片所發(fā)射光子，光子能量下轉(zhuǎn)換，成為波長(zhǎng)更長(zhǎng)光子，與所述LED芯片所發(fā)射、并透過(guò)所述熒光片的光子混合生成白光。本實(shí)用新型白光LED設(shè)計(jì)精巧，消除普通白光LED側(cè)向發(fā)光偏黃效應(yīng)，色溫在空間各個(gè)角度均勻，一致性好；適用于制造低成本、高性能白光LED。
【專利說(shuō)明】—種色溫均勻的高顯色性能白光LED
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于LED【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無(wú)熒光粉高顯色性能白光LED。
【背景技術(shù)】
[0002]自從1993年日本科學(xué)家中村修二發(fā)明商用氮化物藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)以來(lái),氮化物L(fēng)ED的研究和應(yīng)用獲得爆炸性的擴(kuò)展。氮化物藍(lán)光發(fā)光二極管在很多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用，其中最重要的應(yīng)用有RGB三基色顯示和大功率白光LED半導(dǎo)體照明。以大功率白光LED技術(shù)為主的半導(dǎo)體固態(tài)照明，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)、安全、綠色環(huán)保備受世界各國(guó)政府青睞，此外，由于LED是電光源，體積小，將給照明設(shè)計(jì)提供極大自由性。目前實(shí)現(xiàn)大功率白光LED的方法主要集中在三種技術(shù)路線上，一是藍(lán)光芯片加紅黃光熒光粉；二是紫光芯片加紅綠藍(lán)熒光粉；三是紅綠藍(lán)芯片組合封裝。其中，第一種技術(shù)相對(duì)成熟且成本較低；第二種技術(shù)仍處于早期研發(fā)階段，一系列關(guān)鍵材料和工藝有待突破；第三種技術(shù)成本相對(duì)偏高，產(chǎn)品設(shè)計(jì)較復(fù)雜。因此，國(guó)際上主要LED廠商均致力于以高亮度大功率藍(lán)光LED加熒光粉為核心技術(shù)的高亮白光LED照明的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，其熒光粉主要是用釔鋁石榴石黃光熒光粉(YhGda)3(AlgGab)5O12 = Ce3+(YAG = Ce)。利用攪拌，把熒光粉顆粒分散在硅膠中，通過(guò)點(diǎn)膠工藝把含熒光粉顆粒的硅膠覆蓋在LED芯片表面。熒光粉吸收LED芯片發(fā)出的藍(lán)光，轉(zhuǎn)換藍(lán)光成為黃光，并與部分透過(guò)硅膠的LED芯片所發(fā)射的藍(lán)光混合獲得白光。這種藍(lán)光LED加熒光粉技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，然而制備的白光LED具有一定缺點(diǎn)。利用此技術(shù)，熒光粉在點(diǎn)膠工藝工程中容易沉淀，集中在LED反光杯的兩側(cè)，造成LED側(cè)面發(fā)出的光被更多熒光粉吸收，黃光部分更多；此外，反光杯反射的LED芯片藍(lán)光集中在LED芯片中心上方發(fā)射。這兩種原因造成LED中心發(fā)光偏藍(lán)，側(cè)面偏黃，色溫具有空間角度的不均勻性，有的甚至大到中心色溫和側(cè)面的色溫相差750K，這不符合照明標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]為克服當(dāng)前白光LED制備技術(shù)中的色溫不均勻性，必須尋求新的熒光粉點(diǎn)粉點(diǎn)膠工藝，或?qū)で笮滦蜔晒夥坜D(zhuǎn)換方式，獲得色溫一致性良好的白光LED。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提出一種色溫均勻性好的白光LED。
[0005]本實(shí)用新型提供的白光LED，包括通常白光LED的如下基本部件:LED芯片、封裝支架、娃膠、突光片、透鏡、反光杯、熱沉；其中，LED芯片設(shè)置于熱沉之上,于反光杯之內(nèi)；突光片位于LED芯片上方,并且突光片與LED芯片分離,兩者之間填充透明娃膠；透鏡罩于突光片之上，下邊緣與反光杯上口連接；白光LED的透鏡以下部分封裝于模塑料中，并固定于封裝支架上。LED芯片的正負(fù)極線通過(guò)引線框架引出。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4所示。本實(shí)用新型中，熒光片吸收LED芯片所發(fā)射光子，光子能量下轉(zhuǎn)換，成為波長(zhǎng)更長(zhǎng)光子，與LED芯片所發(fā)射并透過(guò)所述熒光片的透射光混合生成白光。
[0006]本實(shí)用新型中，所述的熒光片，利用模具壓鑄而成，其形狀為中心厚、光滑過(guò)渡到邊緣薄的球冠形狀，即熒光片的外側(cè)面為近似凸型球面，內(nèi)側(cè)面為近似凹型球面，邊緣為兩球面的相交處，見(jiàn)圖3所示。熒光片材料是透明有機(jī)物，內(nèi)含有分散的熒光粉顆粒；熒光粉在透明有機(jī)物的濃度為0.08—0.12 g/cm3。
[0007]本實(shí)用新型中，所述透明有機(jī)物包括:AB膠、紫外線/可見(jiàn)光膠(UV膠)，或由其他樹(shù)脂類調(diào)配而成的透明膠。所述AB膠，如L-800膠，由主劑L800A，硬化劑L800B，以及光擴(kuò)散劑DP100HN三部分組成，A: B按1:1—1:3的重量份調(diào)配而成，加入少許光擴(kuò)散劑；所述紫外線/可見(jiàn)光膠(UV膠)，由基礎(chǔ)樹(shù)脂(如環(huán)氧丙烯酸醋)、活性單體(如乙氧基化三羥基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯)、光引發(fā)劑等成分配成，按比例1:1--1:3的重量份調(diào)配而成。
[0008]本實(shí)用新型中，所述波長(zhǎng)更長(zhǎng)光子，包括:綠光、橙色光、黃光及紅光。
[0009]本實(shí)用新型中，所述熒光粉選自:黃光熒光粉，典型的釔鋁石榴石熒光粉，如(YhGda) 3 (AVbGab)5O12:Ce3+ (YAG = Ce)或 Tb3 (Al，Ga) 5012: Ce3+ (TAG = Ce);硅酸鹽熒光粉，如Sr2SiO4: Eu2+、Sr3SiO5: Eu2+ ;硫化物熒光粉，如CaS = Eu2+ ;氮化物及氮氧化物熒光粉，如Sr2Si5N8: Eu2+、Ca-a-SiAlON:Eu2+ 等。
[0010]本實(shí)用新型中，所述的LED芯片選自:藍(lán)光發(fā)光二極管芯片、紫光發(fā)光二極管芯片、綠光發(fā)光二極管芯片、紫外光發(fā)光二極管芯片。
[0011]本實(shí)用新型中，所述封裝支架選自:具有反光杯形狀的鋁基或銅基支架。
[0012]本實(shí)用新型中，硅膠采用有較大折射率的透明硅樹(shù)脂材料。
[0013]本實(shí)用新型中，透鏡采用硬化有機(jī)樹(shù)脂材料。
`[0014]本實(shí)用新型中，LED芯片是由半導(dǎo)體氮化物材料制成，所述材料折射率在2.4-
2.6之間；LED硅膠材料折射率在1.4- 1.7之間。LED芯片所發(fā)射的光從高折射率的氮化物材料到低折射率的硅膠，在芯片表面發(fā)生全發(fā)射；射出芯片的光線與芯片表面法線方向夾角較??；大部分光線正面入射穿過(guò)硅膠到達(dá)熒光片，見(jiàn)圖5所示。其中，大部分正面入射藍(lán)光如圖D和F光線直接穿過(guò)黃色熒光片，少部分正面入射光線如E光線入射熒光片，被熒光片熒光粉吸收，轉(zhuǎn)化為橙黃色光。
[0015]本實(shí)用新型中，增加熒光片中心部分厚度，可增加中心部分熒光片中熒光顆粒數(shù)量，增加正面入射藍(lán)光如D光線和F光線被熒光顆粒吸收概率，轉(zhuǎn)換為橙黃光，降低白光LED正面白光色溫。對(duì)于芯片側(cè)向發(fā)射藍(lán)光，大部分如A、C、G光線斜入射進(jìn)入突光片,容易被散射，增加在熒光片中路徑長(zhǎng)度，容易被熒光片中熒光顆粒吸收，轉(zhuǎn)化為橙黃光；少部分從芯片斜入射進(jìn)入黃色熒光片中的藍(lán)光，如B光線，直接透過(guò)熒光片未被熒光顆粒吸收。
[0016]本實(shí)用新型中，減小球冠形熒光片邊沿厚度，減小側(cè)向光在熒光片中散射路徑長(zhǎng)度，減小轉(zhuǎn)化為橙黃光概率；即減小A、C、G光線的比例，增加B光線的比例，提高LED側(cè)向白光色溫。
[0017]本實(shí)用新型中，中心厚、邊緣薄的球冠形熒光片置于LED芯片上方，增加了正面出射藍(lán)光或紫光經(jīng)過(guò)熒光片的路徑，增加了所述藍(lán)光或紫光被熒光粉吸收的幾率，增加了能量下轉(zhuǎn)換、成為波長(zhǎng)更長(zhǎng)光子的概率。
[0018]本實(shí)用新型有益效果是:消除普通白光LED側(cè)向發(fā)光偏黃效應(yīng)，色溫在空間各個(gè)角度均勻，一致性好；適用于制造低成本、高性能白光LED。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0019]圖1為球形凹槽圖示。
[0020]圖2為球形凹槽、熒光膠和球形凸槽分解圖示。
[0021]圖3為球形凹槽、熒光膠和球形凸槽組合圖示。
[0022]圖4為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖示。
[0023]圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的光線蹤跡示意圖。
[0024]圖中標(biāo)號(hào):1為封裝支架，2為熱沉，3為模塑料，4為L(zhǎng)ED芯片，5為焊線，6為引線框架，7為熒光片,8為娃膠,9為反光杯，10為透鏡，11為球形凹槽模具，12為熒光膠,13為球形凸槽模具。
【具體實(shí)施方式】
[0025]面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0026]具體實(shí)施步驟如下:
[0027]1、制備熒光片7:
[0028](I)、利用機(jī)械加工制備球形凹槽模具11，凹槽形狀、尺寸如圖1所示。
[0029](2)、利用機(jī)械加工制備球形凸槽模具13，凸槽形狀、尺寸如圖2所示。
[0030](3)、按A和B成分1:1質(zhì)量比例配制A B膠，將黃色熒光粉加入AB膠，熒光粉和AB膠按0.08一0.12 g/cm3比例配制,攪拌,分散均勻，制備成突光膠。
[0031](4)、把步驟3所制備熒光膠滴入圖1所示球形凹槽模具11中，形成圖2所示熒光膠12。
[0032](5)、如圖2所示，將球形凸槽模具13壓入球形凹槽模具11，擠壓熒光膠12，熒光膠12形成所需熒光片形狀。
[0033](6)、制備得熒光膠，放入烤箱烘烤，烘烤時(shí)間15- 60分鐘，溫度120-150 °C，熒光膠固化，制備得圖3所示熒光膠片12，即熒光片7，尺寸如圖所示。脫模，揭開(kāi)模具，取出熒光片7。用硅酮脫模劑，噴在模具上，不沾樣品；在油性燃料中燒結(jié)5分鐘以上，手動(dòng)脫模，然后打脫模劑，均勻脫模；或在開(kāi)水或在其他有機(jī)溶劑中煮沸，脫模。
[0034]2、利用超聲清洗技清洗封裝支架I。所述封裝支架I附帶有熱沉2、模塑料3及反光杯9。
[0035]3、利用常規(guī)封裝工藝的固晶技術(shù)將藍(lán)光LED芯片4綁定在熱沉2之上。
[0036]4、利用金絲球焊技術(shù)從LED芯片4正負(fù)電極焊接金線5到引線框架6。
[0037]5、將黃色熒光片7覆蓋到焊接金線的反光杯9內(nèi)。
[0038]6、在熒光片7之上覆蓋透鏡10。
[0039]7、利用灌膠機(jī)向熒光片7和LED芯片4之間空隙內(nèi)填充硅膠8。
[0040]8、利用烤箱在120 °C溫度烘烤整個(gè)LED，時(shí)間I小時(shí)，LED制備完畢。
【權(quán)利要求】
1.一種色溫均勻的高顯色性能白光LED，包括LED芯片、封裝支架、硅膠、熒光片、透鏡、反光杯、熱沉；其特征在于:LED芯片設(shè)置于熱沉之上，于反光杯之內(nèi)；熒光片位于LED芯片上方，并且熒光片與LED芯片分離，兩者之間填充透明硅膠；透鏡罩于熒光片之上，下邊緣與反光杯上口連接；白光LED的透鏡以下部分封裝于模塑料中，并固定于封裝支架上；LED芯片的正負(fù)極線通過(guò)引線框架引出；熒光片吸收LED芯片所發(fā)射光子，光子能量下轉(zhuǎn)換，成為波長(zhǎng)更長(zhǎng)光子，與LED芯片所發(fā)射并透過(guò)所述熒光片的透射光混合生成白光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高顯色性能白光LED，其特征在于:所述的LED芯片采用藍(lán)光LED芯片、紫光LED芯片、綠光LED芯片或紫外光LED芯片。
【文檔編號(hào)】H01L33/50GK203386790SQ201320274477
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】崔旭高, 黃高山, 梅永豐, 徐光明, 嚴(yán)華鋒, 陳宇 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)