专利名称：一种led封装反光杯的制作方法
技术领域：
本实用新型属于LED封装技术，涉及LED封装中的一种反光杯，特别应用于LED封装中的荧光粉保形涂覆和远离涂覆的荧光粉层形貌的控制。
背景技术：
LED (Light Emitting Diode)是一种基于P_N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管(LED)的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具有巨大的市场潜力。大功率白光LED通常是由两波长光(蓝色光+黄色光)或者三波长光(蓝色光+ 绿色光+红色光)混合而成。目前广泛采用的白光LED是通过蓝色LED芯片(GaN)和黄色荧光粉(YAG或TAG)组成。在LED封装中荧光粉的几何形貌严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均勻性等重要光学性能；在LED封装过程中实现理想的荧光粉层形貌至关重要。LED封装最常用的荧光粉涂覆方式是通过点胶机将注射器中的荧光粉胶涂覆在 LED芯片周围，荧光粉呈现球冠型，在实际的使用过程中常常会出现黄色的光斑。为了改善荧光粉点涂带来的空间颜色不均勻性和提高LED的出光效率，荧光粉的保形涂覆和远离涂覆是LED中较为理想涂覆方式。目前实现保形涂覆技术一般较为复杂，一些技术存在环保等问题，且成本较高，所以寻找一种工艺简单、低成本、荧光粉分布均勻的涂覆方式在LED 封装中非常重要。国内外对LED中荧光粉的远离涂覆进行研究，通过光学模拟证实远离涂覆可以有效的提高LED的出光效率，并且提出了多种理想的荧光粉几何形状；但是这些工作都仅仅是通过模拟的手段或者在封装之前通过模具制作设计几何形状的荧光粉层，目前还没有出现应用工业LED封装的成熟技术，所以寻一种简单，低成本的LED荧光粉远离涂覆技术对于LED封装同样至关重要。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种LED封装反光杯，它可以用于LED封装中，在荧光粉硅胶的均勻涂覆和远离涂覆中对硅胶的形貌进行有效地控制。本实用新型提供的一种LED封装反光杯，其特征在于，反光杯为单层锥孔形或两层阶梯锥孔形，单层锥孔形反光杯壁面与水平面成夹角α，两层阶梯锥孔结构上下锥孔壁面与水平面成夹角分别为β β 2 ； α、β π β 2的取值范围均为0° 90°。本实用新型通过反光杯的锥角和形状的设计和加工，利用该反光杯可以通过点胶机加注射器点胶或者喷涂等简单的方式就能实现同其他复杂保形涂覆技术相同的荧光粉均勻分布的效果；该反光杯也可以被用于远离涂覆中，形成良好光学性能的荧光粉几何形貌。由于仅仅对LED中的反光杯的结构进行设计，荧光粉的涂覆方式和目前工业中广泛采用LED荧光粉点涂相同，所以能够很快地应用于工业中大规模的LED封装，提升LED光源的出光效率、色温、空间颜色均勻性等重要光学性能。
图1为反光杯的结构示意图，其中图1(a)为单层锥孔形结构，图1(b)为两层阶梯锥孔形结构；图2为荧光粉胶在平板上接触角示意图图3为第一实施例示意图；图4-8为第二实施例的过程示意图；图9-10为第三实施例的过程示意图。图中符号说明ILED反光杯2LED芯片3焊料层4金线5LED支架6盛有荧光粉胶的注射器7荧光粉胶层8盛有胶材的注射器9胶材层
具体实施方式
如图1(a)、(b)所示，反光杯的结构为单层锥孔形或两层阶梯锥孔形，单层锥孔形反光杯壁面与水平面成夹角α，两层阶梯锥孔结构上下锥孔壁面与水平面成夹角分别为 β ” β 2 ；其中锥孔的形状可以是圆台，四棱台，五棱台等锥形结构。所使用的反光杯材质可以使金属、塑料材质或者其它材质。所采用的反光杯的锥角(SP α、 ^，β2)的范围为0° 90°。反光杯的内壁面为反光层，反光层的材料可以为银或其它的反光材料。反光杯可以通过冲压，线切割，铸造等其它机械加工方式实现。反光杯在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法为保形涂覆将荧光粉加入胶材中，并混合均勻，调节荧光粉和胶材之间的比例，配比浓度为0. 01g/ml 5. Og/ml的荧光粉胶，在完成固定LED芯片和电路连接工序后，以点涂或喷涂等其它方式在反光杯中加入预先混合均勻荧光粉胶，荧光粉的浓度为上述配置的浓度范围中；为了达到保形涂覆的效果，采用的反光杯的锥角必须与荧光粉胶在反光杯内壁上接触角相等，其中接触角取决于胶材和反光杯内壁面采用的材料。具体的获取荧光粉胶在反光杯内壁上接触角方法为，将荧光粉胶滴在反光杯内壁材料的平板上，通过高倍显微镜测量在液滴外表面与平板接触处液面切向和平板之间的夹角，该角即为荧光粉胶在反光杯内壁上接触角，如图2所示的角θ。荧光粉胶滴入反光杯中后，在反光杯中将形成厚度均勻的荧光粉层，达到保形涂覆的效果，其中反光杯中荧光粉层的厚度可以从几十微米 (如70μπι)至反光杯的深度，对于不同光学性能要求的荧光粉层厚度有所不同；可以通过预先计算反光杯中预期达到的荧光粉层厚度的荧光粉胶体积，再控制注射器中滴入反光杯中的荧光粉胶的量实现具体厚度的荧光粉层；通过后续的加装透镜和注胶工序完成LED的封装。[0024]远离涂覆将荧光粉加入胶材中，并混合均勻，调节荧光粉和胶材量，配比浓度为 0. 01g/ml 5. Og/ml的荧光粉胶，在完成固定LED芯片和电路连接工序后，在反光杯中先加入胶材，单层锥孔反光杯中，胶材层的厚度可以从几十微米至反光杯的深度，通过加入的胶材的量来控制胶材层的厚度；在两层阶梯锥孔结构的反光杯中，胶材的量少于反光杯的下锥孔的容积，通过控制加入反光杯杯的胶材量实现具体的胶材层的厚度。再加入荧光粉胶，荧光粉胶中的荧光粉的浓度在上述配置的浓度范围中；荧光粉层的厚度可以从几十微米(如70 μ m)至反光杯的深度，对于不同光学性能要求的荧光粉层厚度有所不同，通过控制荧光粉胶加入的量实现具体厚度的荧光粉层。但加入反光杯中的荧光粉胶的量应控制在以下范围内单层锥孔反光杯中要求荧光粉胶层上界面低于反光杯顶面，在两层阶梯锥孔结构的反光杯中加入荧光粉胶的量使荧光粉层上界面位于上锥孔中，但荧光粉胶层上界面低于反光杯上锥孔结构的顶面。其中反光杯的锥角根据胶材在反光杯上的接触角和要求实现的荧光粉胶层的形状来确定。在单层锥孔形结构的反光杯中，当要求远离涂覆中荧光粉的上、下界面为凸形，反光杯的锥角少于胶材在反光杯内壁上的接触角，且锥角越小于接触角，凸形界面的曲率越大；当要求远离涂覆中荧光粉的上、下界面平整，反光杯的锥角等于胶材与反光杯内壁的接触角；当要求远离涂覆中荧光粉的上、下界面为凹形，反光杯的锥角大于胶材与反光杯内壁的接触角，且锥角越大于接触角，凹形界面的曲率越大。在两层阶梯锥孔形结构的反光杯中，当要求远离涂覆中荧光粉的下界面为凸形，反光杯的下锥孔的锥角少于胶材与反光杯内壁的接触角；当要求远离涂覆中荧光粉的下界面平整，反光杯的下锥孔的锥角等于胶材与反光杯内壁的接触角；当要求远离涂覆中荧光粉的下界面为凹形， 反光杯的下锥孔的锥角大于胶材与反光杯内壁的接触角；当要求远离涂覆中荧光粉的上界面为凸形，反光杯的上锥孔的锥角少于胶材与反光杯内壁的接触角；当要求远离涂覆中荧光粉的上界面平整，反光杯的上锥孔的锥角等于胶材与反光杯内壁的接触角；当要求远离涂覆中荧光粉的上界面为凹形，反光杯的上锥孔的锥角大于胶材与反光杯内壁的接触角。 上述两层阶梯锥孔反光杯中要求达到的凹、凸荧光粉层界面曲率越大，反光杯的锥角与接触角之间的差值应该越大。荧光粉胶将反光杯中将形成远离涂覆，通过上述的控制反光杯的锥角实现凸、凹或平整的荧光粉胶层；通过后续的加装透镜和注胶工序完成LED的封装。用于封装的LED芯片可以是GaN等二元材料或者AlGaNP等四元材料组成和其它
-H-· I I心片。荧光粉胶中的荧光粉可以是YAG和TAG等所有LED封装采用的荧光粉。配置荧光粉胶使用胶材可以是硅胶、环氧树脂和液态玻璃等胶材组成。荧光粉胶中荧光粉的浓度可以是0. 01g/ml 5. Og/ml。胶材和荧光粉胶转移到反光杯中的途径可通过注射器滴涂，喷涂。该方法可以适用于支架式、板上芯片、阵列式和系统封装等LED封装形式。下面通过借助实施例更加详细地说明本实用新型，但以下实施例仅是说明性的， 本实用新型的保护范围并不受这些实施例的限制。实施例1参见图3，设计和加工带有锥角的反光杯1，反光杯的形状为圆台，反光杯材质为金属铜，在反光杯内壁面溅射银，形成反光面，反光杯内壁面与水平面所成夹角为30° ；将 LED芯片2通过焊料3固定在反光杯底部的中心处，金线4将LED芯片与LED支架5相连，形成连通的电路。通过点胶机将注射器6中的荧光粉胶滴入反光杯中，荧光粉胶中的胶材为硅胶，荧光粉为YAG荧光粉，加入反光杯的荧光粉胶的量为反光杯体积的1/2。荧光粉胶7在反光杯中达到平衡状态后，放入烘烤箱中固化，完成荧光粉的保形涂覆工序。上述实验过程进行多次，每次实验过程中采用不同浓度的荧光粉胶，荧光粉浓度分别为0. 01g/ml、
0.2g/ml、l. 0g/ml、2. 0g/ml、5. Og/ml ；各次实验达到相同的荧光粉层形貌，如图2所示，在反光杯中形成均勻分布在LED芯片上界面的荧光粉层(如图3所示)。实施例2参见图4-8，设计和加工带有锥角的反光杯1，反光杯的形状为四棱台，反光杯的材质为金属铜，在反光杯的内壁面溅射银，形成反光面，反光杯内杯壁与水平方向所成夹角分别为 α i = 10°，α 2 = 30°，α 3 = 60°，α 4 = 0°，α 5 = 90° ；将LED芯片2通过焊料3固定在反光杯底部的中心处，金线4将LED芯片与LED支架5相连，形成连通的电路。通过点胶机将注射器8内不含荧光粉的胶材滴入反光杯中，胶材为硅胶，胶材的量为反光杯容积的1/3，胶材9在反光杯中达到平衡状态后，放入烘烤箱中固化；通过点胶机将注射器6中的荧光粉胶滴入已固化硅胶层7的反光杯中，荧光粉胶中采用的胶材为硅胶，荧光粉胶的量为反光杯容积的1/2，达到平衡后放入烤箱中，完成远离涂覆的工序。在上述不同锥角的反光杯中，上述实验过程进行多次，每次实验过程中采用不同浓度的荧光粉胶，荧光粉浓度分别为0. 01g/ml、0. 2g/ml、
1.Og/ml,2. Og/ml,5. Og/ml ；通过上述的实验过程在反光杯中实现荧光粉的远离涂覆，并且不同荧光粉浓度的荧光粉胶在反光杯中形成相同的荧光粉层形貌，如图4-8所示。在不同锥角的反光杯中，荧光粉层的形貌不同当锥角为Ci1 = 10°时，在反光杯中形成上下表面远离LED芯片、凸起的荧光粉层(如图4)，当Ci2 = 30°时，形成上下表面平整的荧光粉层 (如图5)，当Ci3 = 60°时，形成上下表面靠近LED芯片、凹陷的荧光粉层(如图6)，当Ci4 =0°即没有反光杯进行LED封装，形成荧光粉层上下表面的凸起曲率比αι = 10°时的大(如图7)；同样当Ci5 = 90°时，在反光杯中会形成上下表面凹陷的荧光粉层，凹陷曲率比Ci3 = 60°时形成的大(如图8)。实施例3参见图9-10，设计和加工带有锥角的反光杯1，反光杯由上下不同锥角的两锥孔结构组成，反光杯的形状是圆台，反光杯的材质为金属铜，在反光杯的内壁面溅射银，形成反光面。图9中反光杯的上、下锥孔内杯壁与水平方向所成夹角为P1 = 60°，β2 = 30°， 图10中反光杯的上、下锥孔内杯壁与水平方向所成夹角= 20°，β2 = 10° ；将LED芯片2通过焊料3固定在反光杯底部的中心处，金线4将LED芯片与LED支架5相连，形成连通的电路。通过点胶机将注射器8内不含荧光粉的胶材滴入反光杯中，胶材材质为硅胶， 胶材的量为反光杯下锥孔容积的1/2，胶材9在反光杯中达到平衡状态后，放入烘烤箱中固化；再通过点胶机将注射器6中的荧光粉胶滴入已固化硅胶层7的反光杯中，荧光粉胶中采用的胶材为硅胶，控制荧光粉胶的量，使得荧光粉层上界面至上锥孔深度的一半位置，达到平衡后放入烤箱中，完成在两层阶梯锥孔中的远离涂覆。在上述的两种不同锥角的反光杯中，上述实验过程进行多次，使用的荧光粉浓度分别为0. 01g/ml、0. 2g/ml、l. Og/ml,2. Og/ ml,5. Og/ml ；在上述的反光杯中实现荧光粉的远离涂覆，并且不同荧光粉浓度荧光粉胶在反光杯达到相同的荧光粉层形貌，如图9-10所示。如图9所示，在^和β2分别为60°和30°的反光杯中形成上界面为凹形，下界面平整的荧光粉层；如图10所示，在^和β2 分别为20°和10°的反光杯中形成上、下界面均为凸形的荧光粉层。 以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种LED封装反光杯，其特征在于，LED封装反光杯为单层锥孔形或两层阶梯锥孔形，单层锥孔形反光杯壁面与水平面成夹角α，两层阶梯锥孔结构上下锥孔壁面与水平面成夹角分别为β β 2，α、β β 2的取值范围均为0°、0°。
2.根据权利要求1所述的LED封装反光杯，其特征在于，所述锥孔形为圆台、四棱台或五棱台。
3.根据权利要求1所述的LED封装反光杯，其特征在于，它所使用的材质为金属、塑料材质或者其它材质。
专利摘要本实用新型公开了一种LED封装反光杯，反光杯的结构为锥孔形或两层不同锥角的锥孔组合形，单层锥孔形反光杯内壁面与水平面所成夹角α，两层锥孔结构上下锥孔壁面与水平面成夹角分别为β1，β2；其中锥孔的形状可以是圆台，四棱台，五棱台等锥形结构。在特定锥角的反光杯中将形成厚度均匀的荧光粉层，以达到保形涂覆的目的；或在不同锥角或者两层锥孔结构反光杯中先加入不含荧光粉的胶材，再加入荧光粉胶，将形成远离涂覆，并可以能通过反光杯来精确控制远离涂覆中荧光粉层的几何形貌。该方法具有简单，低成本，高效地控制LED荧光粉几何形貌的优点。
文档编号H01L33/50GK202058783SQ20112015211
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者余珊, 刘胜, 罗小兵, 郑怀, 陈明祥 申请人:华中科技大学