专利名称：在led封装中实现荧光粉胶远离涂覆的封装方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于LED封装技术，涉及一种在LED封装中实现荧光粉胶远离涂覆的封装方法及其应用，特别应用于LED封装中的荧光粉胶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的一次透镜通常是传统的半球形透镜，其优点是加工简单且精度易于控制。但是仅仅采用传统半球形一次透镜的大功率白光LED的照明效果不理想，光斑通常为圆形且照度不均勻，不适合大功率白光LED的应用，比如在大功率白光LED路灯的应用中，需要得到矩形的均勻照度的光斑。针对这个问题，工业界一般的解决措施是在一次透镜外采用二次透镜来改善照明效果，二次透镜通常采用自由曲面透镜，通过控制光线和光强分布来实现特定光斑的均勻照明。但是二次透镜仅仅改善照明的照度分布，对于LED的色温、颜色均勻性等光学性能改善不大。大功率白光LED的出光效率、色温、颜色均勻性等光学性能更多的与LED封装中的荧光粉层的分布情况有关。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。相比保形涂覆，荧光粉的远离涂覆的出光效率更高，但是其实现比较困难。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封装至关重要
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种在LED封装中实现荧光粉胶远离涂覆的封装方法，可以有效的实现荧光粉的远离涂覆的形貌控制。本发明的另一个目的在于提供一种利用上述封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法。本发明提供的一种在LED封装中实现荧光粉胶远离涂覆的封装方法，其特征在于，在LED封装中的一次透镜与二次透镜之间的间隙填充有荧光粉胶，荧光粉胶的厚度根据一次透镜与二次透镜之间的间隙大小来调整，实现均勻或非均勻的厚度。作为上述技术方案的改进，一次透镜可以是半球形或矩形或内部顶部为平面的自由曲面；二次透镜的外表面可以为自由曲面，内表面可以为半球形或矩形或梯形或顶部为平面的其他形状。上述封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤①将LED芯片固定在封装基板上，并将LED芯片与封装基板之间形成连通的电路；②将一次透镜安装到封装基板上；③将硅胶填充到一次透镜与LED芯片、封装基板构成的空间内，排除空气；④将二次透镜安装到封装基板上；⑤将荧光粉胶填充到二次透镜与一次透镜之间的间隙；荧光粉胶在一次透镜与二次透镜之间的间隙中达到平衡状态后，固化，完成荧光粉的远离涂覆工序。与现有技术相比，本发明具有以下技术特点(1)在LED封装的一次透镜与二次透镜之间的间隙填充荧光粉胶，荧光粉胶的形状可以根据对白光LED的色温和颜色均勻性，通过调整一次透镜与二次透镜之间的间隙大小来实现，可以是均勻厚度也可以是不均勻厚度。(2)在完成固定LED芯片和电路连接工序后，安装好传统的一次半球形透镜，然后安装好特定照明对应的二次透镜，二次透镜的外表面为自由曲面，用来控制光线和实现均勻照明要求。内表面用来实现特定照明要求的色温和颜色均勻性，可以是半球形、椭球形和其他形状。在一次透镜与二次透镜之间的间隙填充荧光粉胶，荧光粉胶的厚度和形状有一次透镜与二次透镜之间的间隙形状来决定。填充结束后进行荧光粉胶的固化，可以在烘烤箱或常温下进行。按照这种封装方法，可以实现荧光粉胶的远离涂覆，同时达到照度均勻性、高出光效率、色温控制和颜色均勻性控制等光学要求。(3)本发明在LED封装中的一次透镜与二次透镜之间填充荧光粉胶，利用该方法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远离涂覆技术相同的荧光粉远离涂覆的效果，并且该方法还可以实现不同形貌的远离涂覆，达到更高的光学要求和性能。由于这种方法仅仅对LED中的传统封装工艺进行设计，仅仅改变LED封装工序，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、照度分布等重要光学性能。
图1为第一实施例示意图2、图3为填充荧光粉胶的过程示意图；图4为采用所述封装方法的工艺步骤流程图；图5和图6为第二实施例示意图；图7和图8为第三实施例示意图；图中符号说明ILED芯片，2金线，3封装基板，4硅胶，5 一次透镜，6荧光粉胶，7 二次透镜，8注胶口，9注射器。
具体实施例方式下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。实施例1参见图1，将LED芯片1通过焊料固定在封装基板3上，金线2将LED芯片1与封装基板3相连，形成连通的电路。传统的半球形一次透镜5安装到基板后，填充满硅胶4。将二次透镜7安装到封装基板3上，然后在一次透镜5与二次透镜7之间填充荧光粉胶6。二次透镜7的内表面也为半球形，则荧光粉胶4的厚度为二次透镜内表面的半径与一次透镜的外表面的半径的差值，因此可以得到厚度均勻的远离涂覆的荧光粉胶层。参见图2和图3，在一次透镜5与二次透镜7之间填充荧光粉胶6的过程是通过点胶机将注射器9中的荧光粉胶6从二次透镜7或封装基板3上的注胶口 8注入，直到荧光粉胶6从另外一边的注胶口 8流出则停止注胶。这种填充方式可以有效排挤出在间隙里的空气，防止大功率LED工作过程中由于发热引起间隙空气膨胀导致的间隙增大，透镜脱落等情况。参加图4，采用所述的封装方法实现荧光粉胶的远离涂覆的工艺流程是第一步，将LED芯片1通过焊料固定在封装基板3上，金线2将LED芯片1与封装基板3相连，形成连通的电路；第二步，将一次透镜5安装到封装基板上；第三步，将硅胶4填充到一次透镜5与LED芯片1、封装基板3构成的空间内，排除空气；第四步，将二次透镜7安装到封装基板基板3上；第五步，将荧光粉胶6填充到二次透镜7与一次透镜5之间的间隙。荧光粉胶6在一次透镜5与二次透镜7之间的间隙中达到平衡状态后，放入烘烤箱中或常温下固化，完成荧光粉的远离涂覆工序。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芯片。
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。荧光粉胶中荧光粉可以根据照明要求进行调整，其浓度可以是0. 01g/ml 5. Og/ml ο所述的一次透镜是半球形，二次透镜的内表面为球形外表面为自由曲面形状。所述的封装基板可以是LED支架、印刷电路板、陶瓷基板或硅基板等。所述的封装方法可以支架式、板上芯片、阵列式和系统封装等LED封装形式。实施例2参见图5和图6，本实施例与实施例1的不同之处在于二次透镜7的内表面不是半球形，而是半椭球形，得到的远离涂覆的荧光粉胶的厚度不均勻，而是荧光粉胶顶部厚度小，底部厚度大。这样做的好处是根据白光LED的发光原理，从LED芯片1出来的蓝光穿过荧光粉胶6时，部分蓝光会被荧光粉吸收而转化成黄光，穿过荧光粉胶6的蓝光与由荧光粉转化的黄光混合得到白光。但是LED芯片1发射的蓝光符合朗伯分布特性，顶部光强最大，随着角度的增加而逐渐减小，而荧光粉颗粒具有散射特性，向每个方向进行黄光的散射，由此导致的结果是部分LED的光斑会出现黄圈或蓝圈等现象。通过改变远离涂覆的厚度，可以控制黄光和蓝光的比例，从而达到减轻或消除黄圈或蓝圈的出现，提高LED产品的颜色均勻性和一致性。实施例3参见图7和图8，本实施例与实施例1的不同之处在于二次透镜7的内表面不是半球形，其横截面是矩形或梯形或其他内表面顶面为平面的其他形状；一次透镜5的外表面是半球形或顶面为平面的其他形状。这样做的好处是可以实现厚度均勻或不均勻的平面型荧光粉胶远离涂覆层。以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种在LED封装中实现荧光粉胶远离涂覆的封装方法，其特征在于，在LED封装中的一次透镜与二次透镜之间的间隙填充荧光粉胶，荧光粉胶的厚度根据一次透镜与二次透镜之间的间隙大小来调整，实现均勻或非均勻的厚度。
2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，一次透镜是半球形或矩形或内部顶部为平面的自由曲面。
3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，二次透镜的外表面为自由曲面，内表面为半球形或矩形或梯形或顶部为平面的其他形状。
4.权利要求1所述的封装方法，其特征在于，荧光粉胶中荧光粉的浓度是0.01g/ml 5. 0g/mlo
5.权利要求1至4中任一所述的封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤①将LED芯片固定在封装基板上，并将LED芯片与封装基板之间形成连通的电路；②将一次透镜安装到封装基板上；③将硅胶填充到一次透镜与LED芯片、封装基板构成的空间内，排除空气；④将二次透镜安装到封装基板上；⑤将荧光粉胶填充到二次透镜与一次透镜之间的间隙；荧光粉胶在一次透镜与二次透镜之间的间隙中达到平衡状态后，固化，完成荧光粉的远离涂覆工序。
6.权利要求5所述的封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法，其特征在于，荧光粉胶中的荧光粉包括YAG和TAG在内的所有用于LED封装采用的荧光粉。
7.权利要求6所述的封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法，其特征在于，配置荧光粉胶使用胶材是硅胶、环氧树脂或液态玻璃。
8.权利要求7所述的封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法，其特征在于，所述的封装基板是LED支架、印刷电路板、陶瓷基板或硅基板。
9.权利要求8所述的封装方法在LED封装中控制荧光粉层几何形状的方法，其特征在于，所述的封装方法为包括支架式、板上芯片、阵列式和系统封装在内的各种LED封装形式。
全文摘要
本发明属于LED封装技术，涉及一种在LED封装中实现荧光粉胶远离涂覆的封装方法及其应用。该方法是在LED封装中的一次透镜与二次透镜之间的间隙填充荧光粉胶，荧光粉胶的厚度根据一次透镜与二次透镜之间的间隙大小来调整，实现均匀或非均匀的厚度。一次透镜可以是半球形或矩形或内部顶部为平面的自由曲面；二次透镜的外表面可以为自由曲面，内表面可以为半球形或矩形或梯形或顶部为平面的其他形状。上述封装方法可以用于在LED封装中控制荧光粉层几何形状。按照这种封装方法，可以实现荧光粉胶的远离涂覆，同时使LED达到照度均匀性、高出光效率、色温控制和颜色均匀性控制等光学要求。
文档编号H01L33/00GK102569558SQ20121000610
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者付星, 刘胜, 罗小兵, 胡润, 郑怀 申请人:华中科技大学