一种白光led发光装置的制作方法

文档序号:7067088阅读:158来源:国知局
专利名称:一种白光led发光装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种白光LED发光装置,属于LED光源技术领域。
背景技术
利用半导体PN结作为发光源的二极管(LED)问世于20世纪60年代初,1964年首先出现红色LED,之后出现黄色LED,直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司成功开发出白色LED。无论从LED的发光机理、发光效率,还是从该技术的发展与应用速度来看,都堪称为一种崭新的光源,因此LED半导体发光被称作“第四代光源”。从实际应用的角度来看, 由于其体积小、抗震性强、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强等诸多优点,从某种意义上讲,可以说其应用的领域与范围具有无限性。到目前为止,LED已经在背光照明及显示领域得到了广泛的应用,但将LED应用在功能性照明中还需要解决一些问题,如芯片发光效率和光通量的提高,封装技术有待进一步改进,从结构设计、材料选择及工艺等多方面入手, 提高产品的光学性能及散热性能。芯片是LED光学系统的光源,一般包括限制层、有源层、基底、电极等几个部分。光子在有源层中产生,然后向芯片的不同侧面出射,芯片的出光面为上表面以及四个侧面,四个侧面出射的光线占总光线的绝大部分。而目前实现白光LED的主流技术是在蓝光LED芯片的上表面涂覆黄色荧光粉,利用蓝黄两波长光色混合实现白光,不可避免地造成了芯片侧面光输出的浪费。若能将芯片侧面的光输出加以收集,必能大大提高白光LED的取光效率。此外,点荧光粉的过程需要严格控制配胶比例,荧光胶中存在的不均匀颗粒会造成进入的光偏离入射方向而向四面八方散开,与光的吸收一样,光的散射也会使通过荧光胶的光强减弱。并且,温度对荧光粉的性能影响很大,随着温度上升,荧光粉量子效率降低, 发光强度及波长发生变化,从而引起白光LED色温、色坐标的变化;由于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成,在芯片发出的光和热辐射下,荧光涂层易于老化从而造成LED 的加速光衰,并影响LED产品的使用寿命。同时,提高LED的散热性能对实际应用具有重要意义,好的散热系统,可以在同等输入功率下得到较低的工作温度,延长LED的使用寿命; 或在同样的温度限制范围内,增加输入功率或芯片密度,从而增加LED灯的亮度。结温是衡量LED封装散热性能的一个重要技术指标,一般而言,LED发光时所产生的热能无法导出, 将会使LED结温过高,进而影响产品生命周期、发光效率及稳定性,当结面温度从25°C上升至100°C时,各种颜色发光二极管的发光效率将会衰退20 % 75 %,其中又以黄色光衰退 75%最为严重。此外,LED的操作温度越高,其产品寿命亦越短,当操作温度从63°C上升至 74°C时,LED平均寿命将会减少3/4,因此要提升LED发光效率,其散热管理与设计便成为非常重要的课题。对于大功率或白光LED封装,其输入功率为IW或更高,芯片面积较小,其热流密度高达lOOW/cm2以上,散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量,并传导到热沉上,实现与外界的热交换。如果能实现芯片的多渠道散热,必定有利于控制芯片PN结区的工作温度。因此,有必要对现有的白光LED封装结构及封装方法进行改进并优化。

发明内容
本发明的目的是提供一种白光LED发光装置,以克服荧光粉封装LED发光装置所存在的上述不足,具有高效散热能力和高出光率。本发明所提供的一种白光LED发光装置,包括LED芯片、散热基板、荧光LTCC薄片、反光杯和电极框架;所述LED芯片键合于所述散热基板上;所述荧光LTCC薄片套设于所述LED芯片上并包覆所述LED芯片的上表面和四个侧面;所述反光杯套设于所述荧光LTCC薄片周围;所述LED芯片通过引线连接至所述电极框架;所述荧光LTCC 薄片的材质为 CaO-B2O3-SiO2 = RE 体系或 BaO-TiO2-SiO2-B2O3 = RE 体系,其中,RE 为 Eu3+、Dy3+ 或 Tb3+ ;所述 CaO-B2O3-SiO2 = RE 体系中,Ca。、B2O3' SiO2 和 RE 的摩尔份数比为(10 15) (20 30) (55 60) (I 8);所述 BaO-TiO2-SiO2-B2O3: RE 体系中,BaO、Ti02、Si02、B2O3和RE的摩尔份数比为(15 18) (25 28) (70 73) (8 11)。上述的白光LED发光装置中,所述LED芯片为可发出紫外、蓝或绿大范围光的 InGaN系芯片;所述LED芯片的衬底为蓝宝石。上述的白光LED发光装置中,所述LED芯片为由N型氮化物、发光层InGaN和P型氮化物组成的半导体层;所述N型氮化物半导体层上的电极为负极,所述P型氮化物半导体层上的电极为正极。上述的白光LED发光装置中,所述白光LED发光装置外还封装有透镜,具有保护 LED芯片的作用,还可利用其位于LED芯片与空气之间所具有的折射率来提高芯片的出光率。上述的白光LED发光装置中,所述透镜的材质可为陶瓷、树脂或玻璃。上述的白光LED发光装置中,所述散热基板可为LTCC低温共烧陶瓷基板或LTCC-M 低温共烧陶瓷-金属复合基板。本发明与现有技术相比,具有以下优点仅采用简单的结构-荧光LTCC薄片就能够将LED芯片侧面大量的光输出加以利用,并且由于荧光LTCC薄片为陶瓷材料,其具有稳定光线并控制光散射的作用;其次,由于荧光LTCC薄片本身具有较高的热导率2 5W/ (m ·Κ),荧光LTCC薄片的使用实现了芯片全表面的散热通道,改善了产品的散热性能,且简化了 LED发光装置的封装工艺。


图I为本发明实施例I提供的白光LED发光装置的结构示意图。图2为本发明实施例2提供的白光LED发光装置的结构示意图。图中各部件如下1蓝光LED芯片、2黄色荧光LTCC薄片、3,12散热基板、4,13反光杯、5透镜、6,14负极、7,15正极、8,16引线、9,17电极框架、10紫外光LED芯片、11白色荧光LTCC薄片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明,但本发明并不局限于以下实施例。下述实施例中所用的荧光LTCC薄片的材质的制备方法为准备无机荧光LTCC玻璃陶瓷粉料(Ca0、B203、Si02、Ba0、Ti02和RE)和粘结剂、增塑剂、分散剂等有机材料,再在球磨机中按照一定的配比进行混合即制得浆料,用流延法将浆料制成生片并根据不同的需要进行冲孔、绘图等工序,最后在800 900°C范围内烧结即得。实施例I、白光LED发光装置本实施例提供的白光LED发光装置包括蓝光LED芯片I、黄色荧光LTCC薄片2、散热基板3、反光杯4和透镜5 ;散热基板3的材质为LTCC低温共烧陶瓷,其防热性能好、绝缘性能高;蓝光LED 芯片I键合于LTCC低温共烧陶瓷散热基板3上,该蓝光LED芯片I的衬底为蓝宝石,其为由N型氮化物、发光层InGaN和P型氮化物构成的半导体层;蓝光LED芯片I的N型氮化物半导体层上的电极为负极6,P型氮化物半导体层上的电极为正极7 ;黄色荧光LTCC 薄片2的材质为CaO-B2O3-SiO2 = Eu3+体系(各组分摩尔配比为12 : 25 : 58 : 5)或 BaO-TiO2-SiO2-B2O3 = Dy3+体系(各组分摩尔配比为16 27 72 9),该黄色荧光LTCC薄片2套设于蓝光LED芯片I外并包覆蓝光LED芯片I的上表面和四个侧面;反光杯4套设于黄色荧光LTCC薄片2之外;蓝光LED芯片I的正极7和负极6均通过引线8引出反光杯 4之外,两条引线8的游离端均与电极框架9相连接,两个电极框架9与发光杯4为一体成形的;硅胶树脂材质的透镜5套设于该发光装置之外对其进行封装,其一方面可以保护蓝光LED芯片1,另一方面要利用位于蓝光LED芯片I与空气之间所具有的折射率来提高蓝光 LED芯片I的出光率。本实施例提供的白光LED发光装置,黄色荧光LTCC薄片2吸收蓝光LED芯片I所发射的光子,光子能量下转换,发射出黄光区域波长的光子,并与蓝光LED芯片I所发射的蓝光混合生成白光。实施例2、白光LED发光装置本实施例提供的白光LED发光装置包括紫外光LED芯片10、白色荧光LTCC薄片
11、散热基板12和反光杯13 ;散热基板12的材质为LTCC低温共烧陶瓷,其防热性能好、绝缘性能高;紫外光LED芯片10键合于LTCC低温共烧陶瓷的散热基板12上,该紫外光LED 芯片10的衬底为蓝宝石,其为由N型氮化物、发光层InGaN和P型氮化物构成的半导体层; 紫外光LED芯片10的N型氮化物半导体层上的电极为负极14,P型氮化物半导体层上的电极为正极15 ;白色荧光LTCC薄片11的材质为CaO-B2O3-SiO2 = Dy3+体系(各组分摩尔配比为10 : 20 : 55 : 7),该白色荧光LTCC薄片11套设于紫外光LED芯片10外并包覆紫外光LED芯片10的上表面和四个侧面;锥形的反光杯13套设于白色荧光LTCC薄片11之外; 紫外光LED芯片10的正极15和负极14均通过引线16连接至电极框架17。本实施例提供的白光LED发光装置,白色荧光LTCC薄片11吸收紫外光LED芯片 10所发射的光子,光子能量下转换,发射出蓝黄区域波长的光子,黄色与蓝色荧光光谱混合生成白光。
权利要求
1.一种白光LED发光装置,其特征在于所述发光装置包括LED芯片、散热基板、荧光 LTCC薄片、反光杯和电极框架;所述LED芯片键合于所述散热基板上;所述荧光LTCC薄片套设于所述LED芯片上并包覆所述LED芯片的上表面和四个侧面;所述反光杯套设于所述荧光LTCC薄片周围;所述 LED芯片通过引线连接至所述电极框架;所述荧光LTCC薄片的材质为CaO-B2O3-SiO2: RE体系或BaO-TiO2-SiO2-B2O3: RE体系,其中,RE 为 Eu3+、Dy3+ 或 Tb3+ ;所述 CaO-B2O3-SiO2: RE 体系中,CaO、B2O3、SiO2 和 RE 的摩尔份数比为(10 15) (20 30) (55 60) (I 8);所述 BaO-TiO2-SiO2-B2O3 = RE 体系中, Ba0、Ti02、Si02、B203 和 RE 的摩尔份数比为(15 18) (25 28) (70 73) (8 11)。
2.根据权利要求I所述的LED发光装置,其特征在于所述LED芯片为可发出紫外、蓝或绿光的InGaN系芯片;所述LED芯片的衬底为蓝宝石。
3.根据权利要求I或2所述的LED发光装置,其特征在于所述LED芯片为由N型氮化物、发光层InGaN和P型氮化物组成的半导体层;所述N型氮化物半导体层上的电极为负极,所述P型氮化物半导体层上的电极为正极。
4.根据权利要求1-3中任一所述的LED发光装置,其特征在于所述白光LED发光装置外还封装有透镜。
5.根据权利要求4所述的LED发光装置,其特征在于所述透镜的材质为陶瓷、树脂或玻璃。
6.根据权利要求1-5中任一所述的LED发光装置,其特征在于所述散热基板为LTCC 低温共烧陶瓷基板或LTCC-M低温共烧陶瓷-金属复合基板。
全文摘要
本发明公开了一种白光LED发光装置。该发光装置包括LED芯片、散热基板、荧光LTCC薄片、反光杯和电极框架;所述LED芯片键合于散热基板上;荧光LTCC薄片套设于所述LED芯片上并包覆所述LED芯片的上表面和四个侧面;反光杯套设于所述荧光LTCC薄片周围;LED芯片通过引线连接至电极框架;荧光LTCC薄片的材质为CaO-B2O3-SiO2:RE体系或BaO-TiO2-SiO2-B2O3:RE体系。本发明具有以下优点仅采用简单结构-荧光LTCC薄片就能够将LED芯片侧面大量的光输出加以利用,并且由于荧光LTCC薄片为陶瓷材料,其具有稳定光线并控制光散射的作用;其次,由于荧光LTCC薄片本身具有较高的热导率2~5W/(m·K),荧光LTCC薄片的使用实现了芯片全表面的散热通道,改善了产品的散热性能。
文档编号H01L33/62GK102593340SQ20121005579
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者刘世香, 周济, 李幸运 申请人:清华大学
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