基于厚度调节的发光二极管封装方法以及led封装体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于厚度调节的发光二极管封装方法以及LED封装体，该LED封装体包括LED芯片以及覆盖在LED芯片上的封装胶体层，封装胶体层沿远离LED芯片方向包括折射率呈梯度分布的多个等效折射层，每个等效折射层由高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替以及再加一层高折射率封装胶层形成，交替的周期数为T，等效折射层的等效折射率、厚度为n、D，低折射率封装胶层的折射率为n1、厚度为d1，高折射率封装胶层的折射率为n2、厚度为d2；n＝(n1×Td1+n2×(T+1)d2)/T(d1+d2)+d2；2n2d2＝λ0/4；D＝T(d1+d2)+d2。该方法包括：按上述参数得到等效折射层，最后得到LED封装体。该方法降低了封装材料的要求，提高了外量子效率。
【专利说明】基于厚度调节的发光二极管封装方法以及LED封装体
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED封装结构【技术领域】，具体涉及基于厚度调节的薄膜折射率梯度的 发光二极管封装方法以及LED封装体。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（Light-Emitting Diode，LED)因具备功率低、结构牢固、寿命长等优 点，使得人们对其越发关注。如何提高LED的出光效率，成为研究热点问题。一般来说，光 会从芯片中产生，在经过封装材料之后，进入空气。一般的LED芯片的折射率在2. 4 - 4. 0 之间，而封装材料的折射率则为1. 4一 1. 51之间。根据Snell定理，如果芯片与封装胶体之 间的折射率差过大，则芯片出光角度就会较小。在LED芯片和封装胶体层界面间，就会出现 光反射回芯片的现象。目前提高封装胶体折射率的方法有：引入S元素或掺入无机纳米粉 体。将一些纳米粒子加入到LED封装胶体中可以大幅提高LED封装胶体的折射率，并且已 制备出多种折射率超过1. 6的LED纳米复合封装胶体。但是，由于封装胶的折射率大于空 气折射率（空气折射率为1)，因此，光线在封装胶/空气界面也会发生全反射，并且随着封 装胶折射率的提高，光线在封装胶/空气界面发生全反射的比例会增加。因此，单纯地增加 封装胶体的折射率并不能有效地提高LED的出光效率。
[0003] 研究者提出过采用由内到外折射率逐渐减小的多层梯度形式封装来提高LED的 发光效率；但要实现梯度封装，就需要折射率不同的封装胶体；而不同折射率的封装胶体， 又要求不同的纳米掺杂浓度来实现。这一系列的过程增加了 LED的封装难度。
[0004] 申请公布号为CN 103840046A(申请号为201210486695. X)的中国发明专利申请 公开了一种LED外延片及其制备方法，该LED外延片包括：图形化衬底、外延层和发射层，所 述的外延层形成于所述图形化衬底的正面，所述发射层形成于所述图形化衬底的背面，所 述反射层包括按照交替周期数交替形成的低折射率膜层和高折射率膜层。所述低折射率膜 层的材料包括：Na 3AlF6、Si02、MgF2、LiF或LaF3，所述高折射率膜层的材料包括：Y 203、Hf02、 Ta205或Ti0 2。该技术方案通过低折射率膜层和高折射率膜层交替形成的反射层将LED芯 片背面的光反射到LED芯片的正面，该反射层发射效率好，从而提高出光效率。
[0005] 申请公布号为CN 101740677A(申请号为200810217488. 8)的中国发明专利申请 公开了一种图形化衬底的GaN基LED外延片及该外延片的制备方法，该LED外延片包括衬 底及该衬底上形成的缓冲层、非掺杂本征GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN有源层、多量子阱 和P型GaN层，所述的衬底上还包括DBR反射层，该DBR反射层是由两种折射率不同的材 料周期交替生长的层状结构，该层状结构的反射层在衬底上形成相间隔的至少两个图形结 构。该技术方案同样是通过由两种折射率不同的材料周期交替生长的层状结构的DBR反射 层来提高LED芯片背面的光反射，从而提高LED的出光效率。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提出一种基于厚度调节的发光二极管封装方法以及LED封 装体。根据对称膜系等效原理，用N个对称膜系来代替具有N层结构的梯度封装层，仅用两 种折射率封装材料实现若干折射率的分布，降低了原有方法对封装材料的要求，提高了 LED 的外量子效率。
[0007] 为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现。
[0008] -种LED封装体，包括LED芯片以及覆盖在所述LED芯片上的封装胶体层，所述的 封装胶体层沿远离LED芯片方向包括折射率呈梯度分布的多个等效折射层，每个等效折射 层由高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替以及再加一层高折射率封装胶层形成，所 述的高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替的周期数为T，其中，所述的等效折射层的 等效折射率为n，所述的等效折射层的厚度为D，所述的低折射率封装胶层的折射率为 ni、厚 度为屯，所述的高折射率封装胶层的折射率为n2、厚度为d2 ;
[0009] 所述的等效折射层满足以下方程：
【权利要求】
1. 一种LED封装体，包括LED芯片以及覆盖在所述LED芯片上的封装胶体层，其特征在 于，所述的封装胶体层沿远离LED芯片方向包括折射率呈梯度分布的多个等效折射层，每 个等效折射层由高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替以及再加一层高折射率封装 胶层形成，所述的高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替的周期数为T，其中，所述的 等效折射层的等效折射率为n，所述的等效折射层的厚度为D，所述的低折射率封装胶层的 折射率为h、厚度为屯，所述的高折射率封装胶层的折射率为n2、厚度为d2 ; 所述的等效折射层满足以下方程： n = (riiXTdi+^X (1+1)^)/1((1^(12)+(12 ①； 2n2d2 =入 0/4 ②； D = T (屯+似+d2 ③。
2. 根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，所述的低折射率封装胶层为环氧树 脂层。
3. 根据权利要求1所述的LED封装体，其特征在于，所述的高折射率封装胶层为掺杂有 纳米粒子的环氧树脂层。
4. 根据权利要求3所述的LED封装体，其特征在于，所述的纳米粒子为钛、铪、锡、钽、 硅、锆、锌、铝中的一种氧化物。
5. -种基于厚度调节的发光二极管封装方法，其特征在于，包括以下步骤： 得到的LED封装体，包括LED芯片以及覆盖在所述LED芯片上的封装胶体层，所述的封 装胶体层沿远离LED芯片方向包括折射率呈梯度分布的多个等效折射层，每个等效折射层 由高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替以及再加一层高折射率封装胶层形成，所述 的高折射率封装胶层和低折射率封装胶层交替的周期数为T，其中，所述的等效折射层的等 效折射率为n，所述的等效折射层的厚度为D，所述的低折射率封装胶层的折射率为ni、厚度 为屯，所述的高折射率封装胶层的折射率为n2、厚度为d2 ; 所述的等效折射层满足以下方程： n = (riiXTdi+^X (1+1)^)/1((1^(12)+(12 ①； 2n2d2 =入 0/4 ②； D = T ((1^4) +d2 ③； (1) 根据LED芯片确定每个等效折射层的等效折射率n和厚度D，低折射率封装胶层的 折射率^和高折射率封装胶层的折射率n2已知； (2) 根据式②，A ^为LED芯片中心发光波长，确定高折射率封装胶层的厚度为d2 ; (3) 根据已知的n、D、ni、n2以及d2代入式①和式②，计算得到低折射率封装胶层的厚 度为屯和周期数T ; (4) 依次得到不同等效折射层的屯和周期数T ; (5) 按照上述参数依次制备不同的等效折射层得到LED封装体。
6. 根据权利要求5所述的基于厚度调节的发光二极管封装方法，其特征在于，步骤（5) 中，按照上述参数依次制备不同的等效折射层得到LED封装体具体包括： (a) 在LED芯片通过物理气相沉积技术先制备一层高折射率封装胶层； (b) 在步骤（a)沉积完高折射率封装胶层的LED芯片上通过物理气相沉积技术制备一 层低折射率封装胶层； (C)重复步骤（a)和（b)，重复周期数T次，使得高折射率封装胶层和低折射率封装胶 层交替T次； (d) 在步骤（c)交替沉积完成后通过物理气相沉积技术制备一层高折射率封装胶层， 从而得到第一层的等效折射层； (e) 按上述方法得到其他的等效折射层，最后得到LED封装体。
7. 根据权利要求6所述的基于厚度调节的发光二极管封装方法，其特征在于，所述的 高折射率封装胶层的材料制备包括：用有机表面活性剂对纳米粒子进行改性，得到改性后 的纳米粒子，将改性后的纳米粒子掺入环氧树脂或有机硅树脂，得到高折射率封装胶层的 材料。
8. 根据权利要求7所述的基于厚度调节的发光二极管封装方法，其特征在于，以重量 百分比100%计，所述的改性后的纳米粒子与环氧树脂或有机硅树脂的质量比为60%? 80% :20%?40%。
9. 根据权利要求6所述的基于厚度调节的发光二极管封装方法，其特征在于，所述的 低折射率封装胶层的材料采用环氧树脂、有机硅树脂中的一种。
【文档编号】H01L33/56GK104409603SQ201410610730
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】王乐, 沈晔, 李旸晖, 金波, 张宏, 陈如标, 罗东, 潘桦滟 申请人:中国计量学院, 杭州暖蘅科技有限公司