一种高显色性远程荧光LED器件的制作方法

本公开属于LED器件技术领域，特别涉及一种高显色性的远程荧光LED器件及其制备方法。

背景技术：

随着技术进步及应用领域的拓展，大功率的LED光源越来越受到人们的重视。而传统LED光源一般是使用荧光粉混合有机胶体进行封装，这样的封装方式使得荧光粉分散在透明的硅胶或环氧树脂胶内。在功率较小时，该封装形式是有效可行的，但随着LED器件的功率密度增大以后，尤其是采用集成封装的方式时，芯片与荧光材料这两个大功率热源会互相叠加，这会导致LED芯片的结温极速升高，而荧光粉会出现衰减老化同时有机胶体甚至会出现碳化，从而引发光源发光效率降低寿命减短。

技术实现要素：

本公开提供了一种高显色性远程荧光LED器件，在解决以上涉及大功率应用的高显色性远程荧光LED器件的荧光材料的散热难题，并提高LED器件的效率。

本公开的技术方案是这样实现的：

一种高显色性远程荧光LED器件，其特征在于，

所述器件包括：LED封装基板、蓝光LED芯片、导热柱、红色荧光粉层、块状固体荧光体；

所述蓝光LED芯片均匀排布在所述封装基板的功能区内，与所述封装基板电性连接；

所述导热柱装配在所述封装基板的功能区内，位于所述蓝光LED芯片的间隔处并高于所述芯片；

所述红色荧光粉层均匀覆盖于所述封装基板的功能区及蓝光LED芯片表面；

所述块状固体荧光体覆盖在所述封装基板的上方，与导热柱非常靠近或相接触；

所述封装基板、红色荧光粉层、导热柱、块状固体荧光体形成的空腔内填充透明硅胶。

本公开具有以下有益效果：

1、本公开所述LED器件的白光由蓝光LED芯片发出的蓝光、块状固体荧光体发出的黄绿光以及红色荧光粉发出的红光共同构成，实现高显色指数的白光，其中所述蓝光LED芯片发出的蓝光远程激发固体荧光体，近程激发红色荧光粉，共同实现LED器件的高显色性。

2、本公开所述高显色性远程荧光LED器件结构及其制备方法，将高热量低浓度的红色荧光材料与低热量高浓度的黄色荧光材料分离开。通过使用不同的散热通道，使两种荧光材料的热量分别由封装基板与导热柱导至大功率LED器件的外部，有效避免的传统方法中两种荧光粉混合后的自吸收与热量的聚集。所述蓝光芯片通过封装基板导热，块状固体荧光体通过导热柱导热，红色荧光粉通过荧光粉沉淀技术在封装基板表面与芯片表面导热，三部分热源通过自身独立通道实现导热，从而提升了LED器件的散热能力。

附图说明

图1为本公开一个实施例的纵向剖视结构示意图；

图2为本公开一个实施例的纵向剖视结构示意图；

图3为本公开一个实施例的组合爆炸图；

图中：10-封装基板、20-蓝光LED芯片、30-块状固体荧光体、40-封装基板与导热柱形成的空腔、50-导热柱、60-红色荧光粉层、11-封装基板中心的圆形通孔、12-封装基板的功能区。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明：

在一个实施例中，本公开揭示了一种高显色性远程荧光LED器件，所述器件包括：LED封装基板、蓝光LED芯片、导热柱、红色荧光粉层、块状固体荧光体；

所述蓝光LED芯片均匀排布在所述封装基板的功能区内，与所述封装基板电性连接；蓝光LED芯片可以是单颗或者多颗阵列式排布，或者按需求排列成固定图案。

所述导热柱装配在所述封装基板的功能区内，位于所述蓝光LED芯片的间隔处，并高于所述芯片及可能存在的焊线线弧；

所述红色荧光粉层均匀覆盖于所述封装基板的功能区及蓝光LED芯片表面；所述块状固体荧光体覆盖在所述封装基板的上方，并与导热柱非常靠近或相接触；在一个实施例中，所述块状固体荧光体与所述LED封装基板相贴合的一面与所述导热柱的上表面距离为0-1mm，优选地可以为0-0.2mm，最优选的为导热柱与块状固体荧光体完全接触。

所述封装基板、红色荧光粉层、导热柱、块状固体荧光体形成的空腔内填充透明硅胶；具体的，所述透明硅胶填充于红色荧光粉层表面上，并且块状固体荧光体覆盖于透明硅胶上表面。

所述LED封装基板用于实现蓝光LED芯片的导热；所述导热柱下表面与所述封装基板下表面齐平，另一端与块状固体荧光体非常靠近或相接触，用于实现块状固体荧光体的导热；所述红色荧光粉层通过荧光粉沉淀技术实现在封装基板表面与芯片表面进行导热。三部分热源通过自身独立通道实现导热，从而提升了LED器件的散热能力。

所述导热柱装配于LED封装基板功能区，位于蓝光LED芯片的间隔处；所述导热柱在LED封装基板功能区内的装配方式包括胶体粘结、金属焊接或机械方式的固定。胶体粘结的方式可以使用硅橡胶或硅树脂的方式进行粘结，该方式简单易行，但导热的效果相对会差一些；金属焊接是使用金属焊料的方式进行粘结，该方式需要进行高温焊接工艺，工艺相对复杂，但焊接强度高，导热性能好；机械方式固定的方式包括在基板表面钻孔，使导热柱固定在孔内，或通过螺纹的方式旋紧固定在孔内；本领域技术人员可根据成本预算及导热性能需求自由选择各种适合的装配方式。

所述LED器件的白光由蓝光LED芯片发出的蓝光、块状固体荧光体发出的黄绿光以及红色荧光粉发出的红光共同构成，实现高显色指数的白光，其中所述蓝光LED芯片发出的蓝光远程激发固体荧光体，近程激发红色荧光粉发出红光，共同实现LED器件的高显色性。

可见，通过红色荧光粉与块状固体荧光体可实现LED器件的高显色性，同时通过两种荧光材料的分离，实现荧光材料的不同通道散热，从而提升了LED器件的散热能力。

在一个实施例中，所述导热柱的形状包括：圆形，矩形，弧形、楔形、扇形或一切可机械加工的形状；所述制成导热柱的材料选用高热导率且表面不吸收可见光的材料，包括但不限于铝、表面镀银铜、氧化铝陶瓷、氧化铝单晶等。

在一个实施例中，所述导热柱装配于LED封装基板的功能区内；

所述导热柱在LED封装基板功能区内的装配方式包括胶体粘结，金属焊接或机械方式的固定。

在本实施例中，所述导热柱机械方式的固定可以包括在所述封装基板上开设通孔，导热柱贯穿整个封装基板的方式进行固定。

在一个实施例中，所述红色荧光粉层均匀地覆盖在封装基板功能区及蓝光LED芯片的表面；所述红色荧光粉层可由以下几种方式均匀覆盖在封装基板功能区以及蓝光LED芯片表面上：

(1)使用荧光粉沉淀式硅胶与红色荧光粉相混合；

(2)使用喷粉设备，将与硅胶混合的红色荧光粉喷涂在封装基板功能区以及蓝光LED芯片表面上；

(3)使用离心机，将红色荧光粉与硅胶混合，并涂覆与封装基板功能区以及蓝光LED芯片表面，再将封装基板功能区以及蓝光LED芯片放置于离心机内，使红色荧光粉通过离心力沉淀于涂覆的封装基板功能区以及蓝光LED芯片表面。

在本实施例中，使用荧光粉沉淀式硅胶与红色荧光粉相混合，荧光粉沉淀式硅胶在特定的温度条件下会使粘度降低，从而使荧光粉沉淀在涂覆的物体的表面。

本领域技术人员知晓，可根据成本需求、现实工艺情况等自由选择以上荧光粉层的覆盖方式。

在一个实施例中，所述红色荧光粉层中的红色荧光粉靠近甚至紧贴所述LED封装基板的功能区以及所述蓝光LED芯片的表面；所述红色荧光粉层中的红色荧光粉的激发波长为400-500nm，发射波长为600-680nm。

在一个实施例中，制成所述块状固体荧光体的材料包括：具有荧光功能的陶瓷材料、单晶材料、玻璃体材料或有机材料；所述块状固体荧光体的形状包括片状、半球状和球面状，所述LED封装基板接合的面为平面。

在一个实施例中，所述块状固体荧光体的激发波长为400-500nm，发射波长为500-600nm。

在一个实施例中，本公开揭示了一种高显色性远程荧光LED器件制造方法，所述方法包括以下步骤：

S100、将一颗或多颗蓝光LED芯片固定于LED封装基板的功能区内，并完成所述蓝光LED芯片与上述封装基板电路部分的电性连接；

S200、将导热柱装配于封装基板功能区，蓝光LED芯片的间隔处；

S300、将红色荧光粉层均匀地覆盖在封装基板功能区及LED芯片的表面；

S400、在红色荧光粉层表面填充透明硅胶，透明硅胶的填充高度高于导热柱0.1-1mm；

S500、将块状固体荧光体覆盖于透明硅胶上表面，并使块状固体荧光体与导热柱相接触。

S600、使硅胶固化，完成LED器件的制备。

在本实施例中，高显色性远程荧光LED器件制备方法，一方面实现高显色指数白光的LED器件，另一方面将高热量低浓度的红色荧光材料与低热量高浓度的黄色荧光材料分离开，通过使用不同的散热通道，使两种荧光材料的热量分别由封装基板与导热柱导至大功率LED器件的外部，有效避免了传统方法中两种荧光粉混合后的自吸收与热量的聚集。

以下结合附图进一步说明本发明的具体实施方式：

在一个实施例中，如图1所示，使用功能区为高反射率的镜面铝材料作为封装基板10，在封装基板10的功能区内均匀排布蓝光LED芯片20，芯片20为水平结构芯片，完成芯片20与封装基板10之间的电性连接。在LED芯片20的间隔处固定氧化铝陶瓷导热柱50，氧化铝陶瓷导热柱50采用胶体粘结的方式固定在封装基板10的功能区内。应用荧光粉沉淀式硅胶混合红色荧光粉涂覆于封装基板10的功能区及LED芯片20的表面，形成一个红色荧光粉层60。使用加热或静置的方式，使荧光粉沉淀式硅胶中的红色荧光粉沉淀至封装基板10的功能区以及LED芯片20的表面。将封装基板10与氧化铝陶瓷导热柱50形成的空腔40内用透明硅胶填满，再将Ce:YAG荧光陶瓷片30覆盖在上方，使荧光陶瓷片30与导热柱50相接触，并利用透明硅胶将二者粘结形成一个高显色性远程荧光LED器件。

在一个实施例中，如图1所示，使用电极化的氮化铝陶瓷封装基板10，在封装基板10的电极化图形上使用倒装蓝光LED芯片20，芯片按照电极化的图案进行串并连接，同时芯片20的电极与封装基板10的图形化电极通过Au-Sn共晶的方式实现电性连接。导热柱50为镀银铜柱，导热柱50通过锡膏焊接在封装基板10功能区内的金属化图形上，同时处于芯片20的间隔处。应用硅胶混合红色荧光粉涂覆于封装基板10的功能区及LED芯片20的表面，形成一个红色荧光粉层60。将封装基板10放入离心机内，转速设置为3000转/min，时间为5分钟。使用高速离心的原理，将荧光粉层60中的红色荧光粉沉淀至封装基板10的功能区以及LED芯片20的表面。最后将封装基板10与镀银铜导热柱50形成的空腔40内用透明硅胶填满，再将Ce:YAG荧光陶瓷片30覆盖在上方，使荧光陶瓷片30与导热柱50相接触，并利用透明硅胶将二者粘结形成一个高显色性远程荧光LED器件。

在一个实施例中，如图2所示，此处使用的LED封装基板10为氧化铝陶瓷基板，其功能区12为圆形，在其圆形功能区内均匀排布着蓝光LED芯片20，芯片20为水平结构芯片，完成芯片20与封装基板10之间的电性连接。在功能区的中心以及边缘处设有多个圆形通孔11，将混合了红色荧光粉的硅胶通过喷涂的方式喷涂于封装基板10的功能区12及LED芯片20的表面，形成一个红色荧光粉层60。再将Ce:YAG圆形荧光陶瓷片作为块状固体荧光体30，并将该固体荧光体30其圆周边缘涂抹产业上常用的LED封装硅胶，后将该块状固体荧光体30贴于封装基板10上。块状固体荧光体30与LED封装基板10的功能区12的圆心共轴。安装完成后将光源放入烤箱烘烤，以使硅胶固化。当硅胶固化后，块状固体荧光体30与封装基板10间形成一个空腔40，如图2所示。再将封装硅胶由封装基板中心的圆形通孔11的注入该空腔40内。封装硅胶在注入空腔40的过程中，逐渐将空腔内的空气由封装基板边缘的12个通孔11排出，最后需要的效果应为，硅胶完全占满空腔40，而无残留的空气泡。再将圆柱形铝导热柱50分别插入封装基板相应尺寸的通孔11内。导热柱50的下表面与封装基板的下表面平齐，上表面与块状固体荧光体的距离小于0.2mm。将插入镀银铜导热柱的LED器件放入烤箱烘烤，以使填满空腔40的硅胶固化，从而完成整个器件的制作过程。

在一个实施例中，如图3所示，使用功能区12为高反射率的镜面铝材料作为封装基板10，其功能区12为圆形，在其圆形功能区内均匀排布着蓝光LED芯片20，芯片20为水平结构芯片，完成芯片20与封装基板10之间的电性连接。在功能区12分布有圆弧形的通孔11，圆弧形的通孔都以功能区12的圆为圆心。应用荧光粉沉淀式硅胶混合红色荧光粉涂覆于封装基板10的功能区及LED芯片20的表面，形成一个红色荧光粉层60。使用加热或静置的方式，使荧光粉沉淀式硅胶中的红色荧光粉沉淀至封装基板10的功能区以及LED芯片20的表面。块状固体荧光体30为荧光粉玻璃体，其外形为圆片形，其直径略大于功能区圆的直径。将块状固体荧光体30的圆周边缘涂抹产业上常用的LED封装硅胶，后将该块状固体荧光体贴于已经安装了LED芯片20的基板10上。块状固体荧光体30与LED封装基板10的功能区12的圆心共轴。安装完成后将光源放入烤箱烘烤，以使硅胶固化。当硅胶固化后，块状固体荧光体30与封装基板10间形成一个空腔40。再将封装硅胶由功能区一部分的圆弧形通孔11注入该空腔40内。封装硅胶在注入空腔40的过程中，逐渐将空腔内的空气由另一部分弧形通孔11排出，最后需要的效果应为，硅胶完全占满空腔40，而无残留的空气泡。再将与通孔外形类似，但尺寸略小的导热柱50插入通孔，导热柱50的材料为氧化铝单晶。导热柱50的下表面与封装基板10的下表面平齐，上表面与块状固体荧光体的距离小于0.5mm。将插入导热柱的LED器件放入烤箱烘烤，以使填满空腔40的硅胶固化，从而完成整个器件的制作过程。

一个实施例中，制备的300W LED器件的发光面为直径30mm的圆形发光面，显色指数90，色温2700-3200K，光效大于110lm/W，300W LED器件可实现33000lm的高显色性光输出，同时在有效散热的情况下，LED器件表面的温度小于100摄氏度，LED器件2000小时的光衰小于3％。

综上，本公开所述LED器件的白光由蓝光LED芯片发出的蓝光、块状固体荧光体发出的黄绿光以及红色荧光粉发出的红光共同构成，实现高显色指数的白光，其中所述蓝光LED芯片发出的蓝光远程激发固体荧光体，近程激发红色荧光粉，共同实现LED器件的高显色性。

另外，本公开所述高显色性远程荧光LED器件结构及其制备方法，将高热量低浓度的红色荧光材料与低热量高浓度的黄色荧光材料分离开。通过使用不同的散热通道，使两种荧光材料的热量分别由封装基板与导热柱导至大功率LED器件的外部，有效避免的传统方法中两种荧光粉混合后的自吸收与热量的聚集。所述蓝光芯片通过封装基板导热，块状固体荧光体通过导热柱导热，红色荧光粉通过荧光粉沉淀技术在封装基板表面与芯片表面导热，三部分热源通过自身独立通道实现导热，从而提升了LED器件的散热能力。

上述内容只是本发明的具体实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对上面的实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍然是本发明的技术内容，并落入其保护范围。