一种无荧光粉的全光谱LED封装结构的制作方法

本实用新型属于LED封装技术，尤其是涉及一种无荧光粉的全光谱LED封装结构。

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。

目前传统的白光LED由蓝光LED芯片结合黄光荧光粉组成，出光存在蓝光过多、青光缺失和红光不足。越来越多的研究表明，采用这种方法的白光LED封装模块存在严重的蓝光危害，由于蓝光功率所占比例较大，将对用户生物节律产生不利影响，具体表现为抑制褪黑素分泌，造成生物钟紊乱，导致睡眠失调等。此外，由于输入芯片的电能部分转换为光能，其他转换成了热能，荧光粉吸收芯片出射蓝光也有部分转化为热能，这些将导致荧光粉温度的升高。在LED工作过程中，随着荧光粉温度的升高，其转换效率下降，引起LED模块光性能的衰减，并且温度过高还会引起荧光粉胶的碳化。因此，采用蓝光LED芯片结合荧光粉的封装方法存在严重的可靠性缺陷。同时，当前的荧光粉涂覆技术很难在工艺简便性和高光色品质方面达到平衡，低成本工艺简单的自由点涂法存在空间颜色均匀性差的缺点，而保形涂覆工艺成本过高，严重依赖高精密设备。

现有专利如中国专利公开号CN105870303A，公开日为2016年8月17日，其公开了一种全光谱的LED光源，包括基板、封装于所述基板上的LED芯片及用于封装所述LED芯片的荧光胶，所述荧光胶由硅胶及荧光粉混合而成。但是，该方法仅仅是采用发射峰值不同的荧光粉来实现全光谱，并未从本质上避免荧光粉带来的各种问题。

中国专利授权公告号CN102543988B，公告日为2014年6月25日，其公开了一种金属支撑垂直结构无荧光粉白光LED，将发射蓝光的LED和发射红光、黄光或红黄混合光的LED通过直接键合在一起。但是，该方法结构复杂，键合工艺容易带来新的可靠性问题，并且上层芯片材料对下层芯片出光的吸收将会大大降低整个模块的出光效率。

中国专利公开号CN104157762A，公开日为2014年11月19日，其公开了一种无荧光粉白光LED及LED发光模块，包括衬底、缓冲层、n型层、有源层和p型层，有源层包括长波长发光区域和短波长发光区域，通过设置LED有源区的结构，使LED在不同注入水平下载流子的主要复合区域不同，对应发光的中心波长不同，周期性地改变驱动信号，并利用人眼的视觉暂留效应，可以从视觉上得到白光，进一步改变交流驱动信号的占空比，调节LED的光谱分布。但是，该方法芯片结构和驱动电路复杂，并且出光是周期性变化的，必然对人眼造成不利影响。

中国专利公开号CN104900771A，公开日为2015年09月09日，公开了一种无荧光粉的高效白光LED外延结构及其生长方法，该结构包括衬底、缓冲层、N-GaN层、紫外光波长的发光多量子阱层、P-GaN层、黄带和蓝带发光激发层以及电极接触层；利用MOCVD工艺，在衬底上生长紫外光多量子阱结构、黄带和蓝带发光激发层，通过底层紫外光多量子阱部分的紫外光照射P-GaN后的AlGaN/GaN超晶格层，从而激发出其黄带和蓝带发光，发射出白光。但是，该方法工艺复杂，成本较高，并且不能得到全光谱高品质的白光，仍然解决不了青光缺失和红光不足的问题，同时，紫外光的出射会对照明用户造成视觉伤害。

基于当前白光LED封装技术存在的严重不足，本实用新型提出了一种无荧光粉的全光谱LED封装结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种全光谱LED封装结构，多基色高光效垂直结构LED芯片直接合成白光，提高封装模块光色品质，用于解决传统封装方法出光光色品质差，工艺复杂，可靠性低等问题。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种无荧光粉的全光谱LED封装结构，包括封装基板，若干颗颗呈间隔放置的LED芯片通过固晶层分别贴装在封装基板上，引线的两端分别与LED芯片的上电极、封装基板上的电路固定连接，在封装基板上安装有光学透镜，在光学透镜和LED芯片之间的间隙中填充有灌封胶，特征是：全光谱LED封装结构不使用荧光粉，通过若干颗LED芯片直接合成白光，若干颗LED芯片为AlInGaN材料体系制备的高光效垂直结构黄光LED芯片、高光效垂直结构绿光LED芯片、高光效垂直结构青光LED芯片和高光效垂直结构蓝光LED芯片，AlGaInP材料体系制备的高光效垂直结构红光LED芯片和高光效垂直结构橙光LED芯片。

所述若干颗LED芯片由1~4颗黄光LED芯片、1~2颗绿青蓝光LED芯片和1~2颗红橙光LED芯片组成，其中：黄光LED芯片峰值波长范围为560nm~580nm；绿青蓝光LED芯片通过外延生长具有不同In组分多量子阱，实现单LED芯片辐射绿光、蓝光和青光，绿光峰值波长范围为510nm~530nm，青光峰值波长范围为480nm~500nm，蓝光峰值波长范围为445nm~465nm；红橙光LED芯片通过外延生长具有不同Al组分多量子阱，实现单LED芯片辐射红光和橙光，红光峰值波长范围为615nm~635nm，橙光峰值波长范围为590nm~610nm；若干颗LED芯片为串联连接，单一恒电流驱动。

或，所述若干颗LED芯片由1颗红光LED芯片、1颗橙光LED芯片、1颗黄光LED芯片、1颗绿光LED芯片、1颗青光LED芯片和1颗蓝光LED芯片组成，其中：红光LED芯片峰值波长范围为615nm~635nm，橙光LED芯片峰值波长范围为590nm~610nm，黄光LED芯片峰值波长范围为560nm~580nm，绿光LED芯片峰值波长范围为510nm~530nm，青光LED芯片峰值波长范围为480nm~500nm，蓝光LED芯片峰值波长范围为445nm~465nm；若干颗LED芯片为并联连接，多路电流驱动，各颜色LED芯片分别对应驱动。

或，所述若干颗LED芯片由1~2颗红光LED芯片、1~2颗橙光LED芯片、1~6颗黄光LED芯片、1~2颗绿光LED芯片、1颗青光LED芯片和1颗蓝光LED芯片组成，其中：红光LED芯片峰值波长范围为615nm~635nm，橙光LED芯片峰值波长范围为590nm~610nm，黄光LED芯片峰值波长范围为560nm~580nm，绿光LED芯片峰值波长范围为510nm~530nm，青光LED芯片峰值波长范围为480nm~500nm，蓝光LED芯片峰值波长范围为445nm~465nm；若干颗LED芯片为串联连接，单一恒电流驱动。

或，所述若干颗LED芯片由1~2颗红光LED芯片、1颗橙光LED芯片、1~4颗黄光LED芯片、2颗绿光LED芯片、1颗青光LED芯片和1颗蓝光LED芯片，其中：红光LED芯片峰值波长范围为615nm~635nm，橙光LED芯片峰值波长范围为590nm~610nm，黄光LED芯片峰值波长范围为560nm~580nm，绿光LED芯片峰值波长范围为510nm~530nm，青光LED芯片峰值波长范围为480nm~500nm，蓝光LED芯片峰值波长范围为445nm~465nm；若干颗LED芯片为串并联结合连接，有选择性的实现不同颜色LED芯片间的并联，采用单一恒电流驱动。

进一步地，所述若干颗LED芯片在封装基板上以等间距圆形分布或者正多边形排列方式分布。

进一步地，所述的封装基板表面有实现LED芯片电连接的电路，封装基板为印刷电路板（PCB）、金属核印刷电路板（MCPCB）、直接键合铜基板（DBC）、低温共烧陶瓷基板（LTCC）、直接镀铜基板（DPC）或硅基板中的一种。

进一步地，所述的光学透镜为球帽透镜、具有表面微结构阵列透镜、自由曲面透镜或内部掺杂有微米纳米散射颗粒的光学透镜中的一种，所述的光学透镜材料为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或玻璃中的一种。

进一步地，所述的灌封胶为硅胶、环氧树脂、掺杂有微米纳米二氧化硅或二氧化钛散射颗粒的硅胶混合物、掺杂有微米纳米二氧化硅或二氧化钛散射颗粒的环氧树脂混合物中的一种；硅胶混合物或环氧树脂混合物的微米纳米二氧化硅或二氧化钛散射颗粒的掺杂浓度范围为0.01%~0.1%。

总体而言，本实用新型所提出的以上技术方案与现有技术相比，优点是采用多基色LED芯片直接封装得到白光，用于替代传统的蓝光LED芯片结合荧光粉合成白光的方法，简化了封装工艺，避免了由于荧光粉带来的可靠性问题，同时，采用多基色LED芯片直接合成白光，全光谱出光具有更理想的光色品质，真正意义上实现了绿色高品质的LED照明。

附图说明

图1为本实用新型实施例1全光谱LED封装结构示意图；

图2为本实用新型实施例1多基色LED芯片在封装基板上分布示意图；

图3为本实用新型实施例1光谱图；

图4为本实用新型实施例2全光谱LED封装结构示意图；

图5为本实用新型实施例2多基色LED芯片在封装基板上分布示意图；

图6为本实用新型实施例2光谱图；

图7为本实用新型实施例3全光谱LED封装结构示意图；

图8为本实用新型实施例3多基色LED芯片在封装基板上分布示意图；

图9为本实用新型实施例3光谱图；

图10为本实用新型实施例4全光谱LED封装结构示意图；

图11为本实用新型实施例4多基色LED芯片在封装基板上分布示意图；

图12为本实用新型实施例4光谱图。

具体实施方式

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：

如图1所示，一种无荧光粉的全光谱LED封装结构包括陶瓷基板12，4颗呈间隔放置的LED芯片11通过导电银胶固晶层13分别贴装在陶瓷基板12上，引线14的两端分别与LED芯片11的上电极、陶瓷基板12上的电路15固定连接，在陶瓷基板12上直接制作有球帽透镜16。

如图2所示，4颗LED芯片11由1颗绿青蓝光LED芯片21、2颗黄光LED芯片22和1颗红橙光LED芯片23组成。

图3所示为本实施例按照绿青蓝光LED芯片21、黄光LED芯片22和红橙光LED芯片23的光功率比值为3：3：4合成的光谱图，其中：绿青蓝光LED芯片21中绿光、青光和蓝光的光功率比值为2：1：1，红橙光LED芯片23中红光和橙光的光功率比值为4：1，最终得到的LED光源色温为2900K，显色指数为94。

实施例2：

如图4所示，一种无荧光粉的全光谱LED封装结构，包括金属核印刷电路板(MCPCB) 42，6颗呈间隔放置的LED芯片41通过金属焊膏固晶层43分别贴装在MCPCB 42上，引线44的两端分别与LED芯片41的上电极、MCPCB 42上的电路45固定连接，在MCPCB 42上安装有自由曲面透镜46，在LED芯片41和MCPCB 42的间隙中填充有硅胶47。

如图5所示，6颗LED芯片41由1颗红光LED芯片41、1颗橙光LED芯片52、1颗黄光LED芯片53、1颗绿光LED芯片54、1颗青光LED芯片55和1颗蓝光LED芯片56组成。

图6所示为本实施例按照红光LED芯片51、橙光LED芯片52、黄光LED芯片53、绿光LED芯片54、青光LED芯片55和蓝光LED芯片56光功率比值为10：4：10：6：3：3合成的光谱图，最终得到的LED光源色温为3400K，显色指数为94。

实施例3：

如图7所示，一种无荧光粉的全光谱LED封装结构，包括陶瓷覆铜基板(DBC) 72，9颗呈间隔放置的LED芯片71通过导电银胶固晶层74分别贴装在DBC 72上，引线73的两端分别与LED芯片71的上电极、DBC 72上的电路75固定连接，在DBC 72上安装有扩散板76，在扩散板76和LED芯片71的间隙中填充有硅胶77。

如图8所示，9颗LED芯片71由1颗红光LED芯片81、5颗黄光LED芯片82、1颗绿光LED芯片83、1颗青光LED芯片84和1颗蓝光LED芯片85组成。

图9所示为本实施例按照红光LED芯片81、黄光LED芯片82、绿光LED芯片83、青光LED芯片84和蓝光LED芯片85光功率比值为5：5：4：2：4合成的光谱图，最终得到的LED光源色温为4900K，显色指数为96。

实施例4：

如图10所示，一种无荧光粉的全光谱LED封装结构，包括硅基板102，10颗呈间隔放置的LED芯片101通过金属焊膏固晶层104分别贴装在硅基板102上，引线103的两端分别与LED芯片101的上电极、硅基板102上的电路105固定连接，在硅基板102上安装有球帽透镜106，在透镜106和LED芯片101的间隙中填充有硅胶和纳米二氧化钛颗粒混合物107。

如图11所示，10颗LED芯片101由1颗红光LED芯片111、5颗黄光LED芯片112、2颗绿光LED芯片113、1颗青光LED芯片114和1颗蓝光LED芯片115组成。

图12所示为本实施例按照红光LED芯片111、黄光LED芯片112、绿光LED芯片113、青光LED芯片114和蓝光LED芯片115光功率比值为5：4：2：1：1合成的光谱图，最终得到的LED光源色温为3000K，显色指数为95。