一种高显指高光效封装体的制作方法

本发明属于半导体光电子及光学领域，特别涉及一种高显指高光效封装体。

背景技术：

当前的白光led一般有如下几种形式，如图1曲线(1)所示，采用蓝光激发单一黄色荧光粉。这种情况下一般光效较高，但是显示指数只有70左右，而且不适于做低色温的应用。在需要做中低色温应用时，一般要加入红色荧光粉。如果需要将显色指数进一步提高到80以上时，则需要同时加入红色和绿色荧光粉。如图1曲线(2)所示，同时采用红色和绿色荧光粉其显色指数可以达到80。但从图1曲线(2)中可以看出，在全光谱应用时，光谱在460-510nm间的蓝色和青色部分仍然有缺失，因此在全光谱应用中常常需要加入峰值波长在490-505nm间的青色荧光粉。

但以上方案有如下几个问题

第一，从图2-图7中的六种荧光粉的光谱中可以看出，不同荧光粉其最佳的激发波长不同，采用单一波长的光激发混合荧光粉无法兼顾到每种荧光粉的最佳激发波长，因而对于某种荧光粉其激发效率较低。所以采用混合荧光粉，虽然提高了显色指数，但其能量损失较大，发光效率较低。例如对于青色荧光粉，由于其发光波长与激发波长比较接近，激发效率很低，应采用更短波长的蓝光或紫光激发。但采用更短波长的蓝光或紫光激发混合荧光粉，虽然可以提高青色荧光粉的激发效率，但是却增加了短波长光子在激发黄色和红色荧光粉时的光子能量消耗。

第二，对于混合荧光粉而言还存在二次吸收的问题。从图6和图7中655、660nm荧光粉的激发光谱中可以看出，其对495nm的荧光粉所发出的光,仍然存在着高达40％的相对吸收，这不仅会降低青色光的成分，还会造成能量的二次损耗。假设青色荧光粉与红色荧光粉的量子效率均为90％，则通过蓝光激发青色荧光粉，进而激发红色荧光粉的量子效率为81％，相比于蓝色直接激发红色荧光粉的量子效率低了10％左右。因此二次吸收对于显色性及发光效率都有极大的影响。

第三点，对于采用蓝光激发荧光粉而言，一个蓝光光子最多只能激发一个其它颜色的光子，两个光子间的能量差称为stocks位移。从图6和图7中可以看出，当采用单一短波长蓝光同时激发混合荧光粉时，其中的红光与蓝光能量差很大，光子能量损失较多，多余的能量被晶格振动所吸收，不仅造成光子能量的浪费，而且还产生了热能，对器件的散热提出很高的要求。

第四点，从图8中可以看出，对于同一荧光粉采用不同波长的蓝光激发，其发光波长也不相同。发光波长会随着激发波长的移动而产生相对移动。目前人们越来越关注健康照明，即希望发光光谱更宽，显色指数更高。相较于多波长激发，单一波长激发光的发光光谱较窄，显色指数较低，不能满足宽光谱高显色指数的需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种具有更高显色指数且保证发光效率的高显指高光效封装体。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高显指高光效封装体，其创新点在于：包括一支撑件，所述支撑件上设置有短波长led芯片和长波长led芯片；在所述长波长led芯片的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层，形成封装体a；在所述短波长led芯片和封装体a的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层，形成整体封装体。

进一步地，所述短波长led芯片选用波长在390～445nm的led芯片，长波长led芯片选用波长在445～550nm的led芯片，且长波长led芯片与短波长led芯片两者之间的波长之差δλ＝5～160nm。

进一步地，所述长波长荧光粉胶体层中的荧光粉为红色荧光粉或黄色荧光粉中的一种或者两者的混合体；所述短波长荧光粉胶体层中的荧光粉为绿色荧光粉、靛色荧光粉、青色荧光粉、黄色荧光粉和蓝色荧光粉的一种或者多种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板、带有电路的支架或不带电路的粘性薄膜中的一种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板时，芯片直接设置在其电路结构上；所述支撑件为带有电路的支架时，芯片通过固晶焊或共晶焊连接在其电路上；所述基板为不带电路的粘性薄膜时，在芯片贴好后，再进行封装切割形成多芯片的csp封装体。

一种高显指高光效封装体，其创新点在于：包括一支撑件，所述支撑件上设置有短波长led芯片和长波长led芯片；在所述长波长led芯片的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层，形成封装体a；在所述短波长led芯片的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层，形成封装体b；在所述封装体a和封装体b的顶面及侧面设置有中波长荧光粉胶体层，形成整体封装体。

进一步地，所述短波长led芯片选用波长在390～445nm的led芯片，长波长led芯片选用波长在445～550nm的led芯片，且长波长led芯片与短波长led芯片两者之间的波长之差δλ＝5～160nm。

进一步地，所述长波长荧光粉胶体层中的荧光粉为红色荧光粉；所述中波长荧光粉胶体层中的荧光粉为黄色荧光粉或绿色荧光粉中的一种或两者的混合体，所述短波长荧光粉胶体层中的荧光粉为绿色荧光粉、青色荧光粉、蓝色荧光粉或靛色荧光粉中的一种或多种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板、带有电路的支架或不带电路的粘性薄膜中的一种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板时，芯片直接设置在其电路结构上；所述支撑件为带有电路的支架时，芯片通过固晶焊或共晶焊连接在其电路上；所述基板为不带电路的粘性薄膜时，在芯片贴好后，再进行封装切割形成多芯片的csp封装体。

一种高显指高光效封装体，其创新点在于：包括一支撑件，所述支撑件上设置有短波长led芯片、中波长led芯片和长波长led芯片，在所述长波长led芯片的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层，形成封装体a；在所述中波长led芯片的顶面及侧面设置有中波长荧光粉胶体层，形成封装体b；在所述短波长led芯片的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层，形成封装体c；在所述封装体a、封装体b和封装体c的顶面及侧面设置有胶体层，形成整体封装体，或者不设置胶体层直接为空气间隔的整体封装体。

进一步地，所述短波长led芯片选用波长在390～445nm的led芯片，中波长led芯片选用波长在420～465nm的led芯片，长波长led芯片选用波长在445～550nm的led芯片，且长波长led芯片与中波长led芯片两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm，中波长led芯片与短波长led芯片两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm。

进一步地，所述长波长荧光粉胶体层中的荧光粉为红色荧光粉，所述中波长荧光粉胶体层中的荧光粉为黄色荧光粉或绿色荧光粉中的一种或两者的混合体，所述短波长荧光粉胶体层中的荧光粉为绿色荧光粉、青色荧光粉、蓝色荧光粉或靛色荧光粉中的一种或多种。

进一步地，所述胶体层选用环氧树脂、硅胶或聚酰亚胺中的一种或几种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板、带有电路的支架或不带电路的粘性薄膜中的一种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板时，芯片直接设置在其电路结构上；所述支撑件为带有电路的支架时，芯片通过固晶焊或共晶焊连接在其电路上；所述基板为不带电路的粘性薄膜时，在芯片贴好后，再进行封装切割形成多芯片的csp封装体。

一种高显指高光效封装体，其创新点在于：包括一支撑件，所述支撑件上设置有短波长led芯片、中波长led芯片和长波长led芯片；在所述长波长led芯片的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层，形成封装体a；在所述短波长led芯片的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层，形成封装体b；在所述封装体a、封装体b和中波长led芯片的顶面及侧面设置有中波长荧光粉胶体层，形成整体封装体。

进一步地，所述短波长led芯片选用波长在390～445nm的led芯片，中波长led芯片选用波长在420～465nm的led芯片，长波长led芯片选用波长在445～550nm的led芯片，且长波长led芯片与中波长led芯片两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm，中波长led芯片与短波长led芯片两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm。

进一步地，所述长波长荧光粉胶体层中的荧光粉为红色荧光粉，所述中波长荧光粉胶体层中的荧光粉为黄色荧光粉或绿色荧光粉中的一种或两者的混合体，所述短波长荧光粉胶体层中的荧光粉为蓝色荧光粉或靛色荧光粉中的一种或两者的混合体。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板、带有电路的支架或不带电路的粘性薄膜中的一种。

进一步地，所述支撑件为带有电路的基板时，芯片直接设置在其电路结构上；所述支撑件为带有电路的支架时，芯片通过固晶焊或共晶焊连接在其电路上；所述基板为不带电路的粘性薄膜时，在芯片贴好后，再进行封装切割形成多芯片的csp封装体。

本发明的优点在于：

(1)本发明高显指高光效封装体，采用多个不同波长的芯片激发可以兼顾到不同荧光粉的激发波长，即可以实现短波长芯片激发短波长荧光粉，长波长芯片激发长波长荧光粉，同时可以避免由于短波长荧光粉产生的短波长荧光再一次激发长波长荧光粉而被再吸收；最佳的激发波长，实现最高的量子效率。

(2)本发明高显指高光效封装体，采用多个不同波长的芯片的封装结构，其中的红色荧光粉采用csp封装在一个很小的区域内，只有极少的短波长和中波长荧光会照射到红色荧光粉上，可以有效避免红色荧光粉对青、蓝、绿荧光的二次吸收问题。特别是青色荧光激发效率低(图2)，可以有效减少青色荧光的二次损耗，从而提高光效的同时并提升显色指数。

(3)本发明高显指高光效封装体，根据斯托克斯位移现象，对于同一种荧光粉，当激发光的波长移动时，其发光波长也会向对应的波长方向进行相对移动；因此本发明采用的长波长芯片激发红色荧光粉可以得到波长较长的红色荧光，采用短波长芯片激发青、蓝、绿色荧光粉可以得到波长较短的青、蓝、绿荧光，使得荧光带谱变宽，从而进一步提高显色指数。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为传统的白光led的发光光谱图。

图2为495荧光粉激发与发射光谱图。

图3为518荧光粉激发与发射光谱图。

图4为530荧光粉激发与发射光谱图。

图5为535荧光粉激发与发射光谱图。

图6为655荧光粉激发与发射光谱图。

图7为660荧光粉激发与发射光谱图。

图8为采用不同激发波长激发红色荧光粉的激发光谱与发射光谱图。

图9为实施例1高显指高光效封装体的一种结构示意图。

图10为实施例1高显指高光效封装体的另一种结构示意图。

图11为实施例2高显指高光效封装体的一种结构示意图。

图12为实施例2高显指高光效封装体的另一种结构示意图。

图13为实施例2高显指高光效封装体的俯视图。

图14为实施例3高显指高光效封装体的一种结构示意图。

图15为实施例3高显指高光效封装体的另一种结构示意图。

图16为实施例3高显指高光效封装体的俯视图。

图17为实施例4高显指高光效封装体的一种结构示意图。

图18为实施例4高显指高光效封装体的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例高显指高光效封装体，如图9所示，包括一带有电路的支架1，支架1上还设置有短波长led芯片2和长波长led芯片3，且短波长led芯片2和长波长led芯片3通过固晶焊或共晶焊连接在其电路上；在长波长led芯片3的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层4，形成封装体a；在短波长led芯片和封装体a的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层5，形成整体封装体。

本实施例中，短波长led芯片2选用波长在390～445nm的led芯片，长波长led芯片3选用波长在445～550nm的led芯片，且长波长led芯片3与短波长led芯片2两者之间的波长之差δλ＝5～

160nm；长波长荧光粉胶体层4中的荧光粉为红色荧光粉或黄色荧光粉中的一种或两者的混合体，短波长荧光粉胶体层5中的荧光粉为绿色荧光粉、靛色荧光粉、青色荧光粉、黄色荧光粉和蓝色荧光粉的一种或者多种。

作为本实施例更具体的实施方式：

支架1上的短波长led芯片2和长波长led芯片3，不局限于一颗，可以根据实际发光光谱需要，相应增加短波长led芯片2和长波长led芯片3的颗数，如图10所示。

本实施例高显指高光效封装体采用的是smd封装，实际应用中，还可以根据实际需要，采用cob封装、csp封装或者灯丝条封装。

实施例2

本实施例高显指高光效封装体，如图11所示，包括一带有电路的基板1，基板1上还设置有短波长led芯片2和长波长led芯片3，且短波长led芯片2和长波长led芯片3设置在其电路结构上；在长波长led芯片3的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层4，形成封装体a；在短波长led芯片2的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层5，形成封装体b；在封装体a和封装体b的顶面及侧面设置有中波长荧光粉胶体层6，形成整体封装体。

本实施例中，短波长led芯片2选用波长在390～445nm的led芯片，长波长led芯片3选用波长在445～550nm的led芯片，且长波长led芯片3与短波长led芯片2两者之间的波长之差δλ＝5～160nm；长波长荧光粉胶体层4中的荧光粉是红色荧光粉，中波长荧光粉胶体层6中的荧光粉可以是黄色荧光粉，可以是绿色荧光粉，也可以是黄色荧光粉和绿色荧光粉的混合体，短波长荧光粉胶体层5中的荧光粉为绿色荧光粉、青色荧光粉、蓝色荧光粉或靛色荧光粉中的一种或多种。

作为本实施例更具体的实施方式：

基板1上的短波长led芯片2和长波长led芯片3，不局限于一颗，可以根据实际发光光谱需要，相应增加短波长led芯片2和长波长led芯片3的颗数，如图12所示。

本实施例高显指高光效封装体采用的是cob封装，如图13所示，具体工艺如下：在把led芯片固晶到带电路的基板上后，在围笆内点胶，形成圆形或者方形的，然后再整体涂覆荧光粉胶体层，最终形成整体的cob封装结构；实际应用中，还可以根据实际需要，采用smd封装、csp封装或者灯丝条封装。

实施例3

本实施例高显指高光效封装体，如图14所示，包括一带有电路的基板1，基板1上还设置有短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3，且短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3设置在其电路结构上；在长波长led芯片3的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层4，形成封装体a；在中波长led芯片7的顶面及侧面设置有中波长荧光粉胶体层6，形成封装体b；在短波长led芯片2的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层5，形成封装体c；在封装体a、封装体b和封装体c的顶面及侧面设置有胶体层8，形成整体封装体。

本实施例中，短波长led芯片2选用波长在390～445nm的led芯片，中波长led芯片7选用波长在420～465nm的led芯片，长波长led芯片3选用波长在445～550nm的led芯片；且长波长led芯片3与中波长led芯片7两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm，中波长led芯片7与短波长led芯片2两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm；长波长荧光粉胶体层4中的荧光粉为红色荧光粉，中波长荧光粉胶体层6中的荧光粉可以是黄色荧光粉，可以是绿色荧光粉，也可以是黄色荧光粉和绿色荧光粉的混合体，短波长荧光粉胶体层5中的荧光粉为绿色荧光粉、青色荧光粉、蓝色荧光粉或靛色荧光粉中的一种或多种；胶体层8选用环氧树脂、硅胶或聚酰亚胺中的一种或几种。

作为本实施例更具体的实施方式：

基板1上的短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3，不局限于一颗，可以根据实际发光光谱需要，相应增加短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3的颗数，如图15所示。

本实施例高显指高光效封装体采用的是灯丝条封装，如图16所示，或者不设置胶体层直接为空气间隔的整体封装体，其中,短波长荧光粉胶体可以涂覆在短波长芯片2的顶面或者其侧面，实际应用中，还可以根据实际需要，采用smd封装、cob封装或者csp封装。

实施例4

本实施例高显指高光效封装体，如图17所示，包括一带有电路的基板，基板上还设置有短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3，且短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3设置在其电路结构上；在长波长led芯片3的顶面及侧面设置有长波长荧光粉胶体层4，形成封装体a；在短波长led芯片2的顶面及侧面设置有短波长荧光粉胶体层5，形成封装体b；在封装体a、封装体b和中波长led芯片7的顶面及侧面设置有中波长荧光粉胶体层6，形成整体封装体。

本实施例中，短波长led芯片2选用波长在390～445nm的led芯片，中波长led芯片7选用波长在420～460nm的led芯片，长波长led芯片3选用波长在445～550nm的led芯片；且长波长led芯片3与中波长led芯片7两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm，中波长led芯片7与短波长led芯片2两者之间的波长之差5nm≤δλ≤130nm；长波长荧光粉胶体层4中的荧光粉为红色荧光粉，中波长荧光粉胶体层5中的荧光粉可以是黄色荧光粉，可以是绿色荧光粉，也可以是黄色荧光粉和绿色荧光粉的混合体，短波长荧光粉胶体层5中的荧光粉为绿色荧光粉、青色荧光粉、蓝色荧光粉或靛色荧光粉中的一种或多种。

作为本实施例更具体的实施方式：

基板上的短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3，不局限于一颗，可以根据实际发光光谱需要，相应增加短波长led芯片2、中波长led芯片7和长波长led芯片3的颗数，如图18所示。

本实施例高显指高光效封装体采用的是csp封装，工艺步骤主要为：在对高显指高光效封装体整面烤干后，再进行切割分离，得到多芯片的csp封装结构。实际应用中，还可以根据实际需要，采用smd封装、cob封装或者灯丝条封装。

实施例1-3高显指高光效封装体有效解决了传统白光led面临的上述难题。

第一，采用多个不同波长的芯片激发可以兼顾到不同荧光粉的激发波长。图2-图7给出了不同荧光粉的激发光谱与发射光谱。对于495nm荧光粉，当激发光波长在360nm-400nm时，相对激发效率可以达到80％以上。对于518nm、530nm、535nm的荧光粉，当激发光在420nm-470nm之间时相对激发效率在80％以上。而对于655、660荧光粉，当采用短波长蓝光激发时，虽然相对激发效率较高但是其斯托克斯位移较大，许多能量被晶格振动所吸收转化为热能。例如同样激发光子能量为1.89ev的655nm红光,采用光子能量为2.61ev的475nm蓝光激发，相对激发效率为60％，其光子能量损失为0.72ev，采用光子能量为2.81ev的440nm蓝光激发，相对激发效率为70％，其光子能量损失为0.92ev。即采用短波长激发虽然其激发效率提高了10％，但其中的光子能量损失却增加了28％。又考虑到红光激发光谱在450-500nm间变化平缓，相对激发效率从65％缓慢降低到55％。所以更适合选择波长相对较长的450-500nm的光来激发红色荧光粉。未被吸收的激发光可以对光谱中缺失的蓝绿色光进行补偿，也可以用来激发外部的黄色或蓝绿色荧光粉，提高显色指数。

第二，采用多个不同波长的芯片的封装结构可以有效避免红色荧光粉对蓝绿光的二次吸收问题，只有极少的蓝绿光会照射到红色荧光粉上。这有利于提高光谱中蓝绿色的成分，从而提高显色指数。

第三，根据斯托克斯位移现象，对于同一种荧光粉，当激发光的波长移动时，其发光波长也会向对应的波长方向进行相对移动。因此本发明采用的长波长芯片激发红色荧光粉可以得到波长较长的红光，采用短波长芯片激发蓝绿色荧光粉可以得到波长较短的蓝绿光，使得带谱变宽，从而极大地提高显色指数。图8为采用不同激发波长激发红色荧光粉的激发光谱与发射光谱。从图8中可以看出当采用短波长激发时，其发光光谱也会向短波移动。同样，采用较长波长激发时，其发光光谱会向长波移动。因此本发明采用的长波长芯片激发红色荧光粉，会使得发光波长红移，有利于获得更高的显色指数。对于蓝绿光也有同样的优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。