一种led图形优化封装基板、led封装体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED封装领域，特别涉及一种LED图形优化封装基板、LED封装体及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] LED相对传统光源具有节能、环保、高效等诸多优点，被公认为当今的绿色光源。随 着其技术的不断发展，LED的应用领域已经涉及信号指示灯、汽车大灯、商业照明等。然而， 高功率LED的实现仍面临如何提高出光效率，实现特定光学分布的挑战，存在进一步提升 的空间。
[0003] 影响LED出光效率的因素有很多，包括GaN外延层的晶体质量、缺陷数目；焚光粉 的颗粒大小、荧光粉的涂覆技术；不同界面材料间的折射、散射以及全反射损失等。其中，界 面散射与折射问题作为LED制造产业链的一个技术难点引起广泛研宄。由于GaN材料、封 装剂以及空气的折射率分别为2. 5~3. 5、1. 4~1. 6、1，这样的折射率落差首先导致芯片有 源层产生的光进入封装胶体时的全反射临界角为34°~40°。其次，当光线通过封装剂顶 部出射到空气中时，全反射临界角为38°~45°。如果入射角大于全反射角的光子被重新 反射回去，可能被相邻芯片吸收或无限制反射直至能量耗尽。
[0004] 为克服由界面材料折射率落差引起的光损失，研宄者已经尝试过各种各样的改进 技术。利用几何形状破坏LED芯片表面发生的全反射现象是一种常用的方法，包括设计芯 片形状，芯片表面粗糙化，光子晶体技术，制备图形化衬底等。但这些手段的研宄对象都是 小功率芯片，其次芯片尺寸小，外延层材料易脆，导致加工困难，因此不易实现平面集成的 大功率封装。
[0005] 为进一步提升LED的发光效率，还需要从封装的角度进行提高。集成形式的COB 封装技术是高功率LED发展的主流方向，但现有的COB封装技术多采用平面封装基板，无法 改变经过全反射回到基板表面的光线的传播路径，使很大一部分比例的光线在平面基板表 面无限制反射直至能量耗尽。由此可见，为进一步提高高功率LED的出光效率，还需要在封 装基板表面改变光线的传播路径，并设计最优的光线出射路径。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种LED图形 优化封装基板，有效提高了 LED集成光源的出光效率。
[0007] 本发明的目的之二在于提供包含上述LED图形优化封装基板的LED封装体。
[0008] 本发明的目的之三在于提供上述LED封装体的制备方法。
[0009] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0010] 一种LED图形优化封装基板，所述封装基板上设有倒圆锥凹槽图案，所述倒圆锥 凹槽的底面半径为0.3~1mm，倒圆锥凹槽倾角为45°~75°，相邻倒圆锥凹槽的中心间距 为0. 5~Imm ;所述封装基板的水平表面及倒圆锥凹槽的表面镀有银层。
[0011] 所述封装基板上除预留安装LED芯片的位置外，倒圆锥凹槽采用矩形阵列呈周期 性有规律的排布方式；所述LED芯片采用矩形阵列呈周期性有规律的排布方式。
[0012] 相邻倒圆锥凹槽对应的底面圆相切或相交。
[0013] 所述封装基板的材料为AlSiC复合材料、金属材料以及陶瓷材料中的一种或多 种，封装基板的水平表面镀有AlN或类钻碳绝缘层。
[0014] 所述倒圆锥凹槽图案通过数控机床技术加工在封装基板表面。
[0015] LED封装体，包括所述的LED图形优化封装基板，所述封装基板上设有铜膜电极和 LED芯片，所述铜膜电极与LED芯片的正负极通过金线连接；所述LED芯片采用COB封装工 艺封装在封装基板上，所述LED芯片上覆盖有封装剂。
[0016] 所述LED芯片发出的一部分光线经封装剂落入倒圆锥凹槽的表面，经反射后由封 装剂折射到空气中；
[0017] 所述LED芯片发出的一部分光线经封装剂射入空气中时发生全反射，全反射光线 经封装剂落入倒圆锥凹槽的表面，经反射后由封装剂折射到空气中。
[0018] 所述LED封装体的制备方法，包括以下步骤：
[0019] (1)采用数控机床技术在镀有铜膜的无图案封装基板上加工倒圆锥凹槽图案；
[0020] (2)对步骤（1)加工后的封装基板的表面、倒圆锥凹槽的表面进行抛光处理，抛光 后，分别用丙酮和无水乙醇浸泡所述图形化基板，并将其放入超声波清洗仪中清洗；
[0021] (3)对清洗后的封装基板的水平表面、倒圆锥凹槽的表面上电镀银；
[0022] (4)采用COB封装工艺，将LED芯片封装到封装基板上，通过金线将铜膜电极与 LED芯片的正负极连接，引出正负极。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
[0024] (1)本发明在封装基板表面加工规律分布的倒圆锥凹槽，可以在360°范围内对 经过圆锥轴线的光线进行提取，使到达封装剂与空气界面反生全发射的光线重新回到基板 表面时，所述凹槽能够改变光线传播路径，为其提供直接出射的机会，相比无图案封装基板 的LED，将出光效率提高了 13. 5%左右。
[0025] (2)本发明采用优化的图案参数，提高了 LED光源发出光的出射概率，也为大规模 生产提供可靠的设计指标。
[0026] (3)本发明采用数控机床技术在基板表面加工凹槽，该技术由计算机精确操纵，并 可根据需求灵活设置凹槽的结构参数，加工过程具有自动化、精确可控的优点。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的实施例1的LED封装体的结构示意图。
[0028] 图2为本发明的实施例1的LED图形优化封装基板的俯视图。
[0029] 图3为本发明的实施例1的LED图形优化封装基板中的与基板成相同倾角的两条 出射光线传播路径图。
[0030] 图4为本发明的实施例2的LED图形优化封装基板的俯视图。
[0031] 图5为本发明的LED封装体的总出光提高率随倒圆锥凹槽的半径变化趋势图。
[0032] 图6为本发明的LED封装体的总出光提高率随倒圆锥凹槽的倾角变化趋势图。
[0033] 图7为本发明的LED封装体的总出光提高率随倒圆锥凹槽的排布间距变化趋势 图。
[0034] 图8为平面AlSiC封装基板COB封装的LED光源的光谱分布曲线图。
[0035] 图9为图形化的AlSiC封装基板COB封装的LED光源的光谱分布曲线图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。 [00 37] 实施例1
[0038] 如图1所示，本实施例的LED封装体，包括LED图形优化封装基板1，所述封装基板 上设有铜膜电极3和LED芯片4,所述铜膜电极3与LED芯片4的正负极通过金线5连接； 所述LED芯片采用COB封装工艺封装在封装基板上，所述LED芯片上覆盖有封装剂6 ;所述 LED芯片采用矩形阵列呈周期性有规律的排布方式。
[0039] 如图2~3所示，本实施例的LED图形优化封装基板1上设有倒圆锥凹槽图案，所 述封装基板上除预留安装LED芯片的位置（LED芯片台8)外，倒圆锥凹槽7采用矩形阵列 呈周期性有规律的排布方式；所述封装基板的水平表面镀有AlN绝缘层2 ;封装基板的水 平表面的AlN绝缘层的表面及倒圆锥凹槽的表面镀有银层9。每个圆锥凹槽的底面半径为 0· 5mm，相邻圆锥凹槽中心间距为0· 75mm，斜角为60° ;相邻倒圆锥凹槽位对应的底面圆相 交。
[0040] 如图3所示，LED芯片作为发光光源，当光线从折射率较大的封装剂6射入折射 率小的空气中时，将有一部分光线如Ll发生全发射，其入射角度大于或等于全反射临界角 α。如果同样角度的光线L2落入封