CN102891245A - 将荧光晶片用于大功率白光led的封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构及其封装方法，所述封装结构包括呈碗杯状结构的反光支架、LED芯片、荧光晶片和透镜，所述的LED芯片设置在所述反光支架底部基板预置的固晶位，所述的荧光晶片架设在所述反光支架的杯沿内侧，所述的透镜扣在所述的反光支架的顶部。所述封装方法包括将LED芯片固定，焊线；将荧光晶片架设在反光支架上部，固定；在反光支架上扣上透镜。本发明的封装结构提高大功率白光LED器件的稳定性，延长LED器件使用寿命，且制作工艺简易，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率白光LED的封装结构及其封装方法，特别涉及将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构及其封装方法，属于照明技术领域。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diode）光源作为一种新型绿色照明光源，以其无污染、长寿命、低损耗、光色纯、耐震动等特点在全球范围内得到了广泛的应用。自90年代以来，白光LED新兴产业已成为了照明行业的新宠，迅速崛起并高速发展。
目前，商品化白光LED产品以蓝光芯片与荧光粉组合产生白光为发展主流。白光LED的制作方法通常是利用波长为460～470nm的InGaN/GaN基蓝光LED作为基础光源来激发Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)荧光粉，荧光粉受激发后发出的黄光与剩余蓝光混合形成白光。采用这种方法得到的白光LED，由于荧光粉封装材料紧贴芯片发热源，芯片温度升高导致荧光粉性能劣化，同时芯片散发的热量和短波辐射会使封装材料加速老化导致透过率下降，白光LED使用寿命缩短。此外，由于荧光粉在胶体中分布的不均匀性，出现不同白光LED器件之间白光质量不一致的问题。现阶段虽然在提高荧光粉封装的均匀性、稳定性、老化性及器件散热性能方面有一定的进展，但仍然不能满足高光效、高显色指数、长寿命的大功率白光LED照明的发展需求。
钇铝石榴石单晶相比荧光粉具有激发发射效率高、受热稳定、热导率高、机械强度好等优点，非常适合作为传统荧光粉的替代材料。已有学者尝试用单晶等荧光材料制备白光LED：河南理工大学的关荣峰等利用掺杂Ce：YAG荧光粉的玻璃进行了LED封装（“用于白光LED的掺杂Ce-YAG荧光玻璃的研制”发表在电子元件与材料，26(12)，2007）；中国专利CN1815765A（发明名称：一种YAG晶片式白光发光二极管及其封装方法，公开日2006年08月09日）采用透明硅胶或树脂与塑料模封装了一种YAG晶片式白光发光二极管；专利CN101894900A（发明名称：一种将单晶体用于白光LED的制作方法，公开日2010年11月24日）叙述了一种将掺铈钇铝石榴石单晶体用于白光LED的制作方法，该方法中单晶体紧贴发光芯片，正常工作时芯片温度升高导致晶片综合性能下降。现已公开的封装方法均是将发射主波长为530nm附近的掺铈钇铝石榴石材料与芯片直接扣装，与以黄色荧光粉和红色荧光粉组合形式封装的白光LED相比明显缺乏红光成分，色温偏高且显色能力不足，限制了晶片封装白光LED在日常照明领域的应用与发展。目前公开文献关于制备大功率白光LED没有涉及到钇铝石榴石单晶片的封装结构及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，提高大功率白光LED器件的稳定性，延长LED器件使用寿命。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种将荧光晶片用于大功率白光LED封装结构的封装方法。
下面对本发明的技术方案做具体说明。
本发明的提供了一种将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，所述封装结构包括呈碗杯状结构的反光支架、LED芯片、荧光晶片和透镜，所述的LED芯片设置在所述反光支架的底部基板预置的固晶位，所述的荧光晶片架设在所述反光支架的杯沿内侧，所述的透镜扣在所述的反光支架的顶部。
进一步，所述的反光支架的底部外侧设置有散热组件，以提高大功率白光LED器件的散热性能，从而进一步提供其稳定性。
进一步，反光支架的材质为导热性金属，其内侧为反射镜面。
更进一步，反光支架的材质为铜或钢。
本发明中，所述荧光晶片为稀土掺杂钇铝石榴石单晶等荧光材料，能在蓝光激发下，发出一种或多种波段的光。厚度为0.2~2mm，表面经过单面或双面抛光处理，或者双面都不经抛光处理。
进一步，所述荧光晶片的数量至少为一个；当荧光晶片的数量多于1个时，各荧光晶片上下叠加架设在反光支架的上部。因此，本发明可通过组合不同数量、不同厚度、不同发光波段的荧光晶片来获得各种不同颜色的光以达到调谐白光LED光学性能的目的，实现光源色温的可控以及显色能力的提高，满足实际生活环境对光源的要求。
进一步，所述荧光晶片的边缘与反光支架之间无缝接触，即无需引入硅胶或树脂，晶片边缘直接与反光支架相接触，利用晶片优异的热导性提高器件的散热性能。
本发明中，LED芯片为蓝光LED芯片。
进一步，所述LED芯片的数量至少为一个，芯片放在反光支架底部基板预置的固晶位。
进一步，所述的光学透镜优选为光学级有机玻璃。
本发明还提供了一种将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构的封装方法，所述封装方法包括以下步骤：
（1）通过固晶的方式将LED芯片固定在反光支架的碗杯状结构底部基板预留的固晶位，然后进行焊线；
（2）将荧光晶片架设在反光支架上部预留的杯沿内侧位置，进行固定；
（3）在反光支架上扣上透镜。
进一步，所述的封装方法还包括如下步骤：在反光支架底部加上散热组件。
本发明采用前述结构以及封装方法后具有如下优点：
(1)以荧光晶片替代荧光粉的技术方案，具有激发发射效率高、物理化学性能稳定、高度均匀性、热导率高、后处理工艺简单等一系列优点，可实现LED的无硅胶或树脂封装，克服荧光粉封装的稳定性差、易老化等问题。
(2)采用荧光材料与芯片分开的远场激发方式，结合碗杯状反光支架和光学透镜设计，有效提升白光LED的出光效率，改善散热性能，提高产品质量和寿命。
(3)本发明的封装结构，多片荧光晶片可组合使用，因此，可通过组合不同数量、不同厚度、不同发光波段的荧光晶片来获得各种不同颜色的光以达到调谐白光LED光学性能的目的，实现光源色温的可控以及显色能力的提高，满足实际生活环境对光源的要求。
(4)该大功率白光LED封装结构简单，其制作工艺简易，适合大规模的工业化生产。
附图说明
附图1为本发明实施例1的结构示意图；
附图2为本发明实施例2的结构示意图；
附图3为LED芯片为一个时的俯视结构示意图；
附图4为由六个LED芯片组成LED芯片组时的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但绝非限制本发明。
实施例1：
如图1所示，该LED封装结构包括呈碗杯状结构的反光支架2，设置在所述反光支架2底部、具体位于碗杯状结构底部基板预置固晶位的蓝光LED芯片1，以及架设在所述反光支架2上部的荧光晶片3（反光支架2在制作时，即在上部预留了用于安装荧光晶片3的位置，具体是碗杯状结构的杯沿内侧，图1中标号为6），在所述的荧光晶片3的顶部扣有透镜5，在所述的反光支架2的底部外侧设置有散热组件4。
其中，反光支架2采用导热性能良好的金属铜或钢制成，且其内侧为反射镜面。
所述的荧光晶片3采用稀土掺杂钇铝石榴石单晶等荧光材料，能在蓝光激发下，发出一种或多种波段的光。荧光晶片3为片状结构，厚度为0.2-2mm，表面经过单面或双面抛光处理，或者双面都不经抛光处理。荧光晶片3的边缘与反光支架2之间无缝接触，即荧光晶片3的边缘直接与反光支架2相接触，提高器件的散热性能。
所述透镜5为光学级有机玻璃。
本发明通过固晶的方式将单个或多个LED芯片1固定在反光支架2底部基板预置的固晶位，然后进行焊线；然后将荧光晶片3架设在反光支架2上部预留的特定位置（碗杯状结构的杯沿内侧），进行固定；接着在反光支架2上扣上透镜5，最后在反光支架2底部外侧加上散热组件4。
实施例2：
在该实施例中，荧光晶片包括第一荧光晶片31和第二荧光晶片32，组装时，第一荧光晶片31以及第二荧光晶片32按一定次序上下叠加扣装在反光支架上部预留的特定位置，进行固定即可，其余同实施例1，不再赘述，具体结构如图2所示。
本发明还可具有多种实施例，如可以由增加多片荧光晶片（组合不同数量、不同厚度、不同发光波段的荧光晶片），多个LED芯片1组成的LED芯片组（单个LED芯片如图3所示，多个LED芯片组成的LED芯片组如图4所示），更换反光支架、透镜材质等替换上述实施例中的各个部件。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：该封装结构包括呈碗杯状结构的反光支架（2）、LED芯片（1）、荧光晶片和透镜（5），所述的LED芯片（1）设置在所述反光支架（2）的底部基板预置的固晶位，所述的荧光晶片架设在所述反光支架（2）的杯沿内侧，所述的透镜（5）扣在所述的反光支架（2）的顶部。
2.根据权利要求1所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：所述的反光支架（2）的底部外侧设置有散热组件。
3.根据权利要求1或2所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：反光支架（2）的材质为导热性金属，其内侧为反射镜面。
4.根据权利要求3所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于反光支架（2）的材质为铜或钢。
5.根据权利要求1所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：所述荧光晶片的数量至少为一个；当荧光晶片的数量多于1个时，各荧光晶片上下叠加架设在反光支架（2）的杯沿内侧。
6.根据权利要求1或5所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：所述荧光晶片的边缘与反光支架（2）之间无缝接触。
7.根据权利要求1或5所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：所述荧光晶片的厚度为0.2-2mm。
8.根据权利要求1或5所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：所述的荧光晶片表面经过单面或双面抛光处理，或者双面都不经抛光处理。
9.根据权利要求1所述的将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构，其特征在于：所述LED芯片（1）的数量至少为一个。
10.一种将荧光晶片用于大功率白光LED的封装结构的封装方法，其特征在于其封装方法包括以下步骤：
（1）通过固晶的方式将LED芯片固定在反光支架的底部基板预留的固晶位，然后进行焊线；
（2）将荧光晶片架设在反光支架上部预留的杯沿内侧位置，进行固定；
（3）在反光支架上扣上透镜。
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