[发明专利]一种透明荧光陶瓷封装的白光LED光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种白光LED光源，确切地讲是一种由透明荧光陶瓷材料封装的白光LED光源。

背景技术

当前，国内外现行的白光LED封装工艺方法有多种，其中“蓝光芯片+荧光粉”封装工艺中，由于环氧树脂具有优良的粘结性、电绝缘性、密封性和介电性能且成本较低、易成型等优点成为LED封装的主流材料。但是随着白光LED亮度和功率的不断提高，对LED的封装材料提出更高的要求，而环氧树脂自身存在的吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色等缺陷暴露了出来，环氧树脂也不易实现与荧光粉的均匀掺杂，从而大大影响和缩短LED器件的性能和使用寿命。为了解决环氧树脂存在的上述问题，有机硅材料由于具有良好的透明性、耐高低温性、耐候性、绝缘性等，受到了国内外研究者的广泛关注，被认为是替代环氧树脂的理想材料。但有机硅作为封装材料也存在一些缺点，有机硅没有解决荧光粉均匀掺杂的问题，有机硅的折射率在1.5左右，与LED芯片的折射率相差较大，不利于光的输出；另外，有机硅虽然较环氧树脂在耐热性、力学性能方面有所提高，但在高温、高腐蚀性等恶劣环境下工作的能力较差。而且由于有机硅的生产工艺较复杂、成本较高，当前市场上的有机硅价格十分昂贵，不利于白光LED的推广及应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提出了一种由高折射率透明陶瓷材料与荧光粉掺杂共烧形成的透明荧光陶瓷封装的高出光率白光LED光源。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种透明荧光陶瓷封装的白光LED光源，由LED芯片、封装基座、支架、电极和透明荧光陶瓷封装材料构成，封装基座和支架组合安装，LED芯片固晶于封装基座固晶区，并由金线连接于正负电极，LED芯片由透明荧光陶瓷材料整体封装，对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面出光面；

所述透明荧光陶瓷由荧光粉与透明陶瓷粉体掺杂共烧而成，分为无压烧结工艺和真空热压烧结；

无压烧结工艺：将压制成型和烧结工艺分开进行，先将粉体冷压成型，成型方式选择钢模冷压成型、或铺以冷等静压成型和湿法成型中的一种，之后进行素烧以去除一些添加剂，再在真空、氢气或其他惰性气体条件下进行高温烧结；

真空热压烧结：成型和烧结在同一工序完成，先将粉体放入模具冷压成型，然后将成型样品放入真空热压炉进行热压烧结，所得制品再放入热等静压炉内高温、高压下进行后处理，炉内温度1600-1800℃，氩气条件下压力150-200Mpa，进而提高荧光透明陶瓷的光学性能。

所述封装基座由高导热金属或合金制成，固晶区域为平面或凹凸结构。

所述透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，其折射率大于1.7。

所述曲面出光面为规则弧面出光面或异形曲面出光面。

本发明的技术原理：LED芯片折射率约2-4，如GaN(n＝2.5)及GaP(n＝3.45)均远高于环氧树脂或硅氧烷树脂封装材料折射率(n＝1.40-1.53)，折射率差异过大导致全反射发生，将光线反射回芯片内部而无法有效导出，因此提高封装材料的折射率将可减少全反射的发生。以蓝光芯片/黄色YAG荧光粉的白光LED组件为例，蓝光LED芯片折射率为2.5，当封装材料的折射率从1.5时提升至1.7时，光取出效率提升了近30％；因此，提升封装材料的折射率降低芯片与封装材料间折射率差异来达到提升出光效能。

本发明的有益效果：MgAl₂O₄透明陶瓷热导率较高(17.0W/m·K)，约为环氧树脂和有机硅的十倍，可以使工作中产生的热量更为及时地传递出去，有利于降低荧光物质的工作温度，延长荧光物质的寿命，有助于降低芯片结温，从而可以提高工作电流，进一步提高LED发光强度。

MgAl₂O₄透明荧光陶瓷的折射率在1.7左右，比环氧树脂和有机硅有较大提高，有研究表明当封装材料的折射率从1.5时提升至1.7时，光取出效率可提升近30％。

由于透明荧光陶瓷有比环氧树脂和有机硅更高的热导率和折射率，可同时解决散热和高效率问题；由于陶瓷材料有比有机材料更高的强度、硬度、更耐腐蚀，能够大幅度提高LED制品的寿命，并为实现白光LED在高温、高冲击、腐蚀性等恶劣工作环境下长时间工作的使用提供了可能性。

附图说明：

图1为规则弧面出光面LED光源剖视图；

图2为异形曲面出光面LED光源剖视图；

图3为异形曲面出光面LED光源立体图。

附图中所指图例