[发明专利]一种LED封装结构及基于其实现荧光粉保形涂覆的方法

说明书

技术领域

本发明属于LED封装技术，涉及LED封装中的一种用于提高LED照明产品空间光色一致性的LED封装结构及基于其实现LED封装中荧光粉保形涂覆的方法，将特别应用于大规模LED封装生产中。

背景技术

LEDs（Light Emitting Diodes）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，如景观照明、汽车大灯、路灯和背光等，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。

LED取代传统照明方式的首要任务是提高其出光效率和可靠性，通过多年的研究和技术发展，目前商用LED产品的出光效率已经达到100 -130 lm/W, 而实验室水平更是达到了231 lm/W，远高于传统光源的光效；同时，随着封装工艺的改进、散热结构的优化以及驱动可靠性的提高，LED的可靠性也得到了大幅的提高。为了进一步提高LED产品的照明质量，LED光色品质越来越受到大家的重视，具体可以包括LED光色一致性和LED空间颜色均匀性两方面，例如美国能源部将提高LED光色一致性、减少分Bin数量作为LED照明发展的主要五大挑战之一，同时美国能源之星（Energy Star）于2008年已经将LED封装及灯具的空间颜色均匀性列为LED照明质量评估指标之一。随着LED在室内照明领域的迅速推广（如商业照明、家居照明、办公室照明等），人们对LED照明的要求已经从“照亮”逐步转变为“照舒服”，因此LED封装时通过准确控制的封装工艺，提高LED光色一致性和空间颜色均匀性，已成为拓宽LED照明领域，加速LED取代传统照明的一个重要的技术目标。

大功率白光LED通常是由两波长光（蓝色光+黄色光）或者三波长光（蓝色光+绿色光+红色光）混合而成。目前广泛采用的白光LED是通过蓝色LED芯片（GaN）和黄色荧光粉（YAG或TAG）组成。在LED封装中荧光粉层参数严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能。当前，在LED封装中最普遍采用的一种荧光粉涂覆方式为荧光粉自由点胶涂覆，该种荧光粉涂覆方式拥有工艺简单和低成本等优点；然而该种荧光粉涂覆方式常常导致最终LED封装产品色温空间分布存在较大的差异，严重影响着LED产品的照明质量。国内外的研究者开展了许多研究工作，发现LED荧光粉保形涂覆的方法，即荧光粉层均匀厚度涂覆于LED芯片表面。保形涂覆方式要求能够控制荧光粉几何形状和厚度等参数，从而提高LED封装产品的光色一致性和空间颜色均匀性；然而该封装实现工艺较难。为了实现荧光粉的保形涂覆，全球著名LED封装企业先后开发的电泳法（U. S. patent 6,576,488），溶液蒸发法 (U. S. patent 7,217,583)，圆片级封装（B. Braune et al., Proc. SPIE 6486, 64860X, 2007）以及目前相关文献描述的脉冲喷涂的工艺方法(H. T. Huang et al., OPTICS EXPRESS, 18, A201, 2010)。其中电泳法和溶液蒸发法实现保形涂覆较为复杂，成本较高；圆片级封装和脉冲喷涂的工艺方法对封装设备要求较高，工艺必须精确控制，且不能实现LED水平芯片的保形涂覆。为此发展一种工艺简单、低成本且适用于所有LED芯片类型的荧光粉保形涂覆对封装高光学质量的LED光学产品至关重要。

发明内容

本发明提出一种LED封装结构及基于其实现荧光粉保形涂覆的方法，该荧光粉保形涂覆技术是基于微流体自对准效应实现；该保形涂覆方法与其它保形涂覆相比，具有工艺简单，对涂覆设备要求低，低成本和封装效率高等优点，同时能够大幅改善LED封装产品的色温空间一致性，提高光学品质。