[发明专利]一种在空间立体角发光色温均匀的白光LED器件及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种白光LED器件、其封装结构与制作方法。具体而言，首先在芯片上方涂覆一层不含荧光粉的高折射率硅胶层，通过正放或倒置不同时间，形成上表面凹陷的平面凹透镜结构，进而在凹面结构上层注射混合了荧光粉的低折射率硅胶或相同折射率硅胶，固化后形成上表面水平、下表面凸出的倒置平面凸透镜结构荧光粉层。这种双透镜结构不仅有助于提高色温均匀性，而且从内而外的梯度折射率渐变结构有助于提高LED器件对发射光的提取率。

背景技术

白光LED作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、寿命长、可靠性高、体积小、易于输运和安装等显著优点，正逐渐成为照明市场强有力的竞争者。LED在液晶电视、手机与显示器背光源方面的普及率已经超过90％。白光LED的应用，不仅仅是节能降耗，而且改变了传统的文化与信息传播方式，提升了人们的生活品质。全球固态半导体照明与信息显示产业规模，包括设备、芯片生长、封装、关键原材料与LED器件应用，已超千亿美元。

白光LED最核心的品质是其提供的光源质量，包括光效、亮度、色温与显色指数。LED所提供光源的质量，不仅影响色彩的光泽、颜色、鲜艳与亮丽度，而且影响人的心情与视力健康。尽管有人提出采用红、绿、蓝多芯片技术产生白光,但受制于成本、驱动控制和不同芯片的可靠性等因素，致使目前商业化的白光LED几乎全部是利用荧光材料配合蓝光或近紫外芯片封装而成，这种类型白光LED又称为荧光转换型LED(pc～LED)。荧光材料由此成为白光LED不可或缺的关键原材料。

在较大角度立体空间范围内，提供亮度与色温均匀的白光是白光LED器件的重要性能品质，特别是对于采用多芯片集成封装而成的大功率器件，这一点尤为重要。在白光LED器件封装中所利用的单个芯片(Die)尺寸很小，再加上晶粒为平面单晶结构，造成LED芯片发光角度很小。除利用透镜之外，扩大LED发光发散角的一个重要途径是藉助荧光粉的发光与多次漫散射。荧光粉在LED器件中的分布构型，不仅决定LED器件的光效，而且影响其光色品质。控制LED器件中荧光粉的分布构型是获得大角度范围色温均匀白光的重要途径。

荧光粉涂布技术是白光LED器件封装的关键技术之一。LED荧光粉涂布技术最常用的是分配法(dispensing)，即首先把荧光粉分散在透明硅胶或环氧树脂(简称透明胶)中，利用气压或螺旋丝杆挤压方式把混合了荧光粉的透明胶滴定到芯片上方的反射杯中，但是固化后的荧光粉层形状在显微镜下观察是凹凸不平的。在透明胶高温烘烤固化过程中，荧光粉受到重力、胶的粘度与表面张力多重作用，往往在表面张力作用下在外层一圈沉积的荧光粉往往比较多，造成LED器件发射光产生黄圈现象。对于黄色荧光粉没有覆盖的空隙，蓝光穿过空隙或荧光粉覆盖稀薄的部位，产生亮度与色温较高的蓝色光斑；对于荧光粉团聚部位则产生色温较低的黄色光斑。对于多芯片集成封装(COB)的大功率LED面光源，其照射光由于荧光粉不均匀分布产生的光斑现象尤为明显。