專利名稱：一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光led的制作方法
技術領域：
本發明涉及LED (發光二極管)照明技術領域，具體涉及一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED。
背景技術：
隨著LED技術的快速發展，其發光效率不斷提高，以及價格不斷下降，白光LED制備技術已日趨成熟，LED光源因具有光通量高、壽命長、結構小以及安全、高效、節能等諸多優點，已成為替代傳統照明光源的最佳光源選擇。目前的LED封裝方式，一般是將藍光或者紫外LED芯片與熒光粉、環氧樹脂封裝， 還有一些企業使用硅膠代替環氧樹脂，但是這類封裝技術會存在以下問題
1)白光LED壽命降低、色溫變化、光均勻性差
LED長時間點亮會使環氧樹脂和硅膠溫度上升，波長轉換材料會發生退化，而且熒光粉在高溫條件下發光效率降低。持續在高溫下工作的LED因硅膠或者環氧樹脂老化，導致LED 的壽命下降，熒光轉化材料的衰減迅速也變大。在生產工藝中很難控制熒光粉在硅膠或者環氧樹脂中的分散性，使白光LED的均勻性不好。而且還會產生黃色光斑和藍色光斑。2)封裝材料折射率低，使LED出光效率低
為了能提高LED的出光效率，必須提高封裝材料的折射率，減少光的菲涅爾損失。從國內外研究現狀來看，目前研發和產業化的硅膠或者環氧樹脂的折射率均在1. 4至1. 6之間， 再往上提高實為不易。3 )封裝材料老化及散熱性差
由于LED持續點亮，會導致封裝材料長時間在高溫下工作而發生老化，影響LED的可靠性。而且目前LED封裝材料使用的環氧樹脂和硅膠都是導熱性能比較差的材質，熱導率均在0. 4-2. OW/mK之間。芯片產生的絕大部分的熱量由芯片底部的散熱基板導出，這又對散熱基板的導熱性能要求很高。
發明內容
本發明針對目前LED的出光效率不高，白光LED易衰減，光均勻性差，散熱性能差以及LED的長壽命受封裝材料的限制等問題，提供了一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光 LED。一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，包括一個或多個LED芯片、電極接線和反光杯或散光杯，其還包括具有熒光轉換和高折射率的熒光透明陶瓷透鏡和位于LED芯片底部散熱的散熱基板，熒光透明陶瓷透鏡蓋于LED芯片的上方。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，所述高折率為 1. 65 1. 85。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，熒光透明陶瓷透鏡與LED芯片緊密接觸，熒光透明陶瓷透與LED芯片之間采用無影膠粘劑或者透明絕緣膠粘接。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，LED芯片出光表面表面直接鑲嵌在熒光透明陶瓷透鏡的封閉腔中，熒光透明陶瓷透鏡的封閉腔內空隙采用透明硅膠緊密填充。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，熒光透明陶瓷透鏡采用的熒光透明陶瓷材料為熒光粉單種粉體采用燒結工藝所獲得的透明陶瓷。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，熒光透明陶瓷透鏡采用的熒光透明陶瓷材料為熒光粉和陶瓷粉體混合燒結獲得的具有熒光效應的透明復相陶瓷；所述陶瓷粉體包括鎂鋁尖晶石、釔鋁石榴石、氧化鋁、氮氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈹、氟化鎂、氟化鈣、硫化鋅、砷化鎵、氮化鋁中的一種或者兩種。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，熒光透明陶瓷透鏡中所采用的熒光材料包括黃色熒光材料、紅色熒光材料、綠色熒光材料、藍色熒光材料、橙色熒光材料、紫色熒光材料中的一種或者多種。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，熒光透明陶瓷采用如下方法制得將熒光粉或者陶瓷粉體混合進行高溫燒結，或者直接用熒光粉高溫燒結，燒結溫度為800°C -1800°C。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，所述LED芯片是波長為400-500nm范圍的可見光LED或波長為250_400nm紫外光LED。上述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED進一步優化的技術方案中，熒光透明陶瓷透鏡是半球形、超半球形、半橢球形、棱形、角形或菲涅爾透鏡形。本發明所提供的一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，將熒光陶瓷既作為熒光轉換材料也作為高出光效率透鏡，使用在LED器件上。可以從以下幾個方面解決上述難解決的LED的問題
1)由于光從折射率較高的芯片表面到折射率較低的封裝材料時，一部分光會被反射回去，為了能提高LED的出光效率，必須采用高折射率的封裝材料，減少光的菲涅爾損失。從國內外研究現狀來看，目前研發和產業化的硅膠或者環氧樹脂的折射率均在1. 40至1. 55 之間，而本發明的熒光透明陶瓷具有高折射率(折射率在1. 65至1. 85之間)，與芯片直接相接又作為透鏡，能夠有效地降低菲涅爾損失系數從而有效地提高LED的出光效率；
2)LED長時間點亮會使環氧樹脂和硅膠溫度上升而發生老化，波長轉換材料會發生退化，而且熒光粉在高溫條件下發光效率降低，導致LED的壽命下降，熒光轉化材料的衰減迅速也變大。本發明采用的熒光陶瓷具有高化學穩定性和熱穩定性的，能有效改善熒光轉換材料在高溫下老化和衰減問題，提高LED壽命，改善LED光均勻性及色溫的穩定性；
3)目前LED封裝材料使用的環氧樹脂和硅膠都是導熱性能比較差的材質，熱導率均在 0. 4-2. OW/mK之間。芯片產生的絕大部分的熱量由芯片底部的散熱基板導出，這又對散熱基板的導熱性能要求很高。本發明使用透明陶瓷透鏡與LED芯片之間相連，且陶瓷還具有很好的導熱性能，從而使LED在出光面的方向也能散熱，一定程度上改善LED散熱問題。散熱問題解決了，對LED的整體的性能都可以有進一步的提升。4)同時此發明的封裝工藝和制備這種透鏡均相對簡單，只需要生產出熒光透明陶瓷，再加工成我們需要的LED透鏡，具有很高的可靠性，能廣泛應用于LED制造。
與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果
1.采用高折射率的熒光透明陶瓷透鏡封裝材料，與LED芯片直接相接又作為透鏡，能夠有效地降低菲涅爾損失系數從而有效地提高LED的出光效率；
2.采用熒光透明陶瓷透鏡封裝白光LED，由于熒光陶瓷具有高化學穩定性和熱穩定性的，能有效改善熒光轉換材料在高溫下老化和衰減問題，提高LED壽命，改善LED光均勻性及色溫的穩定性；
3.采用陶瓷透鏡封裝白光LED，由于陶瓷的導熱性能比目前使用的環氧樹脂和硅膠的導熱性能都要高幾十倍，本發明使得LED在出光面的方向也能散熱，一定程度上改善LED散熱問題。散熱問題解決了，對LED的整體的性能都可以有進一步的提升。4.同時此發明的封裝工藝和制備這種透鏡均相對簡單，只需要生產出熒光透明陶瓷，再加工成我們需要的LED透鏡，具有很高的可靠性，能廣泛應用于LED制造，特別是大功率白光LED器件。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細描述。圖廣圖5為發明的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED的五種示例結構示意圖。圖6為發明實例中一個熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED的光譜能量分布圖。圖中熒光透明陶瓷透鏡1 ；LED芯片2 ；散熱基板3;鑲嵌物4;電極5;反光杯或者散光杯6;支架7。
具體實施例方式以上內容已經對本發明作了充分的說明，以下再結合附圖對本發明的實施作進一步說明，但本發明的實施不限于此。參閱圖1至圖5所示，僅為本發明一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的LED的較佳實施例。熒光透明陶瓷透鏡是半球形、超半球形、半橢球形、棱形、角形或菲涅爾透鏡形。將熒光粉或者陶瓷粉體混合進行高溫燒結，或者直接用熒光粉高溫燒結，燒結溫度在800°C -1800°C之間，并在600°C -1800°C之間進行退火，獲得熒光透明陶瓷。對燒結出來的熒光透明陶瓷進行加工，加工的方法有切片、研磨、拋光等并制成透鏡形狀。該例中一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，由一個或多個LED芯片2、具有熒光轉換的透明陶瓷透鏡1、在LED芯片底部的散熱基板3、電極接線5、反光杯或散光杯6組成。熒光透明陶瓷透鏡可以與LED芯片緊密接觸，可以采用無影膠粘劑或者透明絕緣膠粘接，也可以直接表面鑲嵌在一起。存在的封閉腔內空隙采用透明硅膠緊密填充。根據所使用的LED芯片類型的不同，可以采用相應的熒光陶瓷透鏡進行封裝。1)藍光LED芯片與摻入黃色熒光材料的透明陶瓷透鏡相接合，LED芯片發出的藍光激發透鏡中的熒光材料發射出黃光，此黃光再與部分未被吸收的藍光組合成白光。2)紫外LED芯片與摻入紅綠藍三中熒光材料(或者藍黃兩種熒光材料)的透明陶瓷透鏡相接合，LED芯片發出的紫外光激發透鏡中的多種熒光材料組合成白光。熒光陶瓷為半球形時的半徑可以控制在lmnT40mm之間。通過改變透鏡的尺寸或者透鏡中熒光材料的含量來改變所發出光的色坐標。轉換后得到的白光色溫在1500K 15000K 之間。圖6為采用熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED的光譜能量分布圖。這種具有高折射率的熒光透明陶瓷與芯片直接相接又作為透鏡，能夠有效地降低菲涅爾損失系數從而有效地提高LED的出光效率。這種具有高化學穩定性和熱穩定性的熒光陶瓷，能有效改善熒光轉換材料在高溫下老化和衰減問題，提高LED壽命，改善LED光均勻性及色溫的穩定性。這種熒光透明陶瓷還具有很好的導熱性能，從而使LED在出光面的方向也能散熱，一定程度上改善LED散熱問題。同時此發明的封裝工藝和制備這種透鏡均相對簡單，可靠性高，能廣泛應用于LED制造。
權利要求
1.一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，包括一個或多個LED芯片、電極接線和反光杯或散光杯，其特征在于還包括具有熒光轉換和高折射率的熒光透明陶瓷透鏡和位于LED 芯片底部散熱的散熱基板，熒光透明陶瓷透鏡蓋于LED芯片的上方。
2.根據權利要求1所述熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，其特征在于所述高折率為 1. 65 1. 85。
3.根據權利要求1所述熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，其特征在于熒光透明陶瓷透鏡與LED芯片緊密接觸，熒光透明陶瓷透與LED芯片之間采用無影膠粘劑或者透明絕緣膠粘接。
4.根據權利要求1所述熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，其特征在于LED芯片出光表面表面直接鑲嵌在熒光透明陶瓷透鏡的封閉腔中，熒光透明陶瓷透鏡的封閉腔內空隙采用透明硅膠緊密填充。
5.根據權利要求1所述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，特征在于，熒光透明陶瓷透鏡采用的熒光透明陶瓷材料為熒光粉單種粉體采用燒結工藝所獲得的透明陶瓷。
6.根據權利要求1所述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，特征在于，熒光透明陶瓷透鏡采用的熒光透明陶瓷材料為熒光粉和陶瓷粉體混合燒結獲得的具有熒光效應的透明復相陶瓷；所述陶瓷粉體包括鎂鋁尖晶石、釔鋁石榴石、氧化鋁、氮氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈹、氟化鎂、氟化鈣、硫化鋅、砷化鎵、氮化鋁中的一種或者兩種。
7.根據權利要求廣6任一項所述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，特征在于，熒光透明陶瓷透鏡中所采用的熒光材料包括黃色熒光材料、紅色熒光材料、綠色熒光材料、藍色熒光材料、橙色熒光材料、紫色熒光材料中的一種或者多種。
8.根據權利要求廣6任一項所述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，特征在于，熒光透明陶瓷采用如下方法制得將熒光粉或者陶瓷粉體混合進行高溫燒結，或者直接用熒光粉高溫燒結，燒結溫度為800°C -1800°C。
9.根據權利要求1所述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，特征在于，所述LED芯片是波長為400-500nm范圍的可見光LED或波長為250_400nm紫外光LED。
10.根據權利要求1所述的熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，其特征在于熒光透明陶瓷透鏡是半球形、超半球形、半橢球形、棱形、角形或菲涅爾透鏡形。
全文摘要
本發明公開了一種熒光透明陶瓷透鏡封裝的白光LED，包括一個或多個LED芯片、電極接線和反光杯或散光杯，其還包括具有熒光轉換和高折射率的熒光透明陶瓷透鏡和位于LED芯片底部散熱的散熱基板，熒光透明陶瓷透鏡蓋于LED芯片的上方。本發明中具有高折射率的熒光透明陶瓷與芯片直接相接又作為透鏡，能夠有效地降低菲涅爾損失系數從而有效地提高LED的出光效率；具有高化學穩定性和熱穩定性的熒光陶瓷，熒光透明陶瓷還具有很好的導熱性能，能有效改善熒光轉換材料在高溫下老化和衰減問題，提高LED壽命，改善LED光均勻性及色溫的穩定性。本發明結構和制備工藝均相對簡單，可靠性高，能廣泛應用于LED制造。
文檔編號H01L33/48GK102324424SQ20111028264
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者周德濤, 姚光銳, 范廣涵, 許毅欽, 賀龍飛, 鄭樹文 申請人:華南師范大學