重磷光體加載led封裝件的制作方法

重磷光體加載led封裝件的制作方法
【專利摘要】提供具有更高穩定性的重磷光體加載LED封裝以及用于增加重磷光體加載LED封裝的穩定性的方法。通過降低混合的一個磷光體的量或者通過增加硅酮磷光體混合物層的厚度來增加封裝的硅酮含量。
【專利說明】
重磯光體加載LED封裝件
技術領域
[0001 ]本公開一般設及憐光體加載(phosphor loaded)的發光二極管化抓）。更具體來 說，本公開設及具有較高穩定性的重憐光體加載Lm)封裝件W及用于增加重憐光體加載LED 封裝件的穩定性的方法。
【背景技術】
[0002] Lm)是常常用作其他光源、例如白識燈的替代的半導體光發射器。它們在預期離散 化或高度集中光的應用中作為照明源是特別有用的。由LED封裝件所產生的光的顏色取決 于其制造中的半導體材料的類型，W及在使用憐光體系統的情況下取決于所使用的憐光體 或憐光體混合物。
[0003] 包括發光二極管和激光器(本文中均一般稱作LED)的彩色半導體Lm)從族III-V合 金、例如氮化嫁(GaN)來產生。參照GaN基LED，光一般在電磁譜的UV至綠色范圍中發射。直到 最近，由于L邸所產生的光的固有顏色，L邸尚未適合于需要明亮白光的照明用途。
[0004] 憐光體將福射(能量)轉換成可見光。憐光體的不同組合提供不同的彩色光發射。 所生成可見光的顏色取決于憐光體的特定成分。憐光體材料可W僅包括基本顏色的單個憐 光體或者兩個或更多憐光體、例如具有黃色和紅色憐光體的一個或多個的特定混合，W發 射光的預期顏色(色調）。如本文所使用的術語"憐光體"和"憐光體材料"可用來表示單個憐 光體組成或者兩個或更多憐光體組成的混合。
[0005] 在預期"白"光的典型應用中，憐光體與LED結合用來提供預期特性的可接受凈發 射譜。"白"光通常定義為接近2500 K至6000 K的相關色溫(CCT)的區域中的顏色的黑體曲 線。例如，在典型燈具應用中，從InGaN(氮化銅嫁)所制成的LED(其在電磁譜的藍色區域中 進行發射)與黃色、綠色和紅色憐光體結合用來提供從大約2500 K CCT至高于6000 K CCT 的范圍的合成譜輸出。CIE^色圖中的所產生色溫和色點取決于二極管發射器的輸出譜功 率W及所使用憐光體的波長、混合比、會話特性和數量。
[0006] 美國專利No. 7497973公開了包括半導體光源的LEDW及包括采用Mn4+所激活的復 合憐光體的憐光體材料。具體憐光體材料是K2 [ SiFs]: Mn4+ (氣娃酸鐘或PFS)。本專利所述 的窄紅色憐光體的任一個能夠用于本發明中。
[0007] 另一個L抓使用?!^憐光體和憐光體BSY(藍移錠侶石惱石(YAG))的組合。運個組合 稱作BSY-PFS，并且它產生白光。使用BSY-PFS組合的L邸封裝件的一個優選實施例是本文中 用作示范實施例的低至中功率Lm)封裝件(<1 W)。運種封裝件的一個示例使用Nichia 757 封裝件中的Nichia Mint憐光體(BSY)和GE PFS憐光體來制作。在美國專利號5998925和 7026756中涵蓋了白色Lm)中的石惱石憐光體的使用。本領域的技術人員將會清楚地知道， 發明要素的實現并不局限于Nichia 757。本發明能夠在口!^與85￥憐光體或譜相似憐光體結 合使用的多個不同LED封裝件中實現。
[000引相應地，L邸封裝件中的憐光體的使用提供優點并且是常見的。但是，一般來說，包 括PFS憐光體的L抓封裝件呈現長期顏色和流明穩定性問題。例如，在4000 K化CRI (顯色 指數)下的BSY-Ρ?^系統的顏色要求需要娃酬/憐光體盤/模子的極高憐光體加載。在濕度存 在的可靠性測試中，來自所激勵Lm)封裝件的所產生可見福射使顏色偏移。譜功率分布的紅 色分量主要隨操作時間而逐漸損失強度。高憐光體加載還引起側壁"溝槽"形成和其他影 響，其引起凈色點偏移。
[0009] 上述缺點顯著限制低和中功率PSF LED、例如BSY-PSF L邸的有用性。因此，具有減 輕顏色穩定性問題的L邸封裝件級改進是有用的。
[0010] 本發明設及使用Pi^s憐光體來改進Lm)封裝件的穩定性。一般來說，在運類封裝件 中，憐光體加載如上所述較高。運個上下文中的高加載表示20%、30%及W上的憐光體-娃酬 重量比。

【發明內容】

[0011] 在至少一個方面，本公開提供改進采用Ρ?^憐光體系統的LED封裝件的長期穩定性 和可靠性的方法。一個示范實施例是Nichia 757中功率L抓封裝件，其高加載有85￥斗!^憐 光體混合物。
[0012] 在另一方面，本公開提供具有更高穩定性的重憐光體加載L邸封裝件。
[0013] 改進長期穩定性的方法設及增加娃酬對憐光體的重量比，因而提供對憐光體的保 護并且增加穩定性。重量比能夠按照至少兩種方式來增加，其均在基本上保持可接受性能 的同時增加穩定性。
[0014] 在改進重憐光體加載L抓封裝件的穩定性的一種方法中，L抓封裝腔的大小增加， 并且使用具有更高娃酬重量比的娃酬憐光體混合物，同時將憐光體的總量保持為相同。
[0015] 在第二方法中，娃酬憐光體混合比調整成增加娃酬含量，同時將憐光體含量保持 在可接受等級。
【附圖說明】
[0016] 圖1示出現有技術的L邸的示意圖。
[0017] 圖2示出具有更深腔W及有更高娃酬重量百分比的娃酬憐光體混合物的Lm)封裝 件。
[0018] 本公開可采取各種組件和組件的布置W及各種過程操作和過程操作的布置的形 式。本公開在附圖中示出，附圖中，相似參考標號在各個附圖中可通篇表示對應或相似部 件。附圖僅為了便于示出優選實施例，而并不是要被理解為限制本公開。給定附圖的W下操 作性描述，本公開的新方面對本領域的技術人員應當變得顯而易見。
【具體實施方式】
[0019] W下詳細描述實際上只是示范性的，而不是要限制本文所公開的應用和用途。此 夕h并不是意在通過前面的背景、概述或者W下詳細描述中提供的任何理論來限制。雖然本 文中主要結合PFS L抓封裝件W及特別是低和中功率L邸封裝件、例如Nichia 757 BSY-PFS L邸封裝件來描述本技術的實施例，但是概念也可適用于其他類型的憐光體加載L邸W及特 別是其他類型的重憐光體加載LED。具體來說，概念最適用于憐光體-娃酬重量比高（20%、 30%及W上)并且憐光體的至少一個呈現對環境大氣組分、例如水分的敏感性的L抓封裝件 中。
[0020] 圖1示出示范現有技術L邸封裝件10。封裝件10包括發光二極管(LED)忍片12。憐光 體和娃酬混合物層22覆蓋忍片12"Lm)忍片12和憐光體娃酬混合物層22采用透鏡18來封裝。 L抓封裝件10包括外部殼體30,其限定保持L抓忍片12 W及憐光體和娃酬混合物層22的腔 32。腔32具有深度"d"。憐光體娃酬混合物層22沿箭頭24所指示的方向W福射方式禪合到 L邸忍片12。福射方式禪合"表示元件相互關聯，使得從一個元件所發射的福射的至少部 分被傳送到另一個元件。
[0021] 在如上所述的現有封裝件中，要求一定量的憐光體混合物W取得預期白光。另外， 娃酬量是重要的，W便取得必要的制造要求。腔32的運些因素和大小確定憐光體娃酬混合 物層22中的憐光體和娃酬的優選相對百分比。
[0022] 按照本發明的L抓封裝件50的一個實施例在圖2中示出。L抓忍片52覆蓋有憐光體 和娃酬混合物層54。運個層54可選地覆蓋有透鏡56dL邸忍片52和娃酬憐光體混合物54保持 在外部殼體60所創建的腔58中。
[0023] 娃酬憐光體混合物層54包括娃酬和憐光體混合物。合乎需要地，娃酬憐光體混合 物重加載有憐光體(大于20%)，并且包括作為憐光體混合物的成分的窄紅色憐光體。示例是 K2[SiF6] :Mn4+ (氣娃酸鐘或PFS)。憐光體混合物還能夠包括憐光體BSY(藍移錠侶石惱石 (YAG))。運個組合稱作BSY-PFS。
[0024] 在優選實施例中，L邸封裝件是低至中功率L邸封裝件(<1 W)。
[00巧]腔58具有深度"dd"。腔58的深度"dd"大于腔32的深度"d"，表示娃酬憐光體層54具 有比現有技術裝置中的層22要大的體積。由于憐光體量能夠保持為相同W便正確起作用， 所W娃酬量能夠在混合中增加，運保護憐光體并且提供色移的改進。
[0026] 腔深度"dd"能夠增加 LED封裝件的當前深度"d"的額夕K).3至3倍。換言之，dd的范 圍從大約1.3d至3d。例如，Nichia 757封裝件具有300微米的腔深度。400微米至900微米的 增加腔深度是合乎需要的。下表示出增加 dd對娃重量百分比的作用。
[0027] 表 1 在本發明的第二實施例中，BSY-PFS混合中的Ρ?^憐光體的絕對質量含量降低。運可降 低Lm)的所產生譜功率分布的紅色含量，但是將改進操作的健壯性。PFS量能夠采用色溫和/ 或顯色指數(CRI)的可接受折衷來降低。
[0028] 為了提供從Pi^S憐光體在譜中的足夠紅色發射，娃酬重量百分比一般接近如給定 常規Lm)封裝件(例如Nichia 757)的制造過程中的混合的所需粘性所確定的容許最小值。 換言之，PFS: BSY:娃酬的優選范圍和比率為35-40: 10-12: 48-52。
[00巧]比較的PFS-BSY娃酬混合中的Pi^S的重量百分比（如用于Nichia 757中功率封裝件 中）為大約40重量％。混合中的口!^的總量能夠降低到大約36%，W允許娃酬重量百分比從49% 增加到大約53% (BSY保持在11%)。
[0030]本文所述的封裝件可包括任何半導體可見或UV光源，其能夠在其所發射福射定向 到憐光體上時產生白光。Lm)忍片的優選峰值發射將取決于所使用憐光體的特性，并且范圍 可例如為250-550 nm。但是，在一個優選實施例中，Lm)的發射將在紫色至藍綠區域中，并且 具有從大約420至大約500 nm的范圍中的峰值波長。半導體光源則通常包括滲雜有各種雜 質的LED。因此，L邸可包括基于任何適當或IV-IV半導體層并且具有大約250至 550 nm的峰值發射波長的半導體二極管。
[0031] 雖然本文所述的本發明的示范結構的一般論述針對基于無機Lm)的光源，但是應 當理解，Lm)忍片可通過有機發光結構或另一福射源來替代，除非另加說明，并且提到Lm)忍 片或半導體只是表示任何適當福射源。
[0032] 透鏡可W是例如環氧樹脂、塑料、低溫玻璃、聚合物、熱塑、熱固材料、樹脂或者如 本領域已知的另一種類型的L邸封裝材料。可選地，透鏡是旋涂玻璃或者具有高折射率的另 外某種材料。在一個優選實施例中，透鏡是諸如環氧樹脂、娃酬或者娃環氧樹脂之類的聚合 材料，但是可使用其他有機或無機密封劑。
[0033] 透鏡優選地針對Lm)忍片和憐光體娃酬混合物材料所產生的光的波長是透明或者 基本上透光的。在備選實施例中，封裝件可包括密封劑材料，而沒有外透鏡。
[0034] L抓封裝件的外部殼體通常由聚合合成材料EMC(環氧模塑化合物)來制成。L抓忍 片可例如由引線框(未示出）、由自承(self-supporting)電極、殼體的底部或者由安裝到外 殼或引線框的底座(未示出）來支承。L邸忍片電附連到外部殼體的底面的電氣觸點。本領域 的技術人員已知，可能有具有相似功能屬性的多個忍片存在于L邸封裝件中。
[0035] 示例 表2示出具有變化憐光體加載的BSY-Pi^混合的Nichia 757 L邸之間的顏色穩定性的 純改進。娃酬憐光體混合物中使用的憐光體(BSY+PFS)的總量從47重量％改變成51重量％。 BSY量恒定在11 wt%，而Pi^S從36至40%。娃酬從49至53%dL抓驅動和環境條件保持為相同。 Lm)操作條件是47C恒溫下的30 mA。1500小時的觀察表明通過將Pi^S憐光體加載從40%降低 到36%(從51%到47%的總憐光體并且將娃酬從49%增加到53%的色移的大于50%改進。
表2
[0036] 下表3示出CCT與憐光體加載之間的直接比較。當加載的PFS部分從40%降低到36% 時，存在CCT的凈~200 K下降。在大多數情況下，可接受色溫變化的工業標準容差能夠適應 運類變化范圍。
[0037] 表 3
仍然由本公開包含的備選實施例、示例和修改可由本領域的技術人員具體根據W上理 論進行。此外，應當理解，用來描述本公開的術語意在具有描述措辭而不是限制的性質。
[0038]本領域的技術人員還將會理解，能夠配置上述優選和備選實施例的各種適配和修 改，而沒有背離本公開的范圍和精神。因此，將會知道，在所附權利要求書的范圍內，可W不 按照本文的具體描述來實施本公開。
【主權項】
1. 一種改進包含磷光體硅酮混合物的重磷光體加載LED封裝件的顏色穩定性的方法， 包括通過增加所述磷光體硅酮混合物的體積和硅酮的總重量但保持所述磷光體的重量來 增加所述磷光體硅酮混合物中的硅酮對所述磷光體的重量比。2. 如權利要求1所述的方法，其中，所述LED封裝件保持在LED封裝腔中，并且其中增加 所述LED封裝腔的大小，以適應硅酮磷光體混合物的較大體積。3. 如權利要求2所述的方法，其中，所述LED封裝腔具有增加到0.3至3倍的深度。4. 如權利要求4所述的方法，其中，所述LED封裝腔的所述深度為400至900微米。5. 如權利要求1所述的方法，其中，所述磷光體硅酮混合物中的所述硅酮的重量百分比 為54至75。6. 如權利要求5所述的方法，其中，所述磷光體硅酮混合物中的硅酮的重量百分比為58 至75。7. -種包含磷光體硅酮混合物的重磷光體加載LED封裝件，其中，所述LED封裝件保持 在具有400至900微米的深度的LED封裝腔中，以及所述磷光體硅酮混合物中的硅酮的重量 百分比為54至75。8. 如權利要求7所述的LED封裝件，其中，所述LED封裝腔深度是從450至900微米。9. 如權利要求7所述的LED封裝件，其中，所述磷光體硅酮混合物中的硅酮的重量百分 比為58至75。10. -種改進包含磷光體硅酮混合物以及作為所述磷光體硅酮混合物的成分的窄紅色 磷光體的重磷光體加載LED封裝件的顏色穩定性的方法，包括增加所述磷光體硅酮混合物 中的硅酮對所述窄紅色磷光體的重量比。11. 如權利要求10所述的方法，其中，所述硅酮重量百分比從大約47 wt%增加到53 Wt%〇12. 如權利要求10所述的方法，其中，所述窄紅色磷光體為PFS。13. 如權利要求10所述的方法，其中，所述磷光體硅酮混合物還包括所述磷光體BSY。14. 如權利要求10所述的方法，其中，所述硅酮磷光體混合物包括大約53 wt%的量的 硅酮、大約36 wt%的量的PFS磷光體以及大約11 wt%的量的BSY磷光體。15. 如權利要求10所述的方法，其中，所述LED封裝件是中功率LED封裝件，其高加載有 BSY-PFS磷光體混合物。16. 如權利要求10所述的方法，其中，所述LED封裝件具有色移的至少25%改進。17. -種包括LED和硅酮磷光體混合物的具有改進顏色穩定性的重磷光體加載LED封 裝件，其中所述娃酮磷光體混合物包括大約53 wt%的量的娃酮、大約36 wt%的量的PFS磷光 體以及大約11 wt%的量的BSY磷光體。18. 如權利要求17所述的LED封裝件，其中，所述LED封裝件是中功率LED封裝件，其高加 載有BSY-PFS磷光體混合物。19. 如權利要求17所述的LED封裝件，其中，所述LED封裝件具有色移的至少25%改進。
【文檔編號】H01L33/50GK106062977SQ201580014313
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月2日 公開號201580014313.5, CN 106062977 A, CN 106062977A, CN 201580014313, CN-A-106062977, CN106062977 A, CN106062977A, CN201580014313, CN201580014313.5, PCT/2015/14056, PCT/US/15/014056, PCT/US/15/14056, PCT/US/2015/014056, PCT/US/2015/14056, PCT/US15/014056, PCT/US15/14056, PCT/US15014056, PCT/US1514056, PCT/US2015/014056, PCT/US2015/14056, PCT/US2015014056, PCT/US201514056
【發明人】A.I.喬扈里, G.R.艾倫, 蔡登科
【申請人】通用電氣照明解決方案有限責任公司