本发明专利技术公开一种在空间立体角发光色温均匀的白光LED器件，包括具有反射灯杯的LED支架，反射灯杯内设有LED芯片，所述的LED支架上具有圆台结构；所述的圆台结构由下层平面凹透镜层、上层平面凸透镜层契合形成。本发明专利技术还提供了一种在空间立体角发光色温均匀的白光LED器件封装方法。本发明专利技术利用平面凹透镜层有助于扩大LED发光的发散角；利用倒置的平面凸透镜有利于扩大LED发光的发散角；有利于获得立体空间发射角范围色温高度均匀的白光；下层平面凹透镜层可以采用高折射硅胶、上层平面凸透镜层可以采用低折射率硅胶进行封装，这种从芯片至外层空气层的梯度折射率结构有助于提高白光LED器件发射光的提取率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种白光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。
技术介绍
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，其照射光由于焚光粉不均勾分布产生的光斑现象尤为明显。为改善透明胶中焚光粉的构型与分布，一些学者(如:0pticsExpress, 2010, 18，128206)提出采用脉冲喷射法，通过逐层堆积方式，喷射具有保形(confomal)构型的荧光粉图层，用于提高白光LED器件发光色温的均匀性。但对于保形结构，在不同角度累积的光程并不一致，导致在不同角度观察到的相关色温不同。对于具有反射灯杯结构的LED器件，透明胶涂层的曲率半径往往随反射灯杯的角度与表面张力动态变化。对此，Luo通过控制反射灯杯的角度实现荧光粉层曲率的控制，进而实现发光色温角度分布的控制(IEEE Transact1ns on Components, Packaging and ManufacturingTechnology, 2013, 3，417)。Luo提出在LED芯片底部增加一个比芯片尺寸大的立方形衬底结构设计，芯片与衬底之间形成台阶结构，采用滴?蘸法涂敷荧光粉，混入荧光粉的硅胶涂层固化后在衬底与芯片上方形成半球形结构，采用这种结构能够有效提高LED发光角度的一致性(Optics Express, 2013，21，193160)。Huang (Applied Optics, 2013，52，7376)提出采用图案化蓝宝石衬底提高白光LED发光角度色温的均匀性。传统阴极射线管电视机与荧光灯采用浆料法涂敷荧光粉层，即把荧光粉配制成浆料后涂布在基底表面，然后利用光刻获得特定部位的发光层，采用这种技术能够制得表面平整均匀的荧光粉涂层，也有人提出利用这种方法制作高角度色温均勾的白光LED(Proc.SPIE 6841, Solid State Lightingand Solar Energy Technologies, 684106)。专利(US6576488B2)提出把荧光粉分散在导电溶液中，使荧光粉带电后利用电泳沉积，把涂敷荧光粉LED芯片表面。专利(US7569407B2)提出把荧光粉分散在溶剂中制成悬浮液，然后采用热蒸发手段把溶剂去除，把荧光粉涂覆在LED芯片表面。浆料法、电泳法与热蒸发法与目前LED封装企业使用的设备不兼容，并且显著增加封装工艺的复杂程度。
技术实现思路
为提高白光LED器件发光色温的均匀性以及发光提取能力，本专利技术提供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。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现:—种在空间立体角发光色温均匀的白光LED器件，包括具有反射灯杯的LED支架，反射灯杯内设有LED芯片，所述的LED支架上具有圆台结构；所述的圆台结构由下层平面凹透镜层、上层平面凸透镜层契合形成。所述的平面凸透镜层倒置。所述的平面凹透镜层由不含荧光粉的透明胶形成；所述的平面凸透镜层由荧光粉与透明硅胶形成。所述的平面凹透镜层采用的透明胶折射率高于或等于平面凸透镜层采用的透明胶，优选采用比平面凸透镜层折射率高的透明胶。所述的LED芯片为蓝光芯片或近紫外芯片。所述的荧光粉颜色选自黄色、绿色、红色、蓝色或上述多种的混合物；荧光粉材质选自铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物或多种的混合物。本专利技术还提供了一种在空间立体角发光色温均匀的白光LED器件封装方法，包括下述顺序的步骤:(I)取高折射率硅胶按照A、B硅胶1:1混合均匀，真空脱泡后，使用点胶机把混合后的硅胶滴到LED支架上，在真空干燥箱中，于150°C分别通过正放与反放烘烤，制作平面凹透镜层；(2)取低折射率硅胶按照A、B硅胶1:1与一定量的荧光粉混合均匀，真空脱泡后使用点胶机把混合后的硅胶注射到平面凹透镜层上方，在真空干燥箱中于150°C烘烤固化，制作倒置的平面凸透镜层。步骤(I)所述的正放与反放烘烤时间为2h。步骤⑵所述的A、B硅胶混合物与荧光粉比例为10:1 ;所述的烘烤固化为2h。与已有技术相比，本专利技术的显著效益表现在:1、利用平面凹透镜结构(光线从平面向凹面运动)有助于扩大LED发光的发散角；2、利用倒置的平面凸透镜结构(光线从凸面向平面运动)亦有利于扩大LED发光的发散角；3、基于上述两方面作用，有利于获得立体空间发射角范围色温高度均匀的白光；4、梯度折射率结构有利于提高LED器件对发射光的提取能力；5、本专利技术利用高温烘烤过程中透明硅胶的粘度随温度升高而降低的特性，进而借助重力与表面张本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在空间立体角发光色温均匀的白光LED器件，包括具有反射灯杯的LED支架，反射灯杯内设有LED芯片，其特征在于：所述的LED支架上具有圆台结构；所述的圆台结构由下层平面凹透镜层与上层平面凸透镜层契合形成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，赵二龙，张昭，陈秀玲，费米，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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