一种无荧光粉多基色LED封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术公开了一种无荧光粉多基色LED封装结构及其封装方法，该封装结构包括封装基板、若干颗间隔放置的LED芯片、固晶层、引线和复合封装胶结构；封装基板上有通过固晶层键合的若干LED芯片，LED芯片通过引线和基板电路连接，多基色LED芯片上有复合封装胶结构，复合封装胶结构由纯封装胶的第一封装胶层和掺有微纳米散射颗粒掺杂的第二封装胶层组成，并且第二封装胶层位于第一封装胶层周围。如此保证大部分光线直接从第一封装胶层出射，而大角度的光线在微米纳米颗粒掺杂的第二封装胶层内与微米纳米颗粒发生散射作用，从而改善不同LED芯片出光的各向均匀性，实现大视角的混光，同时保证高光提取效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无荧光粉多基色LED封装结构及其封装方法
本专利技术涉及LED封装
，尤其是涉及一种无荧光粉多基色LED封装结构及其封装方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiodes)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，已经开始在背光、路灯、汽车大灯，头灯和室内照明等许多领域广泛应用，随着LED效率的不断提升和应用产品的推广，人们对LED照明的需求已经从“照亮”逐步转变为“照舒适”，因此空间颜色均匀性成为LED照明质量的重要评估指标之一。当前合成白光LED的方式主要有两种，一种是利用蓝色LED芯片激发荧光粉合成白光；另一种是通过多色LED芯片（如蓝，青，绿，黄和红光LED芯片）合成白光。由蓝光芯片结合黄光荧光粉合成白光，其光谱中存在蓝光过多、青光缺失和红光不足的问题。越来越多的研究表明，采用这种方法合成白光LED光源随着时间的推移存在严重的蓝光泄露问题，由于光谱中蓝光占比较大，将对用户产生非视觉生物效应，影响褪黑素分泌，造成生物钟紊乱，睡眠质量差等。此外，黄光荧光粉还会随使用时间老化，导致LED的发光效率下降、色温飘移等问题因此，采用蓝光芯片结合黄光荧光粉合成白光的方法存在严重的不足。利用多色LED芯片合成白光具有寿命长，光谱连续可调以及光品质高等优点，在智能照明、健康照明和可见光通信等领域有更广阔的前景。多基色白光LED能够有效解决荧光粉转换LED在使用过程中由于荧光粉老化所带来的色温漂移和蓝光泄露等问题。根据美国能源部发布的LED照明计划的预测，荧光粉转换白光LED的极限效率约为250lm/W，而多基色白光LED的极限效率约为350lm/W，因此高品质，高可靠性和高光效的多基色白光LED是下一代绿色健康照明的必然趋势。在LED封装中，光学调控是不可或缺的部分，它直接影响LED的出光效率和混光效率，是实现多基色LED照明应用需求的关键环节。传统的封装结构如仿流明封装、SMD封装等并不能满足多基色LED的均匀混光和高提取效率的需求。采用多基色LED直接合成白光，不同颜色LED芯片在空间分布位置不同。由于不同颜色LED芯片出光在不同角度的光强不匹配，导致LED封装模块的出光在空间各个视角色温不一致，存在色温偏差。并且，将多基色LED封装模块应用于灯具时，灯具的二次透镜将加剧空间不同视角的色温偏差，尤其是在大视角甚至会出现分色的现象，造成目标平面得到的不是多基色芯片合成的白光，而是区域彩色光斑，大大的降低了照明品质，不能满足高质量照明的需求。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种无荧光粉多基色LED封装结构，该封装结构利用散射颗粒掺杂的封装胶体层解决了不同颜色LED芯片出光不均匀的问题，不仅提高了空间颜色均匀性，而且同时保证了高光提取效率。本专利技术的第二个目的在于提供一种无荧光粉多基色LED封装方法，该封装方法避免了荧光粉的使用，简化了封装工艺，同时提高了封装模块的可靠性，能解决传统封装方法出光蓝光过多、青光缺失和红光不足的缺陷。本专利技术的第一个目的是这样实现的：一种无荧光粉多基色LED封装结构，特征是：包括封装基板、若干颗间隔放置的LED芯片、固晶层、引线和复合封装胶结构；在所述的封装基板上设有通过固晶层键合的若干颗LED芯片，每颗LED芯片通过引线和基板电路连接，在所述的LED芯片上设有复合封装胶结构，复合封装胶结构由纯封装胶的第一封装胶层和掺有微纳米散射颗粒掺杂的第二封装胶层组成，并且第二封装胶层位于第一封装胶层的周围。如此保证大部分光线直接从第一封装胶层出射，而大角度的光线在微纳米散射颗粒掺杂的第二封装胶层内与微纳米散射颗粒发生散射作用，从而改善不同LED芯片出光的各向均匀性，实现大视角的混光，同时保证高光提取效率。进一步地，所述的复合封装胶结构实现多基色LED芯片的光提取和混光，其中第一封装胶层为半球帽透镜结构、球缺透镜结构、球台透镜结构、圆台透镜结构、自由曲面透镜结构、梯形结构透镜结构、方形透镜结构、圆柱形透镜结构或多边形透镜结构中的一种。进一步地，所述第一封装胶层垂直方向的高度h为1mm~50mm，第一封装胶层[1]水平方向的特征长度s为2mm~100mm，第一封装胶层顶部水平方向的特征长度s1和底部水平方向的特征长度s3比值s1/s3为0~1。进一步地，所述第二封装胶层的水平方向厚度s2为0mm~50mm，所述的水平方向厚度在垂直方向是恒定的或者渐变的，所述第二封装胶层的垂直方向高度与第一封装胶层的垂直方向高度相同，或小于第一封装胶层的垂直方向高度。进一步地，所述第一封装胶层的材料为硅胶、聚氨酯或环氧树脂中的一种。由于LED光出射面材料的折射率相对较大（例如GaP的折射率为3.32，GaN为2.5），光线在封装胶-空气界会产生全反射,导致只有部分角度的光能够从器件中出射，其他角度较大的光被反射回芯片内部无法提取出来，封装胶的折射率介于LED器件材料和空气之间，利用不同材料之间折射率的差异，可以增大临界全反射角，实现光提取。进一步地，所述第二封装胶层为微纳米散射颗粒掺杂的硅胶、聚氨酯或环氧树脂中的一种，微纳米散射颗粒为硅树脂、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯有机微纳米散射颗粒，或微纳米散射颗粒为二氧化硅、二氧化钛、氮化铝、二氧化锆、硫酸钡或碳酸钙无机微纳米散射颗粒，所述微纳米散射颗粒的粒径为0.005μm~20μm，所述微纳米散射颗粒的掺杂浓度为0.001%~20%。进一步地，在所述的封装基板上至少设有两种不同波长的LED芯片，LED芯片是GaN二元材料芯片或AlGaNP四元材料芯片，LED芯片呈圆形或多边形排列分布。根据色度学理论，通过采用不同波长的LED芯片能实现不同色温的光，如通过黄光和红光两种不同波长的LED芯片可以合成低色温的金黄光；利用蓝光，青光，绿光，黄光和红光五种不同波长的LED芯片可以合成高显色指数五基色LED白光。进一步地，在所述的LED芯片周围点涂有封装胶、高反射率反射胶、高反射率反射漆或高浓度散射颗粒掺杂的封装胶中的一种。其目的在于减少芯片的侧壁吸光，增加光提取。进一步地，所述封装基板为铜基板、铝基板、硅基板、陶瓷基板或PCB板中的一种，所述封装基板表面的反射层为高反射率反射漆层或高反射率的反射胶层。由于封装胶-空气界面的全反射和菲涅尔反射，部分光线反射回封装基板，通过基板高反射率涂层增加光提取。本专利技术的第二个目的是这样实现的：一种无荧光粉多基色LED封装方法，通过微纳米散射颗粒掺杂的第二封装胶层实现高空间颜色均匀性，具体实施步骤如下：A：准备两种以上不同波长的LED芯片若干颗，通过固晶层键合若干颗间隔放置的LED芯片；B：采用引线键合工艺，通过金线、铝线、铜线或银线将芯片的上电极与封装基板上的电路连接，实现电连接；C：准备封装胶，采用模顶或点涂工艺在封装基板上制作第一封装胶层，实现对不同LED芯片的光提取，对第一封装胶层进行加热实现第一封装胶层的固化；D：将微米散射颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：包括封装基板、若干颗间隔放置的LED芯片、固晶层、引线和复合封装胶结构；在所述的封装基板上设有通过固晶层键合的若干颗LED芯片，每颗LED芯片通过引线和基板电路连接，在所述的LED芯片上设有复合封装胶结构，复合封装胶结构由纯封装胶的第一封装胶层和掺有微纳米散射颗粒掺杂的第二封装胶层组成，并且第二封装胶层位于第一封装胶层的周围。/n

【技术特征摘要】
1.一种无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：包括封装基板、若干颗间隔放置的LED芯片、固晶层、引线和复合封装胶结构；在所述的封装基板上设有通过固晶层键合的若干颗LED芯片，每颗LED芯片通过引线和基板电路连接，在所述的LED芯片上设有复合封装胶结构，复合封装胶结构由纯封装胶的第一封装胶层和掺有微纳米散射颗粒掺杂的第二封装胶层组成，并且第二封装胶层位于第一封装胶层的周围。


2.根据权利要求1所述的无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：所述的复合封装胶结构实现多基色LED芯片的光提取和混光，其中第一封装胶层为半球帽透镜结构、球缺透镜结构、球台透镜结构、圆台透镜结构、自由曲面透镜结构、梯形结构透镜结构、方形透镜结构、圆柱形透镜结构或多边形透镜结构中的一种。


3.根据权利要求1所述的无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：所述第一封装胶层垂直方向的高度h为1mm~50mm，第一封装胶层水平方向的特征长度s为2mm~100mm，第一封装胶层顶部水平方向的特征长度s1和底部水平方向的特征长度s3比值s1/s3为0~1。


4.根据权利要求1所述的无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：所述第二封装胶层的水平方向厚度s2为0mm~50mm，所述的水平方向厚度在垂直方向是恒定的或者渐变的，所述第二封装胶层的垂直方向高度与第一封装胶层的垂直方向高度相同，或小于第一封装胶层的垂直方向高度。


5.根据权利要求1所述的无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：所述第一封装胶层的材料为硅胶、聚氨酯或环氧树脂中的一种。


6.根据权利要求1所述无荧光粉多基色LED封装结构，其特征在于：所述第二封装胶层为微纳米散射颗粒掺杂的硅胶、聚氨酯或环氧树脂中的一种，所述微...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭醒，朱昕，罗昕，徐龙权，王光绪，张建立，江风益，
申请(专利权)人：南昌大学，南昌硅基半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36