專利名稱：在led封裝中實現熒光粉膠遠離涂覆的封裝方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于LED封裝技術，涉及一種在LED封裝中實現熒光粉膠遠離涂覆的封裝方法及其應用，特別應用于LED封裝中的熒光粉膠遠離涂覆的熒光粉層形貌的控制。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode)是一種基于P_N結電致發光原理制成的半導體發光器件，具有電光轉換效率高、使用壽命長、環保節能、體積小等優點，被譽為21世紀綠色照明光源，如能應用于傳統照明領域將得到十分顯著的節能效果，這在全球能源日趨緊張的當今意義重大。隨著以氮化物為代表的第三代半導體材料技術的突破，基于大功率高亮度發光二極管(LED)的半導體照明產業在全球迅速興起，正成為半導體光電子產業新的經濟增長點，并在傳統照明領域引發了一場革命。LED由于其獨特的優越性，已經開始在許多領域得到廣泛應用，被業界認為是未來照明技術的主要發展方向，具有巨大的市場潛力。大功率白光LED的一次透鏡通常是傳統的半球形透鏡，其優點是加工簡單且精度易于控制。但是僅僅采用傳統半球形一次透鏡的大功率白光LED的照明效果不理想，光斑通常為圓形且照度不均勻，不適合大功率白光LED的應用，比如在大功率白光LED路燈的應用中，需要得到矩形的均勻照度的光斑。針對這個問題，工業界一般的解決措施是在一次透鏡外采用二次透鏡來改善照明效果，二次透鏡通常采用自由曲面透鏡，通過控制光線和光強分布來實現特定光斑的均勻照明。但是二次透鏡僅僅改善照明的照度分布，對于LED的色溫、顏色均勻性等光學性能改善不大。大功率白光LED的出光效率、色溫、顏色均勻性等光學性能更多的與LED封裝中的熒光粉層的分布情況有關。大功率白光LED通常是由兩波長光(藍色光+黃色光)或者三波長光(藍色光+綠色光+紅色光)混合而成。目前廣泛采用的白光LED是通過藍色LED芯片(GaN)和黃色熒光粉(YAG或TAG)組成。在LED封裝中熒光粉的幾何形貌嚴重影響LED的出光效率、色溫、空間顏色均勻性等重要光學性能；在LED封裝過程中實現理想的熒光粉層形貌至關重要。LED封裝最常用的熒光粉涂覆方式是通過點膠機將注射器中的熒光粉膠涂覆在LED芯片周圍，熒光粉呈現球冠型，在實際的使用過程中常常會出現黃色的光斑。為了改善熒光粉點涂帶來的空間顏色不均勻性和提高LED的出光效率，熒光粉的保形涂覆和遠離涂覆是LED中較為理想涂覆方式。相比保形涂覆，熒光粉的遠離涂覆的出光效率更高，但是其實現比較困難。國內外對LED中熒光粉的遠離涂覆進行研究，通過光學模擬證實遠離涂覆可以有效的提高LED的出光效率，并且提出了多種理想的熒光粉幾何形狀；但是這些工作都僅僅是通過模擬的手段或者在封裝之前通過模具制作設計幾何形狀的熒光粉層，目前還沒有出現應用工業LED封裝的成熟技術，所以尋一種簡單，低成本的LED熒光粉遠離涂覆技術對于LED封裝至關重要
發明內容
本發明的一個目的在于提供一種在LED封裝中實現熒光粉膠遠離涂覆的封裝方法，可以有效的實現熒光粉的遠離涂覆的形貌控制。本發明的另一個目的在于提供一種利用上述封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法。本發明提供的一種在LED封裝中實現熒光粉膠遠離涂覆的封裝方法，其特征在于，在LED封裝中的一次透鏡與二次透鏡之間的間隙填充有熒光粉膠，熒光粉膠的厚度根據一次透鏡與二次透鏡之間的間隙大小來調整，實現均勻或非均勻的厚度。作為上述技術方案的改進，一次透鏡可以是半球形或矩形或內部頂部為平面的自由曲面；二次透鏡的外表面可以為自由曲面，內表面可以為半球形或矩形或梯形或頂部為平面的其他形狀。上述封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟①將LED芯片固定在封裝基板上，并將LED芯片與封裝基板之間形成連通的電路；②將一次透鏡安裝到封裝基板上；③將硅膠填充到一次透鏡與LED芯片、封裝基板構成的空間內，排除空氣；④將二次透鏡安裝到封裝基板上；⑤將熒光粉膠填充到二次透鏡與一次透鏡之間的間隙；熒光粉膠在一次透鏡與二次透鏡之間的間隙中達到平衡狀態后，固化，完成熒光粉的遠離涂覆工序。與現有技術相比，本發明具有以下技術特點(1)在LED封裝的一次透鏡與二次透鏡之間的間隙填充熒光粉膠，熒光粉膠的形狀可以根據對白光LED的色溫和顏色均勻性，通過調整一次透鏡與二次透鏡之間的間隙大小來實現，可以是均勻厚度也可以是不均勻厚度。(2)在完成固定LED芯片和電路連接工序后，安裝好傳統的一次半球形透鏡，然后安裝好特定照明對應的二次透鏡，二次透鏡的外表面為自由曲面，用來控制光線和實現均勻照明要求。內表面用來實現特定照明要求的色溫和顏色均勻性，可以是半球形、橢球形和其他形狀。在一次透鏡與二次透鏡之間的間隙填充熒光粉膠，熒光粉膠的厚度和形狀有一次透鏡與二次透鏡之間的間隙形狀來決定。填充結束后進行熒光粉膠的固化，可以在烘烤箱或常溫下進行。按照這種封裝方法，可以實現熒光粉膠的遠離涂覆，同時達到照度均勻性、高出光效率、色溫控制和顏色均勻性控制等光學要求。(3)本發明在LED封裝中的一次透鏡與二次透鏡之間填充熒光粉膠，利用該方法可以通過點膠機加注射器點膠或者噴涂等簡單的方式就能實現同其他復雜遠離涂覆技術相同的熒光粉遠離涂覆的效果，并且該方法還可以實現不同形貌的遠離涂覆，達到更高的光學要求和性能。由于這種方法僅僅對LED中的傳統封裝工藝進行設計，僅僅改變LED封裝工序，所以能夠很快地應用于工業中大規模的LED封裝，提升LED光源的出光效率、色溫、空間顏色均勻性、照度分布等重要光學性能。


圖1為第一實施例示意圖2、圖3為填充熒光粉膠的過程示意圖；圖4為采用所述封裝方法的工藝步驟流程圖；圖5和圖6為第二實施例示意圖；圖7和圖8為第三實施例示意圖；圖中符號說明ILED芯片，2金線，3封裝基板，4硅膠，5 一次透鏡，6熒光粉膠，7 二次透鏡，8注膠口，9注射器。
具體實施例方式下面通過借助實施例更加詳細地說明本發明，但以下實施例僅是說明性的，本發明的保護范圍并不受這些實施例的限制。實施例1參見圖1，將LED芯片1通過焊料固定在封裝基板3上，金線2將LED芯片1與封裝基板3相連，形成連通的電路。傳統的半球形一次透鏡5安裝到基板后，填充滿硅膠4。將二次透鏡7安裝到封裝基板3上，然后在一次透鏡5與二次透鏡7之間填充熒光粉膠6。二次透鏡7的內表面也為半球形，則熒光粉膠4的厚度為二次透鏡內表面的半徑與一次透鏡的外表面的半徑的差值，因此可以得到厚度均勻的遠離涂覆的熒光粉膠層。參見圖2和圖3，在一次透鏡5與二次透鏡7之間填充熒光粉膠6的過程是通過點膠機將注射器9中的熒光粉膠6從二次透鏡7或封裝基板3上的注膠口 8注入，直到熒光粉膠6從另外一邊的注膠口 8流出則停止注膠。這種填充方式可以有效排擠出在間隙里的空氣，防止大功率LED工作過程中由于發熱引起間隙空氣膨脹導致的間隙增大，透鏡脫落等情況。參加圖4，采用所述的封裝方法實現熒光粉膠的遠離涂覆的工藝流程是第一步，將LED芯片1通過焊料固定在封裝基板3上，金線2將LED芯片1與封裝基板3相連，形成連通的電路；第二步，將一次透鏡5安裝到封裝基板上；第三步，將硅膠4填充到一次透鏡5與LED芯片1、封裝基板3構成的空間內，排除空氣；第四步，將二次透鏡7安裝到封裝基板基板3上；第五步，將熒光粉膠6填充到二次透鏡7與一次透鏡5之間的間隙。熒光粉膠6在一次透鏡5與二次透鏡7之間的間隙中達到平衡狀態后，放入烘烤箱中或常溫下固化，完成熒光粉的遠離涂覆工序。用于封裝的LED芯片可以是GaN等二元材料或者AlGaNP等四元材料組成和其它芯片。
熒光粉膠中的熒光粉可以是YAG和TAG等所有LED封裝采用的熒光粉。配置熒光粉膠使用膠材可以是硅膠、環氧樹脂和液態玻璃等膠材組成。熒光粉膠中熒光粉可以根據照明要求進行調整，其濃度可以是0. 01g/ml 5. Og/ml ο所述的一次透鏡是半球形，二次透鏡的內表面為球形外表面為自由曲面形狀。所述的封裝基板可以是LED支架、印刷電路板、陶瓷基板或硅基板等。所述的封裝方法可以支架式、板上芯片、陣列式和系統封裝等LED封裝形式。實施例2參見圖5和圖6，本實施例與實施例1的不同之處在于二次透鏡7的內表面不是半球形，而是半橢球形，得到的遠離涂覆的熒光粉膠的厚度不均勻，而是熒光粉膠頂部厚度小，底部厚度大。這樣做的好處是根據白光LED的發光原理，從LED芯片1出來的藍光穿過熒光粉膠6時，部分藍光會被熒光粉吸收而轉化成黃光，穿過熒光粉膠6的藍光與由熒光粉轉化的黃光混合得到白光。但是LED芯片1發射的藍光符合朗伯分布特性，頂部光強最大，隨著角度的增加而逐漸減小，而熒光粉顆粒具有散射特性，向每個方向進行黃光的散射，由此導致的結果是部分LED的光斑會出現黃圈或藍圈等現象。通過改變遠離涂覆的厚度，可以控制黃光和藍光的比例，從而達到減輕或消除黃圈或藍圈的出現，提高LED產品的顏色均勻性和一致性。實施例3參見圖7和圖8，本實施例與實施例1的不同之處在于二次透鏡7的內表面不是半球形，其橫截面是矩形或梯形或其他內表面頂面為平面的其他形狀；一次透鏡5的外表面是半球形或頂面為平面的其他形狀。這樣做的好處是可以實現厚度均勻或不均勻的平面型熒光粉膠遠離涂覆層。以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種在LED封裝中實現熒光粉膠遠離涂覆的封裝方法，其特征在于，在LED封裝中的一次透鏡與二次透鏡之間的間隙填充熒光粉膠，熒光粉膠的厚度根據一次透鏡與二次透鏡之間的間隙大小來調整，實現均勻或非均勻的厚度。
2.根據權利要求1所述的封裝方法，其特征在于，一次透鏡是半球形或矩形或內部頂部為平面的自由曲面。
3.根據權利要求1所述的封裝方法，其特征在于，二次透鏡的外表面為自由曲面，內表面為半球形或矩形或梯形或頂部為平面的其他形狀。
4.權利要求1所述的封裝方法，其特征在于，熒光粉膠中熒光粉的濃度是0.01g/ml 5. 0g/mlo
5.權利要求1至4中任一所述的封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟①將LED芯片固定在封裝基板上，并將LED芯片與封裝基板之間形成連通的電路；②將一次透鏡安裝到封裝基板上；③將硅膠填充到一次透鏡與LED芯片、封裝基板構成的空間內，排除空氣；④將二次透鏡安裝到封裝基板上；⑤將熒光粉膠填充到二次透鏡與一次透鏡之間的間隙；熒光粉膠在一次透鏡與二次透鏡之間的間隙中達到平衡狀態后，固化，完成熒光粉的遠離涂覆工序。
6.權利要求5所述的封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法，其特征在于，熒光粉膠中的熒光粉包括YAG和TAG在內的所有用于LED封裝采用的熒光粉。
7.權利要求6所述的封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法，其特征在于，配置熒光粉膠使用膠材是硅膠、環氧樹脂或液態玻璃。
8.權利要求7所述的封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法，其特征在于，所述的封裝基板是LED支架、印刷電路板、陶瓷基板或硅基板。
9.權利要求8所述的封裝方法在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀的方法，其特征在于，所述的封裝方法為包括支架式、板上芯片、陣列式和系統封裝在內的各種LED封裝形式。
全文摘要
本發明屬于LED封裝技術，涉及一種在LED封裝中實現熒光粉膠遠離涂覆的封裝方法及其應用。該方法是在LED封裝中的一次透鏡與二次透鏡之間的間隙填充熒光粉膠，熒光粉膠的厚度根據一次透鏡與二次透鏡之間的間隙大小來調整，實現均勻或非均勻的厚度。一次透鏡可以是半球形或矩形或內部頂部為平面的自由曲面；二次透鏡的外表面可以為自由曲面，內表面可以為半球形或矩形或梯形或頂部為平面的其他形狀。上述封裝方法可以用于在LED封裝中控制熒光粉層幾何形狀。按照這種封裝方法，可以實現熒光粉膠的遠離涂覆，同時使LED達到照度均勻性、高出光效率、色溫控制和顏色均勻性控制等光學要求。
文檔編號H01L33/00GK102569558SQ20121000610
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者付星, 劉勝, 羅小兵, 胡潤, 鄭懷 申請人:華中科技大學