CN101887939A - 一种提高led外量子效率的封装结构及其封装方法 - Google Patents

一种提高led外量子效率的封装结构及其封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高LED外量子效率的封装结构及其制造方法。该封装结构包括：支架反射杯、LED芯片以及封装胶。LED芯片设置在支架反射杯底部中间的上方并通过封装胶封装。此外，还包括一具有凸起或内凹的阵列结构的增光层，所述增光层设置在封装胶的上表面。相对于现有技术，本发明通过在LED封装胶的上表面设置一具有凸起阵列增光层，可以使光线产生多种角度的折射，有利于减少LED芯片发出的光线在透明的封装胶体表面的界面发生全反射损失，从而提高了LED外量子效率，进而提高发光效率。

Description

一种提高LED外量子效率的封装结构及其封装方法
技术领域
本发明属于发光二极管(LED)的封装技术领域，尤其是涉及一种提高LED外量子效率的封装结构及其封装方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diodes，LED)具有体积小、长寿命、节能、环保等优点，广泛应用于仪器指示灯、显示器背光源、通用照明等领域。随着LED高端应用领域(如路灯、室内照明等)的不断拓展，对LED的发光效率要求也越来越高。
LED发光效率包括内量子效率和外量子效率。其中，内量子效率是指在LED的PN结上施加电流时，电子和空穴在PN结过渡层中复合产生光子；由于PN结为杂质半导体，存在材料品质缺陷、位错等因素以及工艺上的各种缺陷，使电子从激发态跃迁到基态时会与晶格电子或离子交换能量而产生无辐射跃迁，而不产生光子，这一部分能量转换成热能；因此内量子效率ηint＝复合载流子产生的光子数/复合载流子总数，可以通过优化PN结外延生长工艺以及LED发光层的出光方式等途径来提高LED的内量子效率。
外量子效率是指将复合载流子产生的光子引出LED封装体后的总效率。目前主要通过如下一些途径来提高LED外量子效率，如美国专利US7101061公开的生长分布布拉格反射层(DBR)技术、美国专利US6222207公开的改变LED芯片几何形状外形以缩短光子在LED内部反射的路程的技术方案、美国专利US6831302公开的芯片表面粗化技术、以及美国专利US5777433公开的采用高折射率封装材料的技术方案。目前LED内量子效率达到90％左右，而外量子效率目前仅达到40％左右。因此，LED的外量子效率低是影响LED光效的主要因素。
此外，还可以通过对LED封装结构的改进来提高LED的外量子效率。当前，LED的封装结构主要是支架反射杯的封装结构，即在支架上设置一表面镀银的反射杯，然后将LED芯片固定在反射杯内，再通过焊线将LED芯片与支架电连接，最后在支架内填充高折射率的胶水封装。由于支架反射杯中的出光面为平面出光，同时由于胶水的高透光性(＞95％)，有大部分LED光线在胶水固化后的表面发生全反射，从而产生界面全反射的光损失。因此，减少光线在胶体表面的全反射损失是提高LED外量子效率的有效途径。其中，公开号为CN101088176的中国专利申请公开了一种技术方案，其通过在发光芯片的四周表面安装一层中间带通孔的图案化的低折射率层，该低折射率层将芯片发出的光全部反射后通过通孔定向射出。此技术方案是以降低通孔以外芯片的发光表面的亮度为代价来增强LED芯片的某些部分(通孔)的亮度，因此并未从根本上提高LED的发光效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种能够直接提高LED外量子效率的封装结构。
同时，本发明还提供了所述提高LED外量子效率的封装结构的制造方法。
本发明是通过以下的技术方案实现的：一种提高LED外量子效率的封装结构及其制造方法。该封装结构包括：支架反射杯和LED芯片。其中，LED芯片设置在支架反射杯底部中间的上方并通过封装胶封装。此外，还包括一具有凸起或内凹的阵列结构的增光层，所述增光层设置在封装胶的上表面。
进一步，所述增光层的凸起或内凹的阵列结构为半球形、三角形、方形、菱形、或锥形中的一种。
进一步，所述增光层的厚度范围为10微米至1000微米。
进一步，所述封装胶和增光层的材料选自荧光胶或透明胶。所述透明胶为硅胶。
一种提高LED外量子效率的封装结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将LED芯片固定在支架反射杯的底部中间的上方；
S2：将封装胶注入支架反射杯内，然后进行烘烤固化，将LED芯片封装起来；
S3：在封装胶的上表面设置一具有凸起或内凹的阵列结构的增光层。
其中，步骤S3具体为：将带有封装胶的支架反光杯放入内表面带有凸起或凹陷形状图案的模具中，注入胶体，然后进行烘烤固化后脱模，从而在封装胶的上表面形成一增光层。
一种提高LED外量子效率的封装结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将胶体注入内表面带有凸起或内凹形状图案的模具中，然后进行烘烤固化后脱模，形成独立的增光层；
S2：将LED芯片固定在支架反射杯的底部中间的上方；
S3：在LED芯片的表面涂覆封装胶，然后将增光层固定在封装胶的上表面。
相对于现有技术，本发明通过在LED封装胶的上表面设置一具有凸起阵列增光层，可以使光线产生多种角度的折射，有利于减少LED芯片发出的光线在透明的封装胶体表面的界面发生全反射损失，从而提高了LED外量子效率，进而提高发光率。
相对于现有技术，本发明还提供了一种LED封装结构的制造方法，通过该制造方法制造的LED封装结构可提高LED外量子效率，具有高发光率。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明提高LED外量子效率的封装结构第一实施例的结构示意图。
图2是本发明提高LED外量子效率的封装结构第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，其是本发明提高LED外量子效率的封装结构第一实施例的结构示意图。该LED封装结构包括散热层1、支架反射杯2、LED芯片3、连接线4、封装胶5和增光层6。
该散热层1设置在该支架反射杯2的底部中间的下方。该LED芯片3设置在该支架反射杯2的收容空间底部中间的上方。该LED芯片3上设有电极7，其通过连接线4与支架反射杯上的支架电极8电连接。封装胶5灌装在支架反射杯2的收容空间内，将所述LED芯片3封装起来。该增光层6设置在该封装胶5的上表面。该增光层6为半球形凸起阵列结构，其高度约为10微米。该封装胶5的材料为荧光胶，该增光层6的材料为硅胶等透明胶。其中，荧光胶为荧光粉和透明胶的混合物。荧光粉可以为包括钇铝石榴石、硅酸盐、氮化物、氮氧化物、硫化物体系等在内的各种发射波长、成分、粒径、形状、结构和颜色的荧光粉，透明胶可以为包括硅胶和环氧树脂在内的各种透明、且折射率＞1.4的各种胶。
LED芯片3发出的光线经过增光层6时，增光层6的半球形凸起结构可以使光线产生多种角度的折射，以减少光线在界面发生全反射的几率，从而提高了LED外量子效率，进而提高发光率。
以下详细说明该LED封装结构的具体制作步骤：
S1：将散热层1设置在支架反射杯2的底部中间的下方；
S2：通过固晶胶或共晶的方式，将LED芯片3固定在支架反射杯2的收容空间底部中间的上方；
S3：将连接线4分别焊接在芯片的电极7和支架电极8上，使得芯片的电极7与支架电极8电连接；
S4：将封装胶5注入支架反射杯2的收容空间内，然后进行烘烤固化。
S5：将带有封装胶5的支架反光杯2放入内表面带有半球形凸起形状图案的模具中，注入硅胶，然后进行烘烤固化后脱模，从而在该封装胶5的上方形成厚度范围为10微米至1000微米高的增光层6，其中，增光层6的最佳值为10微米。
相对于现有技术，本发明通过在LED封装胶的上表面设置一具有凸起阵列增光层，可以使光线产生多种角度的折射，有利于减少LED芯片发出的光线在透明的封装胶体表面的界面发生全反射损失，从而提高了LED外量子效率，进而提高发光效率。
实施例2
实施例2的LED封装结构与实施例1的结构大致相同，其区别仅在于：在封装胶5的上表面设置一增光层9，该增光层9为三角形凸起阵列结构。该封装胶5的材料为硅胶，该增光层9的材料为荧光胶。
实施例2的LED封装结构还可以通过以下的制作步骤来完成：
S1：首先形成增光层9。即将荧光胶注入内表面带有三角形凸起形状图案的模具中，然后进行烘烤固化后脱模，形成厚度约为10微米的独立的增光层9；
S2：将散热层1设置在支架反射杯2的底部中间的下方；
S3：通过固晶胶或共晶的方式，将LED芯片3固定在支架反射杯2的收容空间底部中间的上方；
S4：将连接线4分别焊接在芯片的电极7和支架电极8上，使得芯片的电极7与支架电极8电连接；
S5：在LED芯片3的表面涂覆封装胶5，然后将增光层9固定在封装胶5的上表面。
由于实施例2的增光层9是预先成型的，而不需要将带有封装胶5的支架反光杯2整体放入模具中形成增光层，简化了制造工艺。同样，该结构有利于减少芯片3发出的光线在荧光胶的上下表面发生界面全反射的损失，可促进更多的光线通过凸起的结构发生不同角度的折射，提高光线的输出，从而达到提高LED的外量子效率的目的。此外，本发明的封装结构不受LED芯片的结构、尺寸、形状、功率、波长、颜色等限制，同时可选用各种成分的荧光粉。
本发明还可以具有多种变形实施方式，如实施例1和实施例2中的制作方法可交换或结合使用。此外，本发明的增光层的凸起结构的形状还可以是方形、菱形、锥形等，凸起结构可以替换为内凹等可改变折射角度的结构。该凸起结构或内凹结构可以设置在增光层的上表面和/或下表面，或者是设置在增光层的内表面。该封装胶和增光层可以采用同种材料制成，或者分别采用不同的材料制成。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种提高LED外量子效率的封装结构，其包括：
支架反射杯；以及
LED芯片，其设置在支架反射杯的底部中间的上方，并通过封装胶封装；
其特征在于：还包括一具有凸起或内凹的阵列结构的增光层，所述增光层设置在封装胶的上表面。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述增光层的凸起或内凹的阵列结构为半球形、三角形、方形、菱形、或锥形中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的封装结构，其特征在于：所述增光层的厚度范围为10微米至1000微米。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述封装胶和增光层的材料选自荧光胶或透明胶。
5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于：所述透明胶为硅胶。
6.一种提高LED外量子效率的封装结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将LED芯片固定在支架反射杯的底部中间的上方；
S2：将封装胶注入支架反射杯内，然后进行烘烤固化，将LED芯片封装起来；
S3：在封装胶的上表面设置一具有凸起或内凹的阵列结构的增光层。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：将带有封装胶的支架反光杯放入内表面带有凸起或凹陷形状图案的模具中，注入胶体，然后进行烘烤固化后脱模，从而在封装胶的上表面形成一增光层。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述封装胶为荧光胶，所述增光层的胶体为硅胶。
9.一种提高LED外量子效率的封装结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将胶体注入内表面带有凸起或内凹形状图案的模具中，然后进行烘烤固化后脱模，形成独立的增光层；
S2：将LED芯片固定在支架反射杯的底部中间的上方；
S3：在LED芯片的表面涂覆封装胶，然后将增光层固定在封装胶的上表面。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述增光层的胶体为荧光胶，所述封装胶为硅胶。
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