CN102610736A

CN102610736A - 一种白光led器件

Info

Publication number: CN102610736A
Application number: CN2012101012882A
Authority: CN
Inventors: 刘凯; 赵乐令; 侯艳红; 孙夕庆
Original assignee: ADVANCED OPTRONIC DEVICES (WEIFANG) Co Ltd
Current assignee: ADVANCED OPTRONIC DEVICES (WEIFANG) Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种白光LED器件，包括：LED芯片、封装基底、荧光胶层，封装基底具有至少两层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；所述LED芯片设置在最内层凹杯中，且最内层凹杯深度比LED芯片的厚度大0.1mm～2mm；所述荧光胶层涂覆在LED芯片表面，所述荧光胶层充满或不充满最内层凹杯，且所述荧光胶层的高度不超出最外层凹杯的杯沿。所述封装基底的多层凹杯结构把不同角度的光汇聚到器件的出光方向上，满足不同应用需求所要求的出光角度，将原有大角度的出光汇聚到特定的出光方向并与其它角度的出光混光，解决黄圈问题，提高白光LED器件光源出光的有效利用率，使器件整体的光效达到更理想的效果。

Description

一种白光LED器件

本申请要求于2012年3月29日提交中国专利局、申请号为201210089106.4、发明名称为“一种白光LED器件”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于半导体照明领域，尤其涉及一种白光LED器件。

背景技术

近几年随着世界范围内的节能概念的兴起，应用白光LED的通用照明技术获得了迅猛发展，尤其是在户外照明的路灯应用领域，以蓝光LED芯片作为激发源的白光LED单灯光源效率实验室水平已达到200lm/W以上，而市场上的一般应用水平也已超过120lm/W，已经远远超过了普通节能灯的光效，而随着白光LED技术在通用照明市场越来越广泛的应用，对白光LED器件的发光效率以及发光品质的要求也越来越高。

如图1和图2所示，目前应用于通用照明市场的白光LED器件一般是将蓝光LED芯片1安装到金属(如铝、铜等)或陶瓷基底2上，基底2表层可以是平面的，也可以是具有一凹杯3，荧光胶层4涂覆在蓝光LED芯片1表面上，一般情况下，荧光胶层4会占满基底2的表层或者充满凹杯3，不同形状的透镜5设置在荧光胶层4表面上，即设置在基底2的最表层，以得到不同发光角度的白光LED器件，有些情况下，透镜5也可以省略不做。

但是上述白光LED器件在很小角度(如小于20°)和很大角度(如大于160°)发出的光比其他角度发出的光要偏黄，造成白光LED的光场具有一个或浓或淡的黄圈，白光LED器件光源出光的有效利用率较低，器件整体的光效不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种白光LED器件，以解决现有的白光LED器件光源出光的有效利用率较低，器件整体的光效不理想的问题。

该白光LED器件，包括：

LED芯片、封装基底、荧光胶层，所述封装基底具有至少两层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，所述凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；

所述LED芯片设置在最内层凹杯中，且所述最内层凹杯深度比LED芯片的厚度大0.1mm～2mm；

所述荧光胶层涂覆在LED芯片表面，所述荧光胶层充满或不充满最内层凹杯，且所述荧光胶层的高度不超出最外层凹杯的杯沿。

优选的，所述封装基底具有多层凹杯阵列。

优选的，所述封装基底具有单个多层凹杯。

优选的，所述封装基底最内层凹杯的深度为0.45mm。

优选的，所述封装基底最内层凹杯的杯底直径为1.0mm～4.0mm。

优选的，所述封装基底最外层凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为45°。

优选的，所述封装基底的制作材料为铜。

优选的，所述封装基底的制作材料为陶瓷或塑料。

优选的，所述荧光胶层和LED芯片之间还包括透明材料层。

优选的，所述透明材料层为透明的硅胶层或环氧树脂层。

优选的，所述LED器件还包括涂覆在所述封装基底表面的具有高反射率的涂层。

优选的，所述涂层为银涂层或铝涂层。

优选的，所述LED器件还包括塑料支撑结构，所述封装基底设置在所述塑料支撑结构中心位置。

优选的，所述LED器件还包括透镜，所述透镜设置在荧光胶层外封装基底上或塑料支撑结构上。

由于本发明所提供的白光LED器件的封装基底具有至少两层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，所述凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；所述LED芯片设置在最内层凹杯中，且所述最内层凹杯深度比LED芯片的厚度大0.1mm～2mm；所述荧光胶层涂覆在LED芯片表面，所述荧光胶层充满或不充满最内层凹杯，且所述荧光胶层的高度不超出最外层凹杯的杯沿。则所述白光LED器件可以通过封装基底的多层凹杯结构把不同角度的光汇聚到器件的出光方向上，以满足不同应用需求所要求LED器件的出光角度，通过将原有大角度的器件出光汇聚到器件特定的出光方向并与器件其它角度的出光混光，则可以解决黄圈问题，提高了白光LED器件光源出光的有效利用率，使得器件整体的光效达到更理想的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的一种白光LED器件结构示意图；

图2是现有的另一种白光LED器件结构示意图；

图3是本发明所提供的一种白光LED器件结构示意图；

图4是本发明所提供的另一种白光LED器件结构示意图；

图5是本发明所提供的又一种白光LED器件结构示意图；

图6是本发明所提供的一种白光LED器件出光示意图；

图7是本发明所提供的又一种白光LED器件结构示意图；

图8是本发明所提供的再一种白光LED器件结构示意图；

图9是本发明所提供的一种白光LED器件的配光曲线图；

图10是现有的一种白光LED器件的配光曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述，现有的白光LED器件光源出光的有效利用率较低，器件整体的光效不理想。

发明人经研究发现，白光LED器件发出的光充满器件表面0°～180°的所有角度，由白光LED器件的发光机理所决定的，小角度如小于20°和大角度如大于160°发出的光比其他角度发出的光要偏黄，造成白光LED的光场具有一个或浓或淡的黄圈，从而影响了白光LED的光品质和光的一致性，并且白光LED器件在很小角度和很大角度发出的光在大多数的应用场合很难得到有效利用，进一步的降低了光源出光的有效利用率，导致了现有的白光LED器件光源出光的有效利用率较低，器件整体的光效不理想问题的产生。

本发明公开了一种白光LED器件，包括：LED芯片、封装基底、荧光胶层，所述封装基底具有至少两层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，所述凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；

由上述方案可以看出，由于本发明所提供的白光LED器件设置有多层凹杯结构，则所述白光LED器件可以通过封装基底的多层凹杯结构把不同角度的光汇聚到器件的出光方向上，以满足不同应用需求所要求LED器件的出光角度，通过将原有大角度的器件出光汇聚到器件特定的出光方向并与器件其它角度的出光混光，则可以解决黄圈问题，提高了白光LED器件光源出光的有效利用率，使得器件整体的光效达到更理想的效果。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明实施例公开了一种白光LED器件，包括：LED芯片、封装基底、荧光胶层，所述封装基底具有至少两层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，所述凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；所述LED芯片设置在最内层凹杯中，且所述最内层凹杯深度比LED芯片的厚度大0.1mm～2mm；所述荧光胶层涂覆在LED芯片表面，所述荧光胶层充满或不充满最内层凹杯，且所述荧光胶层的高度不超出最外层凹杯的杯沿。

具体以具有双层凹杯结构封装基底的白光LED器件为例，如图3所示，所述白光LED器件包括：

LED芯片10，所述LED芯片10为蓝光LED芯片，所述LED芯片10依据具体要求选取，规格不限，本实施例选取的LED芯片10为1.14mmx1.14mm的方形芯片，厚度为0.15mm。

封装基底11，所述封装基底11具有单个双层凹杯结构，即内层凹杯110和外层凹杯111，内层凹杯110的杯底直径为2mm，比LED芯片10的对角线尺寸大0.39mm，所述内层凹杯110的杯底直径还可以在1mm～4mm之间变动，此时则需要根据内层凹杯110的内层凹杯110的杯底直径来确定LED芯片10的尺寸，所述内层凹杯110的深度为0.45mm，比LED芯片10的厚度大0.3mm，所述内层凹杯110的深度与LED芯片10的厚度之差还可以在0.1mm～2mm之间变动，即所述内层凹杯110的深度还可以比LED芯片10的厚度大0.1mm～2mm，可依据LED芯片10的厚度在上述范围内调整内层凹杯110的深度，则所述内层凹杯110完全可以容纳LED芯片10。内层凹杯110的侧壁与竖直方向呈10°角向外倾斜，呈凹杯状，所述侧壁还可以为弧形，侧壁与竖直方向的倾角还可以在10°～80°的范围内变动。所述内层凹杯110的杯沿比外层凹杯111的杯沿低0.35mm，此高度差还可以在0.1mm～2mm之间变动，可依据内层凹杯110的深度在上述范围内调整外层凹杯111的深度。外层凹杯111的杯底直径为3.5mm，外层凹杯111侧壁与内层凹杯110的侧壁类似，仅差异在外层凹杯111的侧壁与竖直方向呈45°角向外倾斜，在此不做赘述。所述外层凹杯111的杯底与内层凹杯110的杯沿持平或在一般情况下，由于封装基底11的凹杯为模压制作，模压时会使内层凹杯110的杯沿与外层凹杯111的杯底之间产生一定距离，即内层凹杯110的杯沿比外层凹杯111的杯底高一定的距离，这一距离有利于分离内层凹杯110与外层凹杯111，防止在涂敷荧光胶时，将荧光胶涂敷到外层凹杯110侧壁上。所述外层凹杯111与内层凹杯110共用一个中心点，且所述LED芯片10设置在内层凹杯110中。所述封装基底11的制作材料为铝或铜或钼或其他合金，此外，还可以为陶瓷或塑料等材料，本实施例所述封装基底11优选金属铜作为制作材料。

荧光胶层12，所述荧光胶层12涂覆在所述LED芯片10表面，充满或不充满内层凹杯110，且所述荧光胶层12的高度不超出外层凹杯111的杯沿，在一般情况下，所述荧光胶层12的表面为球面，以得到均匀的出光效果，在某些特定场合，还会用到其他形状的荧光胶层，因此，荧光胶层12也可以依据具体情况选取其他形状。由于所述LED芯片10是蓝光LED芯片，因此，需要通过荧光胶层12将蓝光转变为白光。在荧光胶充满内层凹杯110时，内层凹杯110的杯底直径就代表了光源的大小，对于本发明实施例所提供的白光LED器件，相当于光源的面积直径为1mm～4mm，而且光源的面积直径为1mm～4mm会有比较一致的出光效果，所以本实施例将内层凹杯110的杯底直径定在了1mm～4mm，而LED芯片10的尺寸可以根据内层凹杯110的杯底直径来调整。

如图4所示，所述荧光胶层12和LED芯片之间还包括透明材料层14，所述透明材料层14直接涂覆在LED芯片10表面上，则所述荧光胶层12涂覆在透明材料层14的表面上，所述透明材料14优选透明的硅胶层或环氧树脂层或其他的透明材料层。

一般情况下，所述荧光胶层12为由透明有机胶、荧光粉和荧光粉激活剂混合而成的胶层，所述透明有机胶可以是硅胶、环氧树脂等，所述荧光粉可以是硅酸盐荧光粉、卤磷酸钙荧光粉、氟锗酸镁粉、磷酸锌锶粉和稀土钇铝石榴石(YAG)荧光粉等，所述荧光粉激活剂可以是锑、锰、锡、锶、铈等。

若荧光胶层12直接涂覆在LED芯片10表面上，则会有部分荧光粉颗粒与LED芯片10直接接触，会反射LED芯片10发出的光，进而降低LED芯片10的出光利用率，而上述透明材料层14的存在，可以使荧光胶层12上的荧光粉颗粒不会与LED芯片10直接接触，减少荧光粉颗粒对LED芯片10出光的反射，进而提高LED芯片10的出光利用率。并且，一般情况下LED芯片的产热量比较大，需要较好的散热环境，由于荧光粉颗粒在荧光胶层12内并不是绝对均匀分布的，所以若荧光胶层12直接涂覆在LED芯片10表面上，则会造成LED芯片10表面热分布的不均匀，影响器件长期工作的可靠性，所以在所述荧光胶层12和LED芯片之间设置透明材料层14还可以使LED芯片10表面热分布更加均匀，进而提高器件长期工作的可靠性。

所述LED器件还包括涂覆在所述封装基底11表面的具有高反射率的涂层，此时，所述荧光胶层12涂覆在所述涂层表面。所述涂层为银涂层或铝涂层或其他具有高反射率的涂层，所述涂层的存在可以增大封装基底11表面对光线的反射能力，进而得到更加高效的白光。

所述LED器件还包括透镜13，所述透镜13设置在荧光胶层12外的封装基底11上，位于荧光胶层12上方，如图5所示，所述透镜13为双峰透镜，还可依据具体情况和要求选取为其他形状，在此不做具体限定。

如图6所示，本实施例所提供的LED器件在很大或很小角度发出的光线会经过封装基底11的反射，例如，外层凹杯杯沿的高度比内层凹杯杯沿的高度大0.1mm，则本实施例所提供的LED器件可以把0°～5°和175°～180°的光线汇聚到器件出光方向，即器件的整体出光角度在170°的范围内，而外层凹杯杯沿的高度比内层凹杯杯沿的高度大0.2mm的LED器件则可以把0°～10°和170°～180°范围内的光线汇聚到器件出光方向，即器件的整体出光角度在160°范围内，其他情况类似，在此不再赘述。

可见，本实施例所提供的白光LED器件可以通过封装基底的多层凹杯结构把不同角度的光汇聚到器件的出光方向上，以满足不同应用需求所要求LED器件的出光角度，通过将原有大角度的器件出光汇聚到器件特定的出光方向并与器件其它角度的出光混光，则可以解决黄圈问题，而且通过外层凹杯的反射聚光作用还可以减少LED器件出光受封装透镜全反射影响所造成的损耗，从而可以进一步提升LED器件的出光效率，进而提高了白光LED器件光源出光的有效利用率，使得器件整体的光效达到更理想的效果。

此外，所述白光LED器件的封装基底还可以具有三层或更多层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，所述凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；所述LED芯片设置在最内层凹杯中，且所述最内层凹杯深度比LED芯片的厚度大0.1mm～2mm；所述荧光胶层涂覆在LED芯片表面，所述荧光胶层充满或不充满最内层凹杯，且所述荧光胶层的高度不超出最外层凹杯的杯沿，其具体结构可以为上述双层凹杯结构封装基底的白光LED器件的外层凹杯的重复扩展，其中，四层凹杯结构封装基底的白光LED器件如图7所示，其他多层凹杯的情形依此类推，在此不做赘述。

本发明另一实施例公开了另一白光LED器件，与上述实施例不同之处在于，如图8所示，所述封装基底具有多层凹杯阵列结构，所述多层凹杯为至少双层的凹杯，且所述多层凹杯以阵列排布方式设置在所述封装基底上，呈多层凹杯阵列结构，以此可以获得大面积光源的白光LED器件。

另外，所述LED器件还包括塑料支撑结构，所述封装基底设置在所述塑料支撑结构中心位置，并且透镜可以制作在所述塑料支撑结构上，所述塑料支撑结构可以方便所述白光LED器件的进一步安装应用。

发明人还选取了第一实施例中所述双层凹杯结构封装基底的白光LED器件和传统的平面封装基底的白光LED做了光学测试，两种LED器件除了封装基底形状不同外，其他结构和材料均相同，所采用的蓝光LED芯片具有完全一致光电性能，封装为白光LED器件后具体测试结果如下表所示：

由上表的结果可以看到，同等测试条件下(在误差范围内同样的色温、显色指数、电流、色坐标)，由同样的蓝光LED芯片制作成本发明的白光LED器件，器件出光的光通量为147.11lm，出光效率为140.56lm/W，而由同样的蓝光LED芯片制作成的传统白光LED器件，其器件出光的光通量为133.71lm，出光效率为127.43lm/W的，由此可见，本发明的白光LED器件可以获得比传统白光LED器件高10％以上的出光效率和光通量，提高了白光LED器件光源出光的有效利用率。

更进一步，上述两种LED器件的配光曲线结果如图9和图10所示，其中，图9为由同样的蓝光LED芯片制作成本发明的白光LED器件，图10为由同样的蓝光LED芯片制作成传统的白光LED器件，可见本发明白光LED器件配光曲线相对于传统白光LED器件配光曲线具有在极坐标C0-180面上具有更平坦的顶部，也更接近于照明标准要求的蝙蝠翼配光曲线；而在C90-270面上，本发明白光LED器件配光曲线比传统白光LED器件配光曲线更为汇聚，其半光强角从传统白光LED器件的98°减少到63°，也更接近于照明标准要求的蝙蝠翼配光曲线。

可见，本发明实施例所提供的白光LED器件相较于传统的白光LED器件而言，具有更高的出光效率和更佳的配光曲线，而且本发明实施例所提供的白光LED器件通过将原有大角度的器件出光汇聚到器件特定的出光方向并与器件其它角度的出光混光，解决了黄圈，其光场色差远弱于传统的白光LED器件，则器件整体的光效达到更理想的效果。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种白光LED器件，包括：LED芯片、封装基底、荧光胶层，其特征在于，所述封装基底具有至少两层的多层凹杯结构，相邻的两层凹杯，内层凹杯杯沿比外层凹杯杯沿低0.1mm～2mm，所述凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为10°～80°；

2.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述封装基底具有多层凹杯阵列。

3.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述封装基底具有单个多层凹杯。

4.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述封装基底最内层凹杯的深度为0.45mm。

5.根据权利要求4所述器件，其特征在于，所述封装基底最内层凹杯的杯底直径为1.0mm～4.0mm。

6.根据权利要求4所述器件，其特征在于，所述封装基底最外层凹杯的侧壁与竖直方向的夹角为45°。

7.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述封装基底的制作材料为铜。

8.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述封装基底的制作材料为陶瓷或塑料。

9.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述荧光胶层和LED芯片之间还包括透明材料层。

10.根据权利要求9所述器件，其特征在于，所述透明材料层为透明的硅胶层或环氧树脂层。

11.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述LED器件还包括涂覆在所述封装基底表面的具有高反射率的涂层。

12.根据权利要求11所述器件，其特征在于，所述涂层为银涂层或铝涂层。

13.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述LED器件还包括塑料支撑结构，所述封装基底设置在所述塑料支撑结构中心位置。

14.根据权利要求1所述器件，其特征在于，所述LED器件还包括透镜，所述透镜设置在荧光胶层外封装基底上或塑料支撑结构上。