半導體led螢光封裝結構的製作方法
2023-06-01 21:30:36
半導體led螢光封裝結構的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種半導體LED螢光封裝結構，包括封裝基板，所述封裝基板表面貼裝有LED元件；所述LED元件被設置在所述封裝基板上的透明漫反射層內；所述透明漫反射層的外表面上設有第一螢光層；所述第一螢光層的外表面上設置有第二螢光層；所述的第二螢光層外表面設置有螢光保護層。本發明所述的半導體LED螢光封裝結構，通過在漫反射層上分別設置黃色螢光粉和紅色螢光粉，不僅避免了黃色和紅色螢光粉混合使用造成的不均勻性問題，而且還能夠減緩了螢光粉的衰減，提高了LED元件的光效；同時也減少了封裝結構內的全反射，也有利於提高出光效率。
【專利說明】半導體LED螢光封裝結構
【技術領域】
[0001]本發明屬於LED封裝的【技術領域】，更具體的說，本發明涉及一種半導體LED螢光封裝結構。
【背景技術】
[0002]發光二極體(LED)為固態光源，其工作原理為電子和空穴在P半導體與η半導體結處的結合。利用發光二極體(LED)的白光源可以有兩種基本結構。一種為直接發光式LED的基本結構中，即通過不同顏色的LED直接發光而產生白光，例如通過包括紅色LED、綠色LED和藍色LED的組合，以及藍色LED和黃色LED的組合來產生白光。另一種為基於LED-受激螢光粉的光源基本結構，單個LED產生的光束處於較窄的波長範圍內，該光束照射到螢光材料上並激發螢光材料產生可見光。該螢光粉可以包含不同種類的螢光材料的混合物或複合物，並且由螢光粉發出的光可以包括分布在整個可見光波長範圍的多條窄的發射線，使得所發出的光在人類的肉眼看來基本上呈白色。
[0003]根據實際使用的要求，LED的封裝方法是多樣化的，但是主流的封裝方式通常是在封裝基板上表面安裝的「表面安裝類型」。導線圖案(引線)被形成在包括樹脂或者陶瓷材料的封裝基板的表面上，並且LED元件經由粘結劑例如銀膏而被安裝在導線圖案上。LED元件的上電極利用線例如金線而被連接到另一引線。為了保護線和LED元件，填充封裝樹脂以形成封裝樹脂層。在封裝樹脂層中，粉狀螢光體得以分散。
[0004]現有技術中，通常使用基於氮化鎵基化合物半導體例如GaN、GaAlN, InGaN或者InAlGaN的藍色LED或者近紫外LED。在所述LED中能夠通過使用螢光體材料而獲得白色光或者其它可見光發射，螢光體材料吸收來自LED的部分或者全部發射作為激發光並且將波長轉換成具有更長波長的可見光。例如:螢光粉將藍色轉變為紅色和綠色波長。部分藍色激發光不會被螢光粉吸收，而部分殘餘的藍色激發光與螢光粉發出的紅光和綠光混合起來。受激LED白光的另一個例子是照射螢光粉的紫外(UV) LED，所述螢光粉吸收UV光並使其轉變為紅、綠和藍光。
[0005]受激LED白色光源優於直接發光式LED白色光源之處在於，其具有更好的老化程度和溫度相關的色彩穩定性，以及更好的不同批次之間的色彩一致性/重複性。但是受激LED不如直接發光式LED有效率，部分原因在於螢光粉吸收光和再發光過程中的低效率。
【發明內容】
[0006]為了實現本發明的發明目的，本發明提供一種半導體LED螢光封裝結構。
[0007]本發明所述的半導體LED螢光封裝結構，包括封裝基板，所述封裝基板表面貼裝有LED元件；其特徵在於:所述LED元件被設置在所述封裝基板上的透明漫反射層內；所述透明漫反射層的外表面上設有第一螢光層；所述第一螢光層的外表面上設置有第二螢光層；所述的第二螢光層外表面設置有螢光保護層。
[0008]其中，所述漫反射層由包含透明樹脂和納米無機填料的樹脂組合物的固化材料形成；且所述納米無機填料的平均粒徑為20~lOOnm，且其含量為5~8wt%。
[0009]其中，所述透明樹脂為矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂。
[0010]其中，所述無機填料優選為選自氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦、鈦酸鋇、硫酸鋇、碳酸鋇、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氧化矽、氮化矽、氮化鎵或氧化鋯中的一種或幾種。
[0011]其中，所述的LED元件為具有350nm到480nm的波長的藍色LED元件。
[0012]其中，所述第一螢光層在藍光激發下發射黃綠光；所述第二螢光層在藍光激發下發射紅光。 [0013]其中，所述 第一螢光層和第二螢光層中還包含非螢光材料，例如金屬顆粒、陶瓷顆粒等。
[0014]本發明所述的半導體LED螢光封裝結構與現有技術相比具有以下有益效果:
[0015]本發明所述的半導體LED螢光封裝結構，通過在漫反射層上分別設置黃色螢光粉和紅色螢光粉，不僅避免了黃色和紅色螢光粉混合使用造成的不均勻性問題，而且還能夠減緩了螢光粉的衰減，提高了 LED元件的光效；同時也減少了封裝結構內的全反射，也有利於提高出光效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述的半導體LED螢光封裝結構的結構示意圖。
[0017]圖2為實施例1所述的半導體LED螢光封裝結構的激發光譜圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發明所述的半導體LED螢光封裝結構，包括封裝基板10，所述封裝基板10表面貼裝有LED元件20 ;所述LED元件20被設置在所述封裝基板10上的透明漫反射層30內；所述透明漫反射層30的外表面上設有第一突光層40 ;所述第一突光層40的外表面上設置有第二螢光層50 ;所述的第二螢光層50外表面設置有螢光保護層60。所述漫反射層由包含透明樹脂和納米無機填料的樹脂組合物的固化材料形成；且所述納米無機填料的平均粒徑為20~lOOnm，且其含量為5~8wt%。所述透明樹脂為矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂。所述無機填料優選為選自氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦、鈦酸鋇、硫酸鋇、碳酸鋇、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氧化矽、氮化矽、氮化鎵或氧化鋯中的一種或幾種。在本發明中，所述的LED元件為具有350nm到480nm的波長的藍色LED元件。所述第一螢光層在藍光激發下發射黃綠光；所述第二螢光層在藍光激發下發射紅光。所述第一螢光層在藍光激發下發射紅光；所述第二螢光層在藍光激發下發射黃綠光。所述螢光粉的具體實例包括具有石榴石型晶體結構的螢光體如 Y3Al5O12:Ce、(Y，GcO3Al5O12 =Ce^Tb3Al3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce 和 Lu2CaMg2 (Si，Ge) 3012 =Ce0 矽酸鹽螢光體如(Sr7Ba)2SiO4:Eu、Ca3SiO4Cl2:Eu、Sr3SiO5:Eu、Li2SrSiO4:Eu和Ca3Si2O7 =Eu0包括鋁酸鹽螢光體等的氧化物螢光體例如CaAl12O19 =Mn和SrAl2O4 =Eu ;硫化物螢光體例如ZnS:Cu,CaS =EuXaGa2S4 =Eu和SrGa2S4 =Eu0氮氧化物螢光體例如 CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu 和 Ca-α -SiAlON。氮化物螢光體例如CaAlSiN3 =Eu和CaSi5N8 =Eu等。所述螢光層例如可以通過將所述螢光粉可以分散在有機透明介質中形成，所述有機透明介質為矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂。此外為了改善和增強所述包含螢光粉的材料的反射、漫反射效果以及為了提高散熱效果，在所述的含有光粉的材料中還含有非螢光材料，例如金屬顆粒、玻璃顆粒或者陶瓷顆粒等。
[0019]以下將結合實施例和附圖對所述的半導體LED螢光封裝結構做進一步的詳細說明。
[0020]螢光粉
[0021]作為示例性和優選地，本發明使用的第一螢光層中所含的螢光粉由通式Eu2_x_yAlyCaxMnQ 5x03表示，其中0.1≤x≤0.2，0.4≤y≤0.6。通過中心波長為450nm的藍光(例如藍光LED)激發所述螢光粉激發時發射黃綠光。螢光粉分散在樹脂等中的最佳濃度受到如下因素的影響:例如樹脂的所用母體的類型、原料的粘度、顆粒形狀、螢光粉的顆粒尺寸和顆粒尺寸分布等等。本領域的技術人員可以根據使用條件或其他因素選擇螢光粉的濃度。為了控制具有高可分散性的螢光粉的分布，所述螢光粉優選具有0.1至5μπι的平均顆粒尺寸。為了改善和增強所述包含螢光粉的材料的反射、漫反射效果以及為了提高散熱效果，可以在所述樹脂中添加金屬氧化物顆粒，但為了不影響其透光性，優選使用納米尺寸的金屬氧化物顆粒。本發明所述的螢光粉可以通過以下方法製備得到。使用銪的化合物、鈣的化合物、鋁的化合物和錳的化合物，所述化合物通過加熱形成氧化物，其比例滿足通式EU2_x_yAlyCaxMna5x03*的比例要求。將所述化合物混合在一起置於坩鍋中，並在空氣中於800至KKKTC加熱3~5小時。在冷卻後，通過球磨機擊碎並研磨成粉，之後用水洗滌獲得的粉末。分離後、乾燥、破碎獲得所述的螢光粉。
[0022]作為示例性地，本發明使用的第二螢光層中所含的螢光粉由通式Eu2_x_yYyBaxMna5xO3表示，其中0.1≤x≤0.2，0.2≤y≤0.3。本發明的螢光粉包含銪離子作為活化劑。當銪濃度最大時，可以獲得最高的發光強度。通過波長為450nm的藍光激發所述螢光粉激發時發射紅光。螢光粉分散在樹脂等中的最佳濃度受到如下因素的影響:例如樹脂的原料的粘度、顆粒形狀、螢光粉的顆粒尺寸和顆粒尺寸分布等等。本領域的技術人員可以根據使用條件或其他因素選擇螢光粉的濃度。為了控制具有高可分散性的螢光粉的分布，所述螢光粉優選具有0.1至5μπι的平均顆粒尺寸。為了改善和增強所述包含螢光粉的材料的反射、漫反射效果以及為了提高散熱效果，可以在所述樹脂中添加金屬氧化物顆粒，但為了不影響其透光性，優選使用納米尺寸的金屬氧化物顆粒。本發明所述的螢光粉可以通過以下方法製備得到。使用銪的化合物、釔的化合物、鋇的化合物和錳的化合物，所述化合物通過加熱形成氧化物，其比例滿足通式通式Eu2_x_yYyBaxMna5x03中的比例要求。將所述化合物混合在一起置於坩鍋中，並在空氣中於1000至1200°C加熱2~5小時。在冷卻後，通過球磨機擊碎並研磨成粉，之後用水洗滌獲得的粉末。分離後、乾燥、破碎獲得所述的螢光粉。
[0023]實施例1
[0024]第一突光層中所含的突光粉為Eu26Al12Ca2Mn06(l。第二突光層中所含的突光粉為Eu15Y3Ba2Mn1Of螢光粉的平均顆粒尺寸均為4.2 μ m。使用有機矽樹脂作為透明材料，將所述螢光粉與透明材料混合加熱固化形成第一螢光層和第二螢光層。所述第一透明漫反射層和第二透明漫反射層的透明樹脂同樣選擇有機矽樹脂。並採用藍光LED封裝形成附圖1所示的封裝結構(不含透明保護層)。當運行LED後，測量其激發光譜，其結果如附圖2所示。
[0025]透明保護層
[0026]在本發明中所述透明保護層，能夠為螢光層提供足夠的防護，具有良好的耐磨性和防水性能，而且透光性好。所述透明保護層是由20.5~21.0wt%的MD1、13.5~15.0wt%的PEG1000、3.5~4.0wt%的對苯二甲酸、1.2~1.3wt%的三羥甲基丙烷、1.1~1.2wt%的
乙氧化雙酹F 二丙烯酸酯、2.0~2.2wt%的苯硫乙燒乙基丙烯酸、1.5~1.8wt%的2-^--
烷基咪唑、0.1~0.2wt%的消泡劑、0.1~0.2wt%的流平劑、0.20~0.25wt%的催化劑、5.0~5.5wt%的納米氧化招、7.5~8.0wt%的異丙醇和餘量的乙酸丁酯均勻混合得到預聚物，然後進行塗布並在80~100°C的條件下固化處理30~50min。
[0027]實施例2
[0028]本實施利所述透明保護層，厚度約為500μπι，其是由21.0wt%的1?1、15.0wt%的PEG1000、4.0wt%的對苯二甲酸、1.3wt%的三羥甲基丙烷、1.2wt%的乙氧化雙酚F 二丙烯酸酯、2.0wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.5wt%的2-1^一烷基咪唑、0.15wt%的消泡劑BYK-052、0.15wt%的流平劑BYK_307、0.20wt%的二月桂酸二丁基錫、5.5wt%的納米氧化鋁、
8.0wt%的異丙醇和餘量的乙酸丁酯在300~400轉/分鐘的攪拌速度下，攪拌30分鐘得到預聚物，然後進行塗布並在100°C的條件下固化處理30min。
[0029]實施例3[0030]本實施利所述透明保護層，厚度約為500μπι，其是由20.5wt%的1?1、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的對苯二甲酸、1.2wt%的三羥甲基丙烷、1.lwt%的乙氧化雙酚F 二丙烯酸酯、2.2wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.8wt%的2-1^一烷基咪唑、0.15wt%的消泡劑BYK-052、0.15wt%的流平劑BYK_307、0.20wt%的二月桂酸二丁基錫、5.0wt%的納米氧化鋁、
7.5wt%的異丙醇和餘量的乙酸丁酯在300~400轉/分鐘的攪拌速度下，攪拌30分鐘得到預聚物，然後進行塗布並在100°C的條件下固化處理30min。
[0031]對比例I
[0032]本實施利所述透明保護層，厚度約為500μπι，其是由20.5wt%的1?1、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的對苯二甲酸、1.2wt%的三羥甲基丙烷、2.2wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.8wt% 的 2- ^^ — 烷基咪唑、0.15wt% 的消泡劑 BYK-052、0.15wt% 的流平劑 BYK-307、
0.20wt%的二月桂酸二丁基錫、5.0wt%的納米氧化鋁、7.5wt%的異丙醇和餘量的乙酸丁酯在300~400轉/分鐘的攪拌速度下，攪拌30分鐘得到預聚物，然後進行塗布並在100°C的條件下固化處理30min。
[0033]對比例2
[0034]本實施利所述透明保護層，厚度約為500μπι，其是由20.5wt°/c^9MD1、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的對苯二甲酸、1.2wt%的三羥甲基丙烷、2.2wt%的苯硫乙烷乙基丙烯酸、1.8wt% 的 2- ^^ — 烷基咪唑、0.15wt% 的消泡劑 BYK-052、0.15wt% 的流平劑 BYK-307、
0.20wt%的二月桂酸二丁基錫、5.0wt%的納米氧化鋁、7.5wt%的異丙醇和餘量的乙酸丁酯在300~400轉/分鐘的攪拌速度下，攪拌30分鐘得到預聚物，然後進行塗布並在100°C的條件下固化處理30min。
[0035]對比例3
[0036]本實施利所述透明保護層，厚度約為500μπι，其是由20.5wt%的1?1、13.5wt%的PEG1000、3.5wt%的對苯二甲酸、1.2wt%的三羥甲基丙烷、1.8wt%的2- ^烷基咪唑、
0.15wt%的消泡劑BYK-052、0.15wt%的流平劑BYK_307、0.20wt%的二月桂酸二丁基錫、
5.0wt%的納米氧化招、7.5wt%的異丙醇和餘量的乙酸丁酯在300~400轉/分鐘的攪拌速度下，攪拌30分鐘得到預聚物，然後進行塗布並在100°C的條件下固化處理30min。
[0037]作為上述透明保護層的性能測試，在金屬基板上形成上述透明保護層，硬度採用標準GB/T1730-1993進行測試，耐磨性採用標準IS07784-2:1997進行測試，耐水性採用標準GB/T4893.1-2005進行測試；測試結果如表2所示。
[0038]表1
【權利要求】
1.一種半導體LED螢光封裝結構，包括封裝基板，所述封裝基板表面貼裝有LED元件；其特徵在於:所述LED元件被設置在所述封裝基板上的透明漫反射層內；所述透明漫反射層的外表面上設有第一螢光層；所述第一螢光層的外表面上設置有第二螢光層；所述的第二螢光層外表面設置有螢光保護層。
2.根據權利要求1所述的半導體LED螢光封裝結構，其特徵在於:所述漫反射層由包含透明樹脂和納米無機填料的樹脂組合物的固化材料形成；且所述納米無機填料的平均粒徑為20~lOOnm，且其含量為5~8wt%。
3.根據權利要求2所述的半導體LED螢光封裝結構，其特徵在於:所述透明樹脂為矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂。
4.根據權利要求2所述的半導體LED螢光封裝結構，其特徵在於:所述無機填料選自氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦、鈦酸鋇、硫酸鋇、碳酸鋇、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氧化矽、氮化矽、氮化鎵或氧化鋯中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的半導體LED螢光封裝結構，其特徵在於:所述的LED元件為具有350nm到480nm的波長的藍色LED元件。
6.根據權利要求1所述的半導體LED突光封裝結構,其特徵在於:所述第一突光層在藍光激發下發射黃綠光；所述第二螢光層在藍光激發下發射紅光。
7.根據權利要求6所述的半導體LED突光封裝結構,其特徵在於:所述第一突光層和第二螢光層中還包含非螢光材料。
8.根據權利要求6所述的半導體LED突光封裝結構,其特徵在於:所述第一突光層中所含的螢光粉由通式Eu2_x_yAlyCaxMnQ.5x03表示，其中0.1≤x≤0.2，0.4≤y≤0.6;所述第二螢光層中所含的螢光粉由通式Eu2_x_yYyBaxMnQ.5x03表示，其中0.1≤x≤0.2，0.2 ≤ y ≤ 0.3o
9.根據權利要求1所述的半導體LED螢光封裝結構，其特徵在於:所述透明保護層由包含MD1、PEG1000、對苯二甲酸、三羥甲基丙烷、乙氧化雙酚F 二丙烯酸酯和苯硫乙烷乙基丙烯酸的單體塗布並固化形成。
【文檔編號】H01L33/60GK103915546SQ201410094982
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】高鞠 申請人:蘇州晶品光電科技有限公司